Fundamentos de los Ácidos Nucleicos, Genética y Biotecnología

Ácidos Nucleicos: Almacenamiento y Transmisión de Información Genética

Los ácidos nucleicos son macromoléculas esenciales que almacenan y transmiten la información genética. Están formadas por la unión de unidades más sencillas denominadas nucleótidos.

Cada nucleótido está formado por tres componentes:

• Un grupo fosfato (compuesto de fósforo y oxígeno).
• Un glúcido de cinco átomos de carbono (pentosa).
• Una base nitrogenada.

Los nucleótidos se unen unos a otros formando largas cadenas llamadas polinucleótidos. Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

En el ADN está contenida toda la información genética necesaria para el funcionamiento y desarrollo de un ser vivo. Se encuentra principalmente en el núcleo de las células eucariotas. Su estructura de doble hélice fue establecida por Francis Crick y James Watson.

Características del ADN:

1. Cada molécula está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos, enrolladas en espiral formando una doble hélice.
2. Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que se disponen de forma paralela pero siguen sentidos opuestos.
3. Las cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y son complementarias (Adenina con Timina, Guanina con Citosina).

ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN participa en la expresión de la información contenida en el ADN, actuando como intermediario en la síntesis de proteínas. Se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma celular.

Tipos de ARN:

1. ARN Mensajero (ARNm): Transporta la información genética desde el ADN en el núcleo hasta los ribosomas en el citoplasma.
2. ARN Ribosómico (ARNr): Forma parte estructural de los ribosomas, orgánulos encargados de la síntesis de proteínas.
3. ARN Transferente (ARNt): Se une a aminoácidos específicos y los transporta hasta el ribosoma para incorporarlos a la cadena proteica en formación, siguiendo la secuencia indicada por el ARNm.

Replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso por el cual se duplica la molécula de ADN antes de la división celular. Es de tipo semiconservativo, lo que significa que cada nueva molécula de ADN conserva una de las cadenas originales y sintetiza una nueva cadena complementaria. Existen enzimas de reparación que corrigen posibles errores (nucleótidos incorrectos) durante este proceso.

Conceptos Fundamentales de Genética

Gen: Es un fragmento específico de ADN que contiene la información genética necesaria para determinar un carácter hereditario. Cada gen posee una secuencia específica de nucleótidos y se localiza en una posición concreta dentro de un cromosoma.

Carácter: Son los rasgos o características observables (fenotípicas) o no observables que diferencian a un individuo de otro (ej. color de ojos, grupo sanguíneo).

Genoma: Es el conjunto completo de genes (y material genético) de un organismo.

Mutaciones

Las mutaciones son cambios aleatorios que se producen en la secuencia del ADN de un organismo. Pueden ocurrir espontáneamente o ser inducidas por agentes externos.

Tipos de Mutaciones

Las mutaciones se pueden clasificar según diferentes criterios:

1. Según la causa:

• Espontáneas: Ocurren por errores naturales durante procesos celulares como la replicación del ADN.
• Inducidas: Se producen por la exposición a agentes mutagénicos (físicos, químicos o biológicos).

2. Según el efecto sobre el individuo:

• Perjudiciales: Disminuyen la capacidad de supervivencia o reproducción del individuo.
• Beneficiosas: Aumentan la adaptabilidad del individuo al medio.
• Neutras: No afectan significativamente al individuo.

3. Según el tipo de células afectadas:

• Mutaciones Somáticas: Afectan a las células no reproductivas del cuerpo. No se heredan.
• Mutaciones Germinales: Afectan a las células reproductoras (óvulos o espermatozoides). Se transmiten a la descendencia.

4. Según la extensión del material genético afectado:

• Mutaciones Génicas: Afectan a la secuencia de nucleótidos de un solo gen.
• Mutaciones Cromosómicas: Afectan a la estructura de uno o más cromosomas (deleciones, duplicaciones, inversiones, translocaciones).
• Mutaciones Genómicas: Afectan al número total de cromosomas (aneuploidías, poliploidías).

Biotecnología

La biotecnología es la utilización de seres vivos, o partes de ellos (como enzimas o células), con el fin de obtener productos o procesos de interés para las personas.

Biotecnología Moderna y Tradicional

• Biotecnología Tradicional: Se basa en técnicas empíricas usadas desde la antigüedad, como la selección artificial de ganado o plantas, y la fermentación para la elaboración de pan, queso, yogur o cerveza.
• Biotecnología Moderna: Emplea técnicas avanzadas de biología molecular y celular, como la ingeniería genética, para la producción de sustancias terapéuticas (insulina, vacunas), mejora de alimentos, obtención de energía (biocombustibles), biorremediación (limpieza de contaminantes) y eliminación de metales pesados.

Ingeniería Genética

La ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permiten la manipulación directa del ADN de un organismo para conseguir un objetivo práctico. Una de sus aplicaciones principales es la transferencia de uno o más genes de un organismo a otro. El organismo receptor modificado genéticamente se denomina organismo transgénico.

ADN Recombinante

El ADN recombinante es una molécula de ADN artificial creada mediante la unión de fragmentos de ADN de orígenes diferentes (por ejemplo, un gen humano insertado en un plásmido bacteriano). La creación de ADN recombinante es una técnica fundamental de la ingeniería genética.

Herramientas para la Manipulación de Genes

La ingeniería genética utiliza diversas herramientas moleculares, entre las que destacan:

• Enzimas de restricción: Cortan el ADN en secuencias específicas.
• Vector de transferencia: Vehículo (como plásmidos o virus) utilizado para introducir el ADN recombinante en la célula huésped.
• ADN ligasas: Enzimas que unen fragmentos de ADN.