La síntesis del ADN

La síntesis, o la fase S del ciclo celular es cuando el ADN de cada cromosoma es copiado. Este proceso se conoce como la replicación del ADN. Primero hablaremos sobre los cromosomas y los genes y luego discutiremos el mecanismo por el cual son producidos.

Los Cromosomas y los Genes

El bulto del ADN en las células se encuentra en el núcleo en la forma de cromosomas. Los humanos tenemos 46 cromosomas en total, compuestas de dos sets de 23. Cada uno de nuestros padres contribuye a 23 cromosomas por medio de los gametos, ya sea el óvulo o la esperma. Cada padre contribuye un cromosoma de cada tipo, por ejemplo, una cromosoma #1, una #2, una #3, y etc. 

Esto significa que cada persona tiene 23 pares de cromosomas. Cada cromosoma está compuesto de una sola pieza de ADN, el cual contiene millones de nucleótidos unidos a varias proteínas. Los genes se encuentran esparcidos a lo largo de los cromosomas junto a grandes cantidades de ADN sin ninguna función conocida.

Cualquier gen en particular siempre se encuentra en la misma posición del cromosoma. Por ejemplo, si un gen que controla el color de los ojos se encuentra en la cromosoma #1 en cierto individuo, el mismo gen debe estar en la misma posición en cualquier otra persona. Como cada uno tenemos dos copias de cada cromosoma, esto significa que nosotros tenemos dos copias de cada gen. 

Esta relación es ilustrada debajo. La cromosoma marcada con el símbolo masculino (la flecha) representa la que fue contribuida por el padre y la cromosoma marcada con el símbolo femenino (la cruz) representa la cromosoma contribuida por la madre. Algo que es importante señalar es que la versión del gen presente en cada una de las cromosomas no tiene que ser la misma. 

Continuando con el ejemplo anterior, el gen del padre para el color de los ojos puede llevar a la producción de ojos azules, mientras que la versión materna puede llevar a la producción de ojos cafés. El color de los ojos que se encuentran en los hijos es producto de la actividad de ambas copias del gen.

En el diagrama debajo, las bandas de colores representan los genes. Para algunos genes, las versiones heredadas de ambos padres pueden ser las mismas o algo diferentes. Las versiones diferentes, o los alelos, son indicados debajo por bandas de colores un poco diferentes. 

El par de cromosomas debajo representan dos versiones de la MISMA cromosoma (por ejemplo, 2 formas del cromosoma 1, 2, o 3, etc.) que son contribuidas por los padres.

Constituyentes del ADN

Los nucleótidos se forman por la unión de una base nitrogenada, una pentosa y uno o más ácidos fosfóricos. La pentosa puede ser ribosa, que forma nucleótidos libres y los del ARN, o desoxirribosa, que forma los nucleótidos del ADN. Las bases nitrogenadas pueden ser púricas, adenina y guanina (se unen a la pentosa por su N9) o pirimidínicas, citosina, timina y uracilo (se unen a la pentosa por su N1).

Encontramos dos tipos de nucleótidos según la base nitrogenada: (Debería ser más explícita la des crispación de la composición química)

Ribo nucleótidos: la pentosa es la ribosa. El ácido fosfórico puede unirse a los carbonos 2' 3' 5' de la ribosa.

Desoxirribonucleotidos: la pentosa es la desoxirribosa. El ácido fosfórico puede unirse a los carbonos 3' 5' de la desoxirribosa.

Funciones biológica de los nucleótidos:

Función estructural: son los monómeros que constituyen a los ácidos nucleicos, que son las biomolecular implicadas en la conservación, reproducción, y expresión de la información genética.

Función energética: si el nucleótido se une a dos o tres fosfatos forma los nucleótidos difosfato o trifosfato, como el ADP, y el ATP, moléculas que acumulan, transportan y ceden energía.

Función coenzimatica: si el nucleótido se une por un grupo fosfato a otra sustancia da nucleótidos no nucleicos que actúan como coenzimas.

