Introducción a la Genética Molecular: ADN, Replicación y Mecanismos Clave

Introducción a la Genética Molecular

La genética molecular es la ciencia que estudia la química de las moléculas que participan en los procesos de la herencia. Gracias a ella, podemos relacionar los cambios fenotípicos de los organismos con las modificaciones en su material genético.

Experimentos Clave en Biología Molecular

Para comprender la biología molecular, es crucial analizar experimentos que revelaron las transformaciones en la molécula de la herencia. Griffith fue pionero en investigar bacterias que infectaban células específicas en ratones. Inyectó bacterias patógenas en ratones, causando su muerte. Luego, inyectó bacterias no patógenas, sin afectar a los ratones. Posteriormente, destruyó las bacterias patógenas con calor, las mezcló con las no patógenas, y al inyectar esta combinación, los ratones murieron.

Con este experimento, Griffith propuso la existencia de una molécula o sustancia en las bacterias patógenas que afectaba a las no patógenas.

Naturaleza del Material Genético

Hipótesis: Un Gen - Una Enzima

Inicialmente, se planteó la hipótesis "un gen - una enzima". Debido a que algunas enzimas están formadas por dos o más cadenas polipeptídicas, la hipótesis se reformuló como "un gen - un polipéptido".

Hipótesis de la Colinealidad de Crick

Existe correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima codificada.

Composición Química del ADN

El ADN es un ácido nucleico, un polímero formado por la combinación de cuatro monómeros: los nucleótidos.

Componentes de los Nucleótidos

Las bases nitrogenadas derivan de la pirimidina y la purina.

Formación de Nucleótidos

Los nucleótidos se forman cuando el ácido fosfórico se une al carbono 5 del azúcar y a la base nitrogenada mediante un enlace N-glicosídico. Dos nucleótidos se unen mediante un enlace fosfodiéster. Este enlace se forma entre un OH del ácido fosfórico de un nucleótido y el OH del carbono 3 del azúcar del otro nucleótido, liberando una molécula de agua. La unión de varios nucleótidos forma un polinucleótido.

Replicación del ADN

Modelos de Replicación

• Conservativa: Se produce un ADN completamente nuevo durante la replicación.
• Semiconservativa: Se originan dos moléculas de ADN, cada una con una hebra original y una nueva. Las hebras existentes sirven de molde para las nuevas.
• Dispersiva: Las hebras originales se rompen y se reorganizan en una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra.

Mecanismo de Replicación del ADN

La replicación del ADN produce una copia de sí mismo mediante enzimas precisas con un sistema de reparación de errores. El mecanismo es similar en todas las células y es semiconservativo, ya que cada ADN hijo tiene una cadena del ADN original.

La replicación es llevada a cabo por proteínas que actúan coordinadamente.

Enzimas Involucradas en la Replicación

• Topoisomerasa: Evita el superenrollamiento del ADN al abrirse la hebra. Corta, gira y vuelve a unir el ADN.
• Helicasa: Abre el ADN, formando la burbuja de replicación.
• Primasa: Coloca un cebador de ARN para que la ADN polimerasa inicie la síntesis.
• Ligasa: Une el ADN después de retirar el cebador.
• ADN Polimerasa: La ADN polimerasa III sintetiza la nueva hebra sobre la hebra madre (3' a 5'). La ADN polimerasa I elimina el cebador y agrega nucleótidos.
• SSBP (Proteínas de unión a cadena simple): Se unen a las hebras separadas para evitar que se vuelvan a unir.