MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGÍA:

GENOMA

Ácidos nucleicos:

Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster, se forman así largas cadenas o polinucleótidos. Pueden alcanzar tamaños gigantes (millones de nucleótidos), siendo las moléculas más grandes que se conocen. Son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son las responsables de su transmisión hereditaria.

Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido (una pentosa), una base nitrogenada puríca (adenina, guanina) o pirimidíca (citosina, timina o uracilo) y uno o varios grupos fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.

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Nucleótidos o derivados de nucleótidos de interés biológico: Algunos nucleótidos cumplen funciones por sí mismos. Así, por ejemplo: Nucleótidos que intervienen en las transferencias de energía: Se trata de moléculas que captan o desprenden energía al transformarse unas en otras. Así, el ATP desprende energía cuando se hidroliza, transformándose en ADP y fosfato inorgánico (Pi). Por el contrario, el ADP almacena energía cuando reacciona con el fosfato inorgánico y se transforma en ATP y agua. De esta forma se transporta energía (unas 7 kilocalorías por mol de ADP/ATP) de aquellas reacciones en las que se desprende (exergónicas) a aquellas en las que se necesita (endergónicas). Ejemplos de nucleótidos transportadores de energía: - AMP (adenosin-5'-monofosfato) - ADP (adenosin-5'-difosfato) - ATP (adenosin-5'-trifosfato) - GDP (guanosidin-5'-difosfato) - GTP (guanosidin-5'-trifosfato) Nucleótidos que intervienen en los procesos de óxido-reducción: Estas moléculas captan electrones de moléculas a las que oxidan y los ceden a otras moléculas a las que a su vez reducen. Así, el NAD+ puede captar 2e-

transformándose en su forma reducida, el NADH, y éste puede ceder dos electrones a otras sustancias, reduciéndolas y volviendo a transformarse en su forma oxidada, el NAD+. Así, se transportan electrones de aquellas reacciones en las que se desprende a aquellas en las que se necesitan. Ejemplos de nucleótidos transportadores de electrones: - NAD+/NADH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido) oxidado y reducido, respectivamente.- NADP+/NADPH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato), oxidado y reducido.- FAD/FADH2 (Flavina-adenina-dinucleótido), oxidado y reducido. Nucleótidos reguladores de procesos metabólicos: Algunos nucleótidos cumplen funciones especiales como reguladores de procesos metabólicos, por ejemplo el AMPc (adenosina-3',5'-monofosfato) o AMP cíclico, en el que dos OH del fosfato esterifican los OH en posiciones 3 y 5 de la ribosa formando un ciclo. Este compuesto químico actúa en las células como intermediario de muchas hormonas.

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ADN:

ADN es la abreviatura del ácido desoxirribonucleico (en inglés, DNA: DeoxyriboNucleic Acid). Constituye el material genético de los organismos. Es el componente químico primario de los cromosomas y el material del que los genes están formados. En las bacterias, el ADN se encuentra en el citoplasma mientras que en organismos más complejos, tales como plantas, animales y otros organismos multicelulares, la mayoría del ADN reside en el núcleo celular. Se conoce desde hace más de cien años. El ADN fue identificado inicialmente en 1868 por Friedrich Miescher, biólogo Suizo, en los núcleos de las células del pus obtenidas de los vendajes quirúrgicos desechados y en el esperma del salmón. Él llamó a la sustancia nucleína, aunque no fue reconocida hasta 1943 gracias al experimento realizado por Oswald Avery.

