En 1928, el microbiólogo Fred Griffith, que investigaba
varias cepas de neumococo (Streptococcus pneumoniae),
inyectó en ratones la cepa S y la cepa R de
la bacteria. La cepa S era dañina, mientras que la rugosa
(R), no lo era ya que la cepa S se cubre a si misma con una
cápsula de polisacárido que la protege del sistema inmune
del ser que ha sido infectado, resultando en la muerte de
este, mientras que la cepa R no contiene esa cápsula
protectora es derrotada por el sistema inmunológico.
Cuando, inactiva por calor, la cepa
S era inyectada, no había secuelas y el ratón
vivía. Sorprendentemente, al combinar cepa R (no
letal), con cepa S inactivada por calor (no letal), el
ratón murió. Además, Griffith
encontró células de
cepa S vivas. En apariencia la cepa R se convirtió en cepa
S. Este hallazgo no se pudo explicar, hasta que en 1944 Avery, Mc
Leod, y Mc Carty, cultivaron cepa S y:
Produjeron extracto de lisado de células (extracto
libre de células).Luego que los lípidos, proteínas y
polisacaridos se removieron, el estreptococo aún
conservó su capacidad de replicar su ADN e
introducirlo en neumococo R.
La inactivación por calor de Griffith habría
dejado intacto el ADN de los
cromosomas de las
bacterias, que
era el causante de la formación del gen S, y podía
ser liberado por las células destruidas e implantarse en
cultivos sucesivos de cepa R.
Experimentos de Avery, MacLeod y McCarty
Avery, MacLeod y McCarty, quienes repitieron los experimentos de
transformación de Griffith y caracterizaron
químicamente el principìo transformante.
Avery, MacLeod, y McCarty demostraron que el DNA procedente de
una cepa virulenta lisa de neumococo pudo transformar una cepa
rugosa en la variedad lisa. Éste es el primer experimento
que concluye que el DNA es el material genético.
Experimentos de Chargaff
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
Experimentos de Hershey y Chase
En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron una serie de
experimentos para confirmar que es el ADN la base del material
genético (y no las proteínas), en lo que se denominó el
experimento de Hershey y Chase. Si bien la existencia del
ADN había sido conocida por los biólogos desde
1869, en aquella época se había supuesto que eran
las proteínas las que portaban la información que determina la herencia. En 1944
mediante el experimento de Avery-MacLeod-McCarty se tuvo por
primera vez algún indicio del rol que desempeña el
ADN.
Método experimental
Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2,
un virus cuya
estructura había sido recientemente investigada mediante
microscopio
electrónico. El fago consiste únicamente en una
cubierta proteica o cápside que contiene su material
genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su
membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el
cápside. Como consecuencia, el sistema genético de
la bacteria reproduce el virus.
En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el
isótopo radiactivo fósforo-32 (P-32). El ADN
contiene fósforo, a diferencia de los 20
aminoácidos que forman las proteínas. Dejaron que
los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli
y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las
células infectadas mediante una licuadora y una
centrífuga. Hallaron que el indicador radiactivo era
visible sólo en las células bacterianas, y no en
las cubiertas proteicas.
En un segundo experimento, marcaron los fagos con el
isótopo azufre-35 (S-35). Los aminoácidos
cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del
ADN. Tras la separación, se halló que el indicador
estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las
bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el
material genético lo que infecta a las bacterias.
Hershey y Chase encontraron que el S-35 queda fuera de
la
célula mientras que el P-32 se lo encontraba en el
interior, indicando que el ADN era el soporte físico del
material hereditario.
Composición
Química de los Ácidos Nucleicos
Están constituidos por un azúcar
que es una pentosa, la cual puede ser: ribosa en el caso del ARN
y la desoxirribosa en el caso del ADN. Otro componente de su
estructura son las bases nitrogenadas, estas pueden ser:
Púricas: Adenina y Guanina
Pirimidínicas: Citosina, timina y uracilo
La composición la finaliza el ácido
fosfórico. Las diferencias químicas entre el ADN y
el ARN, la pentosa es distinta, al igual que las bases
nitrogenadas, el ARN contiene uracilo y citosina mientras que el
ADN contiene timina y citosina.
Experimentos de
Franklin y Wilkins
En 1953, Rosalind Franklin y Maurice H. Wilkins utilizaron
para sus estudios una técnica física conocida como
difracción de rayos X. Esta
técnica se utiliza para obtener patrones de
difracción de cualquier molécula, los cuales son
analizados e interpretados matemáticamente, con el fin de
proponer una determinada estructura tridimensional de la
molécula estudiada. El patrón de difracción
de rayos X que obtuvieron Franklin y Wilkins les permitió
proponer que la molécula de ADN forma una doble
hélice semejante a una escalera de caracol.
