BASES QUÍMICAS DE LA HERENCIA

BASES QUIMICAS DE LA HERENCIA

El ADN como material genético

aDespués del descubrimiento del ADN, el siguiente gran reto fue la determinación de su función. Frecuentemente se dice que sin investigación básica no hay investigación aplicada, sin embargo en este caso ocurrió todo lo contrario, el descubrimiento partió de microbiólogos que trataban de curar la neumonía.

La transformación

La neumonía estaba causada por la bacteria Streptococcus pneumoniae, llamada también neumococo. Al descubrirse las vacunas los microbiólogos se lanzaron a aislar microorganismos patógenos para preparar sueros. Entre ellos se encontraba el inglés Frederick Griffith que trabajaba en Londres en el laboratorio de Patología del Ministerio de Salud Pública. Aunque contaba con escasos medios reunió una gran cantidad de cepas de neumococo que clasificaba y estudiaba su patología inoculándolos a ratones.

Frederick Griffith

Pero no todas ellas eran patógenas. La cepa que causaba la enfermedad, mortal en ratones, denominada S (del inglés smooth por el aspecto liso que presentaba la colonia), estaba rodeada de una cápsula de polisacárido que la protegía de la respuesta inmunológica del animal infectado. Otra cepa, R (del inglés rough, ya que presentaba un aspecto rugoso) carecía de cápsula y era inocua.

En uno de los experimentos ^{(Fig 1)} Griffith inoculó ratones con una mezcla de cepas R, no virulentas, y cepas S inofensivas al ser inactivadas por calor. Sorprendentemente los ratones morían y en su sangre se encontraban cepas S patógenas.

Figura 1. Descubrimiento de la transformación

Aparentemente las bacterias S muertas eran capaces de transferir su virulencia a las bacterias R vivas y este cambio era permanente y hereditario.

Griffith postuló la existencia de un “factor de transformación” en el trabajo “La importancia de los tipos neumocócicos” publicado en el Journal of Hygiene en 1928. Naturalmente, asumió que este “factor de transformación” era de naturaleza proteica, y aunque ignoraba como actuaba, no Griffith murió en Londres en 1941 durante un bombardeo alemán sin imaginar la importancia que tenía su descubrimiento y que su nombre aparecería en los libros de texto.

La naturaleza del principio transformante

Oswald Avery trabajaba en el Instituto Rockefeller en Nueva York, centro de referencia en Estados Unidos del estudio de enfermedades, entre ellas la neumonía que, con 50000 casos al año, estaba teniendo efectos devastadores.

Oswald Avery

Avery tenía varias cosas en común con Griffith: ambos eran solteros empedernidos, modestos, extremadamente meticulosos en sus experimentos, exageradamente cautos en sus conclusiones y generosos a la hora de ayudar a los demás. Ambos hicieron sus principales contribuciones a una edad relativamente avanzada. Griffith tenía 50 años cuando descubrió la transformación bacteriana y Avery más de 65 cuando publicó su trabajo seminal sobre el principio transformante. Pero si bien Griffith trabajó siempre solo, Avery estaba rodeado de un numeroso grupo de colaboradores en el Rockefeller.

Cuando los resultados de Griffith atravesaron el Atlántico, Avery los recibió con escepticismo, aduciendo falta de controles. Avery empezó a tomarse en serio la tarea de determinar la naturaleza del misterioso “factor de transformación” cuando un miembro de su laboratorio reprodujo los experimentos. Posteriormente se descubrió que bastaba añadir un extracto celular de bacterias lisas muertas para transformar las bacterias rugosas vivas (inocuas) en bacterias lisas patógenas. El “factor de transformación” se encontraba en el interior de la célula y por tanto era susceptible de ser aislado y caracterizado.

Los experimentos fueron retomados por Colin MacCleod que perfeccionó el método de fraccionamiento celular. El extracto tenía todo tipo de componentes y tras la eliminación de los hidratos de carbono, lípidos, ARN, y proteínas y posterior precipitación con etanol, se obtenía un material fibroso que contenía el “factor de transformación”, descartándose por tanto que el “factor de transformación” fuese una proteína. El tratamiento con un reactivo específico de la desoxiribosa, azúcar presente en el ADN apuntaba a que el principio transformante contenía ADN.

