En una familia de Cartago hay tres hermanos. Dos tienen el pelo rizado y los ojos oscuros; el tercero, el pelo liso y los ojos claros. Los tres tienen los mismos padres y, sin embargo, no son iguales. Esa diferencia entre individuos de una misma especie es la variabilidad genética, y tiene su origen en una molécula muy larga que cada uno carga dentro de casi todas sus células: el ADN.
Para entender cómo una molécula se convierte en pelo rizado, en un color de ojos o en una enzima que digiere la leche, hay que seguir tres pasos: cómo está hecho el ADN, cómo se copia y cómo se lee para fabricar proteínas.
Definición
El ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula que guarda la información hereditaria. Un gen es un segmento de ADN con las instrucciones para fabricar una proteína o un ARN. El genotipo es el conjunto de genes de un individuo; el fenotipo es lo que se ve y se mide en él: forma, color, estatura, funcionamiento.
Genotipo, ambiente y fenotipo#
El fenotipo no sale solo del ADN. Dos gemelos idénticos tienen el mismo genotipo, pero si uno crece en la costa comiendo bien y entrenando, y el otro en un lugar con poca comida, no tendrán la misma estatura ni el mismo peso. Lo que expresa el fenotipo es el genotipo más el ambiente: alimentación, sol, ejercicio, enfermedades.
Por eso la variabilidad que ves en una población tiene dos fuentes. Una es genética (los genes distintos que recibió cada quien de sus padres). La otra es ambiental. Una planta de frijol con los mismos genes crece más alta con buena luz que a la sombra. Solo la parte genética se hereda.
Cómo está construido el ADN#
El ADN tiene forma de escalera de caracol: una doble hélice. Cada pieza se llama nucleótido y tiene tres partes: un azúcar (la desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada. Hay cuatro bases:
- A, adenina
- T, timina
- C, citosina
- G, guanina
Los lados de la escalera son las cadenas de azúcar y fosfato. Los peldaños son pares de bases unidas por puentes de hidrógeno, y no se juntan de cualquier manera: la A solo se une con la T, y la C solo con la G. A esto se le llama complementariedad de bases.
Regla de complementariedad
A con T (dos puentes de hidrógeno) · C con G (tres puentes de hidrógeno). Si una cadena dice ATGC, la cadena complementaria dice TACG.
Esa regla tiene una consecuencia práctica: si conoces una cadena, conoces la otra. Y también explica por qué en cualquier muestra de ADN la cantidad de A es igual a la de T, y la de C igual a la de G.
Quién descubrió la forma del ADN#
En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron en Cambridge el modelo de la doble hélice. Pero el modelo no salió de la nada. La química Rosalind Franklin, trabajando en Londres con difracción de rayos X, obtuvo la famosa fotografía 51, que mostraba un patrón en forma de X característico de una hélice. Esa imagen, vista por Watson y Crick sin que Franklin lo supiera, fue una pieza decisiva para su modelo. Watson, Crick y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel en 1962; Franklin había muerto en 1958, y el Nobel no se concede a personas fallecidas. Hoy se le reconoce como parte esencial del descubrimiento.
Duplicación: copiar el ADN antes de dividir la célula#
Antes de que una célula se divida, necesita dar a cada célula hija una copia completa del ADN. La duplicación (o replicación) funciona así: una enzima separa las dos cadenas, como quien abre un cierre; luego otra enzima, la ADN polimerasa, va colocando junto a cada cadena los nucleótidos complementarios. El resultado son dos moléculas idénticas, y cada una conserva una cadena vieja y estrena una nueva. Por eso se llama replicación semiconservativa.
Si la cadena molde dice AAGCT, la nueva se construye como TTCGA. El proceso es muy preciso, pero a veces se equivoca. Un error que queda sin corregir es una mutación, y es una de las fuentes de variabilidad.
De ADN a proteína: transcripción y traducción#
En las células eucariotas el ADN no sale del núcleo, pero las proteínas se fabrican afuera, en los ribosomas. Hace falta un mensajero. Ese es el ARN mensajero (ARNm), y el proceso tiene dos etapas.
Transcripción#
Una enzima copia un gen del ADN en una molécula de ARNm. El ARN se diferencia del ADN en tres cosas: tiene ribosa en lugar de desoxirribosa, es de una sola cadena, y en lugar de timina (T) usa uracilo (U). Entonces, si la cadena de ADN que se lee dice TAC GGA, el ARNm sale AUG CCU.
Traducción#
El ARNm llega a un ribosoma. Allí se lee de tres en tres bases; cada grupo de tres es un codón, y cada codón corresponde a un aminoácido. El ARN de transferencia trae los aminoácidos uno por uno, y el ribosoma los une en cadena. Cuando se acaba la cadena, tienes una proteína.
| Codón de ARNm | Significa |
|---|---|
| AUG | Metionina (y señal de inicio) |
| CCU | Prolina |
| UUU | Fenilalanina |
| GGC | Glicina |
| GAA | Ácido glutámico |
| UAA, UAG, UGA | Alto: la proteína termina aquí |
Ejemplo. La cadena de ADN que se lee es TAC CCG AAA ATT. Transcribe y traduce.
Solución. Se transcribe base por base: T→A, A→U, C→G, G→C. El ARNm queda AUG GGC UUU UAA. Se lee: AUG = metionina, GGC = glicina, UUU = fenilalanina, UAA = alto. La proteína es Met-Gly-Phe, de tres aminoácidos.
El código genético es universal#
El mismo codón significa lo mismo en una bacteria, en un frijol, en un tucán y en ti. AUG es metionina en todos. A eso se le llama código genético universal. Gracias a eso se puede, por ejemplo, poner un gen humano en una bacteria para que fabrique insulina. Y es una de las evidencias más fuertes de que todos los seres vivos tenemos un origen común.
También es redundante: hay 64 codones posibles y solo 20 aminoácidos, así que varios codones dicen lo mismo. GGU, GGC, GGA y GGG significan glicina.
Cómo la secuencia produce variabilidad#
Si cambia una base en el ADN, puede cambiar un codón, cambiar un aminoácido y, con eso, cambiar la forma de una proteína. Una proteína distinta puede dar un fenotipo distinto: otro color de pelaje, otra enzima. Esa es la ruta completa: gen → ARNm → proteína → rasgo.
Extracción casera de ADN#
Puedes ver ADN en tu cocina. Se usa una fruta blanda, como la fresa o el banano maduro.
- Machaca una fresa en una bolsa con un poco de agua hasta hacer un puré.
- Agrega una cucharadita de detergente lavaplatos y media de sal. El detergente rompe las membranas de las células y la sal ayuda a que el ADN se junte.
- Cuela el líquido por una tela fina o un filtro de café.
- Inclina el vaso y deja resbalar por la pared alcohol bien frío (alcohol etílico de al menos 70 %, guardado en el congelador) para que forme una capa encima.
- En la unión de las dos capas aparecen unas hebras blancas y pegajosas. Es ADN, en una masa que se ve a simple vista.
Lo que ves no es una hélice: son millones de moléculas enredadas. El alcohol hace que el ADN, que no se disuelve en él, se precipite.
Errores frecuentes#
- Confundir ADN y ARN. La diferencia que más se pregunta: el ARN tiene uracilo, no timina.
- Pensar que genotipo y fenotipo son lo mismo. El fenotipo incluye el efecto del ambiente.
- Copiar igual en lugar de complementar. La transcripción pasa A a U, T a A, C a G y G a C.
- Contar mal los codones. Siempre de tres en tres, desde el AUG.
Ponte a prueba#
Si una cadena de ADN dice ATGGCT, ¿cómo es la cadena complementaria?#
Se aplica A con T y C con G: la complementaria es TACCGA.
¿Qué diferencias hay entre el ADN y el ARN en sus bases y su estructura?#
El ARN usa uracilo (U) en lugar de timina (T) y suele ser de una sola cadena; el ADN usa timina y forma una doble hélice.
Un gen se lee como TAC AAA CCG. ¿Qué ARNm produce y qué aminoácidos?#
El ARNm es AUG UUU GGC. AUG es metionina, UUU fenilalanina y GGC glicina.
¿Por qué se dice que el código genético es universal?#
Porque los mismos codones significan los mismos aminoácidos en casi todos los seres vivos, de bacterias a humanos; por eso se puede mover un gen de una especie a otra y que funcione.
¿Qué aportó Rosalind Franklin al descubrimiento de la estructura del ADN?#
Su fotografía 51, obtenida con rayos X, mostró el patrón de una hélice y fue una pieza decisiva para el modelo de Watson y Crick.
Fuentes#
También en Biología 10ºDécimo año