El ADN (ácido desoxirribonucleico) es uno de los componentes más importantes de la materia viva. A través de ella se realiza la conservación y transmisión de la información hereditaria de generación en generación con posibilidad de variabilidad dentro de ciertos límites. La síntesis de todas las proteínas necesarias para un sistema vivo sería imposible sin una matriz de ADN. A continuación consideraremos la estructura, la formación, el funcionamiento básico y el papel del ADN en la biosíntesis de proteínas.
La estructura de la molécula de ADN
El ácido desoxirribonucleico es una macromolécula que consta de dos hebras. Su estructura tiene varios niveles de organización.
La estructura primaria de la cadena de ADN es una secuencia de nucleótidos, cada uno de los cuales contiene una de las cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina o timina. Las cadenas surgen cuando el azúcar desoxirribosa de un nucleótido se une al residuo de fosfato de otro. Este proceso se lleva a cabo con la participación de una proteína-catalizador - ADN ligasa
- La estructura secundaria del ADN es la llamada doble hélice (más precisamente, un doble tornillo). Los terrenos son capacesse conectan entre sí de la siguiente manera: la adenina y la timina forman un doble enlace de hidrógeno, y la guanina y la citosina forman un triple. Esta característica subyace al principio de complementariedad de bases, según el cual las cadenas están conectadas entre sí. En este caso, se produce una torsión helicoidal (más a menudo hacia la derecha) de la doble cadena.
- Una estructura terciaria es una conformación compleja de una molécula enorme que se produce a través de enlaces de hidrógeno adicionales.
- La estructura cuaternaria se forma en combinación con proteínas específicas y ARN y es la forma en que el ADN se empaqueta en el núcleo celular.
Funciones del ADN
Consideremos el papel que juega el ADN en los sistemas vivos. Este biopolímero es una matriz que contiene un registro de la estructura de varias proteínas, el ARN que necesita el cuerpo, así como varios tipos de sitios reguladores. En general, todos estos componentes conforman el programa genético del cuerpo.
A través de la biosíntesis del ADN, el programa genético se transmite a las siguientes generaciones, asegurando la herencia de información fundamental para la vida. El ADN puede mutar, por lo que surge la variabilidad de los organismos vivos de una especie biológica y, como resultado, es posible el proceso de selección natural y la evolución de los sistemas vivos.
Durante la reproducción sexual, el ADN de un organismo descendiente se forma combinando información hereditaria paterna y materna. Cuando se combinan, hay varias variaciones, lo que también contribuye a la variabilidad.
Cómo se reproduce el programa genético
Debido a la estructura complementaria, es posible la autorreproducción matricial de la molécula de ADN. En este caso, se copia la información contenida en el mismo. La duplicación de una molécula para formar dos "dobles hélices" hijas se denomina replicación del ADN. Este es un proceso complejo que involucra muchos componentes. Pero con una cierta simplificación, se puede representar como un diagrama.
La replicación es iniciada por un complejo especial de enzimas en ciertas áreas del ADN. Al mismo tiempo, la doble cadena se desenrolla, formando una horquilla de replicación, donde tiene lugar el proceso de biosíntesis del ADN: la acumulación de secuencias de nucleótidos complementarias en cada una de las cadenas.
Características del complejo de replicación
La replicación también se lleva a cabo con la participación de un conjunto complejo de enzimas, los replisomas, en los que la ADN polimerasa desempeña el papel principal.
Una de las cadenas en el curso de la biosíntesis del ADN es la líder y se forma continuamente. La formación de una hebra retrasada se produce al unir secuencias cortas: fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos se ligan utilizando ADN ligasa. Tal proceso se llama semicontinuo. Además, se caracteriza por ser semiconservadora, ya que en cada una de las moléculas recién formadas una de las cadenas es la progenitora, y la segunda es la hija.
La replicación del ADN es uno de los pasos clave en la división celular. Este proceso subyace a la transferencia de información hereditaria a la nueva generación, así como al crecimiento del organismo.
Qué son las proteínas
La proteína esel elemento funcional más importante en las células de todos los organismos vivos. Realizan funciones catalíticas, estructurales, reguladoras, de señalización, protectoras y muchas otras.
Una molécula de proteína es un biopolímero formado por una secuencia de residuos de aminoácidos. Al igual que las moléculas de ácido nucleico, se caracteriza por la presencia de varios niveles de organización estructural, desde el primario hasta el cuaternario.
Hay 20 aminoácidos distintos (canónicos) utilizados por los sistemas vivos para construir una gran variedad de proteínas. Por regla general, la proteína no se sintetiza por sí sola. El papel principal en la formación de una molécula de proteína compleja pertenece a los ácidos nucleicos: ADN y ARN.
La esencia del código genético
Entonces, el ADN es una matriz de información que almacena información sobre las proteínas necesarias para que el cuerpo crezca y viva. Las proteínas se construyen a partir de aminoácidos, ADN (y ARN) a partir de nucleótidos. Ciertas secuencias de nucleótidos de la molécula de ADN corresponden a ciertas secuencias de aminoácidos de ciertas proteínas.