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Estructura del ADN:

Los componentes del ADN (polímero) son los nucleótidos (monómeros); cada nucleótido está formado por un grupo fosfato, una desoxirribosa y una base nitrogenada. Existen cuatro bases: dos purícas (o púricas) denominadas adenina (A) y guanina (G) y dos pirimidícas denominadas citosina (C) y timina (T). La estructura del ADN es una pareja de largas cadenas de nucleótidos. La estructura de doble hélice del ADN fue descubierta en 1953 por James Watson y Francis Crick y dejaba claro el modo en que el ADN se podía "desenrollar" para que fuera posible su lectura o copia. Una larga hebra de ácido nucleico está enrollada alrededor de otra hebra formando un par entrelazado. Dicha hélice mide 3,4 nm de paso de largo y 2,37 nm de diámetro, y está formada, en cada vuelta, por 10,4 pares de nucleótidos enfrentados entre sí por sus bases nitrogenadas. El rasgo fundamental es que cada base nitrogenada de una hebra se une con la base de la otra, en este sentido, la adenina siempre se une a la timina (lo que se denomina A-T) y la guanina siempre se une a la citosina (G-C). La adenina se une a la timina mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina lo hacen mediante tres puentes de hidrógeno; de ahí que una cadena de ADN que posea un mayor número de parejas de C-G sea más estable.

Este emparejamiento de bases se observa ya la cantidad de adenina es siempre la misma que la timina, e igualmente con la guanina y la citosina. El número de purinas (A y G) es siempre igual a la cantidad de pirimidinas (T y C). Así una purina (adenina y guanina), de mayor tamaño, está siempre emparejada con una pirimidina (timina y citosina), más pequeña, siendo de este modo uniforme la doble hélice. Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Dos unidades de medida muy utilizadas son la kilobase (kb) que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb) que equivale a un millón de pares de bases.

El modelo de doble hélice permite explicar las propiedades que se esperan del ADN:

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Capacidad para contener información: lenguaje codificado en la secuencia de pares de nucleótidos

Capacidad de replicación: dar origen a dos copias iguales

Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos

Según el modelo de la doble hélice de Watson y Crick: 1º) El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un mismo eje formando una doble hélice. 2º) Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3' a 5' y la otra en sentido inverso, 5' a 3'. 3º) Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus cargas negativas interaccionarían con los cationes presentes en el nucleoplasma dando más estabilidad a la molécula.4º) Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior de la hélice con sus planos paralelos entre sí y las bases de cada una de las hélices estarían apareadas con las de la otra asociándose mediante puentes de hidrógeno. 5º) El apareamiento se realizaría únicamente entre la adenina y la timina, por una parte, y la guanina y la citosina, por la otra. Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena estaría determinada por la de la otra, ambas cadenas serían complementarias.La complementariedad de las cadenas sugiere el mecanismo por el cual el ADN se copia -se replica- para ser transferido a las células hijas. Ambas cadenas o hebras se pueden separar parcialmente y servir de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria (síntesis semiconservativa).

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Promotor:

El promotor es una secuencia de ADN que permite que un gen sea transcrito, sirve para dar la señal de comienzo a la ARNpolimerasa. El promotor ADN determina cuál de las dos cadenas de ADN será copiada.

Enlace de hidrógeno:

La adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a un tipo especial de unión química conocido como enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son uniones más débiles que los típicos enlaces químicos. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.

Papel de la secuencia:

En un gen, la secuencia de los nucleótidos a lo largo de una hebra de ADN se transcribe a un ARN mensajero (ARNm) y esta secuencia a su vez se traduce a una proteína que un organismo es capaz de sintetizar o "expresar" en uno o varios momentos de su vida, usando la información de dicha secuencia.

La relación entre la secuencia de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos de la proteína viene determinada por el código genético, que se utiliza durante el proceso de traducción o síntesis de proteínas. La unidad codificadora del código genético es un grupo de tres nucleótidos (triplete), representado por las tres letras iniciales de las bases nitrogenadas (por ej. ACT, CAG, TTT). Cuando estos tripletes están en el ARN mensajero se les llama codones. En el ribosoma cada codón del ARN mensajero interacciona con una molécula de ARN de transferencia (ARNt) que contenga el triplete complementario (denominado anticodón). Cada ARNt porta el aminoácido correspondiente al codón de acuerdo con el código genético, de modo que el ribosoma va uniendo los aminoácidos para formar una nueva proteína de acuerdo con las "instrucciones" de la secuencia del ARNm. Existen 64 codones posibles, por lo cual corresponde más de uno para cada aminoácido; algunos codones indican la terminación de la síntesis, el fin de la secuencia codificante; estos codones de terminación son UAA, UGA y UAG.

