Biología Celular
y Molecular

Clase 1: Dogma Central y Expresión Génica

Introducción a la Biología Celular y Molecular | Nivel: Principiante

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INTRODUCCIÓN

Estructura de la Clase

📋 Duración Total: 2 horas

Esta clase se divide en tres momentos de aprendizaje activo.

⏰ Momento 1

30 minutos

Explicación y contextualización del profesor sobre el dogma central de la biología molecular.

🔍 Momento 2

60 minutos

Investigación guiada: lectura crítica de artículo científico sobre genómica humana.

💬 Momento 3

30 minutos

Presentación y discusión de hallazgos en equipos.

Objetivos de Aprendizaje

✅ Al finalizar esta clase, podrás:
  • Explicar el dogma central de la biología molecular
  • Comprender los conceptos de genoma y gen
  • Describir los procesos de transcripción y traducción
  • Analizar críticamente literatura científica sobre genómica
  • Relacionar la estructura del ADN con su función informacional
CONCEPTOS FUNDAMENTALES

¿Qué es el ADN?

🧬 Definición

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el material genético de todos los organismos de la Tierra. Cuando se transmite de padres a hijos, el ADN puede determinar algunas características de los hijos (color de ojos, cabello, etc.).

Pregunta Central

💡 ¿Cómo puede la secuencia de una molécula de ADN tener efecto sobre las características de un organismo?

Por ejemplo: ¿Cómo puede la secuencia de nucleótidos (A, T, C, G) determinar el color de las flores en plantas de chícharos?

Estructura del ADN

Componentes

  • Nucleótidos: unidades básicas
  • Bases nitrogenadas: A, T, C, G
  • Azúcar: desoxirribosa
  • Fosfato: grupos PO₄

Organización

  • Doble hélice
  • Cadenas antiparalelas (5'→3' y 3'→5')
  • Complementariedad: A-T, G-C
  • Puentes de hidrógeno
🔑 Concepto Clave

El ADN no es solo una larga cadena de nucleótidos. Se divide en unidades funcionales llamadas genes.

GENOMA

Concepto de Genoma

📚 Definición (Genome.gov)

El genoma es el conjunto completo de instrucciones de ADN que se encuentra en una célula.

Características del Genoma Humano

Ubicación

  • Núcleo celular: 23 pares de cromosomas
  • Mitocondrias: pequeño cromosoma circular

Contenido

  • ~3 mil millones de nucleótidos
  • ~20,000 genes codificantes de proteínas
  • Toda la información para desarrollo y función

Variación de Tamaño Genómico

❄ Dato Curioso

No hay correlación consistente entre complejidad biológica y tamaño del genoma:

  • Virus y bacterias: genomas muy pequeños
  • Humanos: ~3 mil millones de nucleótidos
  • Paris japonica (flor japonesa): ~150 mil millones de nucleótidos (¡50 veces más grande que el humano!)
💬 Reflexión

Los humanos somos el único organismo que ha secuenciado su propio genoma completo, pero existen muchas formas de vida con genomas sustancialmente más grandes. ¡Asombroso!

GEN

Concepto de Gen

📚 Definición (Genome.gov)

El gen se considera la unidad básica de la herencia. Los genes se transmiten de padres a hijos y contienen la información necesaria para especificar rasgos físicos y biológicos.

Función de los Genes

🔬 Productos Funcionales

Cada gen proporciona las instrucciones para formar un producto funcional, es decir, una molécula necesaria para desempeñar un trabajo en la célula.

Genes codificantes de proteínas

La mayoría de los genes codifican proteínas (polipéptidos).

Ejemplo: Gen del color de flores → proteína que produce pigmentos

~20,000 genes codificantes en humanos

Genes de ARN funcional

Algunos genes producen moléculas de ARN funcionales que NO se traducen a proteínas.

Ejemplos: ARN de transferencia (ARNt), ARN ribosómico (ARNr)

🔢 Dato Importante

Solo el 1.5% del genoma humano codifica para los ~20,000 genes de proteínas. El resto incluye regiones reguladoras, ARN no codificantes, y secuencias cuya función aún se investiga.

DOGMA CENTRAL

El Dogma Central de la Biología Molecular

🎯 Concepto Central

El dogma central describe el flujo direccional de la información genética en las células:

Flujo de Información Genética
ADN
→
ARN
→
PROTEÍNA

Este flujo es UNIDIRECCIONAL

Dos Pasos Fundamentales

1. TRANSCRIPCIÓN

ADN → ARN

La secuencia de ADN de un gen se copia para obtener una molécula de ARN.

Implica "reescribir" el ADN en el alfabeto del ARN (similar pero no idéntico)

2. TRADUCCIÓN

ARN → PROTEÍNA

La secuencia del ARN mensajero se decodifica para especificar la secuencia de aminoácidos de un polipéptido.

Se traduce del "idioma" de nucleótidos al "idioma" de aminoácidos

📖 Terminología

El proceso completo de pasar de ADN a producto funcional se conoce como expresión génica.

TRANSCRIPCIÓN

Proceso de Transcripción

🔬 ¿Qué sucede?

Una cadena del ADN (llamada cadena molde) sirve como plantilla para que la enzima ARN polimerasa sintetice una cadena de ARN complementaria.

Ejemplo de Transcripción

De ADN a ARN

ADN (doble cadena):

5'-ATGATCTCGTAA-3' (cadena codificante)

3'-TACTAGAGCATT-5' (cadena molde)

ARNm transcrito:

5'-AUGAUCUCGUAA-3'

Diferencias ADN vs ARN

ADN

  • Doble cadena
  • Desoxirribosa (azúcar)
  • Bases: A, T, C, G
  • Timina (T)

ARN

  • Cadena simple
  • Ribosa (azúcar)
  • Bases: A, U, C, G
  • Uracilo (U) en lugar de T
✅ Resultado

El producto de la transcripción se llama transcrito primario. En eucariontes, debe procesarse para convertirse en ARN mensajero (ARNm) maduro.

TRANSCRIPCIÓN

Procesamiento del ARN

Diferencias: Bacterias vs Eucariontes

🦠 BACTERIAS (Procariontes)

  • Transcripción: en el citosol
  • El transcrito primario = ARNm
  • Sin procesamiento adicional
  • Traducción puede comenzar antes de terminar transcripción
  • No hay núcleo

🧬 EUCARIONTES (Humanos)

  • Transcripción: en el núcleo
  • Transcrito primario ≠ ARNm
  • Requiere procesamiento:
    • Casquetes en extremos (cap 5', cola poli-A 3')
    • Empalme (splicing)
  • ARNm debe exportarse al citosol
  • Hay núcleo
⚡ Diferencia Espacial

Eucariontes: Transcripción (núcleo) y traducción (citosol) están separadas espacialmente.

Procariontes: Ambos procesos ocurren en el mismo lugar (citosol), permitiendo acoplamiento transcripción-traducción.

📍 Nota Importante

El procesamiento del ARN eucarionte (incluyendo el empalme de intrones y exones) se estudiará en detalle en la Clase 2.

TRADUCCIÓN

El Código Genético

🔢 ¿Qué es el código genético?

Es el conjunto de relaciones que especifica cómo los tripletes de nucleótidos (codones) en el ARNm corresponden a aminoácidos específicos en la proteína.

Características del Código

Codones

  • Grupos de 3 nucleótidos
  • 61 codones especifican aminoácidos
  • 1 codón de inicio: AUG (metionina)
  • 3 codones de terminación: UAA, UAG, UGA

Propiedades

  • Universal: (casi) el mismo en todos los organismos
  • Redundante: varios codones pueden especificar el mismo aminoácido
  • No ambiguo: cada codón especifica solo un aminoácido

Ejemplo de Traducción

De ARNm a Proteína

ARNm:

5'-AUG AUC UCG UAA-3'

Lectura por codones:

  • 🔹 AUG → Metionina (inicio)
  • 🔹 AUC → Isoleucina
  • 🔹 UCG → Serina
  • 🔹 UAA → ALTO (terminación)

Polipéptido:

(N-terminal) Met-Ile-Ser (C-terminal)

TRADUCCIÓN

Proceso de Traducción

🏭 Lugar de traducción

La traducción ocurre en estructuras llamadas ribosomas: máquinas moleculares que construyen polipéptidos.

Moléculas Clave

ARNm (Mensajero)

  • Lleva la información del gen
  • Secuencia de codones
  • "Mensaje" entre ADN y ribosomas

ARNt (Transferencia)

  • Moléculas adaptadoras
  • Tienen anticodón (3 nucleótidos)
  • Transportan el aminoácido correspondiente

¿Cómo funciona?

🔄 Mecanismo

1. El ribosoma se une al ARNm y encuentra el codón de inicio (AUG)
2. Un ARNt con anticodón complementario se une al codón
3. El ARNt deposita su aminoácido
4. El ribosoma avanza un codón
5. Se repite hasta encontrar un codón de terminación
6. Se libera el polipéptido

✅ Resultado

La cadena de aminoácidos se construye pieza por pieza con una secuencia que coincide exactamente con la secuencia de codones en el ARNm.

💡 Concepto Clave

El ribosoma NO "sabe" qué aminoácido insertar. Son los ARNt los que hacen la correspondencia codón-aminoácido.

RESUMEN

Recapitulación del Dogma Central

Flujo Completo de Información
ADN (en el genoma)
→
TRANSCRIPCIÓN
(ARN polimerasa)
ARN mensajero
→
TRADUCCIÓN
(Ribosomas + ARNt)
PROTEÍNA (polipéptido)

🔑 Puntos Clave

  • ADN → ARN → Proteína
  • Flujo unidireccional
  • Genes = unidades funcionales
  • Código genético = tripletes

📍 Ubicaciones

  • Eucariontes: Transcripción (núcleo), Traducción (citosol)
  • Procariontes: Ambas en citosol
✨ Importancia

Este flujo de información es fundamental para toda la vida en la Tierra. Permite que la información almacenada en el ADN se exprese como proteínas funcionales que realizan el trabajo celular.

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN

Momento 2: Lectura Crítica

📚 Actividad de Investigación Guiada
⏰ DURACIÓN: 60 MINUTOS

📄 Recurso Principal

Artículo: "Genómica Humana: Variantes Estructurales y Expresión Génica"

Fuente: Gaceta Mexicana de Oncología (Elsevier)

Enlace: Acceder al PDF

🎯 Objetivos de la Actividad

1. Comprensión

Entender cómo el análisis del genoma humano permite identificar variantes genéticas relacionadas con enfermedades.

2. Aplicación

Relacionar los conceptos de genoma, gen y expresión génica con aplicaciones médicas reales.

3. Análisis

Identificar la importancia del código genético y epigenético en la regulación génica.

4. Evaluación

Valorar críticamente la relevancia de la genómica para medicina y biotecnología.

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN

Guía de Lectura Crítica

📋 Instrucciones

Lee el artículo completo y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. Trabaja en equipos de 3-4 personas.

Preguntas Guía (Parte 1/2)

1. Variabilidad Genómica

• ¿Qué información nos permiten entender los análisis del genoma humano según el artículo?
• ¿Cuál es la diferencia entre enfermedades monogénicas y poligénicas multifactoriales? Da ejemplos de cada una.

2. Avances Técnicos

• Identifica los 3 avances técnico-conceptuales mencionados en el artículo.
• ¿Qué son los microarreglos de ADN y para qué sirven?

3. Código Epigenético

• ¿Qué es el código epigenético?
• ¿Cómo se relaciona con la expresión génica?
• ¿En qué se diferencia del código genético que estudiamos hoy?

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN

Guía de Lectura Crítica (cont.)

Preguntas Guía (Parte 2/2)

4. Regulación de Expresión Génica

• Según el artículo, ¿por qué es importante entender la "organización funcional y la regulación de la expresión génica"?
• ¿Cómo se relaciona esto con el dogma central que estudiamos?

5. Aplicaciones Médicas

• ¿Cómo facilita la genómica los avances en medicina y biotecnología?
• Menciona al menos 2 aplicaciones médicas específicas que identifiques en el texto.

6. Conexión con la Clase

• ¿Cómo se relaciona el contenido del artículo con los conceptos de genoma, gen y expresión génica que aprendimos hoy?
• ¿Qué aspectos del artículo te generan más preguntas o curiosidad?

💡 Consejo

Toma notas detalladas. Estas preguntas serán la base para tu presentación en el Momento 3.

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN

Recursos Complementarios

🌐 Recursos Adicionales Opcionales

Si terminas la lectura del artículo principal antes de tiempo, puedes explorar estos recursos para profundizar:

🎓 Khan Academy

Tema: Dogma Central en Detalle

Animaciones interactivas sobre transcripción y traducción

Visitar

📚 Genome.gov

Tema: Glosario Genético

Definiciones oficiales de genoma y gen

Genoma | Gen

🔍 Preguntas de Profundización

Si ya completaste las preguntas guía, reflexiona sobre:

  • ¿Cómo crees que la tecnología de secuenciación genómica ha revolucionado la medicina?
  • ¿Qué implicaciones éticas tiene tener acceso completo al genoma de una persona?
  • ¿Por qué crees que solo el 1.5% del genoma codifica proteínas? ¿Qué función podría tener el resto?
PRESENTACIÓN

Momento 3: Compartir Hallazgos

💬 Presentación y Discusión
⏰ DURACIÓN: 30 MINUTOS
🎯 Objetivo

Cada equipo presentará sus hallazgos más importantes y aprenderemos colectivamente de la experiencia de investigación.

Formato de Presentación

Tiempo por Equipo

  • 5 minutos: Presentación
  • 2 minutos: Preguntas

~4-5 equipos en total

Contenido a Presentar

  • 2-3 hallazgos principales del artículo
  • Conexión con dogma central
  • 1 pregunta que les surgió

Criterios de Evaluación

✓ Comprensión: ¿Entendieron los conceptos del artículo?
✓ Conexión: ¿Relacionaron el artículo con lo aprendido en clase?
✓ Análisis: ¿Identificaron implicaciones médicas/científicas?
✓ Comunicación: ¿Explicaron claramente sus hallazgos?

CIERRE CLASE 1

Resumen y Próxima Clase

✅ Lo que Aprendimos Hoy
  • El dogma central: ADN → ARN → Proteína
  • Conceptos de genoma (conjunto completo de ADN) y gen (unidad funcional)
  • Transcripción: síntesis de ARN a partir de ADN
  • Traducción: síntesis de proteínas a partir de ARNm
  • El código genético y su universalidad
  • Aplicaciones de la genómica en medicina
🔜 Próxima Clase (Clase 2)

Profundizaremos en:

  • Estructura del gen: exones, intrones, promotor, secuencias reguladoras
  • Diferencias: genes eucariontes vs procariontes (operones)
  • Duplicación del ADN: replicación semiconservativa
  • Superenrollamiento: topoisomerasas y compactación del ADN
📝 Tarea Preparatoria

Para la próxima clase, trae dudas sobre:
• Procesamiento del ARN (splicing)
• Regulación de la expresión génica
• Replicación del ADN

💭 Reflexión Final

"El ADN es como una receta, el ARN es como una fotocopia de esa receta, y las proteínas son los platos que se cocinan siguiendo esas instrucciones."

¡Gracias!

Nos vemos en la Clase 2

Introducción a la Biología Celular y Molecular

¡Excelente trabajo investigando! 🔬

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