El ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula que contiene la información genética necesaria para el desarrollo, funcionamiento, crecimiento y reproducción de todos los organismos vivos y muchos virus.
El ADN es una molécula bicatenaria (de doble hebra) con forma de doble hélice, una estructura descubierta en 1953 por James Watson y Francis Crick, basándose en datos de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. Cada cadena de ADN está compuesta por unidades llamadas nucleótidos, que están formados por tres componentes:
Grupo fosfato.
Azúcar desoxirribosa (un azúcar de cinco carbonos).
Base nitrogenada: Hay cuatro tipos de bases nitrogenadas:
Adenina (A).
Timina (T).
Citosina (C).
Guanina (G).
Estas bases nitrogenadas forman pares de bases entre las dos cadenas, uniéndose de manera específica a través de puentes de hidrógeno:
La adenina (A) siempre se empareja con la timina (T).
La citosina (C) siempre se empareja con la guanina (G).
La doble hélice es la forma tridimensional que adopta el ADN. Las dos hebras de nucleótidos corren en direcciones opuestas (antiparalelas), y las bases nitrogenadas se encuentran en el interior de la hélice, mientras que los esqueletos de azúcar-fosfato están en el exterior.
El ADN actúa como el almacén de la información genética. Contiene las instrucciones para construir y mantener los organismos vivos. Estas instrucciones están codificadas en la secuencia de nucleótidos del ADN y se traducen en la producción de proteínas, que son esenciales para las funciones biológicas.
Las funciones principales del ADN incluyen:
Almacenamiento de información genética: La secuencia de nucleótidos en el ADN es la receta para la síntesis de proteínas y ARN.
Replicación: El ADN puede replicarse, es decir, hacer copias exactas de sí mismo. Esto es esencial para la división celular y para la transmisión de información genética de una célula a otra, así como de una generación a la siguiente.
Expresión genética: El ADN es utilizado como plantilla para la síntesis de ARN mensajero (ARNm) durante la transcripción. El ARNm es luego traducido en proteínas en los ribosomas.
Mutación y evolución: Las alteraciones en la secuencia del ADN (mutaciones) pueden conducir a cambios en las proteínas y, en última instancia, pueden generar variación genética, lo que permite la evolución de las especies.
La replicación del ADN es el proceso mediante el cual una célula hace una copia de su ADN antes de dividirse. Este proceso es semiconservador, lo que significa que cada nueva molécula de ADN contiene una hebra original y una hebra nueva. Los pasos generales de la replicación son:
Desenrollamiento de la doble hélice: Una enzima llamada helicasa separa las dos cadenas de ADN.
Formación de una nueva hebra: La enzima ADN polimerasa lee cada hebra de ADN y añade nucleótidos complementarios para formar la nueva hebra.
Corrección de errores: La ADN polimerasa también tiene la capacidad de corregir errores durante la replicación para asegurar la fidelidad del proceso.
El ADN está organizado en segmentos llamados genes, que son las unidades funcionales de la herencia. Un gen contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína o una molécula de ARN funcional. En los organismos eucariotas, el ADN está empaquetado en estructuras llamadas cromosomas, y el conjunto completo de ADN de un organismo se llama genoma.
En los seres humanos, el genoma contiene alrededor de 20,000-25,000 genes, y todo el ADN humano tiene una longitud aproximada de 3,200 millones de pares de bases.
El genoma humano está contenido en 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 22 pares son autosomas y 1 par son los cromosomas sexuales (XX o XY).
La expresión genética es el proceso por el cual la información del ADN se convierte en proteínas. Esto ocurre en dos etapas principales:
Transcripción: La secuencia de ADN de un gen es copiada a una molécula de ARN mensajero (ARNm) por la ARN polimerasa. En este proceso, la timina (T) del ADN es reemplazada por uracilo (U) en el ARN.
Traducción: El ARNm se utiliza como plantilla en los ribosomas para sintetizar una proteína. Cada grupo de tres nucleótidos en el ARNm (un codón) especifica un aminoácido particular en la proteína.
El ADN tiene diferencias notables entre células procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (animales, plantas, hongos):
ADN procariota: Generalmente es una molécula de ADN circular que flota libremente en el citoplasma, en una región llamada nucleoide. Las bacterias también pueden tener pequeños anillos adicionales de ADN llamados plásmidos.
ADN eucariota: Está contenido dentro del núcleo celular y empaquetado en cromosomas. Además del ADN nuclear, las mitocondrias (y cloroplastos en plantas) contienen su propio ADN circular, similar al ADN bacteriano, lo que apoya la teoría endosimbiótica.
El ADN es la base de la herencia. Se hereda de los progenitores en forma de cromosomas, la mitad del material genético proviene del padre y la otra mitad de la madre. Los cromosomas sexuales determinan el sexo de un organismo (XX para mujeres, XY para hombres en humanos). Los rasgos físicos y predisposiciones a ciertas enfermedades también se heredan a través del ADN.
Almacenar la información genética que codifica para proteínas.
Replicarse para transmitir la información genética a las células hijas.
Dirigir la síntesis de proteínas a través de la transcripción y la traducción.
Permitir la evolución mediante la acumulación de mutaciones.
El ADN es, en última instancia, la "receta" que guía el desarrollo y funcionamiento de todos los seres vivos.