Replicación del ADN, Transcripción, Traducción y Biotecnología: Mecanismos y Aplicaciones

Replicación del ADN: Proceso Clave para la Vida

La replicación del ADN es el mecanismo por el cual una célula duplica su ADN antes de la división celular. Este proceso asegura que cada célula hija reciba una copia completa e idéntica del material genético. Una característica fundamental de la replicación es que es semiconservativa: cada molécula de ADN resultante contiene una hebra original (molde) y una hebra recién sintetizada.

Fases de la Replicación del ADN

1. Inicio: Proteínas especializadas, como la helicasa, reconocen secuencias específicas en el ADN denominadas orígenes de replicación. Estas proteínas desenrollan la doble hélice.
2. Desenrollamiento del ADN: La helicasa rompe los puentes de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas (A-T y G-C), separando las dos hebras de ADN. Se crea una estructura en forma de Y llamada horquilla de replicación. Las proteínas de unión a cadena sencilla (SSB) se unen a las hebras separadas para evitar que se vuelvan a unir.
3. Síntesis de Cebadores: La enzima primasa sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados cebadores (o primers). Estos cebadores proporcionan un extremo 3' libre al que la ADN polimerasa puede añadir nucleótidos.
4. Elongación (Síntesis de ADN): La ADN polimerasa es la enzima principal en esta fase. Añade nucleótidos complementarios a la hebra molde, siguiendo la regla de apareamiento de bases (A con T, y G con C). La síntesis ocurre de manera diferente en las dos hebras:
   • Hebra líder (continua): La ADN polimerasa sintetiza la nueva hebra de forma continua en dirección 5' a 3'.
   • Hebra rezagada (discontinua): La síntesis ocurre en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki, también en dirección 5' a 3'. Estos fragmentos son posteriormente unidos por la enzima ligasa.
5. Terminación: La replicación finaliza cuando las horquillas de replicación se encuentran o cuando se alcanza el extremo de un cromosoma lineal.

Corrección de Errores

La ADN polimerasa posee actividad exonucleasa, lo que le permite revisar y corregir errores durante la replicación. Esta función de "corrección de pruebas" es crucial para mantener la fidelidad del ADN.

Enzimas Clave en la Replicación

• Helicasa: Desenrolla la doble hélice de ADN.
• Primasa: Sintetiza los cebadores de ARN.
• ADN polimerasa: Añade nucleótidos a la nueva hebra y corrige errores.
• Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki.
• SSB (Proteínas de unión a cadena sencilla): Evitan que las hebras separadas se vuelvan a unir.

Del ADN a las Proteínas: Transcripción y Traducción

Transcripción (en el Núcleo)

La transcripción es el proceso de copiar la información de un gen del ADN a una molécula de ARN mensajero (ARNm). La enzima ARN polimerasa se une a una región específica del gen (promotor) y sintetiza el ARNm complementario a la secuencia de ADN. El ARNm sufre un procesamiento posterior, que incluye la eliminación de intrones (secuencias no codificantes) y la unión de exones (secuencias codificantes).

Traducción (en los Ribosomas)

La traducción es la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ARNm. El ARNm se une a un ribosoma. El ARN de transferencia (ARNt) transporta los aminoácidos específicos al ribosoma, donde se unen según la secuencia de codones (tripletes de bases) del ARNm. Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos, formando la cadena polipeptídica (proteína).

ADN Codificante y No Codificante

• ADN Codificante: Contiene los exones, que son las secuencias que codifican para las proteínas.
• ADN No Codificante: Incluye intrones, secuencias reguladoras (promotores, potenciadores) y ADN repetitivo. Aunque inicialmente se pensaba que no tenía función, ahora se sabe que el ADN no codificante desempeña un papel crucial en la regulación de la expresión génica.

Biotecnología: Aplicaciones del Conocimiento del ADN

La biotecnología implica el uso de organismos vivos o sus componentes para desarrollar productos o procesos útiles en diversas áreas:

• Salud: Producción de medicamentos (insulina, hormonas), vacunas y terapias génicas.
• Agricultura: Desarrollo de cultivos transgénicos resistentes a plagas o con mejores propiedades nutricionales.
• Medio Ambiente: Biorremediación (uso de microorganismos para eliminar contaminantes).

Clonación de ADN

La clonación de ADN es un proceso que permite obtener múltiples copias idénticas de un fragmento de ADN específico. Se utilizan enzimas de restricción para cortar el ADN de interés y un vector (como un plásmido bacteriano) para insertarlo. El vector se introduce en una célula huésped (generalmente una bacteria), que se multiplica y, al hacerlo, replica el ADN insertado.

PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

La PCR es una técnica revolucionaria que permite amplificar (copiar) millones de veces un fragmento específico de ADN en cuestión de horas. Es fundamental en:

• Diagnóstico de enfermedades genéticas e infecciosas.
• Investigación genética.
• Medicina forense (identificación de individuos a partir de muestras de ADN).

Componentes necesarios para la PCR:

• ADN molde (la secuencia que se quiere amplificar).
• Nucleótidos (A, T, G, C).
• Cebadores (primers): oligonucleótidos cortos que delimitan la región a amplificar.
• ADN polimerasa termoestable (Taq polimerasa).