Estructura y Función de Biomoléculas: ADN, ARN y Proteínas   1. ADN: Estructura y tipos (A, B, Z) El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la molécula encargada de almacenar la información genética en todos los organismos vivos y en muchos virus. Su estructura básica consiste en una doble hélice compuesta por dos cadenas antiparalelas de nucleótidos, unidos entre sí por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas complementarias (adenina-timina y citosina-guanina). Existen tres formas estructurales principales del ADN: ADN tipo B: es la conformación más común en condiciones fisiológicas. Tiene una hélice dextrógira con 10 pares de bases por vuelta. ADN tipo A: también es una hélice dextrógira, pero más compacta, con 11 pares de bases por vuelta. Se presenta principalmente en condiciones de baja humedad o en complejos ADN-ARN. ADN tipo Z: es una hélice levógira con una apariencia en zigzag. Se encuentra en regiones ricas en G-C y puede tener un papel regulador en la expresión génica. Estas variaciones estructurales permiten cierta flexibilidad funcional y reguladora en el genoma.   2. ARN: Tipos y funciones El ácido ribonucleico (ARN) es una molécula de cadena simple que actúa como intermediario entre el ADN y las proteínas, además de desempeñar funciones estructurales y catalíticas. Los principales tipos de ARN son: ARN mensajero (ARNm): copia la información genética del ADN y la transporta a los ribosomas para la síntesis de proteínas. ARN de transferencia (ARNt): traduce el código genético llevando aminoácidos específicos al ribosoma durante la traducción. ARN ribosómico (ARNr): forma parte estructural del ribosoma y participa activamente en la síntesis proteica. ARN no codificante: incluye microARN (miARN), ARN pequeños interferentes (siARN), entre otros, que regulan la expresión génica, el silenciamiento del ARN y otros procesos celulares. Cada uno de estos tipos de ARN cumple funciones precisas y fundamentales para el flujo de información genética dentro de la célula.   3. Proteínas: Estructura y síntesis Las proteínas son moléculas complejas formadas por cadenas de aminoácidos unidas mediante enlaces peptídicos. Su estructura se organiza en varios niveles: Estructura primaria: secuencia lineal de aminoácidos. Estructura secundaria: patrones como hélices alfa y hojas beta, estabilizados por puentes de hidrógeno. Estructura terciaria: plegamiento tridimensional de la cadena polipeptídica. Estructura cuaternaria: asociación de múltiples cadenas polipeptídicas (subunidades). La síntesis proteica ocurre en los ribosomas y consta de dos fases: transcripción (donde se forma el ARNm a partir del ADN) y traducción (donde el ARNm dirige la unión de aminoácidos para formar una proteína). Las proteínas desempeñan funciones estructurales, enzimáticas, inmunológicas y reguladoras, siendo esenciales para todas las actividades celulares.

La Replicación del ADN   1. Replicación semiconservativa La replicación del ADN es semiconservativa, lo que significa que cada nueva molécula de ADN está compuesta por una hebra original (parental) y una hebra nueva. Este modelo fue demostrado por el experimento de Meselson y Stahl en 1958, y garantiza fidelidad en la transmisión de la información genética. Gracias a esta estrategia, se minimiza el riesgo de errores, ya que la hebra parental sirve como molde para la síntesis de la nueva cadena complementaria.   2. Origen de replicación La replicación del ADN inicia en sitios específicos llamados orígenes de replicación. En procariotas, como E. coli, existe un único origen de replicación (OriC), mientras que en eucariotas hay múltiples orígenes a lo largo de cada cromosoma para acelerar el proceso. En estos puntos, las proteínas iniciadoras reconocen secuencias específicas y separan las dos hebras del ADN, formando una burbuja de replicación. Desde allí, la replicación procede en direcciones opuestas en dos horquillas de replicación, permitiendo la síntesis simultánea de ambas cadenas.   3. Enzimas involucradas en la replicación El proceso de replicación requiere la acción coordinada de varias enzimas clave: Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, separando las hebras parentales del ADN y abriendo la doble hélice. Esta separación permite que cada hebra sirva como molde para la síntesis de una nueva hebra. ADN polimerasa: es la enzima responsable de añadir nucleótidos complementarios a la hebra molde. En procariotas, la ADN polimerasa III es la principal encargada de la elongación, mientras que en eucariotas lo hacen varias polimerasas (como la pol δ y la pol ε). Esta enzima solo puede añadir nucleótidos en dirección 5’ a 3’, por lo que la replicación es continua en la hebra líder y discontinua en la hebra rezagada, formando fragmentos de Okazaki. ADN ligasa: une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, formando una hebra continua. Esta enzima sella los huecos entre los fragmentos, estableciendo enlaces fosfodiéster entre nucleótidos adyacentes. Otras proteínas accesorias también participan en este proceso, como las proteínas de unión a cadena simple (SSB) que estabilizan las hebras separadas, y la primasa, que sintetiza cebadores de ARN necesarios para que la ADN polimerasa inicie la síntesis.  

