Mitosis, meiosis, ciclo celular, importancia biológica

ADN, mutaciones e ingeniería genética

En esta lección profundizamos en la estructura molecular del ADN, el flujo de la información genética (del ADN a las proteínas), las mutaciones y las aplicaciones de la ingeniería genética.

Estructura del ADN

El ADN fue descubierto por Friedrich Miescher en 1869, pero su estructura en doble hélice fue determinada por James Watson y Francis Crick en 1953, basándose en los datos de difracción de rayos X obtenidos por Rosalind Franklin.

La molécula de ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos enrolladas en sentido antiparalelo. Cada nucleótido contiene:

• Un azúcar: desoxirribosa.

• Un grupo fosfato.

• Una base nitrogenada: adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C).

Las bases de las dos cadenas se unen por puentes de hidrógeno siguiendo la complementariedad: A = T (2 puentes) y G ≡ C (3 puentes). Esto explica las reglas de Chargaff: en cualquier ADN, la cantidad de A es igual a la de T, y la de G es igual a la de C.

Del ADN a las proteínas: el dogma central

El dogma central de la biología molecular (Francis Crick, 1958) describe el flujo de la información genética:

ADN → (transcripción) → ARNm → (traducción) → Proteína

Transcripción (en el núcleo): Una enzima llamada ARN polimerasa lee una hebra del ADN y sintetiza una molécula complementaria de ARN mensajero (ARNm). En el ARN, la base uracilo (U) sustituye a la timina (T). Ejemplo: si el ADN dice TAC-GGA-ATT, el ARNm dirá AUG-CCU-UAA.

Traducción (en los ribosomas): El ARNm sale del núcleo y se une a un ribosoma. El ribosoma lee el ARNm en grupos de tres bases llamados codones. Cada codón codifica un aminoácido específico (código genético). Los ARN de transferencia (ARNt) transportan los aminoácidos correspondientes al ribosoma, donde se unen formando una cadena polipeptídica (proteína).

El código genético es el conjunto de reglas que relaciona cada codón (triplete de bases del ARNm) con un aminoácido:

• Es universal: el mismo codón codifica el mismo aminoácido en casi todos los seres vivos.

• Es degenerado: varios codones pueden codificar el mismo aminoácido (hay 64 codones para 20 aminoácidos).

• Codón de inicio: AUG (codifica metionina). Codones de parada: UAA, UAG, UGA.

Las mutaciones

Una mutación es un cambio permanente en la secuencia de ADN. Las mutaciones son la fuente última de toda la variabilidad genética y, por tanto, la materia prima de la evolución.

Tipos de mutaciones según la extensión:

• Mutaciones génicas (puntuales): Afectan a uno o pocos nucleótidos dentro de un gen.

  - Sustitución: Un nucleótido es reemplazado por otro. Puede ser silenciosa (no cambia el aminoácido), de sentido erróneo (cambia un aminoácido) o sin sentido (genera un codón de parada prematuro).

  - Inserción: Se añade uno o más nucleótidos. Si no es múltiplo de 3, altera el marco de lectura.

  - Deleción: Se pierde uno o más nucleótidos. Misma consecuencia que la inserción si no es múltiplo de 3.

• Mutaciones cromosómicas: Afectan a la estructura de un cromosoma (deleción de un fragmento grande, duplicación, inversión, translocación).

• Mutaciones genómicas: Afectan al número de cromosomas (aneuploidías como la trisomía 21, o poliploidías).

Agentes mutagénicos: Factores que aumentan la tasa de mutación: radiaciones (UV, rayos X, radiación nuclear), sustancias químicas (benzopireno del tabaco, aflatoxinas, formaldehído) y algunos virus.

Ingeniería genética y biotecnología

La ingeniería genética es el conjunto de técnicas que permiten manipular el ADN de los organismos:

• Enzimas de restricción: «Tijeras moleculares» que cortan el ADN en secuencias específicas.

• ADN recombinante: Combinación de fragmentos de ADN de diferentes organismos.

• Organismos modificados genéticamente (OMG/transgénicos): Organismos a los que se les ha insertado un gen de otra especie. Ejemplos: bacterias que producen insulina humana, maíz Bt resistente a insectos, arroz dorado enriquecido en vitamina A.

• PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa): Técnica para amplificar (copiar millones de veces) un fragmento específico de ADN. Fundamental en medicina forense, diagnóstico de enfermedades y biología molecular.

• CRISPR-Cas9: Herramienta de edición genética de última generación. Permite «cortar y pegar» secuencias de ADN con gran precisión. Tiene aplicaciones potenciales en el tratamiento de enfermedades genéticas, agricultura y biotecnología.

• Terapia génica: Introducción de genes funcionales en células de un paciente para corregir enfermedades genéticas.

• Clonación: Producción de individuos genéticamente idénticos. La oveja Dolly (1996) fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta.