2.4.ÁCIDOS NUCLEICOS Y NUCLEOTIDOS

     Antes del descubrimiento de la estructura de la doble hélice del ADN ya se habían realizado algunos experimentos que mostraban que los responsables de la transmisión de la información genética eran los ácidos nucleicos.

  En 1952 Chasse demostró que los virus hijos llevaban el marcador que se le había inyectado al ADN de los padres y ninguno poseía el marcador asociado con la cubierta prostética de los virus padres.

  Los ácidos nucleicos el ADN y el ARN son los responsables de la información genética.

Los ácidos nucleicos están formados por cadenas de nucleótidos y un nucleótido está compuesto por una base nitrogenada, un grupo de fosfato y un azúcar. Y dependiendo del azúcar que lleve es un ADN o ARN. Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos:

PIRIMIDINAS: citosina, tinina, y uracilo

PURINAS:          guanina o adenina

En el ADN podemos encontrar apareamientos de tinina, citosina con guanina.

Y el en ARN, uracilos con adenina o citosina con guanina.

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

Es la base química de la herencia y está organizada en genes, unidades fundamentales de la información genética.

Naturaleza química del ADN:

Corresponde a dos cadenas antiparalelas de nucleótidos unidos por grupos fosfato, con sus bases apareadas hacia adentro y enrolladas alrededor de un eje imaginario central constituyendo una doble hélice. Posee como pentosa la desoxirribosa, que se une por el grupo fosfato formando el esqueleto de la cadena. Hacia adentro se ubican las bases nitrogenadas que se aparean mediante la formación de puentes de hidrógeno. Siempre se aparea una base nitrogenada purina con una pirimídica => A = T; C = G, por lo tanto la secuencia de ambas cadenas es complementaria.

Función del ADN:

La información genética almacenada en la secuencia de nucleótidos de ADN sirve para dos propósitos:

# Es la fuente de información para la síntesis de todas las moléculas de proteínas de la célula y el organismo.

# Provee la información heredada por las células hijas de la progenie.

Ambas funciones requieren que las células del ADN sirva como molde, en el primero de los casos para la transcripción de información al ARN y en el segundo, para la replicación de la información en las moléculas hijas de ADN.

Duplicación del ADN:

Como el ADN es el material genético y está en todas las células, que tienen dentro de su núcleo ADN que debe ser traspasado en forma completa a las células hijas y un fenómeno previo a la división debe ser la duplicación o replicación del ADN.

Cuando se duplica en una parte se van a romper de hidrógeno y las cadenas se van a separar parcialmente (cadenas de nucleótidos) no necesariamente por sus extremos y frente a estas cadenas se van a ubicar una desoxirribosa, cadenas completamentarias a partir de desoxirribonucleótidos.

Al romperse los puentes de hidrógeno, las cadenas de nucleótidos se separan y los desoxirribonucleótidos que están libres en el núcleo se ubican frente a éstos alineándose, formándose cadenas complementarias que originan dos ADN; por ello su duplicación es semi conservadora porque los ADN tienen una cadena del ADN original o materna y una nueva. (En el carioplasma del núcleo están los nucleótidos: ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos).

Características principales del ADN:

- Polímero de desoxirribonucleótidos que se unen en cadena.

• Dos cadenas se unen entre sí formando una doble hélice.

• Ambas cadenas se unen por sus bases nitrogenadas.

• Entre las bases nitrogenadas enfrentadas se forman uniones fácilmente rompibles llamadas puentes de hidrógeno.

Ácido Ribonucleico (ARN)

Naturaleza química:

El ARN es un polímero de ribonucleótidos púricos y pirimídicos enlazados por puentes de fosfato análogos a los del ADN. Aunque comparte muchas características con el ADN, el ARN posee varias diferencias específicas.

Función del ARN:

Casi todas las especies de ADN intervienen en algún aspecto de la síntesis de proteínas. Aquellas moléculas citoplasmáticas de ARN, que sirven como moldes para la síntesis de proteínas, se designan como ARN mensajero o ARNm, Muchas otras moléculas citoplasmáticas (ARN ribosómico o ARNr) tienen papeles estructurales donde contribuyen a la formación de los ribosomas (las estructuras que constituyen la maquinaria utilizada para la síntesis de proteínas) o sirven como moléculas adaptadoras, ARN transferencia o ARNt para la traducción de ARNm en secuencias específicas de aminoácidos polimerizados.

