Ácidos nucleicos y su estructura

Un buen número de científicos se dedicaron a estudiar la
naturaleza química del material hereditario y los resultados
obtenidos permitieron esclarecer la composición química y los
procesos de regulación y expresión de los genes.
Estructura del ADN
El cuerpo de los organismos pluricelulares: Lo constituyen millones de unidades llamadas células.
Las células que forman la flora y la fauna comunes, incluidos los seres humanos se denominan
eucariotas; por el contrario, las bacterias son clasificadas como procariotas.
Los procariotas cuentan con células de estructura simple y su ADN ,portador de la información
genética, se halla inmerso en su interior.
En el caso de los eucariotas, en cambio, el ADN se encuentra en el interior del núcleo, delimitado
por una membrana y alcanza unos dos metros de longitud.
En una célula eucariota, las molécula de ADN se enrollan de una forma compleja, ayudadas por
proteínas accesorias, las histonas, que forman estructuras con aspectos de bastoncillos llamados
cromosomas.
El ADN, ácido desoxirribonucleico, y el ARN ácido
ribonucleíco, constituyen los ácidos
nucleicos, es decir macromoléculas que se
encuentran dentro de los cromosomas en el núcleo
de las células que forman el material hereditario
de todos los seres vivos.
Con fotografías del ADN el método de difracción
de rayos X, realizadas por Rosalin Franklin con los
descubrimientos de muchos investigadores y en
sus propias y brillantes interpretaciones de los
datos disponibles, Watson y Crick crearon un
modelo de la estructura del ADN.
Watson
Estos descubrieron que no se trata de un enorme polinucleótido, sino de una estructura formada
por dos cadenas. Los ácidos nucleicos están asociados a las proteínas y están formados por: Azúcar
que contiene 5 átomos de carbono Carece de oxígeno por lo que es un azúcar oxidada y recibe el
nombre de Dexosirribosa.
Bases nitrogenadas: Purinas
Adenina
Guanina
Bases nitrogenadas: Pirimidinas
Citocina
Timina
Molécula de azúcar
Cuando estos compuestos se combinan, forman los nucleótidos y muchos de ellos forman los
polinucleótidos. Estos científicos encontraron que las bases púricas no podían aparearse con las
bases pirimídinicas ni viceversa.
Evaluación:
Elabora un modelo de ADN utilizando alambre, madera, cable de colores, marcadores o colores,
goma o silicón. Lo puedes hacer utilizando un modelo para que te guíes; luego llévalo a tu profesor
para que te lo corrija. Sigue adelante con tu creatividad. Felicitaciones
Los nucleótidos son los iniciadores de la síntesis de los ácidos nucleicos y éstos son ADN y ARN
que son las bases en la cual se apoya la vida.
La molécula de ADN está formado por cuatro
nucleótidos que son Adenina,Guanina,Citocina y
Timina, las cualesse escriben con la primera
letra y en mayúscula, ejemplo
Guanina(G),Timina(T).
El ADN está formado por miles de nucleótidos
en una secuencia continu a y que se unen
mediante puentes de hidrógeno que están entre
las bases nitrogenadas.
Los nucleótidos están formados por tres componentes
esenciales: un azúcar (la pentosa), un ácidofosfórico y
una base nitrogenada.En la unión de la citosina con la
guanina intervienen tres puentes de hidrógeno y entre
la adenina y la timina intervienen dos puentes de
hidrógeno.
La molécula de ADN es lineal y está constituida por dos
hileras por lo tanto tiene la capacidad de duplicarse, es
decir, forma copias exactas de si misma; para que este
proceso ocurra, las dos bandas se desenrollan y separan;
cada una forma un molde y forma una nueva banda donde los nucleótidos se alinean siguiendo un
orden que está determinado de manera específica donde la adenina se une con la timina y la
citocina con la guanina.
Cuando los nucleótidos se ordenan, se forma la nueva banda que debe ser igual a la que le dio
origen.
Esta replicación ocurre con exactitud para que la información genética no se altere, a medida que
se va transmitiendo de generación en generación.
Es conveniente decir que la replicación no siempre es exacta ya que pueden ocurrir mutaciones que
alterarían la información genética y esto es importante para la evolución.
Autoduplicación Semiconservativa:
Los investigadores Matew, Messelson y Sthal
hicieron un experimento donde utilizaron
células cultivadas, su ADN contenía isotopos
radiactivos confirmaron que las moléculas hijas,
resultantes de la duplicación del ADN,
contienen una hebra de la doble hélice madre y
otra hebra sintetizada de nuevo durante la
duplicación, por lo tanto, ésta, es
semiconservativa, es decir que este es el
principio que permite la reproducción exacta del
código genético.En la doble hélice,las bases
nitrogenadas se halla en el interior de cada
cadena enfrentando a las bases de la cadena
complementaria.