El Modelo de Watson y
Crick
En 1953, Watson y Crick propusieron el modelo que
establece las bases de la molécula responsable de contener
la información genética
de todo ser vivo, una estructura tridimensional denominada
ácido desoxirribonucleico (ADN). Contribución que
celebra este año su cincuenta aniversario y que festeja
especialmente la biología
molecular.
Si bien los científicos ya habían establecido de
tiempo
atrás que la información genética
está contenida en el ADN, desconocían a ciencia cierta
su estructura molecular. De esta manera, la doble hélice
propuesta por James Watson y Francis Crick, permitió dar
respuesta a las interrogantes de la estructura y los mecanismos
de la herencia. El ADN está formado por unidades
químicas (nucleótidos) coloquialmente denominadas
A, T, G y C; estos nucleótidos se alinean y se acoplan con
otra cadena para formar la doble hélice (A se acopla con T
y G con C). La importancia del orden de los nucleótidos es
tal que determina a las proteínas, responsables de la
estructura y funcionamiento de cada célula de
un ser vivo. Cuando se separan, cada una de las cadenas sirve de
molde para la construcción de otra complementaria;
así, una molécula de ADN dividida puede generar dos
de su mismo tipo. Con esta duplicación de cadenas, la
información genética ese transmite a las siguientes
generaciones.
Cabe señalar que el modelo de la doble hélice
propuesto originalmente fue totalmente teórico. E incluso
hubo datos que no
pudieron descifrarse directamente de experimentos, y he
aquí el enorme mérito de Watson y Crick. Para
definir el modelo integraron datos dispersos y consideraron las
famosas reglas de Chargaff sobre la composición
cuantitativa de nucleótidos en los ácidos
nucleicos y construyeron un modelo compatible con los datos de
difracción de rayos X obtenidos por Rosalind Franklin. Por
ello ambos científicos son ya figuras centrales de la
disciplina que
hoy llamamos biología molecular; participaron de manera
importante en la elucidación del código
genético y han publicado diversos artículos y
libros
científicos, impactando a generaciones de biólogos
e investigadores.
A partir de la doble hélice comprendimos
fenómenos biológicos como la replicación,
transcripción, traducción y regulación de la
expresión génica.
Características del Modelo de Watson y
Crick
El modelo para la estructura tridimensional de la
molécula de DNA propuesto por Watson y Crick, se basa en
la interpretación de imágenes
obtenidas a través de difracción de rayos X por
Rosalind Franklin quien trabajaba en el laboratorio de
Maurice Wilkins (Fig. 1).
Para la interpretación de estas imágenes, Watson
y Crick contaban con la siguiente información:
Los ácidos nucleicos están formados por
nucleótidos.Un nucleótido equivale a una base + un
azúcar + un fosfato.La relación molar entre Adenina y Timina es igual a
1.0 (A/T = 1.0) y entre Guanina y Citosina es también
1.0 (G/C = 1.0). Esto había sido demostrado por Erwin
Chargaff, al analizar mediante cromatografía en capa
fina el contenido de bases de las moléculas de DNA de
diferentes organismos.
El Ácido
Ribonucleico (ARN)
El ácido ribonucleico (ARN o RNA)
es un ácido nucleico formado por una cadena de
ribonucleótidos. Está presente tanto en las
células procariotas como en las eucariotas, y es el
único material genético de ciertos virus (virus
ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el
genoma de algunos virus es de doble hebra.
En los organismos celulares, es la molécula que dirige
las etapas intermedias de la síntesis
proteica. El ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para
transferir esta información vital durante la
síntesis de proteínas (producción de las proteínas que
necesita la célula para sus actividades y su desarrollo).
Muchos tipos de ARN tienen actividad reguladora o
catalítica, mostrándose mucho más
versátiles que el ADN.
Tipos de
ARN
El ARN mensajero (ARNm) es el tipo de ARN que lleva la
información del ADN a los ribosomas, el lugar de la
síntesis de proteínas. La secuencia de
nucleótidos del ARNm determina la secuencia de
aminoácidos de la proteína. Por ello, el ARNm es
denominado ARN codificante.
No obstante, muchos ARN no codifican proteínas, y
reciben el nombre de ARN no codificantes; se originan a partir de
gens propios (genes ARN o son los intrones rechazados durante el
proceso de
splicing. Son ARN no codificantes el ARN de
transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr) que son
elementos fundamentales en el proceso de traducción, y
diversos tipos de ARN reguladores.