Tras la marcha de MacCleod el trabajo fue continuado por Maclyn McCarty, que inactivó el “factor de transformación” por tratamiento con un enzima que degradaba el ADN. MacCleod y McCarty no tenían la menor duda de que el “factor de transformación” estaba constituido por ADN, pero Avery se mostraba reticente a publicarlo, consciente del rechazo que podía provocar.

Finalmente, los resultados de Avery, MacCleod y McCarty se publicaron en la revista Journal of Experimental Medicine en 1944, pero a pesar de las evidencias aportadas, no tuvo una aceptación unánime. La creencia generalizada era que las proteínas eran las únicas moléculas que, por su diversidad estructural, podían constituir el material genético de los seres vivos. La teoría del tetranucleótido de Levene, que vimos en el blog anterior, pesaba mucho, y descartaba que los genes estuvieran hechos de ADN, Avery falleció víctima de un cáncer en 1955 sin haber tenido el reconocimiento oficial que se merecía. En la larga lista de ilustres científicos que nunca obtuvieron el premio Nobel, Avery ocuparía el primer puesto.

El experimento de la batidora

La comunidad científica terminó aceptando la idea de que el ADN era el material genético cuando estos resultados fueron confirmados 8 años más tarde, por el experimento “de la batidora” llevado a cabo por Hershey.

Alfred Hershey

Alfred Hershey era miembro destacado de lo que se denominó el “grupo del fago” que giraba en torno a la figura carismática de Max Delbrück, un físico reconvertido en biólogo, que escogió los fagos o bacteriófagos (literalmente comedores de bacterias) como sistema modelo por su simplicidad, ya que solo contenían ácido nucleico recubierto de proteína. El grupo se había establecido en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, cerca de Nueva York, lugar de peregrinación de biólogos moleculares y hoy día uno de los más prestigiosos centros de investigación.

Martha Chase

Por microscopia electrónica se observó que los fagos se unían a la pared bacteriana ^{(Fig 2)}. Hershey pensó que únicamente el ADN penetraba en la bacteria. Para demostrarlo, Hersey, junto con su asistente Martha Chase, infectaron un cultivo de bacterias con fagos marcados radiactivamente: la cubierta proteica con azufre (35S) y su ADN con fósforo (32P). Después de la infección, separaron los fagos de las bacterias mediante agitación violenta usando una batidora (de ahí el nombre del experimento). Por centrifugación los fagos, mucho más pequeños, quedaban en el sobrenadante y las bacterias, mucho más grandes, en el sedimento. El 85% de la radiactividad correspondiente al ADN aparecía en el sedimento y el 82% de la proteína en el sobrenadante. Este resultado apoyaba la idea de que el ADN era el único componente del fago que penetraba en el interior de la bacteria y al tener la capacidad de formar nuevos fagos, constituía el material genético.

Figura 2.

Aunque el experimento de Hershey y Chase era más sucio y menos concluyente que el de Avery, los científicos ya estaban preparados para aceptar la idea de que los genes estaban formados por ADN y no por proteína.

Este reconocimiento universal constituyó el punto de partida de la Genética Molecular, si bien estaba pendiente la determinación de la estructura del ADN, pero esto es otra historia que contaremos otro día.

Hershey, junto con Delbrück y Luria fue galardonado con el premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1969 por “sus descubrimientos acerca de los mecanismos de replicación y la estructura genética de los virus”.

Estructura del ADN: el modelo de Watson y Crick

El patrimonio genético de toda célula está contenido en la molécula de ADN, constituida por tres moléculas de naturaleza distinta, un azúcar con cinco átomos de carbono, la 2-D-desoxirribosa, un fosfato y cuatro bases nitrogenadas diferentes: dos purinas, la adenina y la guanina, y dos pirimidinas, la citosina y la timina; la unidad fundamental de la molécula de ADN está constituida por un nucleótido formado por una de las cuatro bases nitrogenadas enlazada a una molécula de azúcar y a una de fosfato.

En 1953, James Watson y Francis Crick, propusieron asignar una estructura de doble hélice a la molécula de ADN.