Las dos cadenas están conectadas por puentes de hidrógeno que ligan específicamente la G con la C
y la A con la T esta complementación en el apareamiento es de suma importancia, ya que la
composición en bases de una cadena determina necesariamente la composición en bases de la otra.
El azúcar y el ácido fosfórico se encuentra en el lado externo de las cadenas, formando, por
decirlo así, la columna vertebral de la molécula.
Para demostrar esto Messelson y Sthal realizaron varios experimentos donde utilizaron isótopos
radiactivos de nitrógeno, cloruro de cesio (CsCl), y la bacteria Escherichia coli, luego de diferentes
procedimientos llegaron a la conclusión de que la molécula de ADN se duplica
semiconservativamente
La mayor parte del ADN que poseen los seres vivos se encuentran en el núcleo de las células,
específicamente en los cromosomas.
Cada cromosoma se compone de una molécula de ADN y muchas moléculas de proteínas. Los
cromosomas se distinguen unos de otros por su forma y tamaño y por las bandas características
que presentan. El conjunto de los cromosomas de una célula se llama cariotipo y el conjunto de
genes se denomina genoma.
El descubrimiento de la estructura del ADN dio origen a la genética molecular y estableció que la
información genética está contenida en la secuencia de bases nucleotídicas de este polímero.
Las Enzimas de Restricción:
En l970, H.Smith y J. Hopkins, descubren que las bacterias poseen unas enzimas que limitan la
entrada de ADN extraño al interior de la célula bacteriana y las denominaron enzimas de
restricción. Ellos determinaron que éstas cortan segmentos de las moléculas de ADN en sitios
específicos caracterizados por secuencias cortas de nucleótidos de 4 ó 6 pares.
estos cortes pueden ser rectos o sesgados; los
cortes sesgados son de gran ayuda para los
biólogos moleculares porque facilitan la
inserción de un fragmento de ADN, debido a
que dejan extremos “pegajosos” a los cuales se
une la cadena complementaria del ADN
insertado.
El uso de las enzimas de restricción ha permitido el desarrollo de un campo nuevo de mucho interés
científico.
La Ingeniería Genética, que es la que se encarga de modificar las características hereditarias de
un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético.
Para que se puedan modificar las características hereditarias de un organismo vivo, la ingeniería
genética manipula directamente el código genético contenido en el ADN.
En este proceso son importantes las enzimas de restricción, producidas por varias especies
bacterianas, éstas son capaces de reconocer una secuencia determinada de la
cadena de unidades químicas (nucleótidos) que forman la molécula de ADN, y romperla en dicha
localización, los fragmentos de ADN obtenidos se pueden unir utilizando otras enzimas llamadas
ligasas; lo que quiere decir que, las enzimas de restricción y las ligasas permiten romper y reunir
de nuevo los fragmentos de ADN.
Actualmente se conocen más de 150 enzimas de restricción, entre las cuales se pueden mencionar:
EcoRI, EcoRII, HpII, HindII, BamI.
Estas enzimas se suelen elaborar a partir del nombre científico de la bacteria donde se encuentre,
por ejemplo: Eco: Escherichia coli ; Hp: Hemophilus parainfluenzae; Hind: Hemophilus
influenzae;Bam: Bacillus amy loliquefaciens.
ADN Recombinante:
La recombinación es un proceso por el que se originan células o individuos en los que los alelos en
los que diferían sus padres están asociados de diferente manera. Por lo tanto, la recombinación es,
como la mutación, una fuente de variación genética, aunque con la recombinación no se crean nuevos
alelos, sino que se intercambian alelos entre moléculas homólogas de ADN.
El uso de las enzimas a permitido a los biólogos moleculares identificar, aislar, juntar, multiplicar, y
expresar genes específicos del ADN de un organismo, se han desarrollado técnicas que permiten
aislar un gen de la dotación total del ADN de un organismo insertado en otra molécula de ADN.
La técnica experimental básica para la formación de ADN recombinante es la clonación de genes; la
cual consiste en cuatro etapas:
A.- Aislamiento del gen de interés para el investigador: Se extrae el ADN del organismo en
estudio y se corta con una enzima de restricción específica para obtener el gen a estudiar.
B.- Construcción de moléculas de ADN recombinante: El gen en estudio se une a una molécula de
ADN de otro origen, denominada vector de clonamiento y se forma la molécula de ADN
recombinante ,los vectores utilizados son: los virus, bacterias y plásmidos.
C.- Multiplicación de las moléculas recombinantes: Las moléculas de ADN recombinante se
introducen en una célula apropiada, generalmente bacterias, donde los vectores de clonación se
multiplican replicando el gen en estudio introducido en el vector.