En muchas especies de organismos, sólo una pequeña fracción del total de la secuencia del genoma codifica proteínas; por ejemplo, sólo un 3% del genoma humano consiste en exones que codifican proteínas, existe un gen no codificante que se denominan intrones. La función del resto por ahora sólo es especulación, es conocido que algunas secuencias tienen afinidad hacia proteínas especiales que tienen la capacidad de unirse al ADN y tienen un papel importante en el control de los mecanismos de transcripción y replicación. Estas secuencias se

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llaman frecuentemente secuencias reguladoras, y los investigadores asumen que sólo se ha identificado una pequeña fracción de las que realmente existen.

Algunas secuencias de ADN desempeñan un papel estructural en los cromosomas: los telómeros y centrómeros contienen pocos o ningún gen codificante de proteínas, pero son importantes para estabilizar la estructura de los cromosomas.

El ADN como almacén de información:

En realidad se puede considerar así, un almacén de información (mensaje) que se transmite de generación en generación, conteniendo toda la información necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside.

Se puede considerar que las obreras de este mecanismo son las proteínas. Estas pueden ser estructurales como las proteínas de los músculos, cartílagos, pelo, etc., o bien funcionales como las de la hemoglobina, o las innumerables enzimas, del organismo. La función principal de la herencia es la especificación de las proteínas, siendo el ADN una especie de plano o receta para nuestras proteínas. Unas veces la modificación del ADN que provoca disfunción proteica lo llamamos enfermedad o mutación, otras veces, en sentido beneficioso, dará lugar a lo que conocemos como evolución.

Las alrededor de treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están hechas de veinte aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unan dichos aminoácidos.

El ADN en el genoma de un organismo podría dividirse conceptualmente en dos, el que codifica las proteínas y el que no codifica. En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a ARN. Este ARN sirve como mensajero entre el ADN y la maquinaria que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de ARN mensajero. El ARN mensajero instruye a la maquinaria que elabora las proteínas, para que ensamble los aminoácidos en el orden preciso para armar la proteína.

El dogma central de la biología molecular plantea que el flujo de actividad y de información es: ADN ARN Proteína. En la actualidad se asume que este dogma es cierto en la mayoría de los caso, pero se conocen importantes excepciones: En algunos organismos (virus de ARN) la información fluye de ARN a ADN, este proceso se conoce como "transcripción inversa o reversa". Adicionalmente, ahora se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a ARN y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse a proteína nunca.

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Duplicación del ADN: La vida de los seres vivos es muy variable, por tanto para que esta no se extinga ha de haber un momento en se reproduzcan, lo cual lleva implícito la formación de copias del ADN del progenitor o progenitores.

Se dieron muchas hipótesis sobre como se duplicaba el ADN hasta que Watson y Crick propusieron la hipótesis semiconservativa (posteriormente demostrada por Meselson y Stahl en 1957), según la cual, las nuevas moléculas de ADN formadas a partir de otra antigua, tienen una hebra antigua y otra nueva.

Duplicación del ADN en procariontes:

Hay que recordar que es circular y ocurre en tres etapas:

1ª etapa: Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto ori-c:

Intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina replisoma.

Primero: intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento

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Segundo: actúan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.

Tercero: Actúan las proteínas SSB que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.

2ª etapa: Síntesis de dos nuevas hebras de ADN:

* Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.

* Intervienen las ADN polimerasas I y III, que se encargan de la replicación y corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III

* Actúa la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos.

La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas (cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki) que crecen en el sentido 5´-3´ y que más tarde se unen. Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.

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La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (primasa). Este cebador es eliminado posteriormente.

3ª etapa: Corrección de errores:

El enzima principal que actúa como comadrona es la ADN polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación. Intervienen otras enzimas como:

Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.

ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco.

ADN ligasas que unen los extremos corregidos

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Duplicación del ADN en eucariontes:

Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora y una hebra retardada con fragmentos de Okazaki. Se inicia en la horquilla de replicación (puede haber unas 100 a la vez).