- Watson y Crick y su estructura de doble hélice de la molécula de ADN

En 1953 el bioquímico estadounidense James Watson y el biólogo británico Francis Crick, a partir de estudios cristalográficos realizados por Wilkins y Franklin (que sugerían que la molécula de ADN poseía una estructura helicoidal) e inspirándose en las observaciones de otros investigadores (según las cuales los distintos ADN examinados presentaban siempre un número de adeninas igual al de timinas y un número de citosinas igual al de guaninas), propusieron asignar una estructura de doble hélice a la molécula de ADN.

- El ADN, una macromolécula formada por dos hebras o filamentos enrollados en sentido dextrógiro en forma de hélice

La identificación de la estructura del ADN está considerada el descubrimiento más importante de nuestro siglo en el campo de la biología. De acuerdo con este modelo, el ADN es una macromolécula constituida por dos hebras o filamentos enrollados uno sobre otro en sentido dextrógiro (es decir, en el del movimiento de las agujas del reloj), formando así una doble hélice. Cada hebra está constituida por una larga secuencia de nucleótidos, que forman el esqueleto de la macromolécula de ADN. Los nucleótidos se unen entre sí por un enlace fosfodiéster entre los azúcares (es decir, entre un grupo fosfato, PO4-3, enlazado a un azúcar y un hidroxilo, OH, del azúcar del nucleótido precedente). La información genética está contenida en las distintas secuencias de nucleótidos del esqueleto del ADN. Las dos hélices de ADN se mantienen unidas por enlaces débiles de naturaleza física, los enlaces de hidrógeno, y por enlaces químicos débiles, los enlaces de Van der Waals. Los pares de bases son perpendiculares al eje principal de la molécula: una vuelta completa de la hélice sobre sí misma comprende diez pares de bases. Las dos hélices están polarizadas, es decir, poseen una dirección, que viene determinada por el extremo libre del último nucleótido, el cual puede ser el carbono número 3 o el número 5 de la molécula de desoxirribosa; en consecuencia, cada hebra de ADN poseerá una extremidad 5' - 3' y la otra en dirección 3' - 5', y se dice que son antiparalelas.

La estructura antiparalela del ADN posee una importancia estratégica para la duplicación del ADN. 

De acuerdo al modelo de Watson y Crick, el ADN es una macromolécula formada por dos hebras enrolladas que forman una doble hélice.

- ¿Quiénes fueron Watson y Crick?

+ James D. Watson

James D. Watson, nacido en 1928 en Chicago, fue un biólogo estadounidense galardonado con el premio Nobel de medicina en 1962 (por su descubrimiento, junto a Crick y Wilkins, en 1953, de la estructura de la molécula del ADN).

James D. Watson, biólogo estadounidense y premio Nobel de medicina en 1962.

+ Francis Crick

Francis Crick, nacido en 1916 en Northampton, fue un físico y biólogo británico que, junto a James Watson, descubrió la estructura a doble hélice del ADN (lo que le valió el Nobel de medicina en 1962).

Francis Crick, biólogo y físico británico, Nobel de medicina en 1962.

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ADN como portador de información

El ADN es el encargado de almacenar y transmitir con gran exactitud las instrucciones necesarias para que cada célula sea lo que es a través de la acción de las proteínas.

Aquí nos encontramos con dos cuestiones por resolver:

• El ADN es un polímero formado por cuatro clases de nucleótidos y las proteínas son polímeros constituidos por veinte clases de aminoácidos. Tenemos pues dos lenguajes diferentes, uno para almacenar la información y otro para ejecutarla.
• Todo este cúmulo de información tiene que poder pasar de generación en generación, de la célula madre a las hijas de forma tal que los nuevos individuos tengan toda la información necesaria para poder vivir.

