En esta ocasión, presento un texto que, si bien no poseo la fuente original en inglés, puedo asegurar que se trata de un extracto de un libro de ciencias. Esta traducción no la realicé solo, conté con el apoyo de dos compañeros que fungieron como editor y revisor. El texto es de ámbito científico y tiene su relevancia.
Traductor: Guillermo Vera Salgado.
Editor: Iván Uriel Villatoro.
Revisora: Sinaí Villanueva.
2.1- Genes y herencia
Al estudio de los genes y de la herencia se le da el nombre de genética. Los fenómenos hereditarios han sido de gran interés para la humanidad desde mucho tiempo antes de que los principios pertinentes a esta área fueran investigados y entendidos de manera científica. En periodos antiguos, las personas mejoraban sus cultivos y domesticaban a sus animales seleccionando cuidadosamente los ejemplares usados para la crianza. La genética, como un conjunto de principios científicos y procedimientos analíticos, emergió en la década de 1860 cuando el monje Agustino Grégor Mendel llevó a cabo una serie de experimentos que revelaron la existencia de los denominados “factores biológicos” encargados de transmitir de generación en generación algunos rasgos y características. Dichos factores adquirieron posteriormente el nombre de Genes, luego de que se descubrieran los cromosomas y los enlaces genéticos en el siglo XX. En este punto, la Genética definía a los genes como entidades abstractas que de alguna manera determinaban qué características habrían de heredarse. A través de análisis genéticos se llevó a cabo el estudio de la herencia de varios genes, sin embargo, la naturaleza física y bioquímica de los genes permaneció desconocida. Investigaciones posteriores revelaron que los genes están compuestos de proteínas y ADN, además de que estudios aún más recientes llegaron a la conclusión de que el ADN es, sin lugar a dudas, el material hereditario (Morange and Cobb, 2000).
La Genética es la ciencia que estudia
los genes y la herencia
Se pensaba que el ADN era una simple molécula, por lo tanto, muchos científicos no creían que éste fuera quien almacenara la información de todo un organismo ¿Cómo era posible que una cantidad tan grande de información pudiera ser almacenada y a la vez transmitida de una generación a otra? Claramente, el material genético debe tener, en primer lugar la capacidad de codificar cierta información específica, y, en segundo lugar, la capacidad de duplicar dicha información de manera precisa durante el proceso de la duplicación celular ¿Qué clase de estructura molecular podría llevar a cabo funciones tan complicadas?
2.2- La estructura del ADN
A pesar de que la estructura del ADN no se conocía sino hasta el año de 1953, sus bases han sido conocidas y estudiadas desde hace mucho. Se ha demostrado que el ADN está compuesto de cuatro moléculas básicas llamadas nucleótidos, los cuales son idénticos a excepción de que cada uno contiene una base de nitrógeno distinta. Cada nucleótido está compuesto de un grupo de fosfato, uno de azúcar (del tipo desoxirribosa) y una de las cuatro bases. Las cuatro bases son la adenina (A), la guanina (G) (purinas) y la citosina (C), la tiamina (T) (las pirimidinas; Figura 2.1).
En 1953, James Watson y Francis Crick fueron los primeros en darle un orden a las bases y crear una estructura del ADN coherente mediante el uso de la información recopilada por Erwin Chargaffy los modelos de difracción de ADN con rayos x creados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. La información obtenida de los Rayos X mostró que la molécula de ADN era larga, delgada y helicoidal (con forma de espiral).
Chargaff había establecido ciertas reglas empíricas acerca de la cantidad de cada componente del ADN:
*La cantidad total de nucleótidos de pirimidina (T+C) siempre equivale al número total de nucleótidos de purina (A+G).
*La cantidad de T siempre equivale a la cantidad de A, así como la cantidad de C siempre equivale a la cantidad de G. Sin embargo la cantidad de A+T no siempre equivale a la cantidad de G+C.
La estructura del ADN
En 1953, la estructura del ADN fue descifrada
Y se descubrió que estaba compuesta por una doble hélice.
Este modelo ofrecía algunas explicaciones posibles para
Los procesos de la replicación del ADN y la expresión del gen.
