Dogma Central de la Biología Molecular

Dogma Central de la Genética Molecular

• El dogma central permite la generación de moléculas de ARN (o RNA) para la síntesis de proteínas a nivel citoplasmático, un proceso también conocido como decodificación.
• Francis Crick propuso inicialmente, en 1958, que el ADN contiene la información en el núcleo, la cual se expresa en genes.
• Una vez que la información pasa a la proteína, no puede revertirse.
• La transferencia de información entre ácido nucleico y ácido nucleico, o desde ácido nucleico a proteína, es posible, pero la transferencia inversa es imposible.
• La información determina la secuencia, ya sea de bases en el ácido nucleico o de residuos de aminoácidos en la proteína.
• El producto final del dogma central es la creación o síntesis de proteínas.
• Los tres procesos clave son la replicación, transcripción y traducción del ADN y ARN.
• Estos procesos son esenciales para la transmisión y expresión de la genética hereditaria.

Funciones del Dogma Central

• Transcripción del ADN: Se transfiera la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteínas utilizando diversos ARN como intermediarios, es el primer proceso de la expresión genética.
• Replicación del ADN: Se duplica una molécula de ADN, cuando una célula se divide, en primer lugar, debe duplicar su genoma para que cada célula hija contenga un juego completo de cromosomas.
• Traducción del ADN: Una célula elabora una proteína usando la información genética que lleva el ARNm.

Características Principales del Dogma Central

• Este es el mecanismo por el cual el ADN se duplica.
• De una molécula de ADN producen dos moléculas idénticas.
• Las moléculas hijas conservan una de las hebras madre.
• El proceso ocurre mediante la acción de enzimas durante la mitosis o meiosis.
• La replicación del ADN es esencial para el crecimiento celular, la reparación y la reproducción en un organismo.

Enzimas en la Replicación del ADN

• Las enzimas identifican, se unen al ADN, detectan errores y reemplazan las bases incorrectas.
• Dependiendo del tipo de error, el ciclo celular puede detenerse temporal o permanentemente, o inducir apoptosis (muerte celular programada).
• Las ADN polimerasas catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre desoxirribonucleótidos, agregando el nucleótido complementario a la cadena molde.
• Las enzimas necesitan una cadena de ADN molde para añadir los nucleótidos correspondientes, dejando libre el grupo 3'-OH.
• Las ADN polimerasas son esenciales para la síntesis de ADN al añadir nucleótidos a la cadena en crecimiento e incorporan aminoácidos complementarios a la hebra molde.
• Estas enzimas se encuentran tanto en células procariotas como eucariotas, las ADN polimerasas de las procariotas son distintas a las de las eucariotas.

Tipos de ADN Polimerasas en Procariotas

• ADN polimerasa I: Elimina el ARN cebador, repara errores y rellena los huecos con desoxirribonucleótidos.
• ADN polimerasa II: Repara pequeñas roturas en las cadenas de ADN (corrigiendo estos errores).
• ADN polimerasa III: Añade el desoxirribonucleótido adecuado, de manera complementaria al molde, en sentido 5'→3'.

ADN Polimerasas en Eucariotas

• ADN polimerasa alfa y ADN polimerasa delta: Dirigen directamente la replicación.
• ADN polimerasa beta: Corrigen los errores.
• ADN polimerasa gamma: Controlan la replicación del ADN mitocondrial y plastidial.

Otras Enzimas Importantes en la Replicación

• ADN helicasa: Participa en el desenrollado de la doble hélice del ADN; utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para romper los enlaces de hidrógeno y separar las hebras.
• ADN primasa: Sintetiza cebadores de ARN, que son moléculas cortas de ARN que actúan como plantillas para el inicio de la replicación del ADN.
• ADN ligasa: Une los fragmentos de ADN formando enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos.
• Exonucleasa: Elimina las bases de nucleótidos del final de una cadena de ADN.
• Topoisomerasa: Resuelve el estrés topológico causado durante el desenrollado, cortando y uniendo las hebras de ADN; se conoce como ADN girasa en E. coli.
• Telomerasa: Agrega una secuencia específica de ADN a los telómeros de los cromosomas en células eucariotas tras la división celular, estabilizando los cromosomas.

Importancia de la Replicación del ADN

• La replicación es vital para la transmisión del material genético durante la división celular, asegurando que cada célula hija reciba una copia idéntica.
• Ocurre durante la fase S de la interfase, antes de la división celular.
• Permite el mantenimiento de la integridad del genoma y es esencial para el crecimiento, la propagación y la generación de copias idénticas del material genético.
• Las bases nitrogenadas se unen de la siguiente manera: Timina (T) - Adenina (A).

Mecanismo de Replicación del ADN

• La replicación ocurre de manera similar en procariotas y eucariotas.
• La doble hélice del ADN se abre y se separa, actuando cada cadena como molde para la síntesis de una nueva cadena con bases complementarias.
• La complementariedad (G = C y A = T) es fundamental en la replicación, transcripción y traducción.

Características Clave de la Replicación

• Semiconservativa: Cada nueva molécula de ADN contiene una cadena parental y una nueva.
• Bidireccional: La síntesis de nuevas cadenas se realiza en sentidos opuestos desde el origen de replicación (ORI), formando una burbuja de replicación y horquillas de replicación.
• Semidiscontinua: La replicación se ve limitada por:
  • Las cadenas de ADN son antiparalelas.
  • La actividad de la ADN polimerasa es en sentido 5'→3'.
• Cadena adelantada (líder o conductora): Se sintetiza de forma continua en dirección 5'→3', comenzando con un cebador de ARN.
• Cadena retardada: Se sintetiza de manera discontinua, en sentido opuesto, mediante fragmentos de Okazaki que se sintetizan a partir de cebadores de ARN.

Mecanismo de Acción de Drogas que Interfieren en la Replicación

• Algunas drogas pueden detener el proceso de replicación impidiendo que el ADN se copie.
• Los agentes quimioterapéuticos causan la muerte celular, algunos son compuestos naturales y otros son químicos artificiales.

Reparación del ADN

• La reparación del AND es un proceso esencial para proteger el genoma de daños y mutaciones causadas por factores metabólicos y ambientales (como rayos UV).
• Puede haber hasta 500,000 lesiones moleculares por célula al día, alterando la forma de las células y la lectura de la información en los genes.
• A medida que la célula envejece, la tasa de reparación disminuye, la célula puede seguir uno de estos caminos:
  • Senescencia: Inactividad irreversible.
  • Apoptosis: Suicidio celular o muerte celular programada.
  • Carcinogénesis: Formación de cáncer.
• El proceso de reparación del ADN debe ser constantemente operativo para corregir rápidamente cualquier daño en la estructura del ADN.
• La capacidad de reparación es vital para la integridad del genoma y el funcionamiento del organismo.

Desnaturalización del ADN

• La ruptura de fuerzas de unión entre las hebras del ADN causa su separación, resultando en ADN de una sola hebra.
• Las altas temperaturas causan la separación de la doble hélice al romper los puentes de hidrógeno (desnaturalización), y luego, al bajar la temperatura, las cadenas se reasocian (renaturalización).
• Al aplicar calor a 94°C, se produce la separación de las cadenas para luego amplificar.