"Las claves de la vida"

¿Cómo se transmite la vida? El ADN y el genoma de los seres vivos.

 
Material Genético, es cualquier material de origen animal, microbiano o vegetal u otro que tenga y transmita información genética de una generación a la siguiente. Esa información vigila el desarrollo, la reproducción y el comportamiento. Para la gran mayoría de los organismos vivos, a excepción de algunos virus y priones, el material genético consiste casi exclusivamente en ADN.  El ADN, también llamado ácido desoxirribonucleico, es el responsable de la transmisión hereditaria. Es un ácido nucleico, el cual contiene las instrucciones genéticas usadas en el funcionamiento y desarrollo de algunos virus, y todos los organismos vivos. 

La función del ADN 
 
El ADN, contiene instrucciones genéticas para determinar las diferentes características y formas del organismo, o lo que es lo mismo almacena información. A la descendencia durante la reproducción tanto asexual como sexual, se le transfiere las características, a través del material genético. 

Un ser vivo presenta toda la totalidad de ADN, a esto se le conoce como material genético. Formando los cromosomas, se comprime en una zona discreta de la célula. Éstos se hallan en las células procariotas, en el núcleo de las células eucariotas, en cloroplastos, mitocondrias, y virus. Se utiliza para salvar la información genética de una forma de vida orgánica.

Originalmente presentado por moléculas que se autorreplicaban manteniéndose en masas de aguas, se estima en general que el primer material genético fue el ARN. Se le denomina hipótesis del mundo de ARN, a esta etapa en el desarrollo de la vida celular, en la cual el ARN, tiene la habilidad de ejercer como catalizador y como material genético, conocido como un ribosoma.  
Cuando llegaron a la vida las proteínas, el ADN como molécula más estable se convirtió en el material genético principal. Lo que autoriza a las mutaciones que se corrijan es la naturaleza de la doble cadena de ADN. Para formar proteínas de las instrucciones de ADN, es por lo cual las células modernas usan el ARN, en la forma de ARN ribosómico, ARN de transferencia y ARN mensajero. El ADN y el ARN, son macromoléculas formadas por nucleótidos., de los cuales hay cuatro en cada molécula. Un codón se encuentra compuesto por tres nucleótidos.

Constituido por moléculas de ADN. Estas moléculas están formadas de dos largas amplias y complementarias cadenas retorcidas y unidas.  Las cadenas están conformadas por subunidades. Estos elementos del ADN son los nucleótidos; cada nucleótido está formado por una desoxirribosa, una base nitrogenada y son las bases nitrogenadas las que nos dan la información.  
 
 
La estructura del ADN 
Los cromosomas están estructurados en el ADN. Los cromosomas son circulares en las células procariotas, mientras que, en las células eucariotas, los cromosomas son lineales. El número de cromosomas es invariable para cada especie, un ejemplo de ello, es que, en cada célula somática, los seres humanos tienen 46 cromosomas, es decir divididos en 23 pares, 1 par es sexual y los restantes 22 son autosomas. Los machos tendrían XY pares de cromosomas y las hembras XX. 

Imagen 1. Partes del ADN. Fuente: pinimg

 Antes de la división, cuando los cromosomas proceden a replicarse, cada cromosoma está compuesto por dos moléculas de ADN unidas a dicho centrómero (cromátidas hermanas). Ubicados arriba y abajo del centrómero, cada cromosoma tiene dos brazos 
El ADN está formado por dos hebras y cada hebra está formada por nucleótidos. Cada nucleótido, está constituido de fosfato, bases nitrogenadas y de azúcar (desoxirribosa). Existen cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), citosina (C) y guanina (G) y, timina (T). A constantemente se contrapone a T en la doble hebra y C se contrapone a G. Las bases complementarias son las contrarias. El ADN tiene estructura de doble hélice, con cadenas de fosfato y azúcar, los cuales están unidos por las bases del nitrógeno. A las proteínas denominas histonas, se les vincula las moléculas de ADN. 
 
 
El material genético, consta de bases complementarias, las cuales establecen un enlace covalente entre sí, y contienen nitrógeno. Las vértebras de la molécula son constituidas por los grupos fosfato y los azucares. 
 
 Al dividirse una célula, cada célula nueva constituida debe transportar todo el ADN, para determinar sus funciones y cualidades. Es por esto, por lo que previamente a la división, el ADN debe replicarse. El material genético divide sus hebras, durante la replicación y se usarán como patrón para la síntesis de nuevas cadenas de ADN. Con este propósito, sigue las reglas de emparejamiento A-T y C-G, la ADN polimerasa, con el fin de poner o situar nucleótidos. El proceso de replicación del ADN es semiconservador. 
 
