El ADN (ácido desoxirribonucleico)

Introducción

El ácido desoxirribonucleico
(polímero de unidades menores denominados
nucleótidos) junto con el ácido ribonucleico,
constituye la porción prostética de los
nucleoproteidos, cuyo nombre tiene un contexto histórico,
ya que se descubrieron en el núcleo de la célula.
Se trata de una molécula de gran peso molecular
(macromolécula) que está constituida por tres
sustancias distintas: ácido fosfórico, un
monosacárido aldehídico del tipo pentosa (la
desoxirribosa), y una base nitrogenada cíclica que puede
ser púrica (adenina ocitosina) o pirimidínica
(timina o guanina). La unión de la base nitrogenada
(citosina, adenina, guanina o timina) con la pentosa
(desoxirribosa) forma un nucleósido; éste,
uniéndose al ácido fosfórico, nos da un
nucleótido; la unión de los nucleótidos
entre sí en enlace diester nos da el
polinucleótido, en este caso el ácido
desoxirribonucleico. Las bases nitrogenadas se hallan en
relación molecular 1:1, la relación adenina +
timina / guanina + citosina es de valor constante para cada
especie animal. Estructuralmente la molécula de ADN se
presente en forma de dos cadenas helicoidales arrolladas
alrededor de un mismo eje (imaginario); las cadenas están
unidas entre sí por las bases que la hacen en pares. Los
apareamientos son siempre adenina-timina y citosina-guanina. El
ADN es la base de la herencia.

Replicación
del ADN

Es la capacidad que tiene el ADN de hacer
copias o réplicas de su molécula. Este proceso es
fundamental para la transferencia de la información
genética de generación en generación. Las
moléculas se replican de un modo semiconservativo. La
doble hélice se separa y cada una de las cadenas sirve de
molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.
El resultado final son dos moléculas idénticas a la
original.

Clases de
ADN

El ADN es por lo común el
constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear
en las células eucarióticas, pero también
existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y
cloroplastos. En los procariontes forma el nucloide (que a
diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas,
es desnudo) y en los virus (DNA virus) que lo poseen constituyen
el virión o elemento infestante. Por lo común su
estructura tridimensional posee giro hacia la derecha
(ß-ADN, dextrógiro) que es la forma más
estable y ocasionalmente posee giro hacia la izquierda (z-ADN,
levógiro) Acorde a las evidencias, sólo una
pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %).
Existen diferentes tipos que los podemos dividir en:-ADN de copia
única (el 57 % del total) formados por segmentos de
aproximadamente 1000 pares de nucleótidos del longitud,
una pequeña parte de este ADN contiene los genes.-ADN
repetitivo (20 %) son unidades de aproximadamente 300 pares de
nucleótidos* que se repiten en el genoma unas 105 veces
(unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de
copia única.-ADN satélite (altamente repetitivo: 28
%) son unidades cortas de pares de nucleótidos que se
repiten en el genomio. Son característicos en cada especie
y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen la
heterocromatina y no se le conoce función Los porcentajes
indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones
serían las mismas en otras especies.

Nucleótido*: Es una molécula
compleja formado por una base nitrogenada, un hidrato de carbono
y un grupo fosfato (ácido fosfórico
inorgánico), unidos entre sí por enlaces
covalentes.Las bases nitrogenadas son anillos
heterocíclicos compuesto además del carbono e
hidrógeno por nitrógeno. Son de dos tipos
fundamentales, las bases púricas (por ser derivadas de la
purina, de dos anillos heterocíclicos) y las bases
pirimídicas (por ser derivadas de la pirimidina de un solo
anillo).Dichas bases son cinco, pero en realidad solamente cuatro
aparecen en el ADN. Las bases púricas presentes son la
adenina y guanina. Las bases pirimídicas son la citosina y
la timina (el uracilo es característico del ARN).Si bien
para la constitución del ADN se unifica a un solo grupo
fosfato, existen en las células una serie de
nucleótidos desingular importancia en el metabolismo
celular. Estos producen enlaces muy ricos de energía y los
di- y tri- nucleótidos como el adenosin-tri-fosfato (ATP)
son los encargados de muchos procesos
metabólicos. Debe contener información
útil biológicamente y que pueda trasmitirse sin
alteraciones. Por lo tanto debe permitir su duplicación
para permitir el paso de célula a célula y de
generación en generación. Por otra parte debe ser
capaz de producir materia viva(proteínas) a partir de
dicha información. Y deberá ser capaz de variar
ocasionalmente, para favorecer los cambios evolutivos y de
adaptación.La función principal del ADN es mantener
a través de una sistema de claves (código
genético) la información necesaria para que las
células hijas sean idénticas a las progenitoras
(información genética). Este proceso se almacena en
la secuencia de las bases (aparentemente aleatoria), que tiene
una disposición que es copiada al ARNm (traducción)
para que en el ribosoma sintetice determinada proteína.
Este proceso es también denominado "dogma central de la
biología molecular". Por medio de los mecanismos de
recombinación y mutaciones se obtienen las variaciones
necesarias para adaptaciones y evoluciones.

