ADN: Nuestras instrucciones biológicas
El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una molécula que contiene las instrucciones biológicas que hacen que cada especie sea única. El ADN, junto con las instrucciones que contiene, pasa de los organismos adultos a sus descendientes durante la reproducción.
¿Dónde se encuentra el ADN?
En los organismos llamados eucariotas, el ADN se encuentra dentro de un área especial de la célula llamada núcleo. Debido a que la célula es muy pequeña y a que los organismos tienen muchas moléculas de ADN por célula, cada molécula de ADN debe estar empaquetada herméticamente. Esta forma empaquetada del ADN se llama cromosoma. Durante la replicación del ADN, el ADN se desenrolla para que pueda ser copiado. En otros momentos del ciclo celular, el ADN también se desenrolla para que sus instrucciones puedan usarse para fabricar proteínas y para otros procesos biológicos. Pero durante la división celular, el ADN se encuentra en su forma cromosómica compacta para permitir la transferencia a nuevas células. Los investigadores se refieren al ADN que se encuentra en el núcleo de la célula como ADN nuclear. El conjunto completo de ADN nuclear de un organismo se denomina genoma. Además del ADN ubicado en el núcleo, los seres humanos y otros organismos complejos también tienen una pequeña cantidad de ADN en estructuras celulares conocidas como mitocondrias. Las mitocondrias generan la energía que la célula necesita para funcionar correctamente. En la reproducción sexual, los organismos heredan la mitad de su ADN nuclear del progenitor masculino y la otra mitad del progenitor femenino. Sin embargo, los organismos heredan todo su ADN mitocondrial del progenitor femenino. Esto ocurre porque solo los óvulos, y no los espermatozoides, mantienen sus mitocondrias durante la fertilización.
¿De qué está hecho el ADN?
El ADN está hecho de bloques de construcción químicos llamados nucleótidos. Estos bloques de construcción están hechos de tres partes: un grupo de fosfato, un grupo de azúcar y uno de los cuatro tipos de bases nitrogenadas. Para formar una hebra de ADN, los nucleótidos se unen en cadenas, alternando los grupos fosfato y azúcar. Los cuatro tipos de bases nitrogenadas que se encuentran en los nucleótidos son: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). El orden, o secuencia, de estas bases determina qué instrucciones biológicas están contenidas en una hebra de ADN. Por ejemplo, la secuencia ATCGTT podría indicar ojos azules, mientras que ATCGCT podría indicar ojos cafés. El libro completo de instrucciones de ADN, o genoma, para un ser humano contiene alrededor de 3 mil millones de bases y alrededor de 20 000 genes en 23 pares de cromosomas.
El ADN contiene las instrucciones necesarias para que un organismo se desarrolle, sobreviva y se reproduzca. Para llevar a cabo estas funciones, las secuencias de ADN deben convertirse en mensajes que puedan usarse para producir proteínas, que son las moléculas complejas que realizan la mayor parte del trabajo en nuestro cuerpo. Cada secuencia de ADN que contiene instrucciones para hacer una proteína se conoce como gen. El tamaño de un gen puede variar mucho, desde alrededor de 1000 bases hasta 1 millón de bases en humanos. Los genes solo constituyen alrededor del 1% de la secuencia de ADN. Las secuencias de ADN fuera de este 1 por ciento están involucradas en la regulación de cuándo, cómo y cuánto se produce una proteína.
¿Quién descubrió el ADN?
El bioquímico suizo Frederich Miescher observó por primera vez el ADN a fines del siglo XIX. Pero pasó casi un siglo desde ese descubrimiento hasta que los investigadores desentrañaron la estructura de la molécula de ADN y se dieron cuenta de su importancia central para la biología. Durante muchos años, los científicos debatieron qué molécula contenía las instrucciones biológicas de la vida. La mayoría pensó que el ADN era una molécula demasiado simple para desempeñar un papel tan crítico. En cambio, argumentaron que las proteínas tenían más probabilidades de llevar a cabo esta función vital debido a su mayor complejidad y variedad de formas. La importancia del ADN quedó clara en 1953 gracias al trabajo de James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin. Mediante el estudio de los patrones de difracción de rayos X y la construcción de modelos, los científicos descubrieron la estructura de doble hélice del ADN, una estructura que le permite transportar información biológica de una generación a la siguiente.
¿Qué es la doble hélice del ADN?
Los científicos usan el término "doble hélice" para describir la estructura química de dos cadenas sinuosas del ADN. Esta forma, que se parece mucho a una escalera torcida, le da al ADN el poder de transmitir instrucciones biológicas con gran precisión. Para comprender la doble hélice del ADN desde un punto de vista químico, imagina los lados de la escalera como hilos de grupos de azúcar y fosfato alternados, hilos que corren en direcciones opuestas. Cada "peldaño" de la escalera se compone de dos bases nitrogenadas, emparejadas por enlaces de hidrógeno. Debido a la naturaleza altamente específica de este tipo de emparejamiento químico, la base A siempre se empareja con la base T, y de la misma manera la C con la G. Entonces, si conoces la secuencia de las bases en una hebra de una doble hélice de ADN, es un simple importa averiguar la secuencia de bases en la otra hebra. La estructura única del ADN permite que la molécula se copie a sí misma durante la división celular. Cuando una célula se prepara para dividirse, la hélice del ADN se divide por la mitad y se convierte en dos cadenas sencillas. Estas cadenas simples sirven como plantillas para construir dos nuevas moléculas de ADN de doble cadena, cada una de las cuales es una réplica de la molécula de ADN original. En este proceso, se agrega una base A donde haya una T, una C donde haya una G, y así sucesivamente hasta que todas las bases vuelvan a tener pareja. Además, cuando se están produciendo proteínas, la doble hélice se desenrolla para permitir que una sola hebra de ADN sirva como plantilla. Esta hebra de plantilla luego se transcribe en ARNm, que es una molécula que transmite instrucciones vitales a la maquinaria de producción de proteínas de la célula.