La estructura que Watson y Crick construyeron a partir de estas pistas terminó siendo de una forma helícida doble (figura 2.1). Cada hélice es una cadena de nucleótidos unida por enlaces fosfodiéster, en los cuales un grupo de fosfato forma un enlace entre los grupos –OH en cada residuo de azúcar adyacente. Las dos cadenas de ADN (hélices) se mueven en una dirección inversamente paralela y se sostienen gracias a los enlaces de hidrógeno que existen entre las bases opuestas, formando así una hélice doble. Cada par de bases (pb) están compuestas de una base de purina y una de pirimidina, unidas de acuerdo a la siguiente regla: Los pares G con la C y los pares A con la T (Watson y otros. 2008).
Figura 2.1/ La estructura del ADN
En la parte A se representan las cuatro bases, el emparejamiento de las bases y laconexión de éstas mediante la columna de fosfato de azúcar. Nótese que las dos hebras de ADN están unidas gracias al emparejamiento de las bases y se mueven en dirección opuesta, numeradas 3’ y 5’ respectivamente (léase tres primo y cinco primo). En la parte B se muestra un esquema de la estructura de doble hélice, conteniendo los mismos elementos en la forma simple y numerados como en la figura A
El esclarecimiento de la estructura del ADN causó un gran alboroto dentro de la comunidad científica debido a dos grandes razones. En primer lugar, la estructura muestra una manera obvia en la cual la molécula puede duplicarse, ya que cada base muestra su base complementaria utilizando un enlace de hidrógeno. Por lo tanto, cada hebra sirve como un patrón para para la síntesis de una hebra complementaria. En segundo lugar, la estructura sugiere que la secuencia de los pares de nucleótidos en el ADN dicta la secuencia de los aminoácidos en una proteína codificada por un gen. En otras palabras, puede ser que algún tipo de código genético comprima la información dentro del ADN, convirtiéndola en una secuencia de pares de nucleótidos, los cuales pueden ser traducidos al lenguaje distinto de la secuencia que poseen los aminoácidos dentro de una proteína.
2.3 El flujo de la información genética: El dogma central
A principios de los cincuentas, Francis Crick desarrolló la hipótesis de que existe un flujo unidireccional de información genética que inicia en el ADN, pasa a través del ácido ribonucleico (ARN), hasta llegar a la proteína, es decir “El ADN produce ARN y el ARN produce proteínas”. A esto se le llama el dogma central de la biología molecular, debido a que fue propuesto sin evidencia suficiente para cada uno de los pasos. Hoy en día dichos pasos se conocen a detalle: el ADN es trasladado a una molécula de ARN (ARN mensajero (ARNm)), que contiene la misma secuencia de información que el patrón de ADN, posteriormente este mensaje de RNA se traduce a una secuencia proteínica, de acuerdo al código genético (Miller y otros, 2009).-
2.4 El código genético
Los constructores básicos del ADN son los cuatro nucleótidos; los constructores básicos de las proteínas son los aminoácidos, de los cuales hay veintidós que son creados naturalmente dentro de las proteínas (los llamados aminoácidos proteinogénicos). El código genético está compuesto por la correspondencia entre la secuencia de las cuatro bases en los ácidos nucleicos y la secuencia de los veintidós aminoácidos dentro de las proteínas. Se ha demostrado que el código está compuesto de tres nucleótidos (un codón) que codifican un aminoácido.
El dogma central
Se trata de la propuesta de Francis Rick que dicta que el ADN se transcribe a una molécula Mensajera (ARNm) la cual se traslada a una proteína: “El ADN produce ARN y el ARN Produce proteínas”.
El código genético
Se trata de la relación que existe entre la secuencia de las bases en el ADN, en 64 Combinaciones triples posibles de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos dentro de la Proteína.
El ARN
Acrónimo que significa Ácido ribonucleico, la segunda clase de ácidos nucleicos dentro de La célula, aparte del ADN. Los RNA desempeñan varias funciones cruciales en el flujo de Información genética del ADN hacia la proteína.
Debido a que sólo existen veintidós aminoácidos qué clasificar y sesenta y cuatro codones distintos (43=64), la mayoría de los aminoácidos se clasifican en más de un codón y el código genético parece degenerarse o volverse redundante. El código genético posee colinealidad, lo cual significa que el orden de las bases en el ADN corresponde directamente al orden de aminoácidos en la proteínas (Watson y otros, 2008).