Ciertos ARN, denominados ribozimas, son capaces de catalizar
reacciones
químicas como cortar y unir otras moléculas de
ARN, o formar enlaces paptídicos entre aminoácidos
en el ribosoma durante la síntesis de
proteínas.
ARN implicados en la síntesis de
proteínas
ARN mensajero. El ARN mensajero (ARNm o RNAm) lleva
la información sobre la secuencia de
aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar
en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que
se sintetizan las proteínas de la célula. Es,
por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y
la proteína y el apelativo de "menasajero" es del todo
descriptivo. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el
nucleoplasma del núcleo celular y accede al citosol,
donde se hallan los ribosomas, a través de los pors de
la envoltura nuclear.ARN de transferencia. Los ARN de transferencia
(ARNt o tRNA) son cortos polímeros de unos 80
nucleótidos que transfiere un aminoácido
específico al polipéptido en crecimiento; se
unen a lugares específicos del ribosoma durante la
traducción. Tienen un sitio específico para la
fijación del aminoácido (extremo 3') y un
anticodón formado por un triplete de
nucleótidos que se une al codón complementario
del ARNm mediante puentes de hidrógeno.ARN ribosómico. El ARN ribosómico
(ARNr o RNAr) se halla combinado con proteínas para
formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los
mismos. En procariotas, las subunidad mayor del ribosoma
contiene dos moléculas de ARNr y la subunidad menor,
una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres
moléculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos,
sobre el armazón constituido por los ARNr se asocian
proteínas específicas. El ARNr es muy abundante
y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las
células eucariotas. Los ARN ribosómicos son el
componente catalítico de los ribosomas; se encargan de
crear los enlaces peptídicos entre los
aminoácidos del polipéptido en formación
durante la síntesis de proteínas;
actúan, pues, como ribozimas.
ARN reguladores
Muchos tipos de ARN regulan la expresión génica
gracias a que son complementarios de regiones específicas
del ARNm o de genes del ADN.
ARN de interferencia. Los ARN interferentes (ARNi o
iRNA) son moléculas de ARN que suprimen la
expresión de genes específicos mediante
mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o
interferencia por ARN. Los ARN interferentes son
moléculas pequeñas (de 20 a 25
nucléotidos) que se generan por fragmentación
de precursores más largos. Se pueden clasificar en
tres grandes grupos:
Micro ARN. Los micro ARN (ARNmi) son cadenas cortas de 21
ó 22 nucleótidos hallados en células
eucariotas que se generan a partir de precursores
específicos codificados en el genoma. Al
transcribirse, se pliegan en horquillas intramoleculares y
luego se unen a enzimas formando un complejo efector que
puede bloquear la traducción del ARNm o acelerar su
degradación comenzando por la eliminación
enzimática de la cola poli A.ARN interferente pequeño. Los ARN interferentes
pequeño (ARNip o siARN), formados por 20-25
nucleótidos, se producen con frecuencia por rotura de
ARN virales, pero pueden ser también de origen
endógeno. Tras la transcripción se ensambla en
un complejo proteico denominado RISC (RNA-induced
silencing complex) que identifica el ARNm complementario
que es cortado en dos mitades que son degradadas por la
maquinaria celular, bloquean así la expresión
del gen.ARN asociados a Piwi. Los ARN asociados a Piwi son cadenas
de 29-30 nucleótidos, propias de animales; se generan
a partir de precursores largos monocatenarios, en un proceso
que es independiente de Drosha y Dicer. Estos ARN
pequeños se asocian con una subfamilia de las
proteínas "Argonauta" denominada proteínas
Piwi. Son activos las células de la línea
germinal; se cree que son un sistema defensivo contra los
transposones y que juegan algún papel en la
gametogénesis.
ARN antisentido. Un ARN antisentido es la hebra
complementaria (no codificadora) de un hebra ARNm
(codificadora). La mayoría inhiben genes, pero unos
pocos activan la transcripción. El ARN antisentido se
aparea con su ARNm complementario formande una
molécula de doble hebra que no puede traducirse y es
degradada enzimáticamente. La introducción de
un transgen codificante para un ARNm antisentido es una
técnica usada para bloquear la expresión de un
gen de interés. Un mARN antisentido marcado
radioactivamente puede usarse para mostrar el nivel de
transcripción de genes en varios tipos de
células. Algunos tipos estructurales antisentidos son
experimentales, ya que se usan como terapia antisentido.ARN largo no codificante. Muchos ARN largos no
codificantes (ARNnc largo o long ncARN) regulan la
expresión génica en eucariotas; uno de ellos es
el Xist que recubre uno de los dos cromosomas X en las
hembars de los mamíferos inactivándolo
(corpúsculo de Barr).Riboswitch. Un riboswitch es una región del
ARNm al cual pueden unirse pequeñas moléculas
señalizadoras que afectan la actividad del gen. Por
tanto, un ARNm que contenga un riboswitch está
directamente implicado en la regulación de su propia
actividad que depende de la presencia o ausencia de la
molécula señalizadora. Tales riboswitchs se
hallan en la región no traducida 5' (5'-UTR), situada
antes del codón de inicio (AUG), y/o en la
región no traducida 3' (3'-UTR), también
llamada secuancia de arrastre, situada entre el codón
de terminación (UAG, UAA o UGA) y la cola poli A.
