Biosecuencias

En palabras de Brazma y sus colegas, expresadas en el artículo escrito el año 2001 con el título “Una breve introducción a los elementos de la biología: Células, moléculas, genes, genómica funcional y microarreglos”, los pilares de la biología molecular son el ácido desoxirribonucleico y las proteínas como biopolímeros que codifican la información biológica de todos los sistemas vivos conocidos, y lo hacen con dos lenguajes basados en secuencias: Secuencias de nucleótidos, conocidas como el lenguaje de los genes, y secuencias de aminoácidos, conocidas como el lenguaje de las proteínas. En su nivel de organización más sencillo, tanto el ácido desoxirribonucleico como las proteínas se representan como secuencias lineales, es decir polímeros lineales, entre los cuales se encuentran los polinucleótidos y polipéptidos, en los que cada eslabón es un elemento: Un nucleótido o un aminoácido, respectivamente. Dichos políperos lineales dan lugar a lo que se conoce como estructura primaria, que se suele identificar simplemente con la secuencia.

En el libro publicado el año 2002 con el título “Principios de la bioquímica”, por los investigadores Garrett y Grisham, se menciona que la información necesaria para especificar la secuencia, estructura y función de las proteínas de un organismo, es decir su proteoma, está contenida en el genoma, que son moléculas de ácido desoxirribonucleico localizadas, en organismos eucariotas, en el núcleo de la célula, empaquetadas en forma de cromosomas durante el proceso de división celular. Los genes corresponden a las regiones codificantes del ácido desoxirribonucleico, de modo que se da una perfecta coordinación entre el lenguaje del ácido desoxirribonucleico y el lenguaje de las proteínas, con traducción de uno a otro mediante el código genético. El ácido desoxirribonucleico está organizado como una cadena de subunidades moleculares llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de una base nitrogenada, un fosfato y un azúcar pentosa, la desoxirribosa. En el ácido desoxirribonucleico existen cuatro bases diferentes: Adenina, Guanina, Citosina y Timina. Según el modelo de doble hélice propuesto por Watson y Crick, en el artículo publicado el año 1953 con el título “Estructura molecular de los ácidos nucléicos”, la estructura de cada molécula de ácido desoxirribonucleico consiste en dos cadenas de nucleótidos que se enrollan entre sí adquiriendo una configuración de doble hélice. Esta configuración es posible porque entre las bases de cada cadena se forman puentes de hidrógeno entre pares complementarias: frente a una Adenina siempre se sitúa una Timina, formando la pareja Adenica-Timina, y frente a una Guanina una Citosina para formar la pareja Guanina-Citosina. Este principio de complementariedad es una característica muy importante del ácido desoxirribonucleico, que permite los procesos de replicación y transcripción.

En el libro “de los genes a las células” publicado el año 1997 por Bolsover y sus colegas, se menciona que otra molécula importante es el ácido ribonucleico, que al igual que el ácido desoxirribonucleico, está formado por nucleótidos. En el caso del ácido ribonucleico, en lugar de desoxiribosa, el azúcar de su estructura es ribosa, y en lugar del nucleótido Timina, tiene una molécula similar llamada Uracilo. Estas diferencias hacen que el ácido ribonucleico no forme habitualmente una doble hélice sino cadenas sencillas, que pueden formar estructuras espaciales complejas por los vínculos de complementariedad entre partes de la misma hebra.

Existen muchos tipos de ácido ribonucleico que tienen diferentes funciones en la célula. Es de interés el estudio del ácido ribonucleico mensajero que constituye una especie de intermediario entre el ácido desoxirribonucleico y las proteínas en el proceso de expresión génica. Como ya se ha indicado, tanto el ácido desoxirribonucleico como el ácido ribonucleico son polímeros de nucleótidos llamados polinucleótidos.

En biología molecular, muchas veces es necesario construir copias de un determinado gen, es decir, una región codificante concreta del genoma que correspondería a un ácido ribonucleico mensajero concreto. La copia de esa región codificante concreta como ácido desoxirribonucleico se llama ácido desoxirribonucleico codificante y es lo que habitualmente se maneja en los laboratorios para clonar o manipular genes in vitro. Bolsover y sus colegas, en el libro citado, mencionan que un gen puede ser definido como una región concreta del genoma, es decir del ácido desoxirribonucleico, que codifica la información de una proteína con base en la secuencia específica de nucleótidos que contiene. El caso más frecuente, y el que es de bastante interés para la comunidad científica son los denominados “genes codificantes para proteínas”.

Bolsover y sus colegas, en el libro citado, continúan mencionando que la relación entre el ácido desoxirribonucleico y la secuencia de aminoácidos de una proteína se establece a través de una ley o dogma central en biología molecular. En virtud de esta ley, existe un sistema fundamental de mantenimiento y de flujo de la información genética en los organismos vivos. Por un lado, la información genética contenida en el ácido desoxirribonucleico se mantiene y se preserva mediante su capacidad de replicación, y así se puede transmitir a las siguientes generaciones. Por otro lado, esta información se expresa dando lugar a proteínas que realizan trabajos y funciones específicas en la célula y en el organismo. El proceso de replicación es el mecanismo que permite al ácido desoxirribonucleico sintetizar dos copias idénticas que son transmitidas a las células hijas durante la división celular, permitiendo por tanto la transmisión de toda la información genética a las células descendientes. En la replicación es clave la característica de la complementariedad entre las bases, ya que permite que las dos cadenas complementarias del ácido desoxirribonucleico original se separen, y cada una sirva de molde para la síntesis de una nueva cadena, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ácido desoxirribonucleico original. Para realizar el paso de genes a proteínas es necesario un proceso de «decodificación» que a nivel biomolecular incluye tres etapas principales: (1) transcripción, (2) splicing y (3) traducción.