ADN E INFORMACIÓN GENÉTICA
La molécula
de ADN es un polinucleótido, formado por dos cadenas de nucleótidos,
enrolladas entre sí, formando una doble hélice.
Principales
características de la estructura del ADN
· Las dos cadenas de nucleótidos interaccionan entre sí la complementariedad de sus bases: A-T y G-C.
·
La doble hélice es una estructura estable, gracias a
los enlaces entre las bases complementarias.
·
Las dos cadenas son antiparalelas, están orientadas de manera opuesta.
·
La información genética se codifica por el orden en el que se unen
sus nucleótidos, esto se denomina secuencia de nucleótidos.
·
La única diferencia entre la información genética de cada
individuo es la secuencia de nucleótidos de su ADN.
RECUERDA
Replicación:
síntesis de ADN utilizando ADN como molde.
Transcripción:
síntesis de ARNm, utilizando ADN como molde.
Traducción:
síntesis de proteínas, utilizando ARNm como molde.
REPLICACIÓN DEL ADN
Durante la división celular, la
célula debe repartir copias idénticas del ADN a
las dos células hijas. Para ello, debe realizarse una copia idéntica y sin
errores de la secuencia de nucleótidos de su ADN. Este proceso se denomina replicación
del ADN y tiene lugar en el núcleo durante la fase S de la
interfase del ciclo celular.
Pasos de la replicación
del ADN
1.
La doble hélice de ADN se desenrolla, los enlaces se rompen y las
dos cadenas se separan.
2.
Los nucleótidos libres que hay en el núcleo, se unen a las bases
de la molécula de ADN inicial y se establecen enlaces entre ellas.
3.
Los nuevos nucleótidos incorporados se unen entre sí y dan lugar a
las nuevas cadenas de ADN. En este proceso intervienen enzimas
denominadas ADN polimerasas.
4.
Este proceso continúa hasta que se forman dos moléculas de
ADN idénticas (dos dobles hélices).
Este modelo de replicación se
denomina replicación semiconservadora, las moléculas de ADN formadas
poseen una de las cadenas originales y una nueva. Cada una de las dos cadenas
de ADN sirve como molde para producir una nueva cadena.
Las ADN polimerasas
también intervienen en la reparación de errores que puedan producirse durante
la replicación. Si no se corrigieran, estos errores podrían dar lugar a mutaciones.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN.
La
información genética contenida en los genes, se copia en una molécula de ARNm
mediante la transcripción, y sale al citoplasma para controlar la
síntesis de las proteínas, mediante la traducción.
Etapas de la síntesis de
proteínas
1.
Transcripción: proceso
por el que la secuencia de nucleótidos de un gen del ADN se
copia en una molécula de ARN mensajero (ARNm).
2.
Salida del ARNm: el ARNm
sale del núcleo celular a través de los poros nucleares y se dirige a los
ribosomas del citoplasma.
3.
Traducción: proceso
por el que se realiza la unión de los aminoácidos en la
secuencia dictada por los tripletes del ARNm, según las claves del código genético. La
proteína resultante se considera la expresión de la información genética del
gen.
Se realiza en los ribosomas, que van desplazándose a
lo largo de la cadena de ARNm, leyendo los tripletes y
ensamblando los aminoácidos en el orden adecuado. Cuando el proceso termina,
los ribosomas liberan la proteína, recién sintetizada, al citoplasma.
¿CÓMO FUNCIONA UNA PCR?
GENES Y
CONTROL CELULAR
Un gen es
un segmento de ADN que contiene la información genética para producir
una proteína. El conjunto de genes de un individuo, o genoma, determina
el conjunto de proteínas que fabricarán sus células. Las proteínas son
las responsables de las características de cada individuo.
Las
proteínas son biomoléculas formadas por la unión de aminoácidos; existen 20
aminoácidos diferentes que forman las proteínas. El orden o secuencia en
que se unen los aminoácidos determina el tipo de proteína. Una proteína
contiene cientos o miles de aminoácidos, el número de proteínas diferentes que
puede formarse es enorme.
¿Qué es
el código genético?
Se denomina código
genético al conjunto de instrucciones que contiene la secuencia de
nucleótidos del ADN, para poder sintetizar las proteínas.
