Información genética – glossariumBITri

1. Las formas de vida y su información genética Las formas de vida y su información genética

En general, las células pueden determinarse como la unidad mínima de la vida, por su capacidad de generar, duplicar y procesar información. Una célula contiene diferentes partes, que poseen una función y un proceso determinados para hacer de la célula una máquina que puede reaccionar a su entorno y a las influencias externas. La capacidad de recibir, procesar y crear información a través de la duplicación, como en la Traducción/Transcripción, hace de la célula un sistema totalmente independiente y, por tanto, una forma de vida independiente.

Las células pueden dividirse en dos tipos diferentes. El primero es el concepto más simple y básico de una estructura celular. La utilizan las bacterias y las arqueas, que solían ser las únicas formas de vida en la Tierra hasta que llegaron células más evolucionadas a través del proceso de evolución. Estas células se llaman células procariotas, mientras que las otras son las células eucariotas, que heredan una estructura celular más compleja. La principal diferencia entre estos dos tipos de células es la estructura y la forma de almacenamiento de la información. La información de la célula procariota, denominada en términos biológicos ADN, se almacena en forma de una estructura plegada que flota por la célula en densas cadenas superenrolladas. Por el contrario, la célula eucariota tiene un núcleo, llamado núcleo, donde se almacena el ADN para su uso posterior. El ADN está envuelto en proteínas, llamadas histonas. La estructura del núcleo está puntuada, por lo que ciertos fragmentos pueden salir de la contención del núcleo a través de agujeros en la membrana del mismo.

2. Estructura y funcionalidad del ADN- estructura y funcionalidad

El ADN es un término corto para el ácido desoxirribonucleico. El ADN describe la estructura de la información genética, que se basa en un polinucleótido. Un polinucleótido describe una larga cadena de nucleótidos que es la misma en todas las células vivas, tanto ineucariotas como procariotas. Cada nucleótido se basa en una de las cuatro nucleobases: Adenina, Citosina; Timina yGuanina. Dos bases son complementarias entre sí, la Adenina a la Timina y la Guanina a la Citosina, y se puede formar una determinada estructura mediante las secuencias de las nucleobases complementarias. El nucleótido en sí está formado por una fosfatemolécula, una molécula de azúcar y una nucleobase. Las diferentes nucleobases están unidas por un fuerte enlace de hidrógeno que da al ADN una cierta flexibilidad mientras mantiene la secuencia determinada de las nucleobases. En el núcleo de la célula, el ADN está disponible en forma de doble hélice para ocupar menos espacio cuando se enrolla en una bola apretada en el centro del núcleo (Lara, 2009). Según Lara, cada nucleótido puede establecer una «asociación cabeza-cola con cualquier otro nucleótido» en sus extremos 5` y 3′. Esto significa que cada nucleótido tiene una estructura definida con dos extremos diferentes para interactuar y vincularse con otros nucleótidos. Este fenómeno define la secuencia del ADN, que es esencial para el crecimiento y el desarrollo de las formas de vida.

La secuencia del ADN fue codificada por primera vez por los científicos James Dewey Watson yFrancis Crick. Con su descubrimiento de la secuencia del ADN, también llamado «Universalidad del código genético», el enfoque cambió de la química detrás del ADN a la codificación del ADN a través de las nucleobases y la estructura molecular de la información en una célula (Lyre, 2002).

La secuencia del ADN se utiliza para almacenar información sobre la construcción de proteínas y otras funciones operativas de la célula. A través de la transcripción y la traducción, esta información puede reproducirse y leerse para construir nuevas proteínas dentro de la célula.

3. Proceso de replicación de la información en biología

Las células tienen la capacidad de reproducir proteínas, a través de la traducción, para apoyar la supervivencia de la célula a largo plazo. Las proteínas se basan en aminoácidos y cada proteína se distingue por su uso y función. La propia célula se divide en dos compartimentos diferentes. El citoplasma rodea todas las partes del interior de la célula y estas partes pueden flotar libremente a través de la contención de las paredes celulares. En cambio, el núcleo tiene una forma redondeada y contiene el ADN de la célula, así como el equipo que gestiona esta información almacenada. Incluso la activación y el bloqueo de ciertas secuencias de nucleótidos se puede lograr con este tipo de equipo (Lara, 2009: 3). Ambas partes, el núcleo y el citoplasma, están separadas por la envoltura nuclear, que divide físicamente las diferentes etapas del flujo de información dentro de la célula. Según Lyre (2003: 91), el procesamiento de la información consta de dos etapas diferentes, la transcripción y la traducción. Además, el ADN puede replicarse para adaptarse a la necesidad de la división celular a través del crecimiento.

1. Transcripción:

El proceso de transcripción describe el acto de copiar una secuencia de ADN en una forma más móvil de información. Esta forma se llama ARNm, que significa ácido ribonucleico mensajero. Representa la mitad de la parte necesaria de la estructura helicoidal del nucleótido original.

Cuando el ARN mensajero está completamente desarrollado, viaja a través de los agujeros de la pared del núcleo y entra en la siguiente etapa de procesamiento de la información, el citoplasma.

2. Traducción La traducción:

En el citoplasma tiene lugar el siguiente paso de procesamiento de la información celular, llamado proceso de traducción. El ARNm está ahora flotando libremente en el citoplasma y una proteína llamada ribosoma, se une al ARNm y comienza a añadir un ARNt al primer codón del ARNm. Hay diferentes ARNt que corresponden a las diferentes secuencias de las nucleobases unidas a la estructura del ARNm. Al leer la secuencia de nucleobases se construye un aminoácido y se desarrolla una proteína (bioadmin, 2013). Esta proteína viaja por el citoplasma y se incorpora a la malla celular que separa el interior de la célula del mundo exterior. Una vez colocada dentro de la malla, la proteína puede empezar a realizar diferentes funciones.

3. Replicación:

El acto de replicar el ADN es necesario cuando la célula alcanza un determinado tamaño. El ADN se replica para dar a la nueva célula un conjunto de información para producir proteínas y funcionar de forma adecuada. En primer lugar, se separa la doble hélice del ADN y las nucleobases complementarias divididas se vuelven a emparejar con sus homólogas para mantener el mismo conjunto de secuencias y, por lo tanto, la información genética dada a través del ADN original de la célula.

4. Capacidad de almacenamiento del ADN

Un aminoácido se basa en un codón, que contiene tres nucleobases. Si tenemos en cuenta que hay cuatro posibilidades diferentes para llenar estos tres huecos de un codón, entonces podemos determinar la complejidad de un codón. Las configuraciones para un codón triplete son las que hacen 64 codones diferentes. Si tomamos una cadena de ADN que consta de 100 codones, entonces tenemos alternativas en las secuencias. El promedio de nucleótidos contenidos en el ADN de una forma de vida simple, por ejemplo Escherichia coli, es de N=. Eso significa que si calculamos que para la alternancia de secuencias, significa (Lyre, 2002, p. 94). Esta capacidad de almacenamiento está fuera del alcance de nuestra propia imaginación. Incluso para la más simple de las formas de vida aquí en la tierra la información sobre los procesos y las sustancias almacenadas son demasiado complejas para comprender.

5. La semántica de la producción de proteínas y la funcionalidad del ADN

La definición de semántica es «el estudio de los significados en el lenguaje» (Cambridge, 2014)que puede aplicarse a las células como el lenguaje de la codificación del ADN y el flujo de información en la interacción celular. Como ya se ha dicho, la información genética se almacena en el ADN de una célula mediante la codificación de nucleótidos y codones. La importancia de la información para la célula es la decodificación de esta determinada secuencia de nucleótidos para generar aminoácidos y producir proteínas vitales para la supervivencia de la propia célula. Estas proteínas tienen una clara función determinada en la malla celular para intercambiar nutrientes o sostener la estructura celular. La semántica de la propia célula se basa en la funcionalidad de la decodificación de la secuencia de nucleótidos. Un código sólo es útil cuando la funcionalidad establecida de la proteína se da después de la síntesis y la proteína funciona de la manera para la que fue diseñada. Lara afirma en su artículo que existen reguladores externos que «median la activación o no activación de porciones específicas, que también pueden ser reguladas por agentes externos a la proteína» (Lara, p. 3). El problema de esta tesis es la complejidad de las relaciones entre la información almacenada en el ADN y su efecto sobre las proteínas. Las proteínas ya existentes permiten que el ADN traduzca la información necesaria y construya las proteínas más adelante en el proceso.El flujo de información, por lo tanto, debe describirse como bidireccional y, por lo tanto, ni el ADN ni las proteínas pueden considerarse como el transmisor de la señal inicial de traducir trozos de ADN (Lyre, 2002).

6. Señales para la transcripción del ADN y el flujo de información

Un factor que influye en el procesamiento y almacenamiento de la información biológica es la secuencia del nucleoide. Pero además de eso, otras propiedades estructurales del ADN pueden ser valoradas como codificación de almacenamiento. La configuración electrónica en partes de las moléculas de ADN o la topología, la topología es el «estudio de las propiedades de las formas geométricas que permanecen invariables bajo ciertas transformaciones, como la flexión o el estiramiento» (dictionary.com, 2017), propiedades del ADN en su estructura tridimensional (Lyre, 2002, p. 99). Estas propiedades funcionales de la estructura del ADN pueden influir en la capacidad de almacenamiento y la forma de codificación de la información en el ADN de las diferentes formas de vida. Un fenómeno llamado «ADN basura» también puede ser un complemento de estas propiedades a través de su repetitividad en el ADN general.Dentro de la propia célula también hay factores. Moléculas reguladoras, enzimas y proteínas estructurales que influyen en la información biológica de la célula de una manera determinada. Ciertos genes se expresan de una manera para determinar la estructura de las proteínas cultivadas. En el proceso de transcripción, las proteínas estructurales mencionadas anteriormente pueden activar o desactivar ciertas clases de expresiones de genes para alterar la composición general de la proteína.La estructura de la proteína se cambia utilizando la misma parte del ADN a través de la transcripción pero alterando la expresión de los genes.

Además de los factores intracelulares, los extracelulares determinan el procesamiento de la información. Estos pueden distinguirse en dos partes separadas. Por una parte hay moléculas que pueden viajar a través de la membrana celular, basándose en su pequeña estructura, y adherirse a receptores nucleares especiales y cambiar el proceso de traducción del ADN y la síntesis del ARN para el proceso de traducción posterior. En el lado opuesto está el factor de influencia de la carga añadida por moléculas externas, que puede cambiar la estructura tridimensional de la molécula de proteína y, por tanto, su funcionalidad para la célula (Lyre, 2002, p. 100). Una célula aislada puede llamarse flujo de información autorregulado y, por lo tanto, una máquina de procesamiento independiente para la información enviada por la propia célula (Lara, p. 9).

7. Factores que influyen en la codificación de la información

Con respecto a la explicación de Lyre, la acción de procesar la información se desarrolló mediante el concepto de evolución a través de varios miles de millones de años. De lo contrario, según Lyre, no tendría sentido que las células desarrollaran una estructura celular si no fuera a través del cambio de la información en el ADN y la codificación de la información en forma de su ADN celular para la síntesis de proteínas (Lyre, 2002, p. 103). El concepto de evolución puede describirse como la fuerza principal del sistema de ADN en el que se basan todos los seres vivos complejos. El medio ambiente y los factores que intervienen en este complejo sistema de formas de vida e interacciones coexistentes son la fuerza motriz de la evolución de la información biológica contenida en una célula viva. Determina «que una nueva célula reconstruya diacrónicamente las estructuras que sustentan el fenotipo del ser vivo individual» (Díaz, 2017, p. 6). Como describió el Sr. Díaz, la evolución de la información genética está determinada por el entorno en el que interactúa un ser vivo y, por lo tanto, cambia la información biológica durante un largo período de tiempo para ajustar el fenotipo del ser individual. Lo describe como el «sustrato sobre el que se producen epigenéticamente nuevas determinaciones en el proceso de morfogénesis» (Díaz, 2017, p. 6) . También la capacidad neuronal de las formas de vida puede ser diferente para procesar determinada información. Por ejemplo, un humano puede procesar información o procesos cada vez más difíciles como otra forma de vida que podría tener más capacidad neuronal por su información biológica, pero la estructura del cerebro y las conexiones neuronales no pueden permitir la plena capacidad de pensamiento complejo.

El desarrollo de la vida está determinado por las instrucciones que se encuentran dentro de los genomas y los factores externos basados en el ambiente. Debido a esta afirmación, no es de extrañar que la vida en la Tierra, tal y como es hoy en día, esté formada por la alteración continua de la información biológica originada en las bacterias y desarrollada hasta los fenotipos de todos los diferentes tipos de seres vivos a lo largo de miles de millones de años.

Los receptores de los factores externos que influyen son el sistema nervioso y el músculo/órgano. Los músculos/órganos pueden determinarse como unidades operativas que interactúan con el entorno y cambian debido a la adaptación a los desafíos ambientales que se presentan debido a los diferentes climas y hábitats. El sistema nervioso, por otro lado, asegura la función y la coordinación adecuada de las unidades operativas y puede determinarse como una especie de metasistema que procesa la información y da respuestas a las señales externas a través de las unidades operativas (Díaz, 2017, pp. 6-9).

8. Registro de la evolución del ADN a Darwin y la ciencia evolutiva

Charles Darwin representa el concepto original de la evolución que aplica el concepto de «supervivencia del más fuerte». Dice que sólo los individuos más fuertes y adaptados de una especie pueden sobrevivir al entorno en el que viven y transmitir su acervo genético, o información biológica, a la siguiente generación, mientras que los demás individuos mueren debido a su falta de adaptación al entorno. Los científicos de la biología actual determinan la evolución como un «total de individuos que son capaces de generarprogenia que puede reproducirse» (Lyre, 2002, p. 108). Pero en una especie, «no hay dos individuos» con la misma información genética debido a la mutación aleatoria en el conjunto de genes y a la recombinación en el proceso de reproducción. Por este tipo de variación de la información genética en los individuos de una especie se varía en un sistema caótico y no determinado por ningún plan o patrón fijo. Sólo la coincidencia de randomutaciones en la secuencia de nucleobases, y por tanto de codones, puede describirse como el factor impulsor de la alteración de la información biológica. Los individuos más aptos y adaptados, debido a la mutación a lo largo de múltiples generaciones, pueden sobrevivir mejor que los que no tienen este rasgo especial. (Lyre, 2002, pp. 109-115)

9. Evolución de la información biológica

El origen de una estructura celular puede describirse como una acoincidencia. Cadenas de aminoácidos y nucleótidos flotaban en la sopaprimeval, hace miles de millones de años. Entonces, por una especie de coincidencia, estas cadenas empezaron a organizarse y a construir redes que podían procesar la información dada, por ejemplo, por el entorno o por otras células, y reaccionar en consecuencia. Estas redes tienen forma de círculo para garantizar el procesamiento completo de la información procedente de fuentes externas. Esto significa que todas las formas de vida biológica evolucionaron a partir de un conjunto específico de información biológica y, por tanto, descienden de un arquetipo que se desarrolló por coincidencia. Esto también puede verse en las etapas de desarrollo de los embriones de varias especies después de la fecundación. Los embriones son similares en las primeras etapas, pero desarrollan sus propiedades especiales de su especie con el tiempo hasta que se distinguen totalmente por su forma y habilidades.