El primer planteo nos hace pensar que las células tienen que tener algún tipo de mecanismo que les permita traducir los datos del ADN, de manera que si por ejemplo las instrucciones dicen “hacer hemoglobina” la célula sepa hacerla, por lo tanto debe de existir un código genético.
El segundo problema se resuelve gracias a que las células tienen un complejo mecanismo enzimático para replicar su material genético, de manera tal que cada célula hija reciba de la progenitora un juego completo de información necesaria para vivir.
Es evidente que dichas instrucciones, almacenadas en el ADN, tienen que permanecer en su mayoría constantes a lo largo de las generaciones. Sin embargo, esta macromolécula sufre a veces cambios en su información llamadas mutaciones, que muchas veces resultan ventajosas ya que permiten que un organismo pueda modificarse gradualmente con el fin de adaptarse mejor a los posibles cambios del medio en que vive.
Trataremos de comprender cómo ocurre este flujo de información desde el ADN a las proteínas y cómo los cambios en dichas instrucciones son la base fundamental de la Evolución.

Regulación de la expresión genéticaLa molécula de ADN contiene toda la información necesaria para que la célula sintetice todos los tipos de proteínas que necesite durante su vida. Muchas de estas proteínas estarán siempre presentes, mientras que otras sólo se sintetizan en un determinado momento de la vida celular. Además, si nos referimos específicamente a los organismos eucariotas pluricelulares, vemos que sus células, en la mayoría de los casos, alcanzan un alto grado de diferenciación debido a que expresan selectivamente ciertos genes de proteínas específicas; pese a que todas las células contienen la información genética completa.

Cuando se analizó la composición química del cromosoma eucariota se encontró que estaba formado por ADN y proteínas en partes iguales. Se trató, entonces, de saber cuál de estas dos moléculas contenía la información genética. Las proteínas parecían ser los candidatos más adecuados para esta función, debido a su abundancia y diversidad de funciones en todas las células.
Algunos experimentos dieron la respuesta a este interrogante.

Experimento de Griffith (1928):
Griffith trabajó con neumococos (bacterias causantes de neumonía). Disponía de dos cepas: una encapsulada que era virulenta y la otra no encapsulada no virulenta. Inyectó estas dos cepas en ratones.





El factor de transformación.
Ya en esos años, entre los científicos estaban planteadas algunas preguntas: ¿qué sustancia era la encargada de transmitir ciertos caracteres? ¿Cuál era la composición química de los genes?
La respuesta la trajo el estudio de una enfermedad infecciosa mortal: la neumonía. Durante la década de 1920, el médico inglés Frederick Griffith estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus peumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula de polisacáridos que le daba a las colonias de estas bacterias en las placas de Petri un aspecto liso o suave, por lo cual se las denominó cepa S (smooth, en inglés). La otra cepa no tiene cápsula y no causa neumonía y se la denomina cepa R (rugosa) también por el aspecto de la colonia.
La siguiente ilustración representa la experiencia realizada por Griffith, y los resultados que obtuvo:



El material hereditario

Si bien al período entre 1900 y 1940 se lo consideraba la edad de oro de la genética, hasta ese momento, los científicos creían que el material hereditario eran las proteínas.

En 1952 Alfred D. Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos destinados a dilucidar si el ADN o las proteínas eran el material hereditario.

Trabajaron con bacteriófagos o fagos, que son virus que infectan bacterias. Debido a que los fagos están compuestos sólo por una cabeza proteica que guarda en su interior ADN, eran la herramienta ideal para resolver la naturaleza del material hereditario.






Figura: Los bacteriófagos son un tipo de virus que atacan a las bacterias. Están constituidos por ADN y una cubierta de proteínas. En la actualidad se sabe que los bacteriófagos infectan una célula inyectándole su ADN, el cual "desaparece" mientras toma control de la maquinaria de la bacteria que comienza a fabricar nuevos virus.

Su experimento consistió en marcar el ADN y las proteínas, con alguna sustancia que los hiciera visibles, como los isótopos radioactivos, esto permitiría ver cuál de ellos entraba en la bacteria. Ese sería el factor transformador de Griffith.

Dado que el ADN contiene fósforo (P) en su grupo fosfato pero no azufre (S), ellos marcaron el ADN con Fósforo-32 radioactivo. Por otra parte, las proteínas no contienen P pero si S, y por lo tanto se marcaron con Azufre-35 radioactivo.