Hay 20 tipos de unidades estructurales de proteínas (aminoácidos canónicos) en una célula y 4 tipos de nucleótidos en el ADN. Entonces, cada aminoácido está escrito en la matriz de ADN como una combinación de tres nucleótidos: un triplete, cuyos componentes clave son bases nitrogenadas. Este principio de correspondencia se denomina código genético y los tripletes de bases se denominan codones. gen esuna secuencia de codones que contiene un registro de una proteína y algunas combinaciones de servicios de bases: un codón de inicio, un codón de terminación y otros.
Algunas propiedades del código genético
El código genético es casi universal; con muy pocas excepciones, es el mismo en todos los organismos, desde las bacterias hasta los humanos. Esto da testimonio, en primer lugar, de la relación de todas las formas de vida en la Tierra y, en segundo lugar, de la antigüedad del código mismo. Probablemente, en las primeras etapas de la existencia de la vida primitiva, diferentes versiones del código se formaron con bastante rapidez, pero solo una recibió una ventaja evolutiva.
Además, es específico (sin ambigüedades): diferentes aminoácidos no están codificados por el mismo triplete. Además, el código genético se caracteriza por la degeneración o redundancia: varios codones pueden corresponder al mismo aminoácido.
El registro genético se lee continuamente; las funciones de los signos de puntuación también se realizan mediante tripletas de bases. Como regla, no hay registros superpuestos en el "texto" genético, pero aquí también hay excepciones.
Unidades funcionales del ADN
La totalidad de todo el material genético de un organismo se denomina genoma. Así, el ADN es el portador del genoma. La composición del genoma incluye no solo genes estructurales que codifican ciertas proteínas. Una parte significativa del ADN contiene regiones con diferentes propósitos funcionales.
Entonces, el ADN contiene:
- regulatoriosecuencias que codifican ARN específicos, como interruptores genéticos y reguladores de la expresión génica estructural;
- elementos que regulan el proceso de transcripción - la etapa inicial de la biosíntesis de proteínas;
- los pseudogenes son una especie de "genes fósiles" que han perdido su capacidad para codificar una proteína o transcribirse debido a mutaciones;
- elementos genéticos móviles: regiones que pueden moverse dentro del genoma, como los transposones ("genes s altadores");
- los telómeros son regiones especiales en los extremos de los cromosomas, gracias a las cuales el ADN de los cromosomas está protegido contra el acortamiento con cada evento de replicación.
Implicación del ADN en la biosíntesis de proteínas
El ADN es capaz de formar una estructura estable, cuyo elemento clave es el compuesto complementario de las bases nitrogenadas. La doble hebra de ADN proporciona, en primer lugar, la reproducción completa de la molécula y, en segundo lugar, la lectura de secciones individuales de ADN durante la síntesis de proteínas. Este proceso se llama transcripción.
Durante la transcripción, una sección de ADN que contiene un determinado gen se desenrosca y en una de las cadenas, la plantilla, se sintetiza una molécula de ARN como una copia de la segunda cadena, llamada codificante. Esta síntesis también se basa en la propiedad de las bases para formar pares complementarios. Las regiones de servicio no codificantes del ADN y la enzima ARN polimerasa participan en la síntesis. El ARN ya sirve como molde para la síntesis de proteínas y el ADN no está involucrado en el proceso posterior.
Transcripción inversa
Durante mucho tiempo se creyó que la matrizla copia de información genética solo puede ir en una dirección: ADN → ARN → proteína. Este esquema ha sido llamado el dogma central de la biología molecular. Sin embargo, en el curso de la investigación, se descubrió que en algunos casos es posible copiar de ARN a ADN, la llamada transcripción inversa.
La capacidad de transferir material genético del ARN al ADN es característica de los retrovirus. Un representante típico de tales virus que contienen ARN es el virus de la inmunodeficiencia humana. La integración del genoma viral en el ADN de una célula infectada ocurre con la participación de una enzima especial, la transcriptasa inversa (revertasa), que actúa como catalizador para la biosíntesis de ADN en una plantilla de ARN. La revertasa también es parte de la partícula viral. La molécula recién formada se integra en el ADN celular, donde sirve para producir nuevas partículas virales.
Qué es el ADN humano
El ADN humano, contenido en el núcleo celular, está empaquetado en 23 pares de cromosomas y contiene alrededor de 3.100 millones de nucleótidos emparejados. Además del ADN nuclear, las células humanas, al igual que otros organismos eucariotas, contienen ADN mitocondrial, un factor en la herencia de los orgánulos de las células mitocondriales.
Los genes codificadores del ADN nuclear (hay de 20 a 25 mil) constituyen solo una pequeña parte del genoma humano, aproximadamente el 1,5 %. El resto del ADN se llamaba anteriormente "basura", pero numerosos estudios revelan el importante papel de las regiones no codificantes del genoma, que se discutieron anteriormente. También es muy importante estudiar los procesostranscripción inversa en ADN humano.
La ciencia ya ha formado una comprensión bastante clara de lo que es el ADN humano en términos estructurales y funcionales, pero el trabajo futuro de los científicos en esta área traerá nuevos descubrimientos y nuevas tecnologías biomédicas.
