El post de hoy se adentra en el terreno de la bioquímica, con una mirada a la estructura química del ADN, y su papel en la creación de proteínas en nuestras células. Por supuesto, el ADN no sólo se encuentra en los seres humanos, sino que está presente en las células de todas las formas de vida multicelulares de la Tierra. Este gráfico ofrece una visión general de su estructura común en estas formas de vida y una breve explicación de cómo permite generar proteínas.
El ADN se encuentra en el núcleo de las células de los organismos multicelulares y fue aislado por primera vez en 1869 por el médico suizo Friedrich Miescher. Sin embargo, su estructura no se dilucidó hasta casi un siglo después, en 1953. Los autores del artículo en el que se sugirió esta estructura, James Watson & Francis Crick, son ahora nombres conocidos, y ganaron un premio Nobel por su trabajo. Sin embargo, este trabajo se basó en gran medida en el trabajo de otra científica, Rosalind Franklin.
La propia Franklin también estaba investigando la estructura del ADN, y fue su fotografía de rayos X, que mostraba claramente la estructura de doble hélice del ADN, la que ayudó en gran medida a su trabajo. Todavía no había publicado sus hallazgos cuando Watson y Crick tuvieron acceso a ellos, sin su conocimiento. Sin embargo, el hecho de que no recibiera el premio Nobel no es un descuido, sino una mera consecuencia de la política del comité de que los premios Nobel no pueden concederse a título póstumo.
El modelo de doble hélice del ADN (ácido desoxirribonucleico) consiste en dos hebras entrelazadas. Estas hebras están formadas por nucleótidos, que a su vez constan de tres componentes: un grupo de azúcar, un grupo de fosfato y una base. Los grupos de azúcar y fosfato combinados forman la «columna vertebral» repetitiva de las cadenas de ADN. Hay cuatro bases diferentes que pueden unirse al grupo de azúcar: adenina, timina, guanina y citosina, que reciben las denominaciones de A, T, G y C.
Las bases son las que permiten que las dos cadenas de ADN se mantengan unidas. Las fuertes fuerzas intermoleculares denominadas enlaces de hidrógeno entre las bases de las hebras adyacentes son las responsables de ello; debido a las estructuras de las diferentes bases, la adenina (A) siempre forma enlaces de hidrógeno con la timina (T), mientras que la guanina (G) siempre forma enlaces de hidrógeno con la citosina (C). En el ADN humano, hay una media de 150 millones de pares de bases en una sola molécula, ¡muchos más de los que se muestran aquí!
Las células de tu cuerpo se dividen, regeneran y mueren constantemente, pero para que este proceso ocurra, el ADN dentro de la célula debe ser capaz de replicarse. Durante la división celular, las dos cadenas de ADN se dividen y las dos cadenas individuales pueden utilizarse como plantilla para construir una nueva versión de la cadena complementaria. Como la A siempre se empareja con la T, y la G siempre se empareja con la C, es posible elaborar la secuencia de bases de una hebra utilizando la hebra opuesta, y esto es lo que permite que el ADN se replique. Este proceso lo lleva a cabo una familia de enzimas llamadas ADN polimerasas.
Cuando el ADN se utiliza para crear proteínas, las dos cadenas también deben dividirse. En este caso, sin embargo, el código del ADN se copia en ARNm (ácido ribonucleico mensajero), un proceso conocido como «transcripción». La estructura del ARN es muy similar a la del ADN, pero con algunas diferencias clave. En primer lugar, contiene un grupo de azúcar diferente en la columna vertebral de fosfato de azúcar de la molécula: ribosa en lugar de desoxirribosa. En segundo lugar, sigue utilizando las bases A, G y C, pero en lugar de la base T, utiliza el uracilo, U. La estructura del uracilo es muy similar a la de la timina, siendo la ausencia de un grupo metilo (CH3) la única diferencia.
Una vez copiados los nucleótidos del ADN, el ARNm puede abandonar el núcleo de la célula y se dirige al citoplasma, donde tiene lugar la síntesis de proteínas. Aquí, unas complicadas moléculas llamadas ribosomas «leen» la secuencia de bases de la molécula de ARNm. Los aminoácidos individuales, que combinados forman las proteínas, están codificados por secciones de tres letras de la cadena de ARNm. Los diferentes códigos posibles, y los aminoácidos que codifican, se resumieron en un post anterior en el que se analizaron las estructuras de los aminoácidos. Un tipo diferente de ARN, el ARN de transferencia, es el responsable de transportar los aminoácidos al ARNm y permitir que se unan.
Sin embargo, este proceso no siempre es impecable. Pueden producirse errores al copiar la secuencia del ADN al ARNm, y estos errores aleatorios se denominan mutaciones. Los errores pueden adoptar la forma de una base cambiada, o incluso de una base eliminada o añadida. Algunas sustancias químicas y la radiación pueden inducir estos cambios, pero también pueden ocurrir en ausencia de estos efectos externos. Pueden hacer que el código de un aminoácido se cambie por el de otro, o incluso que se vuelva ilegible. Varias enfermedades pueden ser el resultado de mutaciones durante la replicación del ADN, como la fibrosis quística y la anemia de células falciformes, pero cabe destacar que las mutaciones también pueden tener efectos positivos.
Aunque sólo hay 20 aminoácidos, el cuerpo humano puede combinarlos para producir la asombrosa cifra de aproximadamente 100.000 proteínas. Su creación es un proceso continuo, y a una sola cadena de proteínas se le pueden añadir entre 10 y 15 aminoácidos por segundo a través del proceso descrito anteriormente. Como el propósito de este artículo era principalmente examinar la estructura química del ADN, la discusión de la replicación y la síntesis de proteínas se ha mantenido breve y relativamente simplista. Si estás interesado en leer más sobre el tema, echa un vistazo a los enlaces proporcionados a continuación
Gracias a Liam Thompson por la ayuda con la investigación para este post, y por proporcionar una visión general sencilla e increíblemente útil del proceso de síntesis de proteínas a partir del ADN.
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