Transcripción del ADN: Del Código Genético a la Síntesis de ARN   Síntesis de ARN a partir del ADN La transcripción consiste en la síntesis de ARN utilizando una hebra del ADN como molde. En este proceso, una región específica del ADN se desenrolla, y la ARN polimerasa cataliza la unión de ribonucleótidos complementarios a la secuencia molde del ADN. A diferencia del ADN, el ARN contiene uracilo (U) en lugar de timina (T), y es una molécula monocatenaria.   ARN polimerasa: la enzima clave La enzima principal en la transcripción es la ARN polimerasa. En procariotas existe una sola ARN polimerasa, mientras que en eucariotas hay tres tipos principales: ARN polimerasa I: transcribe ARN ribosómico (ARNr). ARN polimerasa II: transcribe genes codificantes de proteínas en forma de ARN mensajero (ARNm). ARN polimerasa III: transcribe ARN de transferencia (ARNt) y otros ARN pequeños. Estas enzimas no requieren cebadores y poseen una alta especificidad por los promotores de los genes.   Regulación transcripcional La transcripción está estrictamente regulada. Factores de transcripción, proteínas activadoras y represoras se unen a regiones promotoras o potenciadoras del ADN, controlando el inicio de la transcripción. En eucariotas, esta regulación también involucra mecanismos epigenéticos como la metilación del ADN y las modificaciones de histonas, que determinan qué genes se activan o silencian según las necesidades de la célula.   Procesamiento del ARN en eucariotas En células eucariotas, el ARN transcrito (pre-ARNm) debe madurar antes de ser funcional. Este procesamiento del ARN incluye: Capping (colocación de capucha 5’): adición de una metilguanosina al extremo 5’ del ARN, que protege al ARNm de la degradación y facilita su traducción. Splicing (empalme): eliminación de secuencias no codificantes (intrones) y unión de las secuencias codificantes (exones). Cola poli-A: adición de una cadena de adeninas (cola poli-A) en el extremo 3’, que también protege al ARNm y regula su estabilidad y exportación al citoplasma.

La Traducción: Del ARN a la Síntesis de Proteínas Funcionales       El Código Genético El código genético está compuesto por tripletes de nucleótidos llamados codones, cada uno de los cuales codifica un aminoácido específico. Es universal, degenerado (varios codones pueden codificar el mismo aminoácido) y sin solapamiento. Por ejemplo, el codón AUG codifica para metionina e indica el inicio de la traducción, mientras que codones como UAA, UAG y UGA indican su finalización.   Moléculas clave en la traducción Tres tipos principales de ARN participan directamente en la traducción: ARN mensajero (ARNm): contiene la secuencia de codones que será traducida. ARN de transferencia (ARNt): transporta los aminoácidos al ribosoma. Cada ARNt posee un anticodón complementario al codón del ARNm. ARN ribosómico (ARNr): forma parte de la estructura del ribosoma y participa en la catálisis de la formación de enlaces peptídicos. El ribosoma está compuesto por una subunidad pequeña (que reconoce el ARNm) y una subunidad grande (que cataliza la unión de los aminoácidos). La traducción ocurre en el citoplasma, o en el retículo endoplásmico rugoso en eucariotas.   Etapas de la traducción El proceso de traducción se divide en tres fases principales: Iniciación: el ribosoma se ensambla alrededor del ARNm y del primer ARNt cargado con metionina. Esta etapa requiere factores de iniciación y GTP como fuente de energía. Elongación: se incorporan sucesivos aminoácidos mediante la unión de nuevos ARNt complementarios a los codones del ARNm. El ribosoma cataliza la formación de enlaces peptídicos entre los aminoácidos. Terminación: cuando se alcanza un codón de parada, se liberan la cadena polipeptídica recién formada y el ribosoma. Esta fase también involucra factores de liberación que disocian el complejo de traducción.

Mutaciones y Mecanismos de Reparación del ADN   Mutaciones: concepto y tipos Una mutación es un cambio permanente en la secuencia del ADN. Puede afectar un solo nucleótido o grandes segmentos de material genético. Según su naturaleza, las mutaciones se clasifican en: Sustituciones de bases: cambio de un nucleótido por otro (transición o transversión). Inserciones o deleciones (indels): adición o pérdida de uno o más nucleótidos. Mutaciones por cambio de marco de lectura (frameshift): alteran la lectura del ARNm y generan proteínas anómalas. Mutaciones cromosómicas: afectan grandes regiones del ADN e incluso la estructura del cromosoma. Según su efecto, las mutaciones pueden ser: Silenciosas: no cambian el aminoácido codificado. De sentido erróneo (missense): cambian un aminoácido por otro. Sin sentido (nonsense): generan un codón de paro prematuro. Las mutaciones pueden ocurrir de manera espontánea (por errores en la replicación del ADN) o ser inducidas por agentes mutagénicos como radiación, productos químicos o virus.   Mecanismos de reparación del ADN El genoma cuenta con múltiples mecanismos para detectar y corregir daños en el ADN. Los más importantes incluyen: Reparación por escisión de bases (BER): corrige daños menores, como bases alteradas por oxidación o desaminación. Una glucosilasa reconoce y elimina la base anómala; luego, una endonucleasa y una ADN polimerasa reponen la secuencia correcta. Reparación por escisión de nucleótidos (NER): corrige lesiones más grandes, como dímeros de timina inducidos por radiación UV. Un segmento mayor de la hebra dañada es eliminado y sustituido por ADN nuevo. Reparación por apareamiento erróneo (MMR): corrige errores de replicación, como bases mal apareadas o pequeños indels. Es esencial para evitar mutaciones hereditarias como las asociadas al cáncer colorrectal hereditario. Recombinación homóloga y unión de extremos no homólogos: reparan roturas de doble cadena. La recombinación homóloga utiliza la copia intacta como molde, mientras que la unión de extremos no homólogos (NHEJ) une directamente los extremos rotos, aunque con mayor riesgo de errores.