GRUPO # 3
Bases Qumicas de la HerenciaLenguaje de la Vida La doble hlice:
su naturaleza Construccin Watson y Crick de modelos de
Replicacin del ADN
IntegrantesKevin Daro Bohrquez Zuay Elvis Adn Constantine
Moreira Ingrid Frydson Andrade Nathalie Yolanda Gando Supligicha
Naomi Estefana Gavilanes Espinar Ivan Andrs Torres Briones
LA QUMICA DE LA HERENCIAHistoria
Friedrich Miescher, mdico suizo fallecido en 1895.
El ADN fue aislado por primera vez durante el invierno de 1869
por el mdico suizo Friedrich Miescher mientras trabajaba en la
Universidad de Tubinga. Miescher realizaba experimentos acerca de
la composicin qumica del pus de vendas quirrgicas desechadas cuando
not un precipitado de una sustancia desconocida que caracteriz
qumicamente ms tarde. Lo llam "nuclena", debido a que lo haba
extrado a partir de ncleos celulares Se necesitaron casi 70 aos de
investigacin para poder identificar los componentes y la estructura
de los cidos nucleicos. En 1919 Phoebus Levene identific que un
nucletido est formado por una base, un azcar y un fosfato. Levene
sugiri que el ADN formaba una estructura con forma de solenoide
(muelle) con unidades de nucletidos unidos a travs de los grupos
fosfato. En 1930 Levene y su maestro Albrecht Kossel probaron que
la nuclena de Miescher es un cido desoxirribonucleico (ADN) formado
por cuatro bases nitrogenadas (citosina (C), timina (T), adenina
(A) y guanina (G)), el azcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y
que, en su estructura bsica, el nucletido est compuesto por un
azcar unido a la base y al fosfato. Sin embargo, Levene pensaba que
la cadena era corta y que las bases se repetan en un orden fijo.
En
1937 William Astbury produjo el primer patrn de difraccin de
rayos X que mostraba que el ADN tena una estructura regular.[6]
Maclyn McCarty con Francis Crick y James D Watson. La funcin
biolgica del ADN comenz a dilucidarse en 1928, con una serie bsica
de experimentos de la gentica moderna realizados por Frederick
Griffith, quien estaba trabajando con cepas "lisas" (S) o "rugosas"
(R) de la bacteria Pneumococcus (causante de la neumona), segn la
presencia (S) o no (R) de una cpsula azucarada que es la que
confiere virulencia. La inyeccin de neumococos S vivos en ratones
produce la muerte de stos, y Griffith observ que si inyectaba
ratones con neumococos R vivos o con neumococos S muertos por
calor, los ratones no moran. Sin embargo, si inyectaba a la vez
neumococos R vivos y neumococos S muertos, los ratones moran, y en
su sangre se podan aislar neumococos S vivos. Como las bacterias
muertas no pudieron haberse multiplicado dentro del ratn, Griffith
razon que deba producirse algn tipo de cambio o transformacin de un
tipo bacteriano a otro por medio de una transferencia de alguna
sustancia activa, que denomin "principio transformante". Esta
sustancia proporcionaba la capacidad a los neumococos R de producir
una cpsula azucarada y transformarse as en virulentas. En los
siguientes 15 aos, estos experimentos iniciales fueron duplicados
mezclando distintos tipos de cepas bacterianas muertas por el calor
con otras vivas, tanto en ratones (in vivo) como en tubos de ensayo
(in vitro).[7] La bsqueda del factor transformante que era capaz de
hacer virulentas a cepas que inicialmente no lo eran continu hasta
1944, ao en el cual Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty
realizaron un experimento hoy clsico. Estos
investigadores extrajeron la fraccin activa (el factor
transformante), y mediante anlisis qumicos, enzimticos y
serolgicos, observaron que no contena protenas, ni lpidos no
ligados, ni polisacridos activos, sino que estaba constituido
principalmente por "una forma viscosa de cido desoxirribonucleico
altamente polimerizado", es decir, ADN. El ADN extrado de las cepas
bacterianas S muertas por el calor lo mezclaron "in vitro" con
cepas R vivas: el resultado fue que se formaron colonias
bacterianas S, por lo que se concluy inequvocamente que el factor o
principio transformante era el ADN.[8] A pesar de que la
identificacin del ADN como principio transformante an tard varios
aos en ser universalmente aceptada, este descubrimiento fue
decisivo en el conocimiento de la base molecular de la herencia, y
constituye el nacimiento de la gentica molecular. Finalmente, el
papel exclusivo del ADN en la heredabilidad fue confirmado en 1952
mediante los experimentos de Alfred Hershey y Martha Chase, en los
cuales comprobaron que el fago T2 transmita su informacin gentica
en su ADN, pero no en su protena[9] (vase tambin experimento de
Hershey y Chase).
