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La ciencia

La industria biotecnológica tiene como base el uso de organismos vivos. La célula es la unidad básica de vida. Todos los organismos vivos están constituidos por una o más células. Algunos organismos son unicelulares, como las bacterias y levaduras. Otros, como los seres humanos, son multicelulares y están compuestos por billones de células. Todas las células tienen procesos comunes que realizan para poder sobrevivir. La biotecnología aprovecha estos procesos para elaborar productos con el fin de tratar enfermedades y mejorar la salud.

Procesos celulares
Las células se replican (mitosis): antes de dividirse, una célula hace una copia de su ADN y otras partes celulares. La célula se divide y se forman dos células idénticas a partir de una sola célula original. Estas células idénticas se denominan células hijas.

Las células crecen: tras replicarse, las células hijas crecen hasta alcanzar el tamaño previsto.

Las células metabolizan: el metabolismo celular es el proceso mediante el cual las células procesan nutrientes y se mantienen vivas. Las células degradan moléculas grandes a otras más pequeñas para generar energía y bloques de construcción moleculares, que se utilizan para formar nuevas estructuras celulares y controlar la función celular.

Las células responden a estímulos: los organismos unicelulares y multicelulares responden a estímulos internos y externos. Por ejemplo, las plantas crecen hacia una fuente lumínica porque la luz resulta necesaria para la fotosíntesis y la producción de energía. La luz y la capacidad de responder a su presencia son esenciales para la supervivencia de una planta. Las células pueden responder a una amplia variedad de estímulos.

Las células se adaptan: los organismos pueden desarrollarse o morir en función de su capacidad para adaptarse a condiciones ambientales adversas, como variaciones de la temperatura, concentración de solutos, aporte de oxígeno y presencia de agentes peligrosos.

Partes de una célula animal
Una célula puede dividirse en tres partes principales: la membrana celular, el citoplasma, en el que están los orgánulos, y el núcleo.

Núcleo: el núcleo alberga la mayor parte del ADN y es el centro de control de la célula. Se encuentra rodeado por una membrana, que deja entrar y salir determinadas moléculas, para mantener seguro el ADN. Este ADN nunca sale del núcleo.

Membrana celular: la membrana celular es el borde que rodea una célula. Controla todo lo que entra y sale de ella. Incrustados en la membrana celular hay receptores. Los receptores atraviesan las membranas y actúan como lugares de acoplamiento de moléculas. Cuando un tipo concreto de molécula se acopla a un receptor, pueden producirse diversas reacciones químicas (señalización celular) en la célula, lo que genera una respuesta celular. Cuando se bloquea un receptor, se interrumpe la señalización celular y no se produce respuesta. Así es como actúan algunos tratamientos biológicos: se acoplan a receptores e interrumpen la señalización celular. Otros productos biológicos actúan imitando a la molécula de señalización.

Orgánulos: en el citoplasma de una célula hay muchos tipos diferentes de orgánulos y cada uno de ellos ejerce una función específica. Por ejemplo, los ribosomas fabrican proteínas. Las mitocondrias generan energía. El retículo endoplasmático pliega y transporta algunas proteínas. Los cuerpos de Golgi modifican las proteínas e intervienen en su transporte por la célula. Las vacuolas almacenan productos de desecho celular para su eliminación.

ADN
Todas las células contienen ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es el “plano” para la construcción y funcionamiento de la célula. El ADN está organizado en segmentos de gran tamaño, los cromosomas. En un cromosoma hay porciones específicas de ADN denominadas genes. Los genes varían en longitud y contienen la información que necesita una célula para sintetizar las proteínas. Las proteínas controlan muchos aspectos de la función celular.

La información contenida en el ADN se almacena en forma de un código constituido por cuatro “bloques de construcción” básicos que se conocen como nucleótidos. El ADN es muy largo y el orden de los nucleótidos determina la información almacenada. Cada nucleótido consta de tres componentes: un azúcar de desoxirribosa, un grupo fosfato y una base. Hay cuatro tipos diferentes de bases: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). El orden de las A, T, G y C en el ADN confiere un significado para la célula, al igual que el orden de las letras en una palabra da significado a esa palabra y, por extensión, a una historia en la que aparece la palabra. La diversidad de organismos es resultado de las combinaciones ilimitadas de bases: A, T, G y C. Cada organismo contiene ADN, pero el número y la disposición de las bases son diferentes en cada uno de ellos.

Se dice que el ADN es una doble hélice porque consta de dos hebras de nucleótidos que se unen entre sí de manera muy específica. Las A se unen a las T y las C a las G. Las combinaciones A-T y C-G resultantes se denominan pares de bases. En cada célula humana, la longitud del ADN equivale a 3.000 millones de pares de bases. Si se alisara, un segmento de ADN se parecería a una escalera con dos barandas laterales (grupos fosfato y ribosa) y peldaños (pares de bases) entre ellas. La estructura hace que el ADN sea muy estable y capaz de transportar inmensas cantidades de información.

La mayoría de las células de un organismo contienen el mismo ADN exacto, pero no todos los genes se encuentran activos en cada célula. Cuando un gen está activo, o se encuentra activado, la información por él codificada se utiliza para producir o expresar la proteína codificada. Cuando un gen no está activo, o se encuentra desactivado, no se utiliza para expresar proteínas. Según la función y las necesidades de la célula, se activan o desactivan unos genes u otros. Muchas enfermedades son resultado de una activación o desactivación inadecuadas de algunos genes.

Mutaciones
Cualquier cambio en la secuencia del ADN se denomina mutación. Algunos factores ambientales, como la exposición a radiación o toxinas químicas, pueden causar mutaciones.
También pueden surgir mutaciones durante el proceso natural de replicación del ADN, cuando la célula se encarga de copiar 3.000 millones de pares de bases en 20 horas. Pueden producirse sustituciones, deleciones o repeticiones de bases. Las variaciones de la secuencia del ADN pueden hacer que las proteínas sean disfuncionales o incluso, en ocasiones, mejorar su función. La diversidad genética es consecuencia de una acumulación de mutaciones durante un período prolongado de tiempo, que ocasiona las diferencias entre las especies.

Genomas
El término genoma alude a la totalidad de la información genética de un organismo. El genoma humano es la totalidad del contenido de ADN presente en un ser humano, el genoma del maíz es la totalidad del contenido de ADN presente en el maíz, etc. Todos los genomas están constituidos por las mismas bases: A, T, G y C. Las diferencias entre los genomas radican en el número y la secuencia de pares de bases y en el número y la secuencia de genes. El número de pares de bases no se corresponde con el número de genes; los dos son independientes entre sí.

Por ejemplo, el genoma humano posee 3.000 millones de pares de bases y entre 20.000 y 25.000 genes. Únicamente el 3% del genoma humano codifica genes; el 97% se denomina ADN no codificante, en otras palabras, ADN que no contiene instrucciones para sintetizar proteínas. Los biólogos aún no han descubierto plenamente la función del ADN no codificante, si bien sospechan que puede intervenir en la evolución de las especies o desempeñar funciones reguladoras en el interior de la célula.

Asimismo, el número de pares de bases y genes no se corresponde con la inteligencia o la capacidad física de un organismo. Compare el genoma humano con el de la ameba. Una ameba, un organismo unicelular, posee el genoma más extenso conocido, que podría llegar a ser de 670.000 millones de pares de bases, en comparación con el genoma humano de 3.000 millones de pares de bases. No obstante, un ser humano es un organismo más complejo, inteligente y capaz desde el punto de vista físico.

Proteínas
Las proteínas están constituidas por cadenas largas de aminoácidos que se pliegan en formas tridimensionales intrincadas y complejas. El orden de aminoácidos se encuentra determinado por la secuencia de ADN presente en un gen. Existen 20 aminoácidos diferentes. La secuencia de aminoácidos determina la forma y, por consiguiente, la función, de la proteína.

La síntesis de proteínas es un proceso complicado, formado por muchas etapas. Dos de los pasos que intervienen en la elaboración de una proteína son la transcripción y la traducción.

Transcripción
Durante la transcripción, el código de ADN original se reescribe en una molécula conocida como ARN mensajero (ARNm). El ARNm también está constituido por una secuencia de nucleótidos que difieren ligeramente respecto a los nucleótidos del ADN. Las moléculas de ARN son muy semejantes a las de ADN, pero tienen un azúcar de ribosa, una sola cadena y poseen uracilo (U), en lugar de timina (T), como una de las cuatro bases posibles.


Traducción

Durante la traducción, los ribosomas ensamblan aminoácidos individuales en proteínas. Los ribosomas se unen al ARNm. Cada tres nucleótidos de ARNm forman un codón, el código de un aminoácido. Durante la traducción, el ARN de transferencia (ARNt) lee el ARNm y capta los aminoácidos correspondientes. De este modo, los aminoácidos se encajan en una combinación muy concreta según lo determinado por la secuencia de nucleótidos presente en el ARNm.

Las cadenas cortas de aminoácidos se denominan péptidos y las cadenas largas, polipéptidos. Los polipéptidos se pliegan dando lugar a una proteína funcional.

Centenares de tipos diferentes de proteínas desempeñan funciones específicas dentro de la célula y en el espacio intercelular.

Las enzimas son proteínas que unen moléculas entre sí o degradan moléculas. Las moléculas de señalización son proteínas que permiten que las células se transmitan mensajes entre sí. Los receptores proteicos reciben señales a través de un tipo de comunicación conocida como transducción de señales o señalización celular. Algunas proteínas introducen y expulsan sustancias de la célula. Las proteínas estructurales dan forma a las células y organismos. Las proteínas participan en el reconocimiento celular e identifican diferentes tipos de células. Algunas proteínas, como los anticuerpos, intervienen en la defensa de los organismos contra enfermedades.

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