El núcleo dirige las actividades de
la célula y en él tienen lugar procesos tan
importantes como la auto duplicación del ADN o
replicación, antes de comenzar la división celular,
y la trascripción o producción de los distintos
tipos de ARN, que servirán para la síntesis de
proteínas. Como puede verse en estos últimos
dibujos, en una secuencia que va desde el ADN hasta el
cromosoma.

• El número 1 corresponde a la
  molécula de ADN,

• En el número 2 , vemos el ADN
  unido a proteínas globulares, formando una estructura
  denominada "collar de perlas", formado por la
  repetición de unas unidades que son los
  "núcleosomas", que corresponderían a cada perla
  del collar.

• En el número 3 se pasa a una
  estructura de orden superior formando un
  "solenoide".

• En el número 4, se consigue
  aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina,
  nuevos "bucles".

• En el número 5, llegamos al
  grado de mayor espiralización y compactación,
  formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad,
  un cromosoma. 

Nucleosomas

Son unidades repetitivas formadas por un
octámero de histonas (H2A, H2B, H3 y H4, dos de cada una),
a manera de esferas aplanadas de 10 NM, alrededor del cual se
arrolla una porción de ADN de 140 pares de bases en dos
vueltas y sellados por fuera con la H1 en correspondencia con 60
pares de bases más, que actúan como un puente a
otros núcleosomas. Esto hace que a la microscopía
electrónica, por la digestión de ácidos
débiles (se desprende la H1)se observen una estructura
semejante a cuentas de un collar.

El ADN, que el de una célula humana
totalmente desenrollada es de 2 mts aproximadamente de longitud,
sufre con esta estructura un empaquetamiento de 5 a 7 veces de su
longitud.

Las células eucarióticas, que
son la unidad anatomofuncional de la vida, se hallan constituidas
por una membrana plasmática, un citoplasma y un
núcleo. Obviando las diferencias entre las células
animales y vegetales, en el citoplasma se encuentran los
organoides que son elementos necesarios para el desarrollo, y
mantenimiento celular: el retículo endoplásmico y
citoesqueleto como estructura interna; el aparato de Golgi como
elemento organizador de secreciones celulares; los lisosomas para
la digestión sustancias alimenticias y extrañas;
las mitocondrias y cloroplastos como transductores de
energía y los ribosomas como sintetizadores de
proteínas. En su interior encontramos el núcleo,
órgano responsable de la información celular, y por
lo tanto de nuestro interés. De forma en relación
con la de la célula que lo contiene, puede haber uno o
varios en cada una. Y con tamaño variable tiene una
relación equilibrada con el citoplasma (Índice
núcleo plasmático). Constituido por una membrana
nuclear, doble que lo rodea y horadada por poros grandes (150
Å) para el paso selectivo de los ARNm. En su interior
existe un coloide semejante al del citoplasma (núcleo
plasma o carioplasma).Existe un cuerpo muy denso(a veces doble o
triple), que no posee membrana, el nucleolo constituido
especialmente por fosfoproteínas y ARN. En el Microscopio
Electrónico, se reconocen dos partes: una zona granular,
formada por gránulos y una zona fibrilar, de finas
fibrillas. Ambas zonas son de ribonucleoproteínas. Durante
la mitosis desaparece y luego se forma a partir del organizador
nucleolar, durante la telofase y se mantiene en la interfase. La
región del cromosoma que corresponde al organizador
nucleolar posee los genes que codifican los ARNr solubles. La
zona fibrilar corresponde a la presencia de ARNr y ARNt y la zona
granular contiene precursores ribosómicos.El elemento
distintivo del núcleo es un cuerpo que aparece durante la
interfase tiñéndose intensamente con los colorantes
básicos (ej. hematoxilina) que se lo denominó
cromatina (de cromos, color).La cromatina nuclear se halla
durante la interfase en dos estados: la eucromatina, que
constituiría al ADN funcional (en replicación o
trascripción) y que con coloraciones normales se
tiñe débilmente (forma laxa) y la heterocromatina,
de ADN sin actividad y que se colorea intensamente (forma densa).
Durante la división celular se reorganiza en cuerpos
bastoniformes característicos llamados
CROMOSOMAS.