D.- Expresión del gen clonado: El gen clonado se extrae y se une a otra molécula de ADN
conocida como vector de expresión a los nuevos organismos obtenidos y se les llama transgénicos.
En los estudios del ADN recombinante, los principales instrumentos son las enzimas restrictivas,
las plásmidios y los virus.
Las enzimas restrictivas fueron aisladas al mismo tiempo que se descubrieron los retrovirus.
Dichas enzimas funcionan a modo de tijeras y permiten cortar el ADN en regiones precisas. El
Plásmido es un pequeño fragmento circular de ADN localizado afuera del cromosoma de las
bacterias y de algunas levaduras.
ESTRUCTURA DEL ARN
El ARN es un polímero de ribonucleótidos de uracilo,
citosina, guanina y adenina, organizado en una banda simple,
como la mitad de una escalera con la misma estructura del
ADN: los laterales están formados por los grupos fosfatos y
azúcares de los cuales parte una base nitrogenada.
Para traducir de un idioma a otro se necesitan un diccionario
y unas reglas gramaticales; igualmente, para traducir el ADN
a las proteínas se necesita una clave o código genético de
equivalencia, que se denomina Código Genético.
Bases nitrogenadas: Purinas
Adenina
Guanina
Bases nitrogenadas: Pirimidinas
Citocina
Uracilo
Molécula de azúcar: Ribosa
No todos los genes que existen en una célula se expresan todo el tiempo. A lo largo del desarrollo y
dependiendo de las necesidades celulares, una veces se expresan unos genes y otras veces otros
del cual se origina.
El gen o los genes que se van a expresar se copian primero mediante un proceso que se denomina
transcripción, y que consiste en que la secuencia de nucleótidos correspondiente al gen en cuestión
se transcribe a una molécula de ARN mensajero (ARNm), que se separa del ADN y viaja desde el
núcleo al citoplasma (si se trata de una célula eucariota). Es como si de toda la información que
existe en una norme biblioteca (el núcleo con su inmensa cantidad de ADN) y se sacara una
fotocopia de una sola página o de unas pocas páginas, de un libro.
Por lo tanto la función del ARNm es señalar la secuencia de acuerdo con la cual los aminoácidos son
incorporados del ADN a los ribosomas para dirigir la síntesis de proteína.
El ARNm posee una sola banda, es lineal complementaria a la del ADN del cual se origina.
Es metabólicamente muy activo; en la célula existen tantos ARN como genes deben ser transcrito
el mensaje escrito en nucleótidos tiene que traducirse en aminoácidos.
Este proceso se denomina traducción. El “diccionario” lo
constituyen las moléculas de ARN transferente (ARNt) que
son moléculas de estructura compleja, tan hábilmente
diseñada, que por uno de sus extremos se unen a un
aminoácido determinado, mientras que por el otro se unen a
un pedacito de tres nucleótidos determinados por el ARN
mensajero, llamado Codón.
Se encuentra en el citoplasma celular en forma libre,
funciona como aceptor de aminoácidos y es específico de
cada uno de ellos, existen en la células más de veinte tipos
de moléculas aproximadamente, constituye el 15 % del total
del ARN celular.
De este modo, por cada tres nucleótidos del
mensajero se va colocando el aminoácido que
corresponde, realizándose luego el enlace peptídico
entre los aminoácidos sucesivos y resultando
finalmente sintetizado el polipéptido
correspondiente.
El reconocimiento de los codones por las moléculas de
ARNt y la síntesis de polipéptidos se lleva a cabo en
los ribosomas, que son estructuras formadas por
ARN ribosómico (ARNr) y proteínas.
El ARN ribosomal (ARNr) es un orgánulo celular
constituido por ARN y proteínas en cantidades
iguales. La función principal es unirse a la molécula de
ARNm y leer el código genético.
Traducción de la información hereditaria: El ARNm sale del núcleo al citoplasma, se dirige a los
ribosomas donde se encuentran las proteínas. La información del ARNm es leída por la molécula de
ARNt, que contiene una secuencia de tres bases nitrogenadas llamadas tripletes, a la que
corresponde un aminoácido específico Las moléculas del ARNt adoptan una forma de hoja de
trébol, con 4 brazos y el brazo central se encuentra el anticodón, que es el triplete
complementario al triplete del ARNm que se esté leyendo.
La información que contiene el ARNm es leída en tripletes y cada uno de estos tiene su triplete
complementario de ARNt que codifica para un aminoácido específico.
Ejemplo, si el triplete del ARNm (codón) es GCA (guanina, citocina, adenina) corresponde en el
ARNt con el triplete (anticodón) CGU (citocina, guanina, uracilo este ARNt busca en citoplasma su
aminoácido específico: alanina, y así continua la lectura.