En cuanto a la caracterizacin qumica de la molcula, en 1940
Chargaff realiz algunos experimentos que le sirvieron para
establecer las proporciones de las bases nitrogenadas en el ADN.
Descubri que las proporciones de purinas eran idnticas a las de
pirimidinas; la "equimolecularidad" de las bases ([A]=[T], [G]=[C])
y que la cantidad de G+C en una determinada molcula de ADN no
siempre es igual a la cantidad de A+T y puede variar desde el 36%
al 70% del contenido total.[5]
Con esta informacin y junto con los datos de difraccin de rayos
X proporcionados por Rosalind Franklin; James Watson y Francis
Crick propusieron en 1953 el modelo de la doble hlice de ADN para
representar la estructura tridimensional del polmero.[10] En una
serie de cinco artculos en el mismo nmero de Nature se public la
evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.[11]
De stos, el artculo de Franklin y Raymond Gosling fue la primera
publicacin con datos de difraccin de rayos X que apoyaba el modelo
de Watson y Crick,[12] [13] y en dicho nmero de Nature tambin
apareca un artculo sobre la estructura del ADN de Maurice Wilkins y
sus colaboradores.[14]
En 1962, despus de la muerte de Franklin, los cientficos Watson,
Crick y Wilkins recibieron conjuntamente el Premio Nobel en
Fisiologa o Medicina.[15] Sin embargo, el debate contina sobre quin
debera recibir crdito por el descubrimiento.[16
Estructura de Watson y Crick Para el estudio emplearon los rayos
X y propusieron un modelo para la estructura del ADN: este estaria
formado por dos cadenas de polinucleotidos con tendencia a girar
hacia la derecha formando una doble hlice alrededor de un eje
central.
En un giro completo de la hlice se encontraron 10 nucleotidos.
La secuencia puede ser variada pero en frente tiene que encontrarse
la parte complementaria. Durante la duplicacin del ADN se separan
las dos cadenas y cada una sirve de molde para sintetizar la
complementaria. La variacin existente en la secuencia de las cuatro
bases a lo largo de la cadena constituye la clave gentica, de ah
que debido a la gran cantidad de combinaciones que se pueden
realizar, derivan los mltiples caracteres hereditarios. Estas
cadenas pueden separarse mediante calor u otros tratamientos, al
proceso de separacin se le denomina desnaturalizacin. Mediante un
espectrofotmetro se comprob que la absorbencia de cada una de las
cadenas dobles es menor a la suma de las absorbancias de cada una
de las cadenas por separado. Se observa que al aumentar la
temperatura llega un punto en el que la absorbancia aumenta momento
en el que se separan las cadenas. esta temperatura vara de unas
especies a otras segn el tipo de ADN. Esto guarda relacin con las
bases que se presentan con cada una de las cadenas. De esta forma
la unin citosina guanina necesita mayor temperatura que la unin
adenina timina. Esta temperatura tambin est relacionada con la
relacin AT/CG, si dominan enlaces CG la temperatura ser ms alta. Si
el ADN desnaturalizado lo dejamos enfriar lentamente, las cadenas
separadas vuelven a aparearse ordenadamente formando de nuevo la
conformacin original de doble hlice, es la renaturalizacin.
Mediante estos procesos pueden formarse
molculas hbridas las cuales se forman a partir de ADN de
especies diferentes.
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 demostr que el cromosoma
eucarionte contena DNA y protenas en cantidades aproximadamente
iguales. La complejidad de las protenas llev a pensar que ellas
eran los genes. Estn constituidos por un azcar que es una pentosa,
la desoxirribosa en el caso del ADN. Otro componente de su
estructura son las bases nitrogenadas, estas pueden ser: Pricas:
Adenina y Guanina Pirimidnicas: Citosina, timina y uracilo La
composicin la finaliza el cido fosfrico. El ADN, que posee toda la
informacin gentica necesaria para el funcionamiento de una clula,
se aloja en el ncleo celular; por otra parte, la sntesis de las
diferentes protenasy enzimas (sntesis que resulta de las rdenes
recibidas desde el ADN) ocurre en el citoplasma de la clula. El ADN
(cido dioxiribonuclico) es una molcula de doble cadena que se dobla
en una hlice como una escalera en espiral. Cada cadena est
compuesta de una columna de azcar-fosfato y numerosos qumicos base
juntados en pares.