La cromatina está constituida por
ADN y proteínas. La cantidad total de ADN es constante
para las células diploides de cada especie (valor C), por
ejemplo la Drosophíla tiene 40 veces más que la
Escherichia coli(bacteria).Los vertebrados poseen cerca de 3
picogramos(pg.), unas 700 veces más que la E. coli. El
hombre 2,87 pg. y la salamandra (Amphiuma) 84 pg.La
molécula de ADN está constituida por dos largas
cadenas de nucleótidos unidas entre sí formando una
doble hélice. Las dos cadenas de nucleótidos que
constituyen una molécula de ADN, se mantienen unidas entre
sí porque se forman enlaces entre las bases nitrogenadas
de ambas cadenas que quedan enfrentadas. La unión de las
bases se realiza mediante puentes de hidrógeno, y este
apareamiento está condicionado químicamente de
forma que la adenina (A) sólo se puede unir con la timina
(T) y la guanina (G) con la citosina (C).La estructura de un
determinado ADN está definida por la "secuencia" de las
bases nitrogenadas en la cadena de nucleótidos, residiendo
precisamente en esta secuencia de bases la información
genética del ADN. El orden en el que aparecen las cuatro
bases a lo largo de una cadena en el ADN es, por tanto,
crítico para la célula, ya que este orden es el que
constituye las instrucciones del programa genético de los
organismos. Conocer esta secuencia de bases, es decir, secuenciar
un ADN equivale a descifrar su mensaje
genético.

Mitosis

Es la división celular que consiste
en que a partir de una célula se obtienen 2 células
hijas, genéticamente idénticas a la madre. Se
produce en cualquier célula eucarionte, ya sea diploide o
haploide y como mantiene invariable el número de
cromosomas, las células hijas resultarán diploides,
si la madre era diploide o haploide. La división del
citoplasma se llama citocinesis, y la división del
núcleo, cariocinesis. Algunas células no realizan
mitosis y permanecen en un estado interfásico, pero otras
la realizan frecuentemente (células embrionarias,
células de zonas de crecimiento, células de tejidos
sujetos a desgaste.).Función: crecimiento y desarrollo del
organismo multicelular, y la regeneración de tejidos
expuestos a destrucción de células. En
unicelulares, cumple la función de reproducción
asexual.Cada mitosis está precedida por una interfase,
donde se produce la duplicación del material
genético. Actúa como un mecanismo que asegura que
cada célula hija reciba la misma información
genética.Etapas: Profase, Pro metafase, Metafase, Anafase
y Telofase.Resultado de una división mitótica es la
obtención de células hijas(2) con igual carga
cromosómica, o sea, de una célula diploide con su
carga cromosómica diplode se obtienen dos células
hijas también diploides. Siguiendo el principio de que los
cromosomas hermanos (homólogos) no pueden ir a un mismo
polo se distribuyen aleatoramente.

Núcleo Celular

Es un
corpúsculo contenido en el citoplasma de las
células animales y vegetales, que contiene los cromosomas
y es centro de información que dirige la síntesis
proteica . Su forma es variable (redondo, oval o elíptico,
etc.), su volumen es relativo (pero la relación
núcleo-citoplasma es constante); ocupa una posición
central en la célula (en general), pero puede estar
situado parietalmente. En todas las células existe un
núcleo, pero también hay células binucleadas
y plurinucleadas. El núcleo se halla rodeado por una
membrana nuclear atravesada por poros. Los núcleos
presentan un doble aspecto según se hallen en reposo o en
etapa de división celular. En período de reposo se
observan en su interior nucleolos. Su composición
química es compleja (proteínas, lípidos,
compuestos inorgánicos, ADN, ARN, protaminas e
histonas).

En su interior se encuentra los cromosomas,
que contienen el material genético responsable del
funcionamiento celular y de la transmisión de los
caracteres que se heredan.

El núcleo de las células
eucarióticas es una estructura discreta que contiene los
cromosomas, recipientes de la dotación genética de
la célula. Está separado del resto de la
célula por una membrana nuclear de doble capa y contiene
un material llamado núcleoplasma. La membrana nuclear
está perforada por poros que permiten el intercambio de
material celular entre núcleoplasma y citoplasma. El
núcleo es un orgánulo característico de las
células eucariota. El material genético de la
célula se encuentra dentro del núcleo en forma de
cromatina.

El ARN: Otro
ácido importante

Este ácido, al igual que el ADN,
está compuesto por tres sustancias: ácido
fosfórico, un monosacárido del tipo pentosa (la
ribosa) y una base nitrogenada cíclica que puede ser
púrica (uracilo) o pirimidínica (adenina o
citosina). La unión de la base nitrogenada con la pentosa
forma un nucleósido, el cual al unirse con el ácido
fosfórico da un nucleótido; la unión entre
sí en enlace diester da el polinucleótido, en este
caso el ácido ribonucleico. En algunos virus el ARN es el
material de la herencia y experimenta autoduplicación;
pero básicamente se encuentra en los ribosomas
(ácido ribonucleico ribosómico) y como ácido
de transferencia y mensajero.

Dos Grandes Grupos De CélulasExisten
dos tipos de células: las procariotas, que se encuentran
en los organismos agrupados en el reino Moneras (bacterias) y se
caracterizan, sobre todo, por la ausencia de un núcleo, es
decir, no poseen una membrana nuclear que encierre la
información genética de la célula, y las
células eucariota, que están presentes en todos los
seres vivos, excepto en las bacterias, y poseen un núcleo
verdadero. Además de la membrana nuclear, las
células eucariota poseen compartimientos y sistemas de
transportes internos, formados por una compleja red de
membranas.

Autor:

Mayssling Blandon