Núcleo celular, ADN y ARN: estructura, función y expresión génica

El núcleo

El núcleo es la parte de la célula donde se encuentra el material genético. Es el centro de control celular y su estructura varía según el momento de la vida de la célula.

En interfase

Presenta una doble membrana con poros que rodea el nucleoplasma. En su interior está la cromatina, formada por la doble hélice del ADN unida a proteínas llamadas histonas, y el nucleolo, que participa en la síntesis de ribosomas.

En división

La cromatina se condensa y origina los cromosomas. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas unidas por un centrómero; cada cromátida es copia de la otra, por lo que la información genética está duplicada. En cada cromátida el centrómero define dos brazos.

El número de cromosomas de las células, que es fijo y propio de cada especie, se denomina número haploide. Las células sexuales o gametos son haploides porque tienen este número de cromosomas; todas las demás, llamadas somáticas, son diploides, ya que sus cromosomas están en parejas.

Ácidos nucleicos: ADN y ARN

Composición química

• ADN: formado por desoxirribonucleótidos constituidos por un resto fosfórico, desoxirribosa y bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina).
• ARN: formado por ribonucleótidos constituidos por un resto fosfórico, ribosa y bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y uracilo).

Estructura molecular

• ADN: dos moléculas de polinucleótidos unidas entre sí por el apareamiento de las bases nitrogenadas (estructura bicatenaria).
• ARN: una molécula de polinucleótidos (estructura monocatenaria).

Tipos

• ADN: ADN nuclear (forma la cromatina), ADN mitocondrial (presente en las mitocondrias) y ADN plastidial (en los cloroplastos).
• ARN: ARNm o mensajero, ARNt o de transferencia y ARNr o ribosómico.

Localización celular

• ADN: en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos.
• ARN: en el citoplasma, libres o asociados a ribosomas.

Función

• ADN: es el portador de la información genética del organismo.
• ARN: realiza la síntesis de proteínas según la información genética del ADN.

La expresión génica

Es el proceso por el cual los organismos transforman en proteínas la información contenida en los ácidos nucleicos.

Se lleva a cabo mediante tres procesos principales:

1. Replicación

La replicación es el proceso en el que se duplica una molécula de ADN y tiene lugar en el núcleo.

2. Transcripción

La transcripción es el proceso en el que se sintetiza una molécula de ARNm tomando como molde un fragmento de ADN. El proceso general es el siguiente:

• Se abre la doble hélice del ADN.
• Los nucleótidos complementarios se sitúan frente a una de las dos cadenas; solamente se copia una de las cadenas de ADN.
• Se obtiene una cadena de ARN con una secuencia de bases complementaria a la del fragmento de ADN molde.
• El ARNm recién formado sale del núcleo celular.

3. Traducción

La traducción es el proceso de síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ARNm formado en la transcripción y tiene lugar en los ribosomas. El proceso se desarrolla así:

• El ARNm sale del núcleo con la información copiada del fragmento de ADN.
• El ARNm se sitúa sobre los ribosomas.
• El ARNt transporta los aminoácidos hasta los ribosomas según el orden indicado en el mensaje del ARNm.
• Los ribosomas recorren la cadena de ARNm y van uniendo aminoácidos en el orden adecuado.
• Según la secuencia de bases nitrogenadas, el ARNm es leído por los ribosomas que lo traducen en una proteína.
• Finalmente, la proteína formada se libera del ribosoma.

El código genético

El código genético es la relación entre la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm y la secuencia de aminoácidos que constituyen una proteína. Los tripletes de ADN se denominan codógenos y los del ARNm codones.

El código genético es la clave que permite la traducción del mensaje genético expresado en una secuencia de bases nitrogenadas a una proteína. Algunas características importantes:

• Un mismo aminoácido puede ser codificado por más de un codón (degeneración del código).
• No hay separaciones entre los sucesivos codones en la cadena de ARNm.
• Como el código es casi universal, los ribosomas de una célula pueden leer cualquier ARNm aunque no proceda de ella misma.

Las mutaciones

Las mutaciones son alteraciones del material genético. Se pueden originar de forma espontánea o por la acción de algún agente mutágeno.

Tipos según el tipo de alteración genética

• Mutaciones génicas o moleculares.
• Mutaciones cromosómicas.
• Mutaciones genómicas o numéricas: pueden ser aneuploidías o euploidías.

Tipos según la causa

Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas. Las mutaciones inducidas están causadas por agentes mutágenos, que pueden ser:

• Agentes físicos.
• Agentes químicos.
• Agentes biológicos.

Las mutaciones y su origen influyen en la variabilidad genética y en la evolución de las especies, así como en la aparición de enfermedades genéticas.