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El ADN y la Información Genética
Hoy vamos a hablar del ADN y la información genética. Lo vamos a hacer de manera conceptual, sin entrar en detalles sobre las moléculas involucradas, sino centrándonos en cuál es la información que contiene el ADN y cómo se mantiene y se expresa esa información.
El ADN en Colores
Siempre escuchamos decir que el ADN contiene toda la información necesaria para producir un organismo. Pero, ¿sobre qué informa? ¿Cómo se codifica esa información? ¿Cómo se reproduce y mantiene la información? ¿Cómo se organiza esta información?
El ADN es una cadena larga y lineal de cuatro tipos diferentes de unidades conectadas una a la otra. Estas unidades no se repiten de manera regular a lo largo de la cadena. La información se codifica en la secuencia en que estas cuatro unidades están dispuestas en la cadena. De forma análoga a las letras de nuestro alfabeto, el orden de las unidades define el mensaje (funciona como si fuese un alfabeto de 4 “letras”).
Estas cuatro unidades diferentes se pueden separar en dos pares de unidades que siempre se van a complementar entre sí (como los colores en el dibujo, naranja-azul y amarillo-violeta). Una molécula completa de ADN se compone de dos secuencias lineales de estas unidades complementarias entre sí.
Cada cadena es la secuencia inversa y complementaria de la otra.
Las “unidades” que componen el ADN son moléculas llamadas Nucleótidos. Hay cuatro tipos; la adenina es complementaria de la timina, y la guanina complementa a la citosina. Estos son los famosos pares de bases A-T, C-G.
Los nucleótidos están formados por tres tipos de moléculas, una base nitrogenada (que le da su identidad, de ahí su nombre), un azúcar de cinco carbonos y un fosfato. La cadena de ADN está formada por los nucleótidos unidos entre sí a través del fosfato y el azúcar, lo que forma la “columna vertebral” de la molécula. Así las bases de una cadena queden expuestas para interactuar con las bases de la otra cadena. La complementariedad se logra a través de ciertas características moleculares de la base nitrogenada.
Debido a las características moleculares de los nucleótidos y la molécula de ADN, la doble cadena que describí es de hecho una doble hélice, las dos moléculas forman una espiral en toda su longitud, dejando las espinas dorsales en el exterior y las bases emparejadas en el interior.
La Replicación del ADN
Nosotros estamos compuestos de millones de células. Todo el tiempo tenemos células muriendo mientras se producen nuevas. Además, todas las células de cada organismo provienen de una sola que dividió y generó los otros diferentes tipos de células (como vimos en el ciclo de vida de la mosca). Como el núcleo de cada célula tiene una copia completa de todo el ADN, cuando se produce una nueva célula hay que hacer una copia de todo el ADN.
La estructura de la molécula permite duplicación facilmente. Dado que las dos cadenas complementarias contienen la misma secuencia (pero en reversa una de la otra y compuestas de unidades complementarias) se pueden obtener dos cadenas dobles separando las dos cadenas originales y usándolas como molde para crear una nueva complementaria de cada una.
Por lo tanto, la replicación se logra separando las dos cadena y formando una nueva cadena conectando unidades una tras otra en el orden dictado por sus complementos en la cadena que se utiliza como molde.
De esta forma, la base de datos contenida en el ADN se puede copiar entera y transmitir a una nueva célula.
La Transcripción del ADN y el ARN
Pero, ¿para qué sirve esta información? ¿Para qué copiarla y transmitirla? ¿Para qué se la usa?
La secuencia de unidades en la cadena no es toda informativa. Hay tramos a lo largo de la secuencia que contienen información y trechos que son simplemente de relleno repetitivo.
El ADN es una unidad de almacenamiento de datos ubicada en el núcleo de la célula. El mensaje en algunos de los tramos informativos debe transcribirse para ser utilizado. A partir de estos tramos se produce otro tipo de molécula, la cual es la que se usa realmente. Esta molécula es el ARN.
Como el ADN, el ARN es una cadena de cuatro tipos diferentes de unidades, pero no doble sino simple. Una de las unidades usadas para el ARN es diferente de las del ADN (por lo que uno de los pares complementarios es diferente).
Para transcribir ADN en ARN, la doble cadena se separa y la cadena de ARN se construye siguiendo como instrucción la secuencia en una de las cadenas de ADN. Hay pedazos especificos de la secuencia del ADN que indican dónde comienzan los tramos que codifican al ARN.
Como dije, no todos los tramos informativos se transcriben. Algunos tramos informativos de ADN son señales que permiten la regulación de cuándo, dónde y cómo se transcribirá la información.
En el ARN, los pares de nucleótidos son adenina-uridina (en lugar de timina) y guanosina-citosina. Otra diferencia importante es que el azúcar de cinco carbonos en los nucleótidos del ARN es diferente al del ADN.
