Biología Molecular: Estructura del ADN y ARN

Introducción a la Biotecnología

• La biotecnología es un repaso de conceptos.
• La biología molecular estudia los procesos biológicos a nivel molecular.
• Analiza la estructura, función y regulación de las moléculas que forman las células, principalmente ácidos nucleicos (ADN y ARN) y proteínas.
• La biología molecular ayuda a comprender cómo funcionan las moléculas, cómo se comunican entre sí y cómo afectan a los seres vivos.
• Es fundamental para comprender la vida a nivel básico y aplicar este conocimiento en campos como la salud humana, el medio ambiente y la biotecnología.

La revolución genética y su impacto

• La revolución genética permite leer el "lenguaje" del ADN.
• El ADN es como un libro de instrucciones que guía la construcción y el funcionamiento de cada organismo.
• El desciframiento de este libro ha llevado a descubrimientos notables, como comprender la transmisión genética.
• Se pueden modificar organismos para beneficio humano, como la creación de cultivos mejores y más nutritivos.

Estructura básica del ácido desoxirribonucleico (ADN) y del ácido ribonucleico (ARN)

• El ADN es una molécula compuesta por dos cadenas de nucleótidos que forman una doble hélice.
• Los ácidos nucleicos son polímeros compuestos de nucleótidos.
• Un nucleótido consta de un grupo fosfato, un azúcar pentosa y una base nitrogenada.

DNA (Ácido Desoxirribonucleico)

• El ADN es una molécula compuesta por dos cadenas de nucleótidos que forman una doble hélice.

Nucleótidos

• Los nucleótidos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos.
• Constan de un grupo fosfato, un azúcar pentosa (desoxirribosa en el ADN, ribosa en el ARN) y una base nitrogenada.

DNA (Purinas y Pirimidinas)

• El ADN contiene las bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C), y timina (T).
• Las purinas son adenina y guanina, mientras que las pirimidinas son citosina y timina.

Nucleótido vs Nucleósido

• Un nucleótido es un nucleósido unido a uno o más grupos fosfato.
• Un nucleósido es un azúcar unido a una base nitrogenada.

Enlace Fosfodiéster

• Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster.

Complementariedad de Bases

• Las bases nitrogenadas en el ADN se aparean de forma específica: adenina con timina y citosina con guanina.
• Estas uniones se mantienen por enlaces de hidrógeno.

Las hebras de la cadena de ADN son antiparalelas

• Las dos cadenas de la doble hélice de ADN corren en direcciones opuestas.

Forma Beta del ADN

• La forma más común del ADN en la célula es una hélice dextrógira.
• Las bases nitrogenadas están apiladas a una distancia de 0,34 nm.
• La hélice realiza un giro completo cada 3,4 a 3,6 nm.

RNA (Ácido Ribonucleico)

• El ARN es una molécula formada por una sola cadena de nucleótidos.
• A diferencia del ADN, el ARN contiene ribosa como azúcar y uracilo en lugar de timina.
• Existen diferentes tipos de ARN con diversas funciones.

Tipos de ARN

• ARNm (mensajero): Lleva la información genética del ADN a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
• ARNr (ribosómico): Secuencia importante para la síntesis de proteínas, formando el ribosoma.
• ARNt (transferencia): Transporta los aminoácidos al ribosoma durante la traducción.

ARN no codificantes (ncRNA)

• Existen diferentes tipos de ARN que no codifican para proteínas, con funcionalidades reguladoras importantes en las células.

Diferencias entre ADN y ARN

• El ADN es una doble hélice, mientras que el ARN es una cadena simple.
• El azúcar en el ADN es desoxirribosa, y en el ARN es ribosa.
• Las bases en el ADN son adenina, guanina, citosina y timina; en el ARN son adenina, guanina, citosina y uracilo

El dogma central de la biología molecular

• El dogma central describe el flujo de información genética: ADN → ARN → proteína.
• La replicación del ADN crea copias del material genético.
• La transcripción crea una copia de ARN a partir del ADN.
• La traducción crea una proteína a partir del ARN.

Replicación del ADN

• La replicación del ADN es el proceso por el cual se crea una copia del ADN.
• Comprende las etapas de iniciación, desenrollamiento, formación de la horquilla de replicación, síntesis de cebador, elongación, remoción de cebadores y unión de fragmentos de Okazaki y terminación.

Replicación en células procariotas y eucariotas

• Las células procariotas y eucariotas tienen mecanismos de replicación con diferencias en el proceso inicial y en las enzimas que participan.

Transcripción del ADN

• La transcripción es el proceso por el cual la información genética del ADN se copia en una molécula de ARN mensajero.
• En células procariotas, esta etapa es más simple y directa que en las eucariotas.
• En eucariotas, existen varias etapas importantes como splicing y capping.

Transcripción eucariota: Splicing alternativo

• El splicing alternativo permite crear diferentes proteínas a partir de un mismo gen.
• La molécula de pre-ARNm contiene intrones y exones, los cuales se empalman para producir el ARNm maduro.

Transcripción eucariota: Capping y poliadenilación

• El capping añade un grupo químico para proteger al ARN recién sintetizado y facilitar la traducción. Mientras que la poliadenilación añade una "cola" para asegurar la estabilidad del mRNA maduro.

Traducción del ARN

• La traducción es el proceso por el cual la información del ARNm se utiliza para sintetizar una proteína.
• Se lleva a cabo en los ribosomas, con la ayuda del ARNt.

Traducción del ARNm

• El ARNm se traduce en un polipéptido que forma una proteína.
• Los codones son conjuntos de 3 bases nitrogenadas que especifican cada aminoácido en una proteína.

Aminoácidos

• Los aminoácidos son los bloques de construcción de las proteínas.

ARN de transferencia (ARNt)

• El ARNt es una molécula especializada en el transporte de aminoácidos al ribosoma durante la traducción.

Procesos de la traducción (Iniciación, Elongación, Terminación)

• La traducción sucede en tres etapas principales: iniciación, elongación y terminación.

Excepciones al dogma central de la biología molecular

• La retrotranscripción es un proceso que convierte el ARN en ADN, utilizado por algunos retrovirus.
• El ARN interferente (ARNi) puede regular la expresión génica post-transcripcional al unirse al ARNm y degradarlo o inhibir su traducción.