La replicación 
El proceso de replicación transcurre en un momento durante periodo S de la interfase. Proceso en el que el ADN se duplica teniendo como resultado dos copias iguales e idénticas que se irán a cada una de las células hijas resultantes de la división celular. Transcurre en el interior del núcleo. La replicación, copia el ADN y afecta a todo el material genético.

La replicación es un mecanismo complejo que supone: 
-La separación de las dos hebras de ADN para su copia 
-Una enzima la ADN polimerasas coloca los nucleótidos complementarios en la nueva cadena, una vez leída la hebra que sirve como patrón. La complementariedad se establece entre la A y la T, y entre la C y la G.Para la formación de la nueva hebra, se van uniendo los nucleótidos, lo que resultará en la obtención de dos copias iguales de ADN. 
-Esta replicación es semiconservativa lo que implica que las dos hebras de la doble hélice divididas sirven como patrón para la síntesis de una nueva, de este modo, las moléculas hijas están constituidas por una hebra de nueva síntesis y otra original y son iguales. 
Existen dos problemas en la replicación: 
-El problema de la iniciación: la DNA polimerasa III necesita o requiere una secuencia de ARN denominada primer o cebador, ya que no puede partir desde "cero"  
-El problema de la direccionalidad: la DNA polimerasa III únicamente puede incluir nucleótidos desde el extremo 5' al 3'. Por eso, en la hebra patrón de DNA 3'-5'(hebra adelantada o leader) la síntesis se realiza de modo rápido y continuo. 
Sin embargo, en la hebra patrón complementaria (5'-3') (hebra retrasada,lagging strand), la síntesis se lleva a cabo de manera discontinua –en forma de fragmentos llamados de Okazaki. 
 

Imagen 2. Transcripción y Traducción. Fuente: haydiferencia

 La transcripción 
La transcripción se desarrolla en el núcleo, y consiste en copiar una parte del mensaje genético, desde su forma original (ADN) a otra (ARN) siendo usada de forma directa para la síntesis de proteínas. Para que se pueda llevar a cabo es necesario que la doble hélice se desenrolle. El ARN está constituido por una cadena sencilla de polinucleótidos que como pentosa presenta la ribosa y como base nitrogenada presenta, A, C, G y U. 
Existen tres tipos distintos de ARNs: 
¨ARNm (mensajero) 
¨ARNt (transferente) 
¨ARNr (ribosómico) 
La síntesis de los tres tipos es lo que supone la transcripción. 
 
La ARN polimerasa es la enzima encargada de la transcripción. 
Se transcribe ese fragmento de ADN que se necesita, y únicamente se copia una de las hebras. Si aparece T colocará una A, si encuentra una A colocará un U, y si aparece una G situará una C (complementariedad de bases). 
 
 
La traducción y el código genético 

Código genético 
El código genético es universal y establece la relación entre la secuencia de aminoácidos y la de nucleótidos. Código de tripletes (codones): tres nucleótidos llevan información para un aa (64 distintos). La lectura se realiza sin saltos (no existe superposición de tripletes durante la lectura) y no es ambiguo. 
Una secuencia de tres bases a la que llamamos triplete o codón codifica para un aminoácido; GUU= Val. Degenerado, presenta sinonimias, diversos tripletes son capaces de codificar el mismo aminoácido; UUU= Leu y UUG= Leu 

Imagen 3. Código Genético . Fuente: google

 La traducción se lleva a cabo en el citoplasma a nivel de los ribosomas y consiste en leer el mensaje genético cifrado en una secuencia nucleotídica para el ADN y su traducción a proteínas. 
Intervienen  tres tipos de ARN: 
ARNm: porta el mensaje genético a partir del ADN 
ARNt: porta los aminoácidos 
ARNr: forma el ribosoma donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas 
El ARNt con su correspondiente aminoácido transporta los aminoácidos hasta el ribosoma y los va introduciendo en el orden que le indica el ARNm. Tras la trascripción el ARNm abandona el núcleo de la célula y se sitúa sobre los ribosomas 
 
Los ribosomas recorren la molécula de ARNm en sentido 5' --> 3' permitiendo la entrada de los distintos tipos de ARNt con sus aminoácidos leyendo el mensaje. En procariotas, el mRNA se traduce a la misma velocidad con la que se transcribe: cada segundo se unen 15 aminoácidos.  

Vídeo 1. Replicación, Transcripción, y Traducción. Fuente: Youtube