El ARN no forma una doble hélice, pero los nucleótidos dentro de la cadena única de ARN interactúan entre sí, formando pares y dando a las moléculas estructuras tridimensionales complejas y funcionales.
La Traducción y las Proteínas
Mientras que el ADN se encuentra en el núcleo de la célula, la mayoría del ARN es llevado fuera del núcleo para ser utilizado. ¿Cómo se lo usa?
Existen varios tipos de ARN pero todos están destinados a producir otro tipo de moléculas llamadas Proteínas.
Las proteínas son cadenas de otro tipo de unidades. Hay 20 unidades distintas que van a formar las Proteínas. Es así que el mensaje de un idioma, el del lenguaje del ADN y el ARN con sus 4 unidades, debe traducirse al lenguaje de las proteínas que tiene 20.
Para producir una traducción tiene que haber una correspondencia, una clave o código con el cual descifrar el mensaje en un idioma en los términos del otro.
En este caso, el código está compuesto por series de tres unidades del sistema del ARN (un triplete) que significan una unidad específica del sistema de las Proteínas. Los cuatro elementos en el sistema del ARN pueden formar 64 combinaciones diferentes de tres, por lo que cada elemento del sistema de las Proteínas está representado por más de un triplete (además hay algunos en particular que indican el final de la traducción).
La traducción se lleva a cabo leyendo, triplete por triplete, la cadena de ARN que contiene el mensaje. La lectura se realiza mediante ARNs más pequeños que sirven como adaptadores. Estos tienen un triplete complementario al del mensaje en un lado y llevan la unidad para la Proteína correspondiente en el otro.
Las unidades que forman las Proteínas pueden interactuar entre sí dentro de la cadena de acuerdo con sus características químicas. Así, la cadena va a formar estructuras tridimensionales complejas. Hay gran diversidad de Proteínas. Hay pequeñas de unas pocas unidades y otras masivas de miles. También pueden formar grandes complejos con varias proteínas unidas. Las combinaciones son infinitas y la diversidad estructural es enorme. La estructura es lo que le da a la proteína su función.
El código usado para la traducción se llama Código Genético y cada triplete de nucleótidos se denomina Codón. Hay aminoácidos (las unidades que forman las Proteínas) que están representados por más codones que otros, pero en general todos están codificados por más de un codón (excepto dos que son codificados por un solo codón, uno de los cuales es que siempre se usa para marcar el inicio). El código es, por lo tanto, redundante (se lo llama un “código degenerado”). El código genético para el ADN nuclear es casi universal en todos los seres vivos, solo algunos organismos microbianos tienen un código diferente.
Hay varios tipos de ARN que tienen diferentes funciones.
Hay ARNs involucrados en la traducción. El ARN mensajero (ARNm) es el que va a ser verdaderamente traducido. El ARN ribosomal va a ser parte de la maquinaria utilizada para la traducción. El ARN de transferencia (ARNt) se usa como adaptador entre el ARN mensajero y el producto de traducción (contiene el anticodón para unir el codón en el mensajero).
Hay muchos tipos de ARNs pequeños con funciones en el proceso de preparación del ARNm para la traducción, ya que el ARNm no está listo para usarse cuando se transcribe y antes debe ser editado.
Por último, hay muchos ARNs involucrados en la regulación de la traducción. Estos son pequeños ARNs que sirven para guiar la maquinaria para eliminar o silenciar ARN mensajeros específicos.
La información para producirlos a todos está contenida en el ADN.
Las proteínas van a hacer de todo. Hay proteínas que formarán la estructura de la célula. Otras proteínas van a procesar y transformar químicos para generar energía o almacenarla. Otras producirán material para la construcción y producción de más células. Otras servirán como señales entre las células o dentro de ellas, mientras que otras servirán para recibir esas señales y comunicarlas a otras proteínas que cumplirán alguna función específica. Otras proteínas sirven como canales para permitir que las cosas entren y salgan de las células.
Junto con los ARNs, las proteínas formarán la maquinaria que llevará a cabo la replicación y transcripción del ADN y la traducción del ARN.
Entonces, en resumen, el ADN es una base de datos que contiene información para hacer ARN y, en última instancia, Proteínas. Contiene los planos para fabricarlos y la información para regular los procesos de fabricación. ARN y Proteínas leen esa información y llevan a cabo sus instrucciones.
Un acertijo más interesante que el del huevo y la gallina. ¿Se les ocurre que vino primero? ¿El ADN, el ARN o las proteínas?
videos Externos copados
En estos videos pueden ver representaciones animadas de las moleculas funcionando en estos procesos. Las proporciones entre los componentes estan mas respetadas que en en mis dibujos (que tienen una finalidad más artística). Les recomiendo tratar de identificar los distintos elementos de los que hablé o lo que se menciona en los links de Wikipedia que hay en el texto.
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Un Biólogo. Un moscólogo. Apasionado por la ciencia y el dibujo.