Hershey y Chase encontraron que el S-35 quedaba fuera de la célula mientras que el P-32 se lo encontraba en el interior. Por lo tanto, dedujeron que durante la infección el ADN del fago entra en la bacteria, dejando afuera la cabeza proteica. Es decir que el ADN lleva la información para hacer más fagos hijos dentro de la bacteria. En otras palabras, el experimento indicaba que era el ADN el portador de la información genética del fago.

Esta conclusión coincidía con la obtenida por Avery, MacLeod y McCarty, que indicaba que el ADN era el material genético de las bacterias. Sin embargo, fue el experimento de los fagos el que disipó las dudas sobre la composición química de los genes: eran parte del ADN y, por lo tanto, estaban integrados por los cuatro tipos de nucleótidos.

Las reglas de Chargaff

Como se mencionó anteriormente, para esa época prevalecía la idea de que el ADN era una molécula demasiado simple como para ser considerada portadora de la información genética. Esta idea fue desechada en 1950 por el científico checo Erwin Chargaff del Instituto Rockefeller, quien analizó en detalle la composición de bases del ADN extraído de diferentes organismos. Llegó a la sorprendente conclusión de que las cuatro bases nitrogenadas no se encontraban en proporciones exactamente iguales en las distintas especies, lo cual sugirió que el ADN no debía ser tan monótono como se pensaba.

Chargaff demostró que, independientemente del origen del ADN, la proporción de purinas era igual a la de pirimidinas. Es decir, adenina (A) aparecía con tanta frecuencia como la timina (T) y la guanina (G), con tanta frecuencia como la citosina (C). Había dos juegos de equivalencias, A y T por un lado y G y C por otro.

Este resultado reflejaba por primera vez un aspecto estructural del ADN. Indicaba que, independientemente de la composición de A o de G en un ADN, siempre la concentración de A es igual a la de T y la de C igual a la de G. Sin embargo, en aquel momento Chargaff no sospechó las implicancias que podían tener estas reglas, denominadas más tarde “reglas de Chargaff”, en el esclarecimiento de la estructura del ADN.

Organización del ADN: Cromosomas.

Como lo nombramos anteriormente, el ADN en las células procariontes se encuentra disperso en el citoplasma, en cambio en las células eucariontes, la macromolécula del ADN se encuentra dentro del núcleo, la cual se compacta y organizada a través de su plegamiento alrededor de un conjunto de  8 proteínas globulares llamadas histonas, este empaquetamiento forma estructuras globulares llamados nucleosomas, que en conjunto, se asemejan al aspecto de un collar de perlas. Este complejo generado por la combinación de proteínas y ADN se denomina cromatina (del griego chroma: color), nombre que se da debido a sus propiedades de tinción celular (se tiñe intensamente cuando se emplean colores básicos), siendo una de sus principales funciones compactar el ADN para que quepa dentro del núcleo, a través de niveles sucesivos de empaquetamiento. Cuando la célula se alisa, la cromatina se condensa hasta alcanzar su máximo grado de compactación, el cual forma los cromosomas.

1-1¿Qué son las histonas?
Las histonas son proteínas pequeñas muy básicas que se encuentran dentro del núcleo. Existen 5 clases principales de histonas; H1 (que también se puede encontrar en una variante en los embriones de pollo, llamada H5), H2A, H2B, H3 y H4. Todas ellas contienen una gran cantidad de residuos cargados positivamente (Arg y Lys).

Estas proteínas se agrupan en  paquetes de 8, las que se unen iónicamente a los grupos de fosfato del ADN cargados negativamente, sobre ellas se enrolla el ADN formando la los nucleosomas.

1-2 ¿Qué son los nucleosomas?
Los nucleosomas son el primer nivel de enrollamiento del ADN. Están formados por un núcleo proteico de 8 proteínas llamadas histonas. El octometro está formado por 2 moléculas de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 Y H4, alrededor del cual, se enrolla la doble hélice de ADN. Sobre este complejo se une la histona H1. Los nucleosomas están unidos entre sí por la molécula de ADN, como bolas en una cuerda, esto da lugar a la fibra de la cromatina.

