Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)
La PCR (Polymerase Chain Reaction) es una técnica de laboratorio utilizada para hacer muchas copias (millones o miles de millones) de una región particular del ADN. El objetivo de la PCR es producir suficiente ADN de una región elegida para que pueda ser estudiado o utilizado de alguna otra manera. Por ejemplo, el ADN amplificado por PCR se puede visualizar por electroforesis en gel o clonar en un plásmido.
Al igual que la replicación del ADN en un organismo, la PCR requiere una enzima ADN polimerasa que produzca nuevas moléculas de ADN a partir de un molde. Esta polimerasa se llama Taq polimerasa. También se necesita un cebador, una corta secuencia de nucleótidos que proporciona un punto de partida para la síntesis del ADN.
Para la PCR se necesitan los siguientes componentes:
- Taq polimerasa
- Cebadores
- ADN molde
- Nucleótidos (dNTPs)
Todo esto se coloca en un tubo junto con los cofactores que necesita la enzima, y se somete a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento que permiten la síntesis del ADN.
Pasos de la PCR
- Desnaturalización (96 °C): La reacción separa las cadenas de ADN, proporcionando los moldes de cadenas sencillas.
- Templado o Alineamiento (55-65 °C): La temperatura se enfría para que los cebadores puedan unirse a sus secuencias complementarias en el molde de ADN de cadena sencilla.
- Polimerización o Extensión (72 °C): La temperatura de la reacción se eleva para que la Taq polimerasa polimerice y sintetice nuevas cadenas de ADN.
Este ciclo se repite unas 25-35 veces y tarda de 2 a 4 horas. Si la reacción funciona bien, producirá miles de millones de copias a partir de una o varias copias de una región de ADN.
Ácidos Nucleicos: Estructura y Composición
Los ácidos nucleicos son largas cadenas constituidas por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Se forman por la unión de otras moléculas más simples denominadas nucleótidos, que están compuestas por:
- Una base nitrogenada: Hay 5 bases diferentes: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) y uracilo (U).
- Un azúcar de 5 átomos de carbono (Pentosa): En el caso de los ácidos nucleicos hay dos: ribosa y desoxirribosa.
- Un grupo fosfato: Que es un derivado del ácido fosfórico (H3PO4).
Tipos de Ácidos Nucleicos
Ácido Ribonucleico (ARN)
El ARN se encuentra en el citoplasma y en el núcleo celular. Sus nucleótidos contienen ribosa y sus bases nitrogenadas son adenina, citosina, guanina y uracilo.
Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
El ADN se encuentra principalmente en el núcleo celular y contiene la información genética que gobierna las funciones celulares y que guía el desarrollo del individuo. En las células eucarióticas, el ADN está en forma de numerosas moléculas lineales que, asociadas a proteínas, forman la cromatina. Los nucleótidos de ADN tienen desoxirribosa y las bases nitrogenadas que lo forman son adenina, citosina, guanina y timina.
La Síntesis de Proteínas
El ADN contiene la información (genes) que la célula necesita para fabricar sus propias proteínas, las cuales desempeñan importantes funciones celulares. Las proteínas son moléculas de gran tamaño formadas por la unión de moléculas más sencillas: los aminoácidos. Cada proteína se distingue de otra por el orden en el que están dispuestos los aminoácidos de su cadena.
El proceso de creación de las proteínas se conoce como Síntesis de Proteínas y ocurre en dos etapas principales: la transcripción y la traducción.
Transcripción
La información almacenada en el ADN se transfiere a una molécula de ARN, llamado ARN mensajero (ARNm). Este ARNm estará constituido por las bases complementarias de una de las dos cadenas de ADN que le ha servido de molde.
Traducción
El ARNm traslada la información al citoplasma, donde se une a los ribosomas. Paralelamente, los aminoácidos se unen a otro tipo especial de ARN, denominado ARN de transferencia (ARNt), que se encarga de transferir cada aminoácido hacia el ARNm.
Cada aminoácido unido a su ARNt reconoce una secuencia concreta de tres bases del ARNm (codón) y se une a ella, formando la cadena de proteína. Una vez leída toda la cadena de ARNm, se habrá formado la proteína, la cual se separa del ribosoma.
Replicación del ADN
La replicación es el proceso mediante el cual una molécula de ADN produce copias exactas de sí misma.
Etapas de la Replicación
- Desenrollamiento y Separación: La replicación comienza con el desenrollamiento y separación de las dos cadenas de la doble hélice.
- Síntesis de Cadenas Complementarias: Cada cadena original sirve de molde para fabricar una nueva cadena complementaria mediante el acoplamiento de los nucleótidos.
- Resultado Final: El resultado final son dos nuevas dobles hélices, que son una copia exacta de la molécula de partida. Cada una de ellas tiene la característica de estar formada por una cadena antigua y otra de nueva síntesis.
Por esta razón, los científicos conocen este proceso como replicación semiconservativa del ADN.
Mecanismo de Iniciación
La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, conocido como el origen de la replicación. Este proceso requiere varias enzimas, incluyendo:
- Helicasas: Para romper los puentes de hidrógeno.
- Topoisomerasas: Para aliviar la tensión generada por el desenrollamiento.
- Proteínas de unión a cadena simple (SSB): Para mantener separadas las cadenas abiertas.
Una vez que la molécula se abre, se forma un área conocida como “burbuja de replicación”, donde se encuentran las “horquillas de replicación”. Por la acción de la ADN polimerasa, los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G).
Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas abren múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las “burbujas”.
Ingeniería Genética y Biotecnología
Ingeniería Genética
Esta disciplina agrupa un conjunto de complejas técnicas que permiten retirar, modificar o agregar genes a una molécula de ADN de un organismo con el fin de cambiar la información que contiene.
Etapas de la Ingeniería Genética
- Localizar el gen: Identificar el gen que se desea transferir.
- Aislar el gen: Se utilizan enzimas que cortan el ADN por lugares precisos (enzimas de restricción).
- Insertar el gen en un vector: El gen se inserta en otro ADN (generalmente un plásmido) que actúa como vector. El ADN resultante se denomina ADN recombinante.
- Introducir el ADN recombinante: El ADN recombinante se introduce en una célula receptora (por ejemplo, una bacteria).
- Confirmar la expresión: Se confirma que la célula receptora es capaz de traducir el mensaje contenido en el transgén y sintetizar la proteína correspondiente.
- Clonar el gen: Se permite que las bacterias se multipliquen para obtener muchas copias del gen y del producto proteico.
Definición de Plásmido
Un plásmido es una molécula de ADN circular que flota en el citoplasma de las bacterias. Se replican de forma independiente al ADN cromosómico y a menudo contienen genes que confieren ventajas selectivas (como resistencia a antibióticos).
Biotecnología
La biotecnología es la utilización de células vivas o de sus productos para fines comerciales o industriales.