Las instrucciones que determinan todas las características y funciones de un organismo se encuentran en su material genético: el ADN (ácido desoxirribonucleico). El conocimiento del ADN, su estructura y función, fue determinante para el desarrollo de la biotecnología moderna. La estructura de doble hélice del ADN, que los investigadores James Watson y Francis Crick propusieran en el año 1953 proporcionó respuestas a muchas preguntas que se tenían sobre la herencia. Predijo la autorreplicación del material genético y la idea de que la información genética estaba contenida en la secuencia de las bases que conforman el ADN. Más aún, con el correr de los años y de las investigaciones, se pudo determinar que todos los seres vivos contienen un ADN similar, formado a partir de las mismas unidades: los nucleótidos. Este código genético mediante el cual se “escriben” las instrucciones celulares es común a todos los organismos. Es decir que el ADN de un ser humano puede ser “leído” dentro de una bacteria, y una planta puede interpretar la información genética de otra planta diferente. A esta propiedad de la información genética se la conoce como “universalidad del código genético”.
El código genético universal es uno de los conceptos básicos para comprender los procesos de la biotecnología moderna. Por ejemplo, la posibilidad de generar organismos transgénicos, y que las instrucciones del ADN de un organismo puedan determinar nuevas características en organismos totalmente diferentes.
FUNCIÓN DEL ADN
El ADN tiene la función de “guardar información”.
Es decir, contiene las instrucciones que determinan la forma y características de
un organismo y sus funciones. Además, a través del ADN se transmiten esas características a los descendientes durante la reproducción, tanto sexual como asexual. Todas las células, procariotas y eucariotas contienen ADN en sus células. En las células eucariotas el ADN está contenido dentro del núcleo celular, mientras que en las células procariotas, que no tienen un núcleo definido, el material genético está disperso en el citoplasma celular. ADN o acido desoxirribonucleico, como su nombre lo indica es un acido del núcleo de las células, donde se encuentra la información genética que es empleada en el desarrollo y funcionamiento de cualquier organismo vivo y de algunos virus, en el cual se encuentra la responsabilidad de transmitir características hereditarias.La molécula de ADN se encarga principalmEente de almacenar información a largo plazo, muchas veces puede ser comparado con un plano, un código o una receta, porque en el mismo se encuentran las instrucciones que se necesitan para construir las células y sus otros componentes, como las proteínas y las moléculas del ARN.
ESTRUCTURA
El ADN está organizado en cromosomas. En las células eucariotas los cromosomas son lineales, mientras que los organismos procariotas, como las bacterias, presentan cromosomas circulares. Para cada especie, el número de cromosomas es fijo. Por ejemplo, los seres humanos tienen 46 cromosomas en cada célula somática (no sexual), agrupados en 23 pares, de los cuales 22 son autosomas y un par es sexual. Una mujer tendrá un par de cromosomas sexuales XX y un varón tendrá un par XY.
Cada cromosoma tiene dos brazos, ubicados por arriba y por debajo del centrómero. Cuando los cromosomas se duplican, previo a la división celular, cada cromosoma está formado por dos moléculas de ADN unidas por el centrómero, conocidas como cromátidas hermanas.
El ADN se compone de dos cadenas, cada una formada por nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, está compuesto por un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas son cuatro: adenina (A), timina (T), citosina (C), y guanina (G), y siempre una A se enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G en la doble cadena. Las bases enfrentadas se dice que son complementarias. El ADN adopta una forma de doble hélice, como una escalera caracol donde los lados son cadenas de azúcares y fosfatos conectadas por “escalones”, que son las bases nitrogenadas. La molécula de ADN
EL ARN
| Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En el ARN la base que se aparea con la A es U, a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T. |  |
Según las modernas teorías sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el A
RN fuese el primer biopolímero que apareció en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolución.
En los organismos celulares desempeña diversas funciones. Es la
molécula que dirige las etapas intermedias de la
síntesis proteica; el
ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tiposenvejN regulan la
expresión génica, mientras que otros tienen actividad
catalítica. El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN
EL ENVEJECIMIENTO Y MUERTE CELULAR
Un organismo manifiesta envejecimiento cuando decrece su vitalidad y cuando proporcionalmente aumenta su vulnerabilidad. El envejecimiento es un proceso irreversible equiparable al segundo postulado de la termodinámica referente a la entropía. Se trata de un proceso que finaliza cuando sucede la muerte. Desde un punto de vista biológico, no hay organismos viejos ni envejecidos, ya que esta terminología tiene un significado estático, la de un proceso ya llevado a cabo.
Los términos mencionados se utilizan para caracterizar situaciones extremas, relacionadas con una edad cronológica avanzada, término este ultimo aplicable a la edad de elevada tasa de mortalidad. El periodo de vida del ser humano se cuantifica con un máximo de 120 años, cuando los fenómenos intrínsecos del crecimiento y del envejecimiento se desarrollan en un medio adecuado.
Longevidad es un proceso ligado a la edad cronológica y de significación relativa, ya que las edades consideradas como longevas, es decir, por encima de la actual esperanza de vida, están marcadamente por debajo del valor considerado como de máxima duración.
La vida humana se divide en dos fases: desarrollo o crecimiento y senescencia ó envejecimiento. Las alteraciones homeostáticas conducen a la perdida de bienestar, a la enfermedad.
Los mecanismos que dan lugar a las manifestaciones de envejecimiento se resumen en la disminución paulatina tanto de la población celular como de la actividad metabólica de cada célula. En los organismos superiores hay un proceso regulador encaminado a garantizar la supervivencia, aminorando las consecuencias del déficit acaecidos.
El organismo viejo se diferencia del joven mediante el enlentecimiento de unas funciones y la desaparición de otras, lo mismo que por la elevada incidencia de enfermedades.
En el pasado, los científicos se habían percatado de que el envejecimiento está a menudo asociado al acortamiento excesivo de las extremidades del ADN, los llamados telómeros. Los telómeros se acortan a cada replicación sucesiva (de la célula originaria a las dos primeras hijas, de éstas a las siguientes cuatro y así sucesivamente), y en un determinado momento se vuelven demasiado cortos. El fenómeno del telómero demasiado corto está vinculado, por tanto, al fenómeno del envejecimiento. Pero como el mecanismo que vincula estos dos fenómenos todavía es un enigma sin solución, el único modo para distinguir las células jóvenes de las viejas era ponerlas en cultivo y esperar días o incluso meses: si se replicaban entonces eran aún jóvenes, y en caso contrario eran viejas.
Con una serie de experimentos llevados a cabo sobre células humanas, d'Adda di Fagagna descubrió que cuando los telómeros son demasiado cortos, o bien están dañados, se activa un sistema de emergencia específico, correspondiente a la ruptura irreversible del ADN, el ciclo se detiene y la célula entra en la fase de envejecimiento.
El envejecimiento se expresa en todos los órganos de forma diferente, según sus funciones y con distinta aceleración.
La muerte celular es el cese de las funciones vitales de una célula. Este puede ser el resultado del proceso natural por el cual las células viejas mueren y son reemplazadas por otras nuevas o pueden resultar de factores tales como la enfermedad, una lesión localizada o la muerte del organismo del cual las células son parte. Los tipos de muerte celular incluyen la apoptosis, la autofagia y la necrosis.
APOPTOSIS es un proceso de muerte celular programada que puede ocurrir en los organismos multicelulares. Mediante una orden genética y sintéticamente motivada se inicia una serie de eventos bioquímicos que conducen a cambios característicos en la morfología de las células y, eventualmente, a su muerte. Estos cambios incluyen la formación de evaginaciones, el encogimiento celular, la fragmentación nuclear, la condensación de la cromatina y la fragmentación del ADN cromosómico. Existe cierta variación en la sucesión de eventos y la bioquímica que se desarrolla en cada caso en particular. Al mismo tiempo, hay evidencia de que ciertos síntomas de la apoptosis, tales como la activación de endonucleasas, pueden ser inducidos falsamente sin involucrar una orden genética, sin embargo, esto no involucra la muerte celular programada. También, es cada vez más claro que la mitosis y apoptosis están alternadas o vinculadas de alguna manera y que el equilibrio alcanzado depende de que las señales recibidas de los factores de crecimiento o supervivencia sean los apropiados.
Necrosis La necrosis es una forma de daño celular que da lugar a la muerte prematura de las células en el tejido vivo por autólisis. Con incapacidad de mantenimiento de la integridad de la membrana plasmática, escapatoria de elementos citoplasmáticos y desnaturalización de las proteínas por acción de los lisosomas. Es provocada por un agente nocivo que causa una lesión tan grave que no se puede reparar o curar. Por ejemplo, el aporte insuficiente de sangre al tejido o isquemia, un traumatismo, la exposición a la radiación ionizante, la acción de sustancias químicas o tóxicas, una infección o el desarrollo de una enfermedad autoinmune. Una vez que se ha producido y desarrollado, la necrosis es irreversible. Mientras que la apoptosis a menudo proporciona efectos beneficiosos para el organismo, la necrosis es casi siempre perjudicial y puede ser fatal. La muerte celular debido a la necrosis no sigue la vía de transducción de la señal apoptótica; sino, más bien, diversos receptores se activan y el resultado es la pérdida de integridad de la membrana celular y una liberación no controlada de los productos en el espacio extracelular. Esto inicia en el tejido que rodea una respuesta inflamatoria que impide a los fagocitos cercanos la localización y eliminación de las células muertas por fagocitosis. Por esta razón, a menudo es necesario eliminar el tejido necrótico quirúrgicamente, un procedimiento conocido como desbridamiento. El resultado de la necrosis no tratada es una acumulación de tejido muerto y restos de células en o cerca del sitio de la muerte celular. Un ejemplo clásico es la gangrena.
LA REPRODUCCIÓN
La reproducción es una de las funciones esenciales de los seres vivos, que asegura la supervivencia de los organismos a lo largo del tiempo, dando lugar a nuevos individuos semejantes a ellos mismos.
Mediante la reproducción un organismo origina una célula o un grupo de células, que tras un proceso de desarrollo, da origen a un nuevo organismo de la misma especie, posibilitando la supervivencia de la misma.
Existen dos modalidades de reproducción:
La reproducción asexual.
La reproducción sexual.
La reproducción asexual
es una forma de reproducción de un ser vivo ya desarrollado en la cual a partir de una sola célula o grupo de células, mitóticos un individuo completo, genéticamente idéntico al primero. Se lleva a cabo con un solo progenitor y sin la intervención de los núcleos de las células sexuales o gametos.
Los organismos celulares más simples se reproducen por un proceso conocido como fisión o escisión, en el que la célula madre se fragmenta en dos o más células hijas, perdiendo su identidad original.
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La
división celular que da lugar a la proliferación de las células que constituyen los tejidos, órganos y sistemas de los organismos pluricelulares no se considera una reproducción, aunque es casi idéntica al proceso de escisión binaria.
En ciertos animales
pluricelulares, tales como
celentéreos,
esponjas y
tunicados, la división celular se realiza por
yemas. Estas se originan en el cuerpo del organismo madre y después se separan para desarrollarse como nuevos organismos idénticos al primero. Este proceso, conocido como
gemación, es análogo al proceso de reproducción vegetativa de las
plantas.
Procesos reproductores como los citados, en los que un único organismo origina su descendencia, se denominan científicamente “reproducción asexual”. En este caso, la descendencia obtenida es idéntica al organismo que la ha originado sin la necesidad de un gameto.
La reproducción sexual
es el proceso de crear un nuevo organismo descendiente a partir de la combinación de material genético de dos organismos con material genético similar, comenzando con un proceso que se denomina meiosis, que es un tipo especializado de división celular; el cual se produce en organismos eucariotas. Los gametos son los dos tipos de células especiales, uno más grande, el femenino, y otro más pequeño, el masculino. La fusión de estas dos células se llama fertilización y ésta crea un cigoto, que incluye material de los dos gametos en un proceso que se llama recombinación genética donde el material genético, el ADN, se empareja para que las secuencias de los cromosomas homólogos se alineen. A continuación se producen otras dos divisiones celulares más, para producir cuatro células hijas con la mitad de cromosomas de cada una de las dos células del padre, y el mismo número que tienen los padres, aunque puede ocurrir la auto-fertilización. Por ejemplo, en la reproducción humana cada célula humana contiene 46 cromosomas (23 pares), mientras que los gametos, solo contienen 23 cromosomas, así el hijo tendrá 23 cromosomas de cada padre recombinadas genéticamente en 23 pares.
La
evolución de la reproducción sexual es uno de las principales rompecabezas debido al hecho que la
reproducción asexual la debe poder superar porque cada organismo joven puede cargar sus propias descendientes, lo cual implica que la población asexual tiene una capacidad intrínseca para crecerse más rápido con cada generación.
Este costo de 50 % es una desventaja de
aptitud de la reproducción sexual.
Lo que se llama el costo doble del sexo incluye este costo mientras el hecho que un organismo solo puede pasar 50 % de sus propios genes a cada uno de sus descendientes representa un segundo costo. Una ventaja definitiva de la reproducción sexual es que impide la acumulación de
mutaciones genéticas.
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Para explicar esta primera ley, Mendel realizó cruces entre guisantes de color amarillo (AA) con otra especie más escasa de guisantes de color verde (aa). El resultado fue que en la descendencia domina el color amarillo (Aa), sin presencia de ningún guisante verde.
Esta última ley de Mendel es algo más compleja. Para llegar a esta conclusión, Mendel cruzó especies de guisantes amarillos lisos (AA BB) con otros guisantes verdes rugosos (aa bb). Como se cumple los anteriores principios, la descendencia resultante es heterocigota (Aa Bb), la cual la entrecruzó.