La mayor parte de ARN sintetizado de moldes de ADN en células eucariontes, incluyendo las de mamíferos, es degradada dentro del núcleo y nunca sirve como unidad estructural o informativa en el citoplasma celular.

Los ácidos nucleicos son macromoléculas de suma importancia biológica. Todos los organismos vivos contienen ácidos nucleicos bajo la forma de ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y ribonucleico (ARN). Algunos virus sólo contienen ARN (retrovirus) mientras que otros sólo poseen ADN (adenovirus).

El ADN constituye el depósito fundamental de la información genética, la cual se transmite por transcripción a las moléculas de ARN utilizadas en la síntesis de proteínas (traducción)

Formación del ARN:

Se forman en el núcleo y funcionan en el citoplasma. Todos se producen igual. Cuando la celula necesita formar ARN, parte del ADN se abre y frente a una de las dos cadenas se empiezan a ubicar ribonucleótidos complementarios, entonces frente a la citosina una guanina, a la timina un uracilo y frente a la adenina un uracilo.

Luego los ribonucleótidos que se ubican frente a la cadena, se unen y forman una cadena de nucleótidos de ARN, el cual sale y el ADN vuelve a cerrarse.

________

/ \

Replicación ADN transcripción ARN traducción PROTEÍNA

\________/

.

Características del ARN:

• Polímero de ribonucleótido que forma una sola cadena.

• Esa cadena forma una hélice simple.

• Presenta iguales bases nitrogenadas que el ADN, pero reemplaza a la timina (T) por el uracilo (U).

• La pentosa que posee es la ribosa, de ahí el nombre del nucleótido.

• Es escaso en el núcleo, formando un elemento llamado nucléolo; muy abundante en el citoplasma, especialmente formando organoides llamados ribosomas, presentes en células vegetales y animales.

Ingeniería genética.

  Método que modifica las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético. Suele utilizarse para conseguir que determinados microorganismos como bacterias o virus, aumenten la síntesis de compuestos, formen compuestos nuevos, o se adapten a medios diferentes. Otras aplicaciones de esta técnica, también denominada técnica de ADN recombinante, incluye la terapia génica, la aportación de un gen funcionante a una persona que sufre una anomalía genética o que padece enfermedades como síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) o cáncer.

La ingeniería genética consiste en la manipulación del ácido desoxirribonucleico, o ADN. En este proceso son muy importantes las llamadas enzimas de restricción producidas por varias especies bacterianas. Las enzimas de restricción son capaces de reconocer una secuencia determinada de la cadena de unidades químicas (bases de nucleótidos) que forman la molécula de ADN, y romperla en dicha localización. Los fragmentos de ADN así obtenidos se pueden unir utilizando otras enzimas llamadas ligasas. Por lo tanto, las enzimas de restricción y las ligasas permiten romper y reunir de nuevo los fragmentos de ADN. También son importantes en la manipulación del ADN los llamados vectores, partes de ADN que se pueden auto replicar (generar copias de ellos mismos) con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un fragmento específico de ADN, lo que hace de ellos un recurso útil para producir cantidades suficientes de material con el que trabajar. El proceso de transformación de un fragmento de ADN en un vector se denomina clonación, ya que se producen copias múltiples de un fragmento específico de ADN. Otra forma de obtener muchas copias idénticas de una parte determinada de ADN es la reacción en cadena de la polimerasa, de reciente descubrimiento. Este método es rápido y evita la clonación de ADN en un vector.

En febrero de 1997, se hizo pública la noticia de que había sido clonado el primer mamífero adulto: una oveja, a la que bautizaron con el nombre de Dolly. Los genetistas del Instituto Roslin y los de PPL Therapeutics de Edimburgo (Escocia), para llevar a cabo esta clonación, emplearon una técnica de ingeniería genética conocida como transferencia nuclear. Esta técnica consiste en fundir mediante un pulso eléctrico dos células, una de ellas un huevo no fecundado u ovocito al que previamente se ha extraído el núcleo, con otra que contiene un núcleo con el código genético deseado. El pulso eléctrico hace que el huevo comience a dividirse y se convierta en un embrión viable. Después este embrión se implanta en una gestante provisional, la cual ha sido preparada para llevar a cabo el embarazo. Al final se obtiene un clon o un ser idéntico, en este caso una oveja gemela.