Intervienen enzimas similares a los que actúan en las células procariontes y otros enzimas que han de duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora.

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Ácido ribonucleico:

El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un polímero constituido por nucleótidos. Toma su nombre del grupo de los azúcares en el esqueleto de la molécula, la ribosa. Los nucleótidos del ARN contienen anillos de ribosa y uracilo, a diferencia del ácido desoxirribonucleico (ADN) que contiene desoxirribosa y timina. Es transcrito desde el ADN por enzimas llamada ARNpolimerasas y procesadas por muchas más proteínas. El ARN sirve como una plantilla para la traducción de genes.

En las células eucariotas el ADN se encuentra encerrado en el núcleo. La síntesis de ADN se hace en el núcleo, así como también la síntesis de ARN, pero la síntesis de proteínas ocurre en el citoplasma. El mecanismo por el cual la información se traspasa desde el núcleo celular al citoplasma es mediante la transcripción del ARN a partir del ADN.

Parte del ADN se transcribe (es decir, se copia) en ARN. El ARN va como un mensajero al citoplasma y allí el ribosoma es el lugar físico para la traducción de los genes a proteínas. Por eso, ese ARN capaz de llevar el mensaje desde el núcleo al citoplasma se llama ARN mensajero.El ARN también es una macromolécula de ácido nucleico como el ADN pero tiene propiedades bastante diferentes. En primer lugar, el ADN es una hélice doble, sin embargo el ARN casi siempre está formado por una única cadena. En segundo lugar, el ADN contiene en sus nucleótidos el azúcar desoxirribosa (de ahí su nombre), el ARN contiene ribosa. En tercer lugar, el ADN tiene cuatro bases: guanina (G), adenina (A), citosina (C) y timina (T). El ARN tiene G, A y C, pero la timina (T) se sustituye por el uracilo (U).

El uracilo, aunque es muy diferente, puede formar puentes de hidrógeno con la adenina, lo mismo que la timina. El porqué el ARN contiene uracilo en vez de timina es un enigma del que nadie sabe la respuesta.

El ARN es el principal material genético usado en los organismos llamados virus, y el ARN también es importante en la producción de proteínas en otros organismos vivos. El ARN puede moverse dentro de las células de los organismos vivos y por consiguiente sirve como una suerte de mensajero genético, transmitiendo la información guardada en el ADN de la célula, desde el núcleo hacia otras partes de la célula donde se usa para ayudar a producir proteínas.

El ARN se transcribe a partir de una de las dos cadenas del ADN. En caso contrario, de una de las hélices saldría una proteína y de la otra algo totalmente diferente.

Por ejemplo, si en una de las cadenas de ADN hubiera: GATACA, en la otra debería haber: CTATGT.

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La primera al transcribirse a ARN daría dos codones: GAU-ACA. La segunda CUA-UGU.

La primera formaría la cadena de aminoácidos siguiente. En el primer caso: Ácido Aspártico -Treonina y en el segundo caso: Leucina - Cisteína.

Que sólo se transcriba una hélice no significa que siempre sea la misma a lo largo de todo el cromosoma. Puede transcribirse una hélice en un sitio y otra en otro.

En la traducción de codones a aminoácidos intervienen otras moléculas de ARN, las llamadas ARN de transferencia.

Algunas moléculas de ARN presentan actividad catalítica, y son conocidas como ribosomas. La mayoría de los ARN son autocatalíticos, ya que catalizan su propio procesamiento. Su hallazgo es relativamente reciente, y antes se consideraba que solo las proteínas eran las únicas macromoléculas capaces de poseer actividad catalítica.

Tipos de ARN: Por su estructura y su función se distinguen tres tipos de ARN: ARN mensajero (ARNm): es un polirribonucleótido constituido por una única cadena sin ninguna estructura de orden superior. Su masa molecular suele ser elevada. Este ARN se sintetiza en el núcleo celular y pasa al citoplasma transportando la información para la síntesis de proteínas. La duración de los ARNm

en el citoplasma celular es de escasos minutos siendo degradados rápidamente por enzimas específicas. ARN de transferencia (ARNt): transporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encuentra replegada y asociada internamente mediante puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Su peso molecular es del orden de 25.000 da. Está formado por entre 70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiza en el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt

podemos distinguir un brazo aceptor de aminoácidos abierto y un bucle anticodón. ARN ribosomal (ARNr): es el ARN que se encuentra en los ribosomas adosado a proteínas ribosomales. El ribosoma es el organelo donde se produce el proceso de traducción de proteínas y se encuentran en el citoplasma celular.

Por lo tanto, después de haber estudiado el ADN y ARN queda claro que la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN puede generar proteínas; sin embargo el ADN se encuentra en el núcleo (células eucariontes) y las proteínas se sintetizan en los ribosomas, los cuales están situados en el citoplasma. El intermediario de este proceso resulta ser el ARNm.

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Las etapas del proceso de síntesis de proteínas son:

ADN Transcripción Traducción

Transcripción en procariontes:

En ella podemos distinguir las siguientes fases:

Iniciación: la ARN polimerasa se une a un cofactor que permite su unión a una región del ADN llamada promotor, la cual posee una secuencia TATAAT ó TTGACA.

Elongación: la ARN polimerasa recorre la hebra de ADN hacia su extremo 5´ sintetizando una hebra de ARNm en dirección 5´-3´

Finalización: presenta dos variantes. En una interviene un cofactor "p" y en otra no interviene dicho cofactor. El proceso finaliza al llegar a una secuencia rica en G y C (zona llamada operador). El ADN vuelve a su forma normal y el ARNm libre.

Maduración: si lo que se forma es un ARNm no hay maduración, pero si se trata de un ARNt o ARNr hay procesos de corte y empalme.

Mecanismo de trascripción en procariontes

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Transcripción en eucariontes:

Para comprender este proceso hay que tener en cuenta lo siguiente: Existen tres tipos de ARN polimerasa I, II y III que participan en la transcripción, además los genes están fragmentados en zonas sin sentido o intrones y zonas con sentido o exones y por ultimo antes de madurar el ARN mensajero se eliminan los intrones. Posteriormente se desempaquetan las histonas.

En la transcripción de eucariontes se distinguen las siguientes fases:

Iniciación: la ARN polimerasa II se une a una zona del ADN llamada promotor (posee secuencias CAAT y TATA)

Elongación: la síntesis continúa en sentido 5´-3´. Posteriormente se añade una caperuza (metil-guanosín trifosfato) al extremo 5´.

Finalización: parece que está relacionado con la secuencia TTATTT. Ahora interviene una enzima llamada poli-A polimerasa que añade una cola de poli-A al ARNm inmaduro.

Maduración: se produce en el núcleo y la hace una enzima que elimina los nuevos intrones formados. Posteriormente las ARN ligasas empalman los exones y forman el ARNm.

Mecanismo de transcripción en eucariontes

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Traducción o síntesis de proteínas:

Tiene lugar en los ribosomas, de una forma muy similar en procariontes y eucariontes.

Comprende las siguientes etapas:

1) Iniciación: Comienza por el triplete iniciador del ARNm (AUG), que está próximo a la caperuza 5'. Este triplete va precedido de la secuencia AGGAGG (secuencia de Shine-Dalgarno) que es la zona de unión con el ribosoma.

Se forma el complejo de iniciación con los factores de iniciación (FI) y la energía suministrada por el GTP, la subunidad menor del ribosoma reconoce la caperuza y se une al ARNm en la zona próxima al triplete o codón iniciador. Esta caperuza aporta el ARNt iniciador que a su vez aporta el aminoácido metionina. Este ARNt

contiene un triplete complementario al AUG, es decir el UAC, llamado anticodón (la proteína sintetizada contiene en su extremo el aminoácido metionina)

Una vez encajado el ARNt -metionina, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma, formándose así el ribosoma completo y funcional. En él hay dos sitios claves:

Sitio P (sitio peptidil), ocupado por el ARNt -metionina

Sitio A (sitio aminoacil), que está libre para recibir un segundo ARNt (sólo el que su anticodón coincida con el del codón del ARNm) cargado con un nuevo aminoácido.

