El ácido desoxirribonucleico (ADN) contiene el modelo genético de cada organismo vivo, desde las bacterias unicelulares hasta los elefantes africanos. Almacena dos conjuntos de instrucciones esenciales:uno para sintetizar las proteínas que necesita la célula y otro para replicarse fielmente para que las generaciones futuras de células hereden el mismo código genético.
Para mantener viva una célula el tiempo suficiente para dividirse, debe producir una amplia gama de proteínas. El ADN dirige esta producción transcribiendo segmentos de genes específicos en ARN mensajero (ARNm), que luego viaja a los ribosomas donde se ensamblan las proteínas.
La transcripción convierte el ADN en ARNm, mientras que la traducción genera proteínas a partir de esa plantilla de ARNm.
Durante la traducción, los ribosomas unen aminoácidos a través de enlaces peptídicos, formando cadenas polipeptídicas. El cuerpo humano depende de 20 aminoácidos estándar, cada uno codificado por un codón triplete en el ARNm.
Una traducción exitosa requiere una interacción coordinada entre el ARNm, los complejos aminoacil-ARNt y las dos subunidades ribosómicas, así como otros actores moleculares.
Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Cada nucleótido consta de un azúcar de cinco carbonos (ribosa en el ARN, desoxirribosa en el ADN), un grupo fosfato y una base nitrogenada.
Cuatro bases:adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T) en el ADN o uracilo (U) en el ARN, proporcionan la diversidad química que define cada nucleótido.
Más allá de sus funciones estructurales, los nucleótidos como el difosfato de adenosina (ADP) y el trifosfato de adenosina (ATP) son fundamentales para el metabolismo energético celular.
A nivel molecular, el ADN utiliza desoxirribosa, que carece de un grupo hidroxilo en el carbono 2', mientras que el ARN utiliza ribosa. Esta diferencia "desoxi" explica la mayor estabilidad del ADN.
Ambos ácidos nucleicos comparten adenina, guanina y citosina, pero el ADN incorpora timina mientras que el ARN incorpora uracilo. Las reglas de emparejamiento de bases (A‑T/U, C‑G) garantizan una transferencia precisa de información genética durante la transcripción y traducción.
El ADN suele ser bicatenario y adopta una conformación de doble hélice, mientras que el ARN es monocatenario. La doble hélice permite que las cadenas complementarias estén perfectamente emparejadas, mientras que la cadena única del ARN permite diversas estructuras secundarias.
El ADN reside principalmente en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos, mientras que el ARN se encuentra en todo el núcleo y el citoplasma.
Tres clases principales de ARN realizan funciones distintas:
El dogma central (ADN → ARN → proteína) comienza con la transcripción. El ADN se desenrolla, exponiendo las hebras individuales para que la ARN polimerasa sintetice una secuencia de ARNm complementaria, sustituyendo la timina por uracilo.
Por ejemplo, el segmento de ADN ATTCGCGGTATGTC produce la secuencia de ARNm UAAGCGCCAUACAG. Durante el empalme, los intrones se eliminan, dejando solo los exones codificantes en el ARNm maduro.
La traducción requiere:
La traducción se basa en un sistema de codones tripletes:4³ =64 codones posibles se asignan a 20 aminoácidos, lo que permite que múltiples codones codifiquen el mismo aminoácido (degeneración), mientras que cada codón especifica solo un aminoácido.
En los procariotas, la iniciación comienza con un codón de inicio específico, mientras que los eucariotas utilizan universalmente AUG (metionina). Los ribosomas reconocen los sitios A (aminoacilo), P (peptidilo) y E (salida) para la unión del ARNt, la formación de enlaces peptídicos y la translocación.
Durante el alargamiento, el ribosoma mueve un codón a la vez, desplazando el polipéptido en crecimiento del sitio P al sitio A. Los enlaces peptídicos unen aminoácidos consecutivos, extendiendo la cadena.
La terminación ocurre cuando se encuentra un codón de parada (UAA, UAG, UGA), lo que recluta factores de liberación que liberan el polipéptido completo y disocian el ribosoma.
Las modificaciones postraduccionales, incluido el plegamiento, la escisión y el etiquetado químico, transforman el polipéptido naciente en una proteína funcional. El plegamiento adecuado está guiado por interacciones intramoleculares entre aminoácidos.
Los ribosomas traducen fielmente el ARNm proporcionado pero no pueden detectar errores en la plantilla. Las mutaciones pueden alterar aminoácidos individuales (p. ej., anemia de células falciformes) o introducir cambios de marco y codones de parada prematuros, lo que lleva a proteínas disfuncionales.
Comprender y corregir tales mutaciones sigue siendo un objetivo importante de la medicina genética.
