El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una de las moléculas más importantes de tu cuerpo, y aunque alrededor del 99,9% de tu ADN es el mismo que el de cualquier otro humano, el 0,1% que es diferente es lo que te hace genéticamente único. Esta diminuta estructura biológica es el manual de instrucciones definitivo, que contiene las «recetas» de las proteínas que tu cuerpo necesita para desarrollarse y funcionar.

Hoy vamos a dar un repaso a los fundamentos del ADN. Hablaremos de su estructura, de cómo se replica y del papel que desempeña en la producción de proteínas.

La estructura del ADN: Poderes biológicos fenomenales…Pequeño espacio vital

¿Sabías que en la célula humana media hay unos 2 m (6 pies) de ADN? Eso es bastante impresionante, teniendo en cuenta que incluso las células más grandes tienen poco más de 100µm de diámetro. (Por cierto, eso es realmente diminuto: 1µm es la millonésima parte de un metro).

¿Cómo se empaqueta todo ese material genético en un espacio mucho más pequeño que la cabeza de un alfiler? La respuesta corta es un montón de vueltas y revueltas. El ADN se enrolla alrededor de grupos de proteínas llamadas histonas para formar unidades llamadas nucleosomas. Estos nucleosomas se pliegan en una fibra con patrón de zig-zag, que luego forma bucles.

En cada célula somática del cuerpo humano hay 46 cadenas de ADN separadas. Cada una de ellas se denomina cromosoma. Los científicos los agrupan en 23 pares homólogos, lo que significa que los cromosomas de cada par son similares en estructura y función. La única excepción es el 23º par -los cromosomas sexuales- en los individuos biológicamente masculinos. Los cromosomas sexuales X e Y sólo tienen ciertas regiones (regiones autosómicas) que son homólogas.

A nivel molecular, el ADN tiene una forma característica de doble hélice, y aunque esto no fue observado por los científicos hasta mediados del siglo XX, se ha convertido rápidamente en una de las formas más icónicas de toda la ciencia.

Imagen de A&P 6.

Los lados de esta escalera retorcida están compuestos por moléculas alternas de azúcar (desoxirribosa, para ser precisos) y un grupo fosfato. Cada lado recibe el nombre de la dirección en la que se encuentra (5′-3′ o 3′-5′). Los «peldaños» de la escalera están compuestos por dos bases nitrogenadas, unidas por enlaces de hidrógeno.

Image credit: Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

En las cadenas de ADN se encuentran cuatro bases nitrogenadas: citosina, timina, adenina y guanina. Desde el punto de vista de su estructura química, la citosina y la timina son pirimidinas y la adenina y la guanina son purinas. La adenina y la timina (A y T) siempre se emparejan, y la guanina y la citosina (G y C) siempre se emparejan. Se emparejan así porque A y T forman dos enlaces de hidrógeno entre sí y G y C forman tres.

En el nivel más básico, diferentes secciones de las cadenas de ADN (secuencias de bases nitrogenadas) proporcionan instrucciones para la síntesis de proteínas. Una sola sección de ADN puede incluso codificar múltiples proteínas

Replicación: La duplicación del ADN

Imagen de A&P 6.

La replicación del ADN de una célula se produce antes de que ésta se prepare para someterse a la división, ya sea la mitosis o la meiosis I.

Tiene lugar en tres(s) pasos.

1. El ADN se desenrolla de las histonas.
2. Una enzima llamada ADN helicasa abre la estructura helicoidal de un segmento de ADN, rompiendo los enlaces entre las bases nitrogenadas. Lo hace de forma similar a una cremallera, dejando una horquilla de replicación tras ella.
3. Aquí es donde las cosas se complican.

• En la hebra 5′-3′ del ADN, una enzima llamada ADN polimerasa se desliza hacia la horquilla de replicación y utiliza la secuencia de bases nitrogenadas de esa hebra para hacer una nueva hebra de ADN complementaria a ella (esto significa que sus bases se emparejan con las de la vieja hebra).
• En la hebra 3′-5′, múltiples ADN polimerasas emparejan pares de bases en segmentos parciales, alejándose de la horquilla de replicación. Más tarde, la ADN ligasa conecta estas hebras parciales en un nuevo segmento continuo de ADN.

¿Quieres saber algo limpio? Cuando una molécula de ADN se replica, cada una de las nuevas moléculas de ADN resultantes contiene una hebra del original, por lo que ninguna es completamente «nueva». Además, se fabrican nuevas histonas al mismo tiempo que el ADN se replica para que las nuevas hebras de ADN puedan enrollarse alrededor de ellas.

Interludio: ARN vs ADN

Antes de hablar de la transcripción y la traducción, los dos procesos clave para la síntesis de proteínas, tenemos que hablar de otro tipo de molécula: El ARN.

El ARN se parece mucho al ADN: tiene un esqueleto de azúcares y fosfatos y contiene secuencias de bases nitrogenadas. Sin embargo, hay un par de diferencias vitales entre el ARN y el ADN:

• El ARN sólo tiene una cadena de nucleótidos. Se parece a un solo lado de la escalera del ADN.

• El ARN tiene ribosa como azúcar en su columna vertebral.

• El ARN tiene Uracilo (U) en lugar de timina.

• El ARN es más pequeño que el ADN. El ARN tiene una longitud máxima de unas 10.000 bases, mientras que el ADN tiene una media de 100 millones.
• El ARN puede salir del núcleo. De hecho, realiza la mayor parte de su trabajo en el citoplasma.

Hay varios tipos diferentes de ARN, cada uno con diferentes funciones, pero para los fines de este artículo, vamos a centrarnos en el ARN mensajero (ARNm) y el ARN de transferencia (ARNt).

Haciendo una proteína, parte 1: Transcripción

La transcripción es la primera fase del proceso de fabricación de proteínas, aunque la síntesis real de proteínas no ocurre hasta la segunda fase. Básicamente, lo que ocurre durante la transcripción es que un ARNm «copia» las instrucciones para fabricar una proteína a partir del ADN.

Imagen de A&P 6.

Primero, una enzima llamada ARN polimerasa abre una sección de ADN y ensambla una cadena de ARNm «leyendo» la secuencia de bases en una de las cadenas de ADN. Si hay una C en el ADN, habrá una G en el ARN (y viceversa). Si hay una T en el ADN, habrá una A en el ARN, pero si hay una A en el ADN, habrá una U (en lugar de una T) en el ARN. A medida que la ARN polimerasa se desplaza por la cadena de ADN, vuelve a cerrar la estructura helicoidal tras ella.

Antes de que el nuevo ARNm pueda salir a entregar sus instrucciones de fabricación de proteínas, es «limpiado» por las enzimas. Estas eliminan los segmentos llamados intrones y luego empalman los segmentos restantes, llamados exones. Los exones son las secuencias que realmente codifican las proteínas, por lo que son las que el ARNm debe conservar. Puedes pensar en los intrones como un relleno entre los exones.

Además, ¿recuerdas que mencioné que una sola secuencia de ADN puede codificar múltiples proteínas? El empalme alternativo es la razón: antes de que el ARNm abandone el núcleo, sus exones pueden empalmarse de diferentes maneras.

Haciendo una proteína, Parte 2: Traducción

Después de que está todo limpio y listo para salir, el ARNm abandona el núcleo y sale a cumplir su destino: tomar parte en la traducción, la segunda mitad de la construcción de proteínas.

En el citoplasma, el ARNm debe interactuar con el ARNt con la ayuda de un ribosoma. El ARNt es un tipo de ARN que tiene un lugar para unirse a los aminoácidos libres y una secuencia especial de tres bases nitrogenadas (un anticodón) que se une al ribosoma.

Los ribosomas son orgánulos que facilitan el encuentro del ARNt y el ARNm. Durante la traducción, los ribosomas y el ARNt siguen las instrucciones del ARNm y ensamblan los aminoácidos en proteínas.

Imagen de A&P 6.

Cada ribosoma está formado por dos subunidades (grande y pequeña). Estas se unen al inicio de la traducción. Las subunidades ribosómicas suelen encontrarse flotando en el citoplasma, pero un ribosoma se acoplará al retículo endoplásmico rugoso si la proteína que está fabricando debe introducirse en una vesícula de transporte. Los ribosomas también tienen tres sitios de unión donde el ARNt puede acoplarse: el sitio A (aminoacil, primera posición), el sitio P (peptidil, segunda posición) y el sitio E (la posición de salida).

En definitiva, la traducción tiene tres pasos: iniciación, elongación y terminación.

Durante la iniciación, la cadena de ARNm forma un bucle, y una pequeña subunidad ribosomal (la parte inferior del ribosoma) se engancha a él y encuentra una secuencia de bases que le indica que debe comenzar la transcripción. Esto se denomina codón de inicio (AUG).

Entonces, un ARNt con anticodón UAC se empareja con este codón de inicio y ocupa el sitio de la segunda posición (P) del ribosoma. Este ARNt lleva el aminoácido metionina (Met). En este momento, la subunidad ribosómica grande también se pone en posición (está por encima del ARNm y la subunidad pequeña está por debajo).

En la fase de elongación, el ribosoma completamente ensamblado comienza a deslizarse a lo largo del ARNm. Digamos que la siguiente secuencia de bases que encuentra después del codón de inicio es GCU. Una molécula de ARNt con el anticodón CGA se unirá al sitio de la primera posición (A) del ribosoma. El aminoácido que lleva (alanina) forma un enlace peptídico con Met. Después, el ARNt CGA (que lleva la cadena Met-Ala) se mueve a la segunda posición y el ARNt UAC entra en el sitio de unión E. El sitio de la primera posición está entonces listo para aceptar un nuevo ARNt. Este proceso continúa hasta que el ribosoma llega a un codón de «parada».

Vídeo de A&P 6.

La terminación es más o menos lo que parece. Al llegar al codón de «parada», el ARNt que se une a la primera posición lleva una proteína llamada factor de liberación. La cadena de aminoácidos se desprende entonces del ribosoma, pasando al citosol o a la cisterna del RE rugoso, y el ribosoma se desarma. Sin embargo, es muy posible que se vuelva a ensamblar y rodee de nuevo el bucle de ARNm. También, los ribosomas múltiples pueden trabajar en el mismo mRNA a la vez!

¡Y ésos son los fundamentos de ADN!

Aquí tienes una tabla muy útil que puedes consultar si necesitas recordar las diferencias entre transcripción, traducción y replicación:

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	Localización	Propósito	Principal Participantes	Producto(s)
Replicación	Núcleo	Duplicación de una cadena completa de ADN	ADN Helicerasa de ADN Ana polimerasa Ana ligasa	2 hebras idénticas de ADN
Transcripción	Núcleo	Utilizar una cadena de ADN para construir una molécula de ARNm	ARN ARN polimerasa (ADN ligasa)	ARNm
Traducción	Citoplasma	Usa el ARNm para construir una cadena de aminoácidos	ARNm Ribosoma ARNt (y aminoácidos)	Cadena de aminoácidos (proteína)

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• Anatomía &Fisiología: Partes de una Célula Humana
• Transporte Diminuto: Transporte pasivo vs. activo en las células

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