El código genético posee las
siguientes características:
·
Es un código de tres letras. Cada secuencia de tres nucleótidos,
denominado triplete o codón,
codifica para un aminoácido.
·
Es un código degenerado, todos los aminoácidos,
excepto la metionina, están codificados por más de un triplete.
· Hay 3
tripletes que no codifican para ningún aminoácido, son tripletes que indican
los puntos de inicio y de fin de cada proteína.
·
El código genético es universal; todos los organismos
comparten los mismos códigos para los mismos aminoácidos.
Esta propiedad ha sido esencial
para el desarrollo de la biotecnología, ya que permite transferir genes de unos
organismos a otros.
LAS MUTACIONES Y SU
IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Las mutaciones son cambios
en el material genético que se producen al azar. Pueden ocurrir en
cualquier célula del organismo.
Las mutaciones ocurren, de forma
natural, con una frecuencia muy baja, pero pueden aumentar por la acción de
ciertos agentes mutagénicos, como las radiaciones (rayos X, rayos
gamma y luz ultravioleta), algunas sustancias químicas (alquitrán del tabaco y
gas mostaza) y determinados contaminantes ambientales.
Las mutaciones pueden ser de
dos tipos:
·
Cromosómicas: afectan
al número o a la estructura de los cromosomas y se deben a errores durante la
división celular o en la formación de los gametos.
·
Génicas: cambios en la secuencia
de nucleótidos del ADN, que afectan a la estructura de un gen y alteran
la proteína codificada por dicho gen.
GEN
NORMAL.
Gran parte de las mutaciones
génicas se deben a errores que se producen durante el proceso de replicación
del ADN, tales como:
·
Sustitución de una base por
otra.
·
Inserción o pérdida de
uno o varios nucleótidos de la secuencia original.
Las mutaciones que se asocian a
la mitosis son mutaciones somáticas, que pueden
causar alteraciones o enfermedades al individuo que las posee, pero que no
se transmiten a la descendencia.
Aquellas mutaciones que se
producen por errores durante la meiosis y la formación de los
gametos son mutaciones germinales y, por tanto, son
heredables y se transmiten de padres a hijos.
Con la edad, las células de nuestro
cuerpo acumulan mutaciones, algunas espontáneas y otras debido a nuestra forma
de vida: exposición al sol, consumo de tabaco, hábitos alimentarios,
contaminantes ambientales, etc. Por ello, aumenta la frecuencia de aparición de
determinadas lesiones o de muchos tipos de cáncer.
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE
LAS MUTACIONES
No todas las mutaciones son perjudiciales,
algunas son neutras y no producen ningún efecto, pero muchas pueden
ser beneficiosas y mejorar la capacidad de supervivencia del
individuo.
Las mutaciones son una fuente
importante de variabilidad genética, al introducir cambios en la
estructura de los genes, junto a la meiosis y la reproducción sexual,
contribuyen a la diversidad de organismos y la evolución de las especies.
LA BIOTECNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES
Se
denomina biotecnología al conjunto de procesos y de
tecnologías que utilizan organismos vivos o parte de ellos para obtener
productos o proporcionar servicios útiles para la salud, la agricultura, la
alimentación, la industria o el medio ambiente.
APLICACIONES
DE LA BIOTECNOLOGÍA EN DISTINTOS SECTORES
·
Salud y farmacéutico.
Desarrollo de vacunas biotecnológicas.
·
Agrícola. Micropropagación
y cultivo de plantas.
· Veterinario. Empleo de
animales como biofactorías para la producción de medicamentos de uso humano.
· Industrial. Desarrollo
de biocombustibles y otros productos renovables como bioplásticos.
· Alimentación. Nuevos
alimentos e ingredientes alimentarios con propiedades más saludables.
· Medio ambiente.
Eliminación de petróleo de las mareas negras y metales pesados, como el
mercurio.
EL USO DE
MICROORGANISMOS EN BIOTECNOLOGÍA
Muchos procesos
biotecnológicos utilizan microorganismos, principalmente bacterias y hongos,
que se producen en grandes tanques industriales, denominados fermentadores.
Sus principales ventajas son:
·
Producen gran cantidad de enzimas y otras biomoléculas de interés
industrial que secretan fuera de la célula.
· Pueden modificarse genéticamente con facilidad para producir la
molécula deseada.