Inicio del proceso de traducción

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2) Elongación de la cadena peptídica: es un proceso catalizado por el enzima peptidil transferasa, el cual, mediante enlaces peptídicos va uniendo aminoácidos a la cadena peptídica. Cada vez que llega un aminoácido ocurre un proceso cíclico de elongación.

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3) Fin de la síntesis de la cadena peptídica: ocurre cuando aparece uno de los codones de terminación (UAA, UAG, UGA). En este momento un factor proteico de terminación se une al codón de terminación e impide que algún ARNt con otro aminoácido (ARNt-aminoacil) se aloje en el sitio A. En este momento se produce la hidrólisis de la cadena peptídica y se separan las dos subunidades del ribosoma.

Ingeniería genética y sus aplicaciones:

La ingeniería genética es una técnica que manipula los genes. Puede alterar o introducir genes en el genoma de un ser vivo que carece de ellos.

Las finalidades pueden ser diversas: en las plantas se intenta crear variedades más resistentes al clima, a las plagas, con mayor poder nutritivo, de mayor tamaño, etc. En los animales se obtienen variedades ganaderas de mayor rendimiento, de más rápido crecimiento; en la especie humana se intentan curar determinadas enfermedades genéticas; es la llamada terapia génica; también se obtienen sustancias útiles para el hombre producidas por bacterias que se utilizan como fábricas de producción, una vez introducidos en ellas determinados genes; así se han obtenido la insulina, la hormona de crecimiento, el interferón y el factor VIII de la coagulación sanguínea, algunos tipos de vacunas. También se pretende utilizar a los microorganismos modificados genéticamente para que degraden determinados contaminantes como metales y plásticos.

Todo comenzó cuando a principios de la década de los setenta del siglo XX, Paul Berg descubrió las enzimas de restricción. Actúan como auténticos bisturís genéticos que son capaces de cortar el ADN en puntos concretos y así separar los segmentos de ADN que interesan. De esta forma surgió la tecnología del ADN recombinante; se llama así al formado al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor. En la actualidad se puede aislar un gen determinado mediante las enzimas de restricción y un vector adecuado, posteriormente se introduce en bacterias, estas al reproducirse, van aumentando el número de copias de ese gen. Este proceso de amplificación se denomina clonación del ADN. El vector puede ser un plásmido bacteriano o un virus.

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Los plásmidos son pequeños ADN circulares de doble hélice que se encuentran en el citoplasma de una bacteria. Son como microcromosomas que se multiplican autonómicamente. Portan determinados genes y en ellos se pueden introducir genes pasajeros para que las bacterias los expresen. Además hay plásmidos que pueden introducir genes en células eucariotas.

Los virus también se utilizan como vectores de genes. Hay virus que se insertan en el genoma tanto de bacterias como de células eucariotas (no bacterianas) y que por lo tanto pueden incluir en dicho genoma genes extraños si previamente se han insertado en el virus. En este aspecto son muy utilizados los retrovirus, virus de ARN que se retrotranscriben a ADN y se insertan con facilidad en el genoma de las células. En este caso se inserta en el virus un ARN mensajero (copia a ARN de un determinado gen).

Los organismos eucarióticos (no bacterianos) desarrollados a partir de una célula en la que se han introducido genes extraños se denominan organismos transgénicos. La introducción de genes en células eucariotas es más difícil que en bacterias. Se conocen técnicas alternativas como son la microinyección (introducción de ADN mediante una microaguja y un micromanipulador) y el uso de una pistola que dispara microbalas de metal recubiertas de ADN. En las plantas se suele utilizar como vector un plásmido de una bacteria parásita que provoca tumores.

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Cuadro sinóptico: El material genético

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Cuadro sinóptico: Expresión del mensaje genético

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Guía de ejercicios:

1.- El apareamiento correcto de bases nitrogenadas en el proceso de duplicación del ADN para la cadena molde: AATCGCTGC es:

a) AAUCGCTGCb) TTACGCACGc) UUAGCGACGd) TTAGCGTGCe) TTAGCGACG

2.- Si el ADN tiene las siguientes bases nitrogenadas: ATCCCGTAT, ¿Cuáles serán las bases nitrogenadas del ARNm generado en el proceso de transcripción?

a) UAGGGCATAb) UAGGGCAUAc) TAGGGCATAd) UAGACGUAUe) UCCGGCUAU

3.- Los segmentos de un gen que tiene la información para formar proteínas se denominan:

a) Intronesb) ARNmc) ARNrd) Exonese) ADN degenerado

4.- Los aminoácidos se unen específicamente en el proceso de traducción al:

a) ARNmb) ARNrc) ARNtd) ADNe) Cromosomas

5.- El codón se encuentra en:

a) ARNmb) ARNtc) Cadena molde del ADNd) Cadena hija del ADNe) ARNr

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6.- El proceso de traducción puede ocurrir:

a) En el citoplasma celularb) Al interior de una mitocondriac) Al interior de un cloroplastod) Alternativas a, b, c son correctase) Ninguna de las alternativas en correcta

7.- La duplicación del ADN en organismos procariontes y eucariontes respectivamente ocurre en:

a) Citoplasma y núcleob) Ambas en el núcleoc) Núcleo y citoplasmad) Ambas en el citoplasmae) En los ribosomas

8.- Los ribosomas se pueden encontrar en:

a) El citoplasma eucarióticob) El interior de la mitocondriac) El interior del cloroplastod) El citoplasma procarióticoe) Todas las alternativas son correctas

9.- El ARNm en los eucariontes se forma en:

a) El citoplasmab) El núcleoc) Los ribosomasd) Los ARNre) Los lisosomas

10.- El proceso de transcripción celular tiene como característica(s):

a) Ser endergonicob) Ser anabólicoc) Ocupar enzimas ARN polimerasasd) Realizarse en el núcleo en eucariotase) Todas las alternativas son correctas

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11.- Las instrucciones del ARNm son interpretadas por:

a) El ADNb) El ARNrc) El ARNtd) Los aminoácidose) Los ribosomas

12.- La ADN polimerasa actúa en el proceso de:

a) Replicación del ADNb) Traducciónc) Replicación del ARNd) Mitosis celulare) Meiosis celular

13.- El modelo que actualmente se utiliza para describir la replicación del ADN es el:

a) Aleatoriob) Conservativoc) Dispersivod) Semiconservativoe) Ninguna de las alternativas es correcta

14.- La duplicación del ADN ocurre en la etapa:

a) Profaseb) Anafasec) G1d) G2e) S

15.- El ADN esta formado por:

I) Desoxirribosas II) Ribosas III) Grupos fosfato IV) Bases nitrogenadas

a) Sólo Ib) I, IIc) II, IVd) I, III, IVe) II, III, IV

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16.- La base nitrogenada que se une con timina es:

a) Uracilob) Adeninac) Citosinad) Guaninae) Timina

17.- El ADN presenta una base nitrogenada que es reemplazada por el uracilo en los ARN, esta base reemplazada es:

a) Adeninab) Guaninac) Timinad) Citosinae) Todas las alternativas son correctas

18.-Los aminoácidos son las unidades básicas de:

I) Proteínas II) Enzimas III) Lípidos IV) Glúcidos

a) Sólo Ib) Sólo II c) I, IId) I, II, IIIe) II, IV

19.- Los ribosomas 70S se pueden encontrar en:

a) E. colib) Cloroplastosc) Mitocondriasd) Mycobactere) Todas las alternativas son correctas

20.- El primer aminoácido de una cadena polipeptídica es siempre:

a) Leucinab) Metioninac) Alaninad) Serinae) Valina

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Alternativas correctas:

1 E 11 C2 B 12 A3 D 13 D4 C 14 E5 A 15 D6 D 16 B7 C 17 C8 E 18 C9 B 19 E10 E 20 B

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