La biología molecular es una rama de la ciencia que explora la estructura y función de las moléculas que forman los organismos vivos. Se centra principalmente en las moléculas de ADN, ARN y proteínas, y comprende cómo interactúan estas moléculas para respaldar los procesos de la vida.
El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética en un sistema biológico. Se articula como ADN ➞ ARN ➞ Proteína. Este flujo de información describe cómo el código genético contenido en el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm) y luego se traduce en una proteína específica.
ADN (Ácido Desoxirribonucleico): El ADN es la molécula que contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo, funcionamiento, crecimiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y de muchos virus.
ARN (ácido ribonucleico): el ARN es una molécula polimérica esencial en diversas funciones biológicas, incluida la codificación, decodificación, regulación y expresión de genes.
Proteínas: Las proteínas son biomoléculas grandes que realizan una amplia gama de funciones dentro de los organismos, incluida la catalización de reacciones metabólicas, la replicación del ADN, la respuesta a estímulos y el transporte de moléculas de un lugar a otro.
La estructura del ADN es una doble hélice formada por pares de bases unidas a un esqueleto de azúcar-fosfato. En el ADN se encuentran cuatro bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). La secuencia de estas bases codifica la información genética.
Durante la replicación del ADN, la molécula de ADN se duplica para pasar un conjunto completo de información genética a una célula hija. Este proceso es fundamental para la herencia genética durante la división celular.
La transcripción es el proceso mediante el cual la información de una cadena de ADN se copia en una nueva molécula de ARN mensajero (ARNm). Una vez procesado el ARNm, se transporta fuera del núcleo al citoplasma para su traducción.
La traducción es el proceso por el cual los ribosomas en el citoplasma o el retículo endoplásmico sintetizan proteínas después del proceso de transcripción de ADN a ARN en el núcleo de la célula. El ARNm se decodifica para producir una cadena de aminoácidos específica, o polipéptido, que luego se plegará en una proteína activa.
El código genético es un conjunto de reglas utilizadas por las células vivas para traducir la información codificada dentro del material genético (secuencias de ADN o ARNm) en proteínas. Es esencialmente un lenguaje que define cómo las secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, especifican qué aminoácido se agregará a continuación durante la síntesis de proteínas. Hay 64 codones que codifican los 20 aminoácidos estándar, mientras que otros señalan el inicio o la parada de la síntesis de proteínas.
Por ejemplo, la secuencia AUG actúa como codón de inicio y también codifica el aminoácido metionina. Por otro lado, los codones UAA, UAG y UGA sirven como señales de parada durante la traducción.
La biología molecular emplea diversas técnicas para comprender las funciones genéticas y proteicas.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): La PCR es un método utilizado para amplificar un segmento de ADN específico. Esta técnica permite la creación de millones de copias de un segmento de ADN a partir de una pequeña muestra inicial, lo que ayuda en el estudio y análisis detallados.
Electroforesis en gel: técnica para separar fragmentos de ADN o proteínas en función de su tamaño y carga. Las moléculas son empujadas por un campo eléctrico a través de un gel que contiene pequeños poros.
Secuenciación: la secuenciación del ADN es el proceso de determinar la secuencia del ácido nucleico: el orden de los nucleótidos en el ADN. Incluye cualquier método o tecnología que se utilice para determinar el orden de las cuatro bases: adenina, guanina, citosina y timina.
CRISPR-Cas9: CRISPR-Cas9 es un sistema de edición del genoma que proporciona a los investigadores la capacidad de alterar secuencias de ADN y modificar la función de los genes. Tiene aplicaciones en los campos de la medicina y la agricultura.
Los hallazgos de la biología molecular tienen amplias aplicaciones en el diagnóstico y tratamiento médico y en el estudio de la genética y la biología del desarrollo.
Diagnóstico y Tratamiento Médico: Técnicas como PCR y secuenciación permiten identificar trastornos genéticos y la presencia de agentes infecciosos. Esta información puede conducir a terapias y tratamientos dirigidos a enfermedades.
Ingeniería genética: mediante la manipulación del ADN, los científicos pueden crear organismos con cualidades específicas, como plantas con mayor contenido nutricional o resistencia a plagas y enfermedades. La ingeniería genética también ha llevado a la producción de proteínas, vacunas y enzimas terapéuticas.
Investigación del cáncer: las técnicas de biología molecular desentrañan los mecanismos moleculares mediante los cuales las células cancerosas crecen sin control. La identificación de genes y proteínas específicos implicados en la progresión del cáncer permite el desarrollo de terapias dirigidas.
La biología molecular se ha destacado por importantes experimentos y descubrimientos que han avanzado nuestra comprensión de la vida a nivel molecular.
El experimento Hershey-Chase: este experimento proporcionó evidencia concluyente de que el ADN es el material genético. Al marcar bacteriófagos (virus que infectan bacterias) con isótopos radiactivos, Hershey y Chase pudieron demostrar que el ADN, no las proteínas, es el responsable de la herencia de la información genética.
El modelo de ADN de Watson-Crick: James Watson y Francis Crick, con contribuciones de Rosalind Franklin, propusieron la estructura de doble hélice del ADN en 1953. Este descubrimiento fue crucial para comprender cómo se almacena, replica y transmite la información genética en los organismos vivos.
Descubrimiento de CRISPR-Cas9: El descubrimiento del sistema CRISPR-Cas9 ha revolucionado la biología molecular. Inicialmente estudiado como parte de los sistemas inmunológicos bacterianos, CRISPR-Cas9 ahora se usa ampliamente para la edición del genoma en varios organismos, lo que permite la manipulación precisa de secuencias genéticas.
La biología molecular abarca el estudio de las moléculas que constituyen los organismos vivos, particularmente el ADN, el ARN y las proteínas. Mediante la comprensión de procesos como la replicación, transcripción y traducción del ADN, la biología molecular arroja luz sobre los intrincados detalles de la vida. Técnicas como la PCR, la electroforesis en gel, la secuenciación y CRISPR-Cas9 desempeñan un papel fundamental en la investigación y aplicaciones que abarcan desde tratamientos médicos hasta mejoras agrícolas. Los experimentos y descubrimientos pioneros continúan traspasando los límites de la biología molecular, ofreciendo nuevos conocimientos y planteando cuestiones éticas, sociales y legales sobre el poder de manipular la esencia misma de las entidades biológicas.