· Crecen muy rápidamente, a bajas temperaturas, en condiciones
controladas y a bajo coste.
LA INGENIERÍA GENÉTICA
Se conoce
como ingeniería genética al conjunto de técnicas que
permiten aislar, cortar, combinar y unir fragmentos de ADN en una única
molécula de ADN y transferirla a otra célula.
La
molécula de ADN resultante se denomina ADN recombinante y
el organismo cuyo genoma se ha modificado (OMG) se denomina organismo
transgénico. Las técnicas de ingeniería genética son posibles gracias a
la acción de enzimas que copian, cortan o unen el ADN.
Los
científicos han logrado transferir genes de interés, procedentes de otros
organismos, a plantas y animales en etapas tempranas de su desarrollo
embrionario.
La transferencia
de genes a animales está sirviendo para poder estudiar las causas y
los posibles tratamientos de enfermedades humanas.
La insulina,
por ejemplo, hormona que se utiliza para tratar la diabetes, antes se obtenía a
partir de extractos de animales, como el cerdo, lo que producía reacciones
adversas en las personas.
Actualmente,
la insulina se produce usando bacterias modificadas mediante ingeniería
genética; esta insulina es idéntica a la humana y no provoca efectos adversos.
La
ingeniería genética también se utiliza para la producción de muchas otras
proteínas, como la hormona de crecimiento humana, la vacuna contra la
hepatitis A y B, el factor VIII, que interviene en la coagulación
sanguínea, factores estimulantes de la hematopoyesis, como la eritropoyetina,
para pacientes anémicos o tratados con quimioterapia, así como moléculas
antivirales.
TÉCNICAS
DE INGENIERÍA GENÉTICA
Las
técnicas de ingeniería genética para producir proteínas, como la
insulina humana, se realizan siguiendo un protocolo que
incluye las siguientes etapas:
·
A partir de una célula humana de páncreas, se localiza y se
aísla el gen que codifica para la insulina mediante enzimas que cortan la
molécula de ADN.
·
El gen humano se inserta en el ADN de un plásmido bacteriano
que actúa como vector para transferirlo a la bacteria.
·
Se seleccionan las bacterias que contienen el gen de la insulina
insertado en su ADN.
·
Se hace crecer a las bacterias, modificadas genéticamente, en
grandes fermentadores para que, mediante reproducción asexual, produzcan
millones de bacterias idénticas con el gen de la insulina humana.
·
El gen de la insulina se transcribe y se traduce produciendo
grandes cantidades de insulina, que las bacterias secretan al medio de cultivo.
·
La insulina se recoge y se purifica para su comercialización.
Las bacterias y
las levaduras son los organismos más utilizados en ingeniería
genética, dado que entrañan menos consideraciones éticas que las plantas o los
animales.
MODIFICACIÓN
GENÉTICA DE PLANTAS Y ANIMALES.
Aplicaciones
de la biotecnología a la agricultura.
La ingeniería
genética ya se aplica a varios cultivos.
Los principales
beneficios de la ingeniería genética en la agricultura son, entre
otros: el aumento del rendimiento de los cultivos, la reducción en el uso de
herbicidas, la mejora en la calidad y cualidades nutritivas de los alimentos,
la resistencia a plagas y enfermedades, así como la reducción de costes de
producción y la ayuda a los agricultores de los países menos desarrollados.
Otras
aplicaciones son: la producción de anticuerpos y de vacunas en
plantas o de compuestos de interés industrial como los bioplásticos.
Aplicaciones
de la biotecnología al sector veterinario
La
ingeniería genética no ha tenido el mismo desarrollo en los animales que en las
plantas, debido a las dificultades que entraña la modificación
genética de animales, y las consideraciones éticas y el rechazo
social que conlleva la experimentación animal en muchos países.
Los
principales beneficios de la ingeniería genética en animales son, entre otros:
·
Desarrollo de modelos animales de enfermedades humanas,
para reproducir la enfermedad y estudiar los posibles tratamientos (ratones y
cerdos).
·
Obtención de órganos compatibles para trasplantes en
humanos.
·
Mejora de la resistencia a enfermedades; crecimiento
más rápido (como el caso del salmón).
·
Aumento de la producción de leche o producción de
proteínas humanas de interés industrial o farmacéutico en la leche (en
vacas, cabras y ovejas).
