Biología molecular CN-G10-DBA1
Grado 10 · Ciencias Naturales
La biología molecular estudia los mecanismos químicos por los cuales el material genético se replica, se expresa y se modifica en los organismos vivos. Su núcleo conceptual se articula en torno al dogma central de la biología — el flujo de información ADN ⟶ ARN ⟶ proteína — formulado por Crick en 1958.
El ADN doble hélice, descrito por Watson y Crick en 1953, queda determinado por dos cadenas antiparalelas de nucleótidos. Cada cadena se compone de un esqueleto de azúcar-fosfato y de cuatro bases nitrogenadas (A, T, G, C) que se aparean específicamente: la adenina se une con la timina mediante dos puentes de hidrógeno, y la guanina se une con la citosina mediante tres. Esta complementariedad permite que la información genética se copie con alta fidelidad.
La replicación semiconservativa fue demostrada por Meselson y Stahl. La enzima helicasa separa las cadenas y forma la horquilla de replicación. La ADN polimerasa sintetiza la nueva cadena únicamente en dirección 5 prima a 3 prima, lo que produce una asimetría: la cadena líder se sintetiza de forma continua, pero la cadena retardada se sintetiza como fragmentos cortos llamados de Okazaki, posteriormente unidos por la ADN ligasa.
La transcripción ocurre en el núcleo celular. La ARN polimerasa reconoce una región promotora del ADN y sintetiza una molécula de ARN mensajero (ARNm) complementaria a la cadena molde. En eucariotas, el pre-ARNm sufre maduración postranscripcional y es exportado al citoplasma como ARNm maduro.
La traducción se desarrolla en el ribosoma. El ARNm se lee en grupos de tres nucleótidos llamados codón, y cada uno especifica un aminoácido según el código genético, universal y degenerado. El ARN de transferencia (ARNt) porta el aminoácido correspondiente y aparea su anticodón con el codón del ARNm; el ribosoma cataliza el enlace peptídico que une los aminoácidos consecutivos.
La mutación se define como una alteración heredable de la secuencia del ADN. Las mutaciones puntuales sustituyen una base por otra; las inserciones o deleciones producen desfases en el marco de lectura. Una mutación silenciosa no altera el aminoácido; una mutación de sentido erróneo lo cambia; una mutación sin sentido introduce un codón de paro prematuro y trunca la proteína.
La ingeniería genética aplica este conocimiento a la manipulación dirigida del genoma. Mediante enzimas de restricción y ADN ligasa se construyen moléculas recombinantes, que son introducidas en organismos hospederos. Este conjunto de técnicas fundamenta la producción de proteínas terapéuticas, las vacunas recombinantes y la terapia génica contemporánea, áreas profundizadas en Grado 11 con CRISPR-Cas9 y PCR.