1-3 ¿Qué es la cromatina?
La cromatina es el conjunto de nucleosomas, la cual posee una estructura dinámica, que adapta su estado de compactación y empaquetamiento para optimizar los procesos de replicación, transcripción y reparación del ADN. La composición química de la cromatina es ADN, proteínas histónicas, proteínas no histónicas y ARN. 

Según el grado de compactación, la podemos encontrar en dos estados; heterocromatina y eucromatina.

a)    Heterocromatina: Es la que tiene la forma más compacta en la que se organiza la cromatina, y representa la forma inactiva, es la parte que no se transcribe, la cual se encuentra generalmente en la membrana nuclear (periferia del núcleo). Esta puede ser  de 2 tipos; Constitutiva y facultativa.

·        Constitutiva: Corresponde a zonas que no se transcriben, las que carecen de información genética, es idéntica para todas las células del organismo, son los centrómeros y telómeros de todos los cromosomas, así como algunas zonas de algunos cromosomas.

·        Facultativa: Corresponde a las zonas que se transcriben según tipo y estado celular, contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse en algún momento, o sea, son zonas que se compactan o descompactan según haga falta su transcripción.

b)   Eucromatina: Es la zona en que la cromatina tiene una forma ligeramente compacta, posee una gran concentración de genes, representa la forma activa en la que se está transcribiendo el material genético,  y se encuentra diseminada por el resto del núcleo (no visible en el microscopio de luz).

2- ¿Qué son los cromosomas?

Los Cromosomas fueron descubiertos en 1842 por Karl Wilhelm von Nägeli. En 1889 Wilhelm von Waldeyer, les dio el nombre de cromosomas, que en griego significa cuerpo coloreado.
Los cromosomas se forman cuando la cromatina se condensa durante la división celular, sólo en este proceso son visibles. Este proceso es muy importante, ya que esta condensación o sobre enrollamiento, hace que se economice espacio, si esto no sucediera, la cromatina excedería el espacio nuclear disponible.

2-1  Forma de los cromosomas:
Los cromosomas están formados por 2 brazos llamados cromátidas, unidas por una estructura llamada centrómero, la cual participa en la separación o segmentación de las cromátidas dentro del proceso de división celular, es la responsable de realizar y regular los movimientos cromosómicos, esto gracias a una estructura proteica que es parte del centrómero llamada cinetocoro.

Cada extremo de los cromosomas se llama telómero, es una región de ADN no codificable, la longitud de estos, varía según la especie y el cromosoma. Son los que mantienen la estabilidad cromosómica formando estructuras que evitan la fusión de cromosomas o la actuación de mecanismos degradativos, evitando así la muerte celular y la pérdida de genes importantes para la vida de la célula.

La cantidad de cromosomas ubicados dentro del núcleo de las células de un organismo, es constante (salvo algunas excepciones), y varían dependiendo de la especie, por ejemplo, en el cuerpo humano, cada célula contiene 46 cromosomas, en las de la mosca de la futa 8 y en las de la cebolla 16. El complejo cromosómico de cada especie biológica está formado por pares de cromosomas homólogos, es decir, los cromosomas existen en pares y los miembros de cada par tienen la misma forma y estructura básica, aspectos que los diferencian de las demás parejas cromosómicas. Así, en la especie humana hay 23 pares de cromosomas homólogos por célula, en la mosca de la fruta 4 pares y y en la cebolla 8 pares.

2-1  Tipos de cromosomas:
Los cromosomas se clasifican en 4 tipos, según la posición de su centrómero, los cuales son; metacéntricos,submetacéntricos, acocéntrico y telocéntrico.

3- Resumen de la organización del ADN:

-       El ADN en las células Eucariontes se ubica dentro del núcleo.

-       La cadena de ADN se enrolla alrededor de 8 proteínas histonas, para formar nuleosomas.

-       En conjunto los nuleosomas unidos por ADN asemejan un collar de perlas que se denomina cromatina.

-       La cromatina la podemos encontrar en 2 estados; heterocromatina y eucromatina. La heterocromatina puede ser de 2 tipos, Constitutiva y facultativa.

-       Cuando la Cromatina alcanza su máximo grado de compactación en el proceso de división celular, se forman los cromosomas, visibles solo dentro de este proceso. 

-       Los cromosomas están formados por 2 brazos llamados cromátidas, unidos por una estructura llamada centrómero la cual posee una estructura proteica llamada cinetocoro, y en los extremos de los brazos una región de ADN no codificable llamado telómero.

-       Los cromosomas siempre se encuentran en pares iguales (homólogos). Por ejemplo, en el ser humano cada célula tiene 23 pares de cromosomas, o sea, contiene 46 cromosomas.

-       Los cromosomas se clasifican en 4 tipos, según la posición de su centrómero, los cuales son; metacéntricos, submetacéntricos, acocéntrico y telocéntrico.

Replicación del DNA

En primer lugar, las toposiomerasas van facilitando la tarea de la helicasa, que separa las hebras para que la polimerasa (DNApol-III en procariotas^*) pueda acceder al molde. La primasa (^**) comienza la síntesis de la nueva hebra adelantada y de cada uno de los fragmentos de Okazaki de la nueva hebra retardada.

Transcurrida la síntesis, otra polimerasa (DNApol-I en procariotas^***) degrada los cebadores sintetizados anteriormente por la primasa y los sustituye por DNA alargando el fragmento vecino.

Finalmente, la ligasa recorre el DNA formando los enlaces covalentes que faltan para que los fragmentos de Okazaki queden unidos ("sellando las mellas").

eplicación del ADN

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original. Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales, y por eso se dice que la replicación del ADN es semiconservadora. Hasta que finalmente se pudo demostrar que la replicación es semiconservadora, se consideraron tres posibles modelos para el mecanismo de la replicación:

ADN y ARN concepto, diferencias y funciones

· 27 octubre 2017

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ADN y ARN son los ácidos nucleicos que conforman la base de nuestro genoma. Estas dos biomoléculas determinan lo que somos como especie y en buena medida, lo que somos como individuos.

Sin embargo, el reconocimiento del que hoy gozan ADN y ARN llevó décadas de investigación científica. Nadie quería creer que unas moléculas relativamente sencillas fueran la base de la vida, para un rol tan importante lucía mejor una proteína con sus muchos aminoácidos.

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Hoy sabemos que las proteínas dependen de la organización básica que adopta los nucleótidos, que son las piezas que conforman el ADN y ARN.

¿Qué es el ADN?

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un ácido nucleico que contiene toda la información genética hereditaria que sirve de “manual de instrucción” para desarrollarnos, vivir y reproducirnos.

El ADN se encuentra en el núcleo de las células, aunque una pequeña parte también se localiza en las mitocondrias, de ahí los términos ADN mitocondrial y ADN nuclear.

El ADN como ácido nucleico está compuesto por estructuras más simples, las bases nitrogenadas. Estas son 4:

· Adenina

· Guanina

· Citosina

· Timina

El orden que adoptan estas bases determinará nuestro código genético.

¿Qué función tiene el ADN?

Además de su función más evidente, la de proveer la información genética que nos determina, el ADN tiene otras funciones, por ejemplo:

Replicación

La capacidad de hacer copias de sí mismo permite que la información genética se transfiera de una célula a las células hijas y de generación en generación.

Codificación

La codificación de las proteínas adecuadas para cada célula se realiza gracias a la información que provee el ADN.

Metabolismo celular

Intervienen en el control del metabolismo celular mediante la ayuda del ARN y mediante la síntesis de proteínas y hormonas.

Mutación

Nuestra evolución como especie está determinada por la función de mutación del ADN. También la diversidad biológica responde a esta capacidad.

¿Qué es el ARN?

El ARN o ácido ribonucleico es el otro tipo de ácido nucleico que posibilita la síntesis de proteínas. Si bien el ADN contiene la información genética, el ARN es el que permite que esta sea comprendida por las células.

Está compuesto por una cadena simple, al contrario del ADN, que tiene una doble cadena.

¿Qué función tiene el ARN?

Las funciones del ARN pueden comprenderse mejor a través de la descripción de los diferentes tipos que existen. Entre los más conocidos están:

· ARNm o ARN mensajero, que transmite la información codificante del ADN sirviendo de pauta a la síntesis de proteínas.

· ARNt o ARN de transferencia, que trasporta aminoácidos para la síntesis de proteínas.

· ARNr o ARN ribosómico que, como su nombre indica, se localiza en los ribosomas y ayuda a leer los ARNm y catalizan la síntesis de proteínas.

¿En qué se diferencian el ADN y ARN?

Algunas de las diferencias entre ADN y ARN ya las hemos mencionado, por ejemplo, que el ADN es de cadena doble y el ARN de cadena simple. Otras diferencias:

· El azúcar que lo componen es diferente. En el ADN es la desoxirribosa y en el ARN la ribosa

· En las bases nitrogenadas del ARN la Timina se sustituye por Uracilo, siendo entonces Adenina, Guanina, Citosina y

· El peso molecular del ARN es menor que el del ADN

Funcionalmente el ADN y ARN también son diferentes, como pudimos observar en los apartados anteriores.

El código genético

El código genético es el conjunto de reglas que permite la traducción de una secuencia de nucleótidos del ARNm a una secuencia de aminoácidos que constituye una proteína, en todos los seres vivos, lo que demuestra que ha tenido un origen único o universal, al menos en el contexto de nuestro planeta.

El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. De ese modo, cada codón se corresponde con un aminoácido específico.

La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código genético: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN.

La traducción del mensaje genético a proteínas se puede realizar gracias a este “diccionario” llamado código genético. Aunque sólo hay 20 aminoácidos distintos que codificar, sólo se disponen de 4 bases nitrogenadas distintas para hacerlo. Por tanto, hará falta más de una base nitrogenada para codificar cada aminoácido. Si fueran dos bases nitrogenadas, codificarían 4²=16 parejas distintas de bases que codificarían 16 aminoácidos distintos. Y si fueran tres bases distintas (un triplete), codificarían, 4³=64 tripletes distintos, lo que podría servir para codificar incluso a más de los 20 aminoácidos que existen.

Debido a esto, el número de codones posibles es 64:

• 61 codones codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón deinicio, AUG, y que codifica el aminoácido metionina).
• 3 codones que no codifican ningún aminoácido, pero son señales de parada(UAA, UAG, y UGA).

Cada triplete (grupo de tres) bases de ARNm se llama codón. La secuencia de codones determina la secuencia de aminoácidos en una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específica. Los tripletes del ADN que han sido transcritos a esos codones, se llaman codógenos.

Características del código genético

El código genético tiene las siguientes características:

• Es universal. El código genético es compartido por todos los organismos conocidos, incluidos los virus y orgánulos. Así, por ejemplo, el codón UUU codifica el aminoácido fenilalanina tanto en procariotas como en eucariotas. Esto indica que el código genético ha tenido un origen único en todos los seres vivos conocidos. La palabra "universal" se refiere solamente a la vida en la Tierra, ya que no se ha comprobado la existencia de vida en otro planeta.

Aunque digamos que es universal, tiene algunas excepciones, como en las mitocondrias, protozoos y micoplasmas (un tipo de bacterias), cuyo código genético tiene alguna ligera diferencia.

• El código genético está degenerado. Quiere decir que un aminoácido está codificado por más de un codón. Por ejemplo, aunque los codones GAA y GAG especifican el ácido glutámico (redundancia), ninguno especifica otro aminoácido (no existe ambigüedad). Todos aminoácidos, salvo la metionina y el triptófano, están codificados por más de un codón (codones sinónimos).

Esto puede ser una ventaja, ya que si por error se cambia un nucleótido, puede ser que no codifique otro aminoácido distinto y se genere otra proteína.

• No presenta imperfección. No hay ambigüedad, ningún codón puede codificar más de un aminoácido, ya que si lo hiciera, sería un gran problema que un mismo gen codificase proteínas diferentes.
• Es un código sin solapamientos. Los tripletes están dispuestos de maneralineal y continua, sin que entre ellos existan espacios y sin que compartan ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5´→3´), desde el codón de iniciación, que indica el comienzo de la proteína, hasta el codón de parada que indica su final. Sin embargo, un mismo ARNm puede tener varios codones de iniciación, lo que significa que se podrían sintetizar varios polipéptidos distintos a partir del mismo ARNm.