Este descubrimiento es una auténtica revolución biotecnológica debido a las importantes aplicaciones en áreas como la investigación médica y la reproducción animal, pero referido al ser humano plantea una serie de cuestiones morales, legales y éticos.

Ingeniería genética

1. En ingeniería genética, los científicos utilizan enzimas de restricción para aislar un segmento de ADN que contiene un gen de interés, por ejemplo, el gen que regula la producción de insulina. 2. Un plásmido extraído de su bacteria y tratado con la misma enzima de restricción puede formar un híbrido con estos extremos `pegajosos' de ADN complementario. 3. El plásmido híbrido se reincorpora a la célula bacteriana, donde se replica como parte del ADN celular. 4. Se puede cultivar un gran número de células hijas y obtener sus productos genéticos para uso humano.

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción, que son producidas por varios tipos de bacterias, reconocen secuencias específicas de ADN e interrumpen la doble cadena donde aparece dicha secuencia. El tratamiento del ADN de dos organismos diferentes con la misma enzima de restricción produce fragmentos complementarios, o fragmentos con extremos que se acoplan. Estos se puede combinar en una molécula de ADN híbrida, que si forma parte de una célula viva, expresa rasgos de ambos progenitores.

Terapia génica

La terapia génica consiste en la aportación de un gen funcionante a las células que carecen de esta función, con el fin de corregir una alteración genética o enfermedad adquirida. La terapia génica se divide en dos categorías. La primera es la alteración de las células germinales, es decir espermatozoides u óvulos, lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. Esta terapia génica de la línea germinal no se considera en los seres humanos por razones éticas. El segundo tipo de terapia génica, terapia somática celular, es análoga a un trasplante de órgano. En este caso, uno o más tejidos específicos son objeto, mediante tratamiento directo o extirpación del tejido, de la adición de un gen o genes terapéuticos en el laboratorio, junto a la reposición de las células tratadas en el paciente. Se han iniciado diversos ensayos clínicos de terapia genética somática celular destinados al tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas, o pulmonares.

La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. De esta forma, la producción de insulina no depende del variable suministro de tejido pancreático animal. Otra aplicación importante de la ingeniería genética es la fabricación de factor VIII recombinante, el factor de la coagulación ausente en pacientes con hemofilia. Casi todos los hemofílicos que recibieron factor VIII antes de la mitad de la década de 1980 han contraído el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) o hepatitis por la contaminación viral de la sangre utilizada para fabricar el producto. Desde entonces se realiza la detección selectiva de la presencia de VIH (virus de la inmunodeficiencia humana) y virus de la hepatitis C en los donantes de sangre, y el proceso de fabricación incluye pasos que inactivan estos virus si estuviesen presentes. La posibilidad de la contaminación viral se elimina por completo con el uso de factor VIII recombinante. Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la Corrección de enfermedades genéticas

El tratamiento genético podría llegar a curar enfermedades hereditarias, como la hemofilia o la fibrosis quística, causadas por genes ausentes o defectuosos. Una técnica de este tipo consiste en utilizar virus modificados genéticamente para insertar genes nuevos funcionales en las células de pacientes incapaces de segregar hormonas o proteínas necesarias para el normal funcionamiento del organismo.

Riesgos:

Mientras que los beneficios potenciales de la ingeniería genética son considerables, también lo son sus riesgos. Por ejemplo, la introducción de genes que producen cáncer en un microorganismo infeccioso común, como el influenza virus, puede ser muy peligrosa. Por consiguiente, en la mayoría de las naciones, los experimentos con ADN recombinante están bajo control estricto, y los que implican el uso de agentes infecciosos sólo se permiten en condiciones muy restringidas. Otro problema es que, a pesar de los rigurosos controles, es posible que se produzca algún efecto imprevisto como resultado de la manipulación genética.

.