La base molecular de la herencia

El material genético en procariotas y eucariotas

• Procariotas: Material genético libre en el citoplasma (ADN desnudo). Casi todo el ADN codifica proteínas y los genes son secuencias continuas.
• Eucariotas: Material genético en el núcleo asociado a histonas. Solo el 10% tiene información útil; los genes poseen intrones (secuencias sin sentido) y exones (secuencias con sentido).

1. La replicación del ADN

La replicación es el proceso mediante el cual, a partir de una molécula de ADN progenitora, se sintetizan dos moléculas idénticas. Es un proceso semiconservativo, donde cada hebra original sirve de molde para una nueva.

1.1. Mecanismo de replicación

Ocurre en la fase S del ciclo celular y consta de tres etapas:

• Inicio: La helicasa abre la doble hélice formando una burbuja de replicación. Las topoisomerasas eliminan las tensiones de torsión y las proteínas SSB estabilizan las hebras abiertas.
• Formación de nuevas hebras: La ADN polimerasa III sintetiza ADN en sentido 5’→3′. Requiere un cebador de ARN sintetizado por la primasa. La síntesis es continua en la hebra adelantada y discontinua en la hebra rezagada (fragmentos de Okazaki), unidos finalmente por la ligasa.
• Finalización: Las horquillas de replicación se encuentran y se completa la doble hélice.

1.2. Corrección de errores

El ADN posee mecanismos de reparación mediante endonucleasas (detectan), exonucleasas (eliminan), ADN polimerasa (repara) y ligasa (sella).

La expresión del mensaje genético

1. Dogma central de la biología molecular

El flujo de información genética sigue el esquema: ADN → ARN → Proteína.

• Transcripción: Síntesis de ARN a partir de ADN.
• Traducción: Formación de proteínas a partir del ARNm.
• Retrotranscripción: Síntesis de ADN a partir de ARN (propia de virus).

2. Transcripción

Proceso de paso de ADN a ARN en el núcleo. En eucariotas intervienen tres ARN polimerasas: ARN poli I (ARNr), ARN poli II (ARNm) y ARN poli III (ARNt).

3. El código genético

Es la relación entre la secuencia de nucleótidos del ARNm (codones) y los aminoácidos. Es universal, degenerado (varios codones para un mismo aminoácido) y no presenta solapamientos.

4. Traducción

Proceso de síntesis proteica en los ribosomas, donde el ARNm es traducido a una secuencia de aminoácidos con ayuda del ARNt.

Ingeniería genética

1. Biotecnología e ingeniería genética

La biotecnología utiliza organismos vivos para generar productos. La ingeniería genética manipula artificialmente el ADN mediante técnicas como:

• ADN recombinante: Introducción de genes exógenos en un hospedador.
• PCR: Amplificación rápida de fragmentos de ADN in vitro.
• Clonación: Obtención de copias idénticas de moléculas, células u organismos.
• CRISPR/Cas: Edición genómica precisa.

2. Aplicaciones biotecnológicas

• Farmacéutica: Síntesis de insulina, antibióticos y vacunas.
• Biorremediación: Eliminación de contaminantes y depuración de aguas.
• Alimentaria: Producción de pan, yogur y bebidas fermentadas.
• Energética: Producción de biocombustibles.