El ADN: Estructura, Función y Mecanismos Moleculares

1. Introducción al ADN: La Molécula de la Vida

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la molécula fundamental que contiene la información genética de los seres vivos. Está compuesto por unidades más simples llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de:

• Un grupo fosfato (ácido fosfórico).
• Un azúcar de cinco carbonos llamado desoxirribosa.
• Una base nitrogenada, que puede ser:
  • Adenina (A)
  • Guanina (G)
  • Citosina (C)
  • Timina (T)

Las bases A y G son purinas (estructura de doble anillo), mientras que C y T son pirimidinas (estructura de un solo anillo).

1.2. Estructura del ADN: La Doble Hélice

El ADN adopta una estructura de doble hélice, donde dos cadenas de nucleótidos se enrollan una alrededor de la otra. La unión entre las cadenas se produce mediante enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias:

• A siempre se une con T (mediante dos puentes de hidrógeno).
• C siempre se une con G (mediante tres puentes de hidrógeno).

Esta complementariedad de bases es crucial para la replicación y la transcripción del ADN. Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que corren en direcciones opuestas.

La estructura del ADN varía según el tipo de organismo:

• Virus: molécula lineal o circular.
• Células procariotas: doble hélice circular.
• Células eucariotas: El ADN se asocia con proteínas llamadas histonas para formar la cromatina. Durante la división celular, la cromatina se condensa para formar los cromosomas.

1.3. Replicación del ADN: El Proceso de Duplicación

La replicación del ADN es el proceso mediante el cual se sintetiza una copia exacta de la molécula de ADN original. Este proceso consta de varias etapas:

1. Desenrrollamiento: Las dos hebras de ADN se desenrollan gracias a la acción de enzimas específicas.
2. Separación de cadenas: Las enzimas ADN polimerasas separan las dos cadenas de ADN, rompiendo los puentes de hidrógeno entre las bases.
3. Formación de cadenas complementarias: La ADN polimerasa utiliza cada cadena original como molde para sintetizar una nueva cadena complementaria, añadiendo nucleótidos según la regla de complementariedad de bases (A-T, C-G).

Este proceso puede tener errores, que dan lugar a cambios en la secuencia de bases, conocidos como mutaciones.

1.4. Transcripción y Traducción: El Flujo de la Información Genética

El ADN contiene la información para la síntesis de proteínas, que son moléculas esenciales para la estructura y función celular. Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos. Existen 20 tipos diferentes de aminoácidos. La secuencia de aminoácidos en una proteína determina su estructura tridimensional y su función.

El flujo de información genética desde el ADN hasta las proteínas ocurre en dos etapas principales:

• Transcripción: La información contenida en el ADN se copia en una molécula de ARN mensajero (ARNm). Este proceso ocurre en el núcleo (en eucariotas). El ARNm es similar al ADN, pero contiene uracilo (U) en lugar de timina (T).
• Traducción: El ARNm se transporta a los ribosomas (en el citoplasma), donde se lee su secuencia de bases. Cada grupo de tres bases (codón) especifica un aminoácido particular. El ARN de transferencia (ARNt) transporta los aminoácidos correspondientes al ribosoma, donde se ensamblan para formar la proteína. El código genético establece la correspondencia entre codones y aminoácidos.

Biotecnología y Manipulación del ADN

2. Introducción a la Biotecnología

La biotecnología moderna implica la manipulación del material genético (ADN) de los organismos para diversos fines, como:

• Fabricar o modificar productos.
• Mejorar plantas o animales.
• Desarrollar microorganismos con capacidades específicas.

Herramientas y Técnicas Clave en Biotecnología

1. Tecnología del ADN recombinante: Permite aislar, copiar y secuenciar regiones específicas del ADN.
2. Ingeniería genética: Permite transferir genes entre organismos, creando organismos genéticamente modificados (transgénicos).
3. Clonación celular: Permite la reparación de tejidos y órganos dañados.
4. Cultivo de células y tejidos: Permite mantener y crecer células, órganos y embriones in vitro.

3. Tecnología del ADN Recombinante

La tecnología del ADN recombinante comprende técnicas para manipular el ADN, incluyendo:

• Cortar y aislar fragmentos de ADN.
• Unir fragmentos de ADN de diferentes orígenes (ADN recombinante).
• Secuenciar fragmentos de ADN.
• Insertar un fragmento de ADN de un organismo donante en un vector (otra molécula de ADN).

3.1. Enzimas Celulares

• Enzimas de restricción (endonucleasas de restricción): Son enzimas bacterianas que actúan como “tijeras moleculares”, cortando el ADN en secuencias específicas.
• Ligasas: Enzimas que unen fragmentos de ADN.

3.2. Electroforesis en Gel de Agarosa

Técnica que separa moléculas de ADN según su tamaño. Las moléculas se mueven a través de un gel de agarosa bajo la influencia de un campo eléctrico, separándose en bandas.

3.3. Hibridación del ADN

Proceso en el que dos hebras de ADN de cadena sencilla con secuencias complementarias se unen para formar una molécula de ADN de doble cadena.

• Sonda de ADN: Fragmento de ADN de cadena sencilla marcado (por ejemplo, con radiactividad) que se utiliza para detectar una secuencia de ADN complementaria.
• Biochips (microarrays de ADN): Láminas de vidrio con fragmentos de ADN de cadena sencilla (sondas) fijados en celdillas microscópicas. Se utilizan para:
  1. Detectar mutaciones.
  2. Controlar la expresión génica.
  3. Diagnosticar enfermedades infecciosas.
  4. Personalizar tratamientos.
  5. Desarrollar nuevas técnicas diagnósticas y terapéuticas.

3.4. Clonación del ADN

La clonación es la producción de individuos genéticamente idénticos mediante reproducción asexual. La clonación de un fragmento de ADN implica la obtención de múltiples copias idénticas de dicho fragmento. Un vector de clonación es una molécula de ADN pequeña (por ejemplo, un plásmido bacteriano) capaz de autorreplicarse dentro de una célula huésped (como una bacteria).