Sin duda, si el código genético se leyera de la misma manera en que se lee un libro, nosotros tendríamos que saber desde dónde empezar a leer y cuándo detenernos. El codón AUG nos sirve como una señal de partida, codificando el aminoácido metionina, el cual es el primer aminoácido incorporado en todas las proteínas. Sin embargo, la metionina puede hallarse en todos lados, no solo al inicio. Por lo tanto, la maquinaria usada para la traducción debe encontrar el codón de metionina correcto para iniciar, no solo cualquier codón AUG ubicado en alguna parte de la secuencia genética. Este proceso se facilita por las secuencias que rodean el inicio del codón AUG. Estas secuencias son de suma importancia para el proceso de transformación. El límite del área transformada se indica por medio de uno de los tres codones cuya codificación es de “terminación”. Éstas son UUA, UAG y UGA. Si llegan a ocurrir mutaciones, es decir cambios no intencionales en la secuencia de ADN, que creen uno de los codones de terminación en lugar de un codón codificador de aminoácidos, el resultado sería que la proteína resultante sería más corta que lo planeado. Se dice que dichas proteínas están truncadas y normalmente son poco funcionales. Otras mutaciones alteran un codón sustituyéndolo por otro, resultando en el reemplazo del aminoácido original por otro distinto, lo cual puede causar ya sea severos o insignificantes efectos para la proteína, dependiendo de la importancia del aminoácido. La adición o la omisión de un solo nucleótido puede provocar también cambios severos, debido a que todos los codones siguientes serán desplazados por un nucleótido, resultando en un mensaje muy diferente, una llamada "mutación con cambio". La región entre la metionina inicial y el primer codón de terminación se llama marco abierto de lectura (ORF).
Finalmente, el código genético es virtualmente universal, es decir, que es el mismo en todos los organismos vivientes en el planeta. Los genes tomados de plantas pueden ser decodificados por células animales, mientras que los genes de los procariontes pueden ser decodificados por los sistemas eucariontes y viceversa.
Si los códigos no poseyeran dicha naturaleza universal, la manipulación genética y la ingeniería genética serían muy difíciles de practicar (Voet y Voet, 2004).
La mutación
Se refiere a los cambios no intencionales en la secuencia del ADN, provocados por errores de duplicación, sustancias mutagénicas o factores físicos tales como rayos UV y exposición a rayos x.
2.5 El gen
De manera histórica, se define al gen como una unidad de herencia de variación fenotípica. Desde un punto de vista molecular, un gen es la secuencia linear de ADN que se requiere para producir una molécula funcional de ARN, o una unidad transcripcional (Pearson, 2006). Los genes pueden ser catalogados en dos grandes categorías funcionales: genes estructurales y genes regulatorios. La función del producto final del gen es entrar en una de estas dos categorías.
· Los genes estructurales: codifican los polipéptidos y por los ARN para llevar a cabo de manera normal las actividades metabólicas de la célula, por ejemplo las enzimas, las proteínas estructurales, los transportadores, los receptores, entre otros.
· Los genes regulatorios: Codifican las proteínas cuya función es controlar la expresión de los genes estructurales. En cuanto a composición molecular respecta, ambas clases de genes son similares entre sí.
Un gen ocupa generalmente una posición específica en un cromosoma, de los cuales hay 46 en cada célula humana y que contienen el genoma humano completo (véase más abajo). La Ubicación cromosómica exacta se define por medio de secuencias específicas desde el inicio hasta el final de su transcripción. Cada gen tiene un efecto y función específicos dentro de la morfología y fisiología del organismo, puede mutar (cambiar) y recombinarse con otros genes. Es un aparador con información (en forma de una secuencia con base nucleótida); por lo tanto no inicia ninguna acción, pero actúa luego de una, por ejemplo en el proceso de expresión genética. Se le llama genotipo al set completo de genes de un organismo, su constitución genética. El genoma humano, por ejemplo, contiene aproximadamente 25000 genes codificadores de proteínas.
El gen
Ampliamente definido como una secuencia de ADN codificando un producto funcional. Esto incluye la región codificadora misma al igual que todas las regiones reguladoras Asociadas.
El genoma
El conjunto de información genética de un organismo codificada en su ADN.