El "grupo fosfato" (o ácido fosfórico) es un ion poliatómico, compuesto por un átomo central de fósforo rodeado por cuatro átomos idénticos de oxígeno en disposición tetraédrica (H3PO4), que sirve para unir los nucleótidos (compuestos formados por la desoxirribosa y la base nitrogenada).

El ADN y la información genética

El núcleo de la célula dirige todas las funciones celulares al contener el ADN como material genético situado en los cromosomas y la información genética o hereditaria se expresa mediante la biosíntesis de proteínas en interacción con los factores del medio interno y del medio externo del organismo.

En las células encontramos dos tipos de ácidos nucleicos, el ADN, portador de la información genética o hereditaria y el ARN, entre los que se encuentran: el ARNm que contiene la copia de la información genética cedida por el ADN durante la transcripción, los ARNt, moléculas pequeñas y plegadas que participan en el proceso de biosíntesis de proteínas transportando cada una un amino ácido específico hacia los ribosomas, constituidos por ARNr y determinadas proteínas.

Comprender como el ADN realiza su función requiere del conocimiento acerca de su estructura y organización.

El ácido desoxirribonucleico (ADN) tiene forma de doble hélice y está formada por 2 cadenas de polinucleótidos. Ambas cadenas son complementarias entre sí, pero, ¿qué es un nucleótido?, ¿cómo se forma una cadena de polinucleótidos? y ¿por qué ambas cadenas son complementarias?

Los cromosomas contienen aproximadamente igual cantidad de partes de proteína y ADN. El ADN cromosómico contiene un promedio de 150 millones de bases.

Cada hebra es una secuencia lineal de unidades similares repetidas llamadas nucleótidos los que se componen de un azúcar de tipo pentosa, un grupo o radical fosfato y una base nitrogenada.

Cada cadena se une con su complementaria mediante las interacciones por puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas: A con T y G con C.

Los nucleótidos en una misma cadena, se unen mediante los grupos fosfato.

Cuatro bases diferentes están presentes en la molécula de ADN y son: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G).

Modelo de Watson y Crick

James Watson y Francis Crick dedujeron un modelo estructural tridimensional para el ADN que explicaba un patrón de difracción de rayos X y fue también la fuente de conocimientos notables de las propiedades funcionales de los ácidos nucleicos.

Las características del modelo de ADN de Watson y Crick son:

1. Hay dos cadenas helicoidales de poli nucleótidos enrolladas a lo largo de un eje común. Las cadenas transcurren en direcciones opuestas.

2. Los ejes de azúcar fosfato se sitúan en el exterior y, por tanto, las bases de púricas y pirimídicas están en el interior de la hélice.

3. Las bases son casi perpendiculares al eje de la hélice y las bases adyacentes están separadas 3.4 Aº. La estructura helicoidal se repite cada 3.4 Aº, de modo que hay 10 bases igual a 3.4 Aº por vuelta/3.4 Aº por base por cada vuelta de hélice; asimismo, hay una rotación de 36 grados por base (360° por vuelta completa/10 bases por vuelta).

4. El diámetro de la hélice es de 20 Aº.

Transcripción: Síntesis del ARN

Transcripción del ARN bajo la dirección del ADN. Ambos ácidos nucleicos utilizan el mismo lenguaje y la información no hace más que copiarse desde la cadena del ADN hacia el ARN. Entonces la cadena del ADN sirve como molde  tanto como la replicación del ADN como para la transcripción del ARN.

Síntesis de una cadena especifica de polipéptidos

Un polipéptido es una secuencia de aminoácidos que están involucrados a través de enlaces pépticos.

Si  se unen centenares de aminoácidos ya estamos hablando de una formación de una proteína. Las proteínas por otro lado pueden estar formadas no solo por una sino muchas cadenas de polipéptidos.

La insulina es otro claro ejemplo de un polipéptido.