Replicación de ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Electivo Biólogo − 4º medio
Experimento de la duplicación
semiconservativa del ADN
Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba
era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew
Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento de cultivar la bacteria Escherichia coli en un medio
que contenga un isótopo de nitrógeno pesado (15Nitrógeno) más que el isótopo común
(14Nitrógeno), para determinar el método de la REPLICACIÓN del ADN. Tres modelos de replicación
eran plausibles.
En el siguiente informe se pretenderá describir puntualmente el experimento de estos dos famosos
cientÃ-ficos siguiendo una serie de pasos para observar y analizar sus métodos de trabajo.
Desarrollo
El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado ADN, es un ácido nucleico que contiene las
instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y el funcionamiento de todos los organismos vivos
conocidos y algunos virus. El papel principal de moléculas de ADN es el de ser portador y transmisor entre
generaciones de información genética. El ADN a menudo es comparado a un manual de instrucciones, ya
que este contiene las instrucciones para construir otros componentes de las células, como moléculas de
ARN y proteÃ-na. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética se llaman genes, pero
otras secuencias de ADN tienen funciones estructurales, o están implicadas en la regulación del empleo de
esta información genética.
QuÃ-micamente, el ADN es un largo polÃ-mero de unidades simples llamadas nucleótidos, con un
armazón hecho de azúcares y grupos de fosfato unidos alternativamente entre sÃ- mediante enlaces de tipo
éster. Conectado a cada azúcar está cada uno de los cuatro tipos de moléculas llamadas bases
nitrogenadas. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena es la que codifica la
información. Esta información es leÃ-da usando el código genético, que especifica la secuencia de los
aminoácidos de las proteÃ-nas. El código es interpretado copiando los tramos de ADN en un ácido
nucleico relacionado, el ácido ribonucleico (ARN), en un proceso llamado trascripción.
Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas. Estos cromosomas se
duplican antes de que las células se dividan, en un proceso llamado replicación de ADN.
1
Reaplicación del ADN:
El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse. Esta duplicación del
material genético recibe el nombre de replicación semiconservativa debido a que las dos cadenas
complementarias del ADN parental, al separarse, sirven de molde a su vez para la sÃ-ntesis de una nueva
cadena, complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las
cadenas del ADN parental. Gracias a la complementariedad 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.
La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases
complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria
añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula
es idéntica a la molécula de ADN inicial.
La replicación empieza en puntos determinados: los orÃ-genes de replicación. Las proteÃ-nas iniciadoras
reconocen secuencias de nucleótidos especÃ-ficas en esos puntos y facilitan la fijación de otras proteÃ-nas
que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación. Un
gran número de enzimas y proteÃ-nas intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando
el llamado complejo de replicación o replisoma. Estas proteÃ-nas y enzimas son homólogas en eucariotas y
arqueas, pero difieren en bacterias.
2
Semiconservativa:
Se consideraron tres posibles modelos de replicación, de los cuales se pudo demostrar que la reaplicación
es SEMICONSERVATIVA.
− Semiconservativa (correcta). En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas
parentales.
− Conservativa. Se sintetiza una molécula totalmente nueva.
− Dispersiva. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y fragmentos de la nueva.
3
Experimento de Meselson y Sthal:
Meselson y Stahl (1957) diseñaron un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la
replicación del ADN en E. coli, es decir, la pregunta que se plantearon fue:
¿Qué modelo de replicación del ADN sigue E. coli, semiconservativo, conservativo o dispersivo?
Para contestar a esta pregunta, diseñaron un experimento donde hicieron crecer células de Escherichia
coli en presencia de Nitrógeno−15, un isótopo del nitrógeno más pesado de lo habitual (Nitrógeno−14).
En consecuencia, el isótopo se adhirió a las cadenas de ADN, haciéndolas más pesadas.
Una vez conseguido el primer objetivo, las células fueron transferidas a un medio que contenÃ-a
Nitrógeno−14, es decir, un medio más ligero, y se les dejó replicarse. El ADN fue extraÃ-do para hacer
una centrifugación en gradiente de cloruro de cesio, en donde hay más densidad en el fondo del tubo que en
la parte media del mismo.
4
En la primera generación (figura 2.b) se obtuvo una única banda de ADN con densidad intermedia. En la
segunda generación (figura 2.c) se obtuvieron dos bandas, una con densidad ligera y otra con densidad
intermedia o semihÃ-brida. En la tercera generación se obtuvieron dos bandas, una ligera (que ocupaba el
75%) y otra intermedia (que ocupaba el 25% restante).
La banda intermedia o hÃ-brida representa una molécula de ADN que contiene una cadena pesada
(parental) y otra ligera (recién sintetizada). Las cadenas ligeras representan una molécula de ADN en la
que las dos cadenas han sido sintetizadas (no estaban cuando las células se pusieron en presencia de
nitrógeno−15.
El hecho de que cada vez haya más cadenas ligeras y se mantenga el número de cadenas intermedias
demuestra que la replicación del ADN es semiconservativa. Si fuera conservativa, aparecerÃ-a siempre una
banda pesada y el resto ligeras (figuras 1.a, 1.b, 1.c) . Si fuera dispersiva sólo aparecerÃ-an bandas
hÃ-bridas de densidad intermedia en todas las generaciones.[1]
Conclusión:
El experimento de Meselson y Sthal concluyo en que la replicación del ADN es un proceso
semiconservativo
En el que cada una de las moléculas hija contiene una hebra de la molécula original y otra neoformada.
Los resultados demuestran que después de una generación, el ADN es mitad pesado (la hebra progenitora)
y mitad ligero (la hebra recién sintetizada). Esto significa que el 100% de las moléculas bicatenarias son
de densidad intermedia.Â
Después de la segunda generación, la mitad de las hebras nuevas son ligeras (con 14N−ADN del
progenitor y 14N−ADN sintetizado) y la mitad son de densidad intermedia (con 15N−ADN del progenitor y
14N−ADN de nueva sÃ-ntesis). Este resultado es el predicho por la replicación semiconservadora.
BibliografÃ-a:
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm
http://www.hiperbiologia.net/adn/adntema1.htm
5
http://www.biologia.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/nucleic_acids/06t.html
Libro: BiologÃ-a, quinta edición. (Salomón Berg MartÃ-n).
Encarta 2003.
Dibujo 1.
Ãcido desoxirribonucleico
Dibujo 2.
Reaplicación del ADN
Dibujo 3.
Experimento Meselson y Sthal
6