De las proporciones de estos componentes, Levene hizo dos
deducciones, una correcta y otra incorrecta: 1. Cada base
nitrogenada est unida a una molcula de azcar que, a su vez, est
unida a un grupo fosfato para formar una molcula nica, un
nucletido. Esta deduccin era correcta. 2. Dado que en todas las
muestras que l midi, las proporciones de las bases nitrogenadas
eran aproximadamente iguales, Levene concluy que las cuatro bases
nitrogenadas deban estar presentes en el cido nucleico en
cantidades iguales. Ms aun, supuso que estas molculas deban estar
agrupadas en ramilletes de cuatro, un tetranucletido. segn lo llam,
que se repeta una y otra vez, a lo largo de la molcula. Aunque esta
deduccin era incorrecta, domin el pensamiento cientfico sobre la
naturaleza del ADN por ms de una dcada. Estructura El ADN es una
molcula bicatenaria, es decir, est formada por dos cadenas
dispuestas de forma antiparalela y con las bases
nitrogenadas enfrentadas. En su estructura tridimensional, se
distinguen distintos niveles:33 34 1. Estructura primaria: o
Secuencia de nucletidos encadenados. Es en estas cadenas donde se
encuentra la informacin gentica, y dado que el esqueleto es el
mismo para todos, la diferencia de la informacin radica en la
distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta
un cdigo, que determina una informacin u otra, segn el orden de las
bases. 2. Estructura secundaria: o Es una estructura en doble
hlice. Permite explicar el almacenamiento de la informacin gentica
y el mecanismo de duplicacin del ADN. Fue postulada por Watson y
Crick, basndose en la difraccin de rayos X que haban realizado
Franklin y Wilkins, y en la equivalencia de bases de Chargaff, segn
la cual, la suma de adeninas ms guaninas es igual a la suma de
timinas ms citosinas. o Es una cadena doble, dextrgira o levgira,
segn el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la
adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la
timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas,
pues el extremo 3 de una se enfrenta al extremo 5 de la homloga. o
Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el ms abundante y
es el descubierto por Watson y Crick. 3. Estructura terciaria: o Se
refiere a cmo se almacena el ADN en un espacio reducido, para
formar los cromosomas. Vara segn se trate de organismos procariotas
o eucariotas: 2. En procariotas el ADN se pliega como una
sper-hlice, generalmente en forma circular y asociada a una pequea
cantidad de protenas. Lo mismo ocurre en orgnulos celulares como
las mitocondrias y en los cloroplastos.
3. En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de cada cromosoma
es muy grande, el empaquetamiento ha de ser ms complejo y compacto;
para ello se necesita la presencia de protenas, como las histonas y
otras protenas de naturaleza no histnica (en los espermatozoides
estas protenas son las protaminas)
La replicacin del ADN es el proceso segn el cual una molcula de
ADN de doble hlice da lugar a otras dos molculas de ADN con la
misma secuencia de bases. Cul es el objetivo de la replicacin? Las
clulas deben contener la informacin gentica necesaria que les
permita sintetizar todas las enzimas y protenas necesarias para
realizar sus funciones vitales. sta es la principal razn por la que
el ADN debe replicarse. Modelos para el mecanismo de replicacin
Matthew Meselson y Franklin W. Stahl disearon el experimento para
determinar el mtodo de la replicacin del ADN. Se consideraron tres
posibles modelos para el mecanismo de la replicacin:
Semiconservadora (modelo correcto). En cada una de las molculas
hijas se conserva una de las cadenas originales. Conservadora. Se
sintetiza una molcula totalmente nueva, copia de la original.
Dispersora o dispersante. Las cadenas hijas constan de fragmentos
de la cadena antigua y fragmentos de la nueva.
Experiencias de Meselson y Stahl Se hicieron crecer clulas de
Escherichia coli en presencia de nitrgeno-15, un istopo del
nitrgeno ms pesado. El istopo se incorpor a las cadenas de ADN que
se iban sintetizando, hacindolas ms pesadas. Una vez conseguido el
primer objetivo, las clulas fueron transferidas a un medio que
contena nitrgeno-14, es decir, un medio ms ligero, donde
continuaron su crecimiento. Se purific el ADN y se analiz mediante
una centrifugacin. En la primera generacin se obtuvo una nica banda
de ADN con densidad intermedia. En la segunda generacin se
obtuvieron dos bandas, una con densidad ligera y otra con densidad
intermedia o hbrida. En la tercera generacin se obtuvieron dos
bandas, una ligera (con una abundancia del 75%) y otra intermedia
(con el 25% restante).
La banda intermedia o hbrida representa una molcula de ADN que
contiene una cadena pesada (original) y otra ligera (recin
sintetizada). Las cadenas ligeras representan una molcula de ADN en
la que las dos cadenas han sido sintetizadas (no existan aun cuando
las clulas se pusieron en presencia de nitrgeno-15). El hecho de
que cada vez haya ms molculas ligeras y se mantenga el nmero de
molculas intermedias demuestra que la replicacin del ADN es
semiconservadora. Si fuera conservadora, aparecera siempre una
banda pesada y el resto ligeras. Si fuera dispersante slo
apareceran bandas hbridas de densidad intermedia en todas las
generaciones.
Caractersticas de la Replicacin
a. Es un proceso semiconservativo, donde cada cadena hija est
formada por una parental y otra de nueva sntesis b. Se lleva a cabo
bidireccionalmente, es decir, a partir de cada origen se sintetizan
las dos cadenas en ambos sentidos. c. Es un proceso
semidiscontinuo, pues una de las cadenas se sintetiza de forma
continua (cadena lder), mientras que la otra se sintetiza
discontinuamente; son los fragmentos de okazaki Diferencia de la
replicacin procariota de la eucariota En la clula procaritica la
replicacin parte de un nico punto y progresa en ambas direcciones
hasta completarse. En la clula eucaritica el proceso de replicacin
del ADN no empieza por los extremos de la molcula sino que parte de
varios puntos a la vez y progresa en ambas direcciones formando los
llamados ojos de replicacin.
Ojo de replicacin
Etapas de la duplicacin del ADN
La duplicacin del ADN comienza cuando simultneamente en varios
puntos la doble helice se desenrolla, al romperse los enlaces de H
entre las bases, despus nucletidos libres establecen enlaces de H
con cada filamento, segn la complementariedad de sus bases, y estos
nucletidos son ensamblados por enlaces fosfodister por las enzimas
ADN-polimerasas hasta formar una cadena nueva. 1 etapa:
desenrrollamiento y apertura de la doble hlice en el punto ori.
Primero: intervienen las helicasas que facilitan en
desenrrollamiento Segundo: actan las girasas y topoisomerasas que
eliminan la tensin generada por la torsin en el desenrollamiento.
Tercero: Actan las protenas SSBP (protenas estabilizadoras de
cadena sencilla) que se unen a las hebras molde para que no vuelva
a enrollarse. 2 etapa: sntesis de dos nuevas hebras de ADN. ADN
polimerasas sintetizan las nuevas hebras en sentido 53, ya que la
lectura se hace en el sentido 3-5. ADN polimerasas I y III, que se
encargan de la replicacin y correccin de errores. La que lleva la
mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III. ADN polimerasa
II, corrigiendo daos causados por agentes fsicos. La cadena 3-5es
leda por la ADN polimerasa III sin ningn tipo de problemas (cadena
conductora). La cadena 5-3 no puede ser leda directamente, esto se
soluciona leyendo pequeos fragmentos (fragmentos de Okazaki) que
crecen en el sentido 5-3y que ms tarde se unen. Esta es la hebra
retardada, llamada de esta forma porque su sntesis es ms lenta. 3
etapa: correccin de errores.
La enzima principal es la ADN polimerasa III, que corrige todos
los errores cometidos en la replicacin o duplicacin. Intervienen
otros enzimas como: Endonucleasas que cortan el segmento erroneo.
ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco. ADN ligasas
que unen los extremos corregidos la sntesis del ADN debe ser
iniciada con un cebador de ARN, u oligonucletido que genera un
segmento de ADN de doble cadena. ste es sintetizado por la ADN
primasa.
Bibliografa
http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/estado-del-arte/comose-encienden-y-apagan-los-genes-el-dogma-central-de-la-biologiapaso-a-paso/replicacion_del_adn.php
http://www.iespando.com/web/departamentos/biogeo/2BCH/PDFs/17
Replicacion.pdf
www.botanica.cnba.uba.ar/.../ADN-Duplicacion3ro.htm