ADN no
Nuclear
El ADN no está confinado exclusivamente a los
cromosomas, ya que se ha encontrado en las mitocondrias
(células eucariotas animales), en los
cloroplastos (células eucariotas vegetales), en los
plásmidos (células procariotas) y en los virus.
El ADN de las
Mitocondrias y de los Cloroplastos
Las mitocondrias y los cloroplastos son orgánulos
celulares autónomos, ambos poseen ADN que es capaz de
replicarse, transcribirse y traducirse independientemente del
nuclear. A la vista de este hecho, podríamos pensar, si
esos genes contenidos en el cromosoma de mitocondrias y
cloroplastos, tuvieran o no influencia en el fenotipo de un
individuo. De
ser así, su herencia no sería de tipo mendeliana.
Los genes nucleares segregan en meiosis, pero
los genes de estos orgánulos segregaran en mitosis,
cuando se produce la distribución al azar de los
orgánulos celulares. En la fecundación la aportación
citoplásmica del gameto masculino es muy pequeña,
sí no nula, por lo tanto hemos de pensar que los
individuos reciben sólo aportación de mitocondrias
y cloroplastos vía materna, es decir sólo recibe
los genes extranucleares de la madre.
Los
Plásmidos
Los plásmidos (también llamados
plasmidios) son moléculas de ADN extracromosómico
circular o lineal que se replican y transcriben independientes
del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en
bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como
las levaduras. Su tamaño varía desde 1 a 250 kb. El
número de plásmidos puede variar, dependiendo de su
tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por
célula. El término plásmido fue
presentado por primera vez por el biólogo molecular
norteamericano Joshua Lederberg en 1952.
Los Virus
Un virus es una entidad biológica que para
replicarse necesita de una célula huésped. Cada
partícula de virus o virión es un agente
potencialmente patógeno compuesto por una cápside
(o cápsida) de proteínas que envuelve al
ácido nucléico, que puede ser ADN o ARN. La forma
de la cápside puede ser sencilla, típicamente de
tipo helicoidal o icosaédrica (poliédrica o casi
esférica), o compuesta, típicamente comprendiendo
una cabeza y una cola. Esta estructura puede, a su vez, estar
rodeada por la envoltura vírica, una capa lipídica
con diferentes proteínas, dependiendo del virus.
Conclusión
El DNA fue aislado por primera vez en 1869 por Friedrich
Miescher. Luego se aislaron los distintos tipos de bases
nitrogenadas que conforman el DNA y se demostró que el
cromosoma eucarionte contenía DNA y proteínas en
cantidades aproximadamente iguales. La complejidad de las
proteínas llevó a pensar que ellas eran los
genes.
El ADN, es la molécula capaz de almacenar, hacer que se
exprese e incluso transmitir la información
genética de unas células y de unos individuos a
otros.
Ácido Desoxirribonucleico (ADN) es la base química de la
herencia y está organizada en genes, unidades
fundamentales de la información genética.
Naturaleza química del ADN. Corresponde a dos cadenas
antiparalelas de nucleótidos unidos por grupos fosfato,
con sus bases apareadas hacia adentro y enrolladas alrededor de
un eje imaginario central constituyendo una doble hélice.
Posee como pentosa la desoxirribosa, que se une por el grupo fosfato
formando el esqueleto de la cadena. Hacia adentro se ubican las
bases nitrogenadas que se aparean mediante la formación de
puentes de hidrógeno. Siempre se aparea una base
nitrogenada purina con una pirimídica => A = T; C = G,
por lo tanto la secuencia de ambas cadenas es complementaria.
Bibliografía
Proverbio, Fulgencio. Marín, Reinaldo.
"Biología 9º". Ediciones Santillana, 2002Flores, Julia. "Biología 9º". Ediciones
Santillana, 1997Internet. Wikipedia, Enciclopedia Libre.
Autor:
Karelys Puentes
Yelis Colmenares
Fredthirsay Vargas
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular
Para la Educación
Unidad Educativa Colegio "Monseñor Chacón"
La Azulita, Edo. Mérida
Profesora: Lic. María Torres
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