Fundamentos de Genética Molecular: Genoma, Replicación del ADN y Ciclo Celular

El Genoma y su Organización en Seres Vivos

Genoma: Es el conjunto de genes que almacenan la información genética.

• Procariotas: Poseen cromosomas de estructura circular y nuclear, además de material extracromosómico.
• Eucariotas: Su material genético es nuclear y de forma lineal.

Duplicación del ADN y División Celular

La duplicación del ADN es el proceso mediante el cual se sintetiza ADN a partir de una molécula de ADN preexistente.

• Mitosis: Ocurre en células somáticas (ej. la piel).
• Meiosis: Ocurre en células germinales (ej. esperma).

En la mitosis, el número de cromosomas de la célula parental y las hijas es de 46 pares, y su principal función es la de distribuir el material genético a las células hijas. Las cadenas de ADN están unidas por puentes de hidrógeno y siguen el orden de complementariedad A=T y C=G, con una orientación antiparalela 5’-3’ y 3’-5’.

El Ciclo Celular: Fases y Características

Es el periodo comprendido entre una mitosis y la siguiente mitosis de la célula.

Interfase

Es la etapa del ciclo celular dividida en tres fases:

1. Gaps 1 (G1): Actividad metabólica intensa; la célula se prepara para la interfase.
2. S (Síntesis): Replicación del ADN.
3. Gaps 2 (G2): El material genético ya se ha replicado y la célula se prepara para la mitosis.

Mitosis

Se divide en cuatro etapas principales: P-M-A-T (Profase, Metafase, Anafase y Telofase).

Este ciclo tiene una duración aproximada de 24 horas y sus principales características son la replicación y la síntesis de ADN a partir de ADN. Es de naturaleza semiconservativa, donde una célula de doble cadena parental genera dos células hijas con una cadena antigua y una cadena nueva; en la conservativa, una de las células hijas conserva las dos cadenas antiguas.

Aparato Molecular de la Replicación

1. Topoisomerasa: Enzima que cataliza la rotura reversible y la unión de las hebras del ADN. La Tipo I corta una cadena y la Tipo II corta ambas.
2. Helicasa: Rompe los puentes de hidrógeno.
3. SSB (Single-Strand Binding proteins): Proteínas de unión a ADN de cadena sencilla que estabilizan la hebra sin desenrollarla.
4. Primasa: Encargada de la síntesis del primer (cebador).
5. Ligasa: Se encarga de unir los fragmentos de Okazaki.
6. DNA-Polimerasa: Es la principal enzima de la duplicación. Para duplicar necesita dos requisitos:
   • 1. Un molde obligado: (templete o plantilla) y se duplica en un mismo sentido 5’-3’.
   • 2. Primer: Una pequeña porción de la cadena con un extremo 3' OH libre.
   Las DNA polimerasas conocidas utilizan sustratos como: dATP, dGTP, dCTP y dTTP.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

El ADN es un largo polímero no ramificado formado por dos hebras, compuesto únicamente por cuatro tipos de subunidades: los desoxirribonucleótidos que contienen las bases nitrogenadas Adenina (A), Citocina (C), Guanina (G) y Timina (T). Estas subunidades están unidas por enlaces covalentes fosfodiéster entre el carbono 5´ de un grupo desoxirribosa y el carbono 3´.

Funciones de los Nucleótidos

• Función estructural: Son las moléculas constituyentes de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y, por tanto, responsables de la particular estructura de dichas moléculas.
• Función energética: Existen reacciones químicas propias de los seres vivos que tienen como finalidad la producción de energía (respiración celular). Algunos nucleótidos con más de un grupo fosfato son capaces de acumular esta energía liberada para ser utilizada posteriormente.
• Función coenzimática: Ciertos dinucleótidos intervienen como coenzimas (parte no proteica de una holoenzima).
• Mensajeros químicos intracelulares.

Clases de ADN

• Lineal monocatenario
• Lineal bicatenario
• Circular monocatenario
• Circular bicatenario

Replicación de ADN en Procariontes

• DNA girasa: Desenlaza los nudos o lazos en la cadena de ADN.
• DNA helicasa: Separa las dos hebras.
• SSBP: Evita que se vuelvan a unir las hebras.
• RNA primasa: Sintetiza el "primer".
• DNA polimerasa III: Sintetiza la nueva hebra.
• DNA polimerasa I: Elimina las bases mal pareadas (3’ – 5’) y elimina los "primers" (5’ – 3’).
• DNA ligasa: Une los terminales 3’OH con los 5’PO4 de los fragmentos de Okazaki.

Características de las ADN Polimerasas

1. Sustratos: ADN monocatenario y desoxinucleótidos trifosfatos (dNTP) con un extremo 3’-OH libre.
2. Reacción: Formación de un enlace fosfodiéster. Cataliza el ataque nucleofílico de un extremo 3’-OH libre sobre el fosfato alfa del dNTP. La polimerización ocurre en sentido 5´ → 3´.
3. Procesativas o Progresivas: A diferencia de las dispersivas, son capaces de catalizar múltiples ciclos sin abandonar el sustrato (ADN monocatenario), permitiendo pasos sucesivos de polimerización sin liberar el molde.