INDICE TITULOS PAGINAS Introducción 3 Objetivos

INDICE
TITULOS PAGINAS
Introducción 3
Objetivos
Preguntas:
• Investigar la composición química de los ácidos nucleicos. 4 y 5
• Explique los tipos de ácidos nucleicos.
Y realice una comparación entre ellos. 6 −7
3) Compare ácidos nucleicos de células eucarióticas y procarióticas. 7
4) Explique experimentos sobre la importancia del ADN. 8−11
5) Esquematice y explique la duplicación del ADN y su control. 11−17
6) ¿ Que es el código genético?. Explique y dibuje el proceso de 17−22
síntesis de proteínas .
7) Explique las consecuencias a nivel de célula y organismo la 23−25
alteración e el código genético .
8) Analice y responda pág. 24 del libro santillana biología plan
electivo III Y IV medio. 26 −29
Conclusión 30
Bibliografía 31
INTRODUCCIÓN
Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de suma importancia biológica, ya que todos los
organismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico
(ARN). Sin embargo; algunos virus sólo contienen ARN, mientras que otros sólo poseen ADN.
Se les denomina así porque fueron aislados por primera vez del núcleo de células vivas. No obstante, ciertos
ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular.
Sin duda alguna, los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales de los seres vivos, y se cree que
aparecieron hace unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida más
elementales. Y los investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas moléculas
es muy cercano al tiempo del origen de vida en la Tierra. Por ello, es que gracias al arduo trabajo realizado
1
por los científicos, han conseguido descifrarlo, es decir, determinar la forma en que la secuencia de los ácidos
nucleicos dicta la estructura de las proteínas. Determinando así que, tanto la molécula de ARN como la
molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Y que la secuencia de estas moléculas a lo largo
de la cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula
cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia.
Por tanto, se han identificado al menos dos funciones fundamentales de los ácidos nucleicos: transmitir las
características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas.
El modo en que los ácidos nucleicos realizan estas funciones es el objetivo de algunas de las más
prometedoras e intensas investigaciones actuales.
OBJETIVOS
• Identificar e investigar la composición química de los ácidos nucleicos.
• Recocer e identificar los tipos de ácidos nucleicos y conocer las principales diferencias existentes
entre estas moléculas.
• Conocer las principales funciones de los ácidos nucleicos y su importancia en organismos eucariotes y
procariotes haciendo énfasis en las diferencias entre los ácidos nucleicos de ambos organismos.
• Conocer como se efectúa, y la importancia del proceso de replicación o duplicación de uno de los
ácidos nucleicos, el ADN.
• