Ácidos nucleicos

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Un ácido nucleico es una molécula biológica compuesta por cadenas de nucleótidos que contienen información genética. Los dos tipos más importantes son ADN (ácido desoxirribonucleico), que almacena la información genética, y ARN (ácido ribonucleico), que participa en la síntesis de proteínas. Los ácidos nucleicos pertenecen a la categoría de polímeros y son parientes de sustancias no vivas como los polímeros sintéticos, que también son cadenas de monómeros pero no cumplen funciones biológicas.

Qué es la información genética.
Todo objeto natural posee información intrínseca, pero esta debe organizarse de una forma que trascienda su mera existencia física. En los seres humanos, usamos ideas y también medios digitales para organizar y transmitir información, pero el código genético no es ni una idea ni algo digital o simbólico. La información genética es análoga, es decir, está almacenada en la propia estructura de las sustancias biológicas. Esto implica que la información genética no necesita una mente para existir ni para tener sentido, ya que su significado reside en las interacciones físicas y químicas dentro de un organismo.

Este concepto presenta un debate filosófico importante. Nos remite al famoso pasaje del árbol que cae en el bosque sin que nadie lo vea. Según algunas interpretaciones, sin un observador, no hay "realidad" del suceso; pero en el caso del código genético, la información sigue existiendo y tiene un propósito biológico incluso si no hay conciencia que la interprete. El ADN tiene sentido en sí mismo, independientemente de que exista una mente para comprenderlo.

Este punto de vista desafía algunas ideas filosóficas occidentales, como las de Descartes y el idealismo alemán, que colocan la mente humana como el centro de todo conocimiento y realidad. En la filosofía cartesiana, la mente es esencial para otorgar significado a los fenómenos del mundo, lo que lleva a la famosa frase "Cogito, ergo sum" (Pienso, luego existo). De acuerdo con este pensamiento, la existencia de cualquier cosa debe estar relacionada con una conciencia que la reconozca.

Sin embargo, el hecho de que la información genética sea análoga, y no dependa de una mente para su existencia, cuestiona esa noción. Es más, si el ADN almacena información de manera automática y funciona de acuerdo con reglas físicas y químicas, como las que rigen la replicación y la expresión genética, entonces parece que la vida misma ya contiene "significado" antes de que cualquier mente pueda interpretarlo. Desde esta perspectiva, la naturaleza misma posee una inteligencia inherente en su organización, lo que podría ser visto como una forma de "información sin conciencia".

En este debate, algunas corrientes filosóficas contemporáneas, como el realismo científico o el materialismo filosófico, defienden que el mundo y sus fenómenos no requieren de una mente consciente para que existan y tengan propiedades definidas. De acuerdo con estas filosofías, el significado de los procesos naturales está intrínsecamente vinculado a las leyes de la naturaleza y a las estructuras subyacentes que no dependen de una interpretación subjetiva. La información genética, entonces, no necesita de un observador humano para tener relevancia. Simplemente está "ahí", en la estructura misma de las moléculas de ADN, codificando las instrucciones para la vida de manera objetiva y sin necesidad de conciencia.

Este es un cambio de paradigma importante. La concepción tradicional, influenciada por pensadores como Immanuel Kant o George Berkeley, sostiene que nuestras percepciones y pensamientos son los que construyen la realidad. En contraste, la biología molecular y la genética nos muestran que la información inherente a los seres vivos puede existir de manera autónoma, sin necesidad de ser interpretada por una mente humana, ofreciendo una nueva perspectiva sobre el origen y la existencia de la vida.

Tipos de ADN.
El ADN puede adoptar varias formas estructurales:

1. ADN alfa (α): Es la forma más común y estable, con una doble hélice regular encontrada en condiciones fisiológicas normales.
2. ADN beta (β): Una forma más rígida y menos flexible, observada bajo condiciones específicas de laboratorio.
3. ADN gamma (γ): Una forma rara, que aparece en situaciones de estrés o experimentos controlados.

Estas formas fueron problemáticas al principio para determinar la estructura del ADN, pero la forma alfa es la que se mantiene como la principal en biología molecular.

Estructura del ADN α.
La estructura del ADN alfa (α) se caracteriza por una doble hélice que consta de dos cadenas de nucleótidos enrolladas de manera antiparalela. Cada nucleótido está formado por un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada (adenina, timina, citosina o guanina). Las bases se emparejan específicamente: adenina con timina, y citosina con guanina, mediante enlaces de hidrógeno. La hélice tiene aproximadamente 10 pares de bases por vuelta, lo que le otorga estabilidad. Esta estructura permite la replicación y transcripción del ADN, fundamentales para la herencia genética.

La supraestructura del ADN se refiere a cómo la doble hélice de ADN se organiza y compacta dentro del núcleo celular. Debido a que el ADN es extremadamente largo, no puede permanecer en su forma lineal, por lo que se enrolla y se organiza en estructuras cada vez más complejas.

Primero, el ADN se enrolla alrededor de histonas (proteínas) formando una estructura llamada nucleosoma, que se parece a "perlas" en un collar. Cada nucleosoma está compuesto por un fragmento de ADN enrollado alrededor de un octámero de histonas. Estos nucleosomas se agrupan para formar una estructura más compacta conocida como fibra de cromatina.

A medida que la cromatina se sigue enrollando y apilando, forma estructuras más grandes que eventualmente se condensan en cromosomas durante la división celular. Los cromosomas contienen toda la información genética necesaria para la función y reproducción celular.

Este proceso de empaquetamiento permite que el ADN, que es muy largo, se ajuste eficazmente dentro del núcleo celular y, al mismo tiempo, se mantenga accesible para los procesos de replicación y transcripción cuando sea necesario.

Funcionamiento.
El ADN funcional en una célula se mantiene en un equilibrio dinámico entre cromatina compacta (empaquetada) y ADN despegado (accesible), gracias a la maquinaria encargada de la lectura y síntesis del ARN mensajero. Este proceso es esencial para permitir que las células transcriban los genes necesarios para sus funciones específicas, pero no todo el ADN está siempre disponible para la transcripción.

En organismos complejos como los humanos, las células se especializan para llevar a cabo funciones concretas, y como parte de este proceso, silencian partes del ADN que no son necesarias en un momento dado, manteniendo ciertas regiones del ADN empaquetadas y fuera del alcance de los mecanismos de transcripción. Este proceso contribuye a la eficiencia celular, ya que evita la transcripción innecesaria de genes y reduce el consumo de recursos.

El despliegue y repliegue del ADN son fundamentales para la regulación de la expresión génica. Las helicasas, enzimas especializadas, desenvuelven la doble hélice de ADN, separando las cadenas para permitir que se transcriba el ARN mensajero. Al mismo tiempo, las histonas, proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN, también están involucradas en este proceso. Las modificaciones químicas en las histonas, como la acetilación o metilación, pueden hacer que la cromatina se afloje (permitiendo el acceso al ADN) o se compacte (silenciando la transcripción de ciertos genes).

Sin embargo, este proceso de desenrollamiento y enrollamiento del ADN es muy complejo y aún no se comprende completamente. Existen muchas interacciones entre las histonas, las helicasas y otros factores celulares que regulan este proceso de manera precisa. Además, la forma en que las células "deciden" qué partes del ADN deben estar activas o silenciadas en diferentes momentos, especialmente en organismos multicelulares complejos, sigue siendo un área activa de investigación en biología molecular.

Este mecanismo dinámico permite a las células ajustar y regular su actividad genética, y aunque entendemos algunos de los componentes principales de este proceso, la comprensión completa de cómo se regula la estructura de la cromatina y cómo se controla la accesibilidad del ADN sigue siendo un desafío en la biología moderna.

Lectura y ARN mensajero.
La pinza de replicación es un complejo de proteínas que se encarga de copiar el ADN durante la replicación celular. Puedes imaginarla como una máquina en la que una de sus "brazos" es la helicasa, que desenrolla el ADN para exponer las hebras, y el otro brazo es la polimerasa de ADN, que lee la hebra de ADN y construye una nueva cadena complementaria. Esta "pinza" se mueve a lo largo del ADN, permitiendo que se copie con precisión. Su eficiencia es esencial para que las células hagan copias exactas de su material genético durante la división celular.

En cuanto al ARN mensajero (ARNm), es el "mensaje" que transporta la información genética del ADN a las partes de la célula encargadas de producir proteínas. Sin embargo, antes de que el ARNm se convierta en una versión madura y lista para ser traducida en proteínas, pasa por un proceso de maduración. Este proceso incluye la capping (agregar una "capa" en el extremo 5' del ARNm), la adición de una cola de poli-A en el extremo 3', y el splicing (eliminación de intrones y empalme de exones). Estos pasos son necesarios para que el ARNm sea estable y pueda ser correctamente leído en los ribosomas.

El splicing es especialmente interesante porque puede alterar los mensajes genéticos. En lugar de simplemente eliminar los intrones, las células pueden empalmar los exones de manera diferente, lo que permite que un solo gen genere múltiples proteínas, un proceso conocido como alternancia de empalme. Este fenómeno puede ser aprovechado por virus o seres vivos para "superponer" loci genéticos, es decir, para usar el mismo segmento de ARN para producir varias proteínas dependiendo de cómo se realice el empalme.

La edición del ARN, otro proceso importante, involucra modificaciones adicionales del ARN ya transcrito. Por ejemplo, en algunos casos, las bases de ARN pueden ser modificadas o cambiadas en una manera controlada, lo que altera el mensaje final y las proteínas resultantes. Este proceso puede ser utilizado por los virus para cambiar su código genético rápidamente y evadir la respuesta inmune del huésped.

Los mecanismos de edición y alternancia de empalme no solo son fundamentales para la regulación de la expresión génica, sino que también se han propuesto como posibles claves para comprender el origen de la vida. Si bien las primeras formas de vida no habrían tenido un sistema tan complejo, la capacidad de un sistema genético para editar y modificar su propio código podría haber sido crucial para el paso de moléculas pre-bióticas simples a formas de vida más complejas. Este tipo de flexibilidad genética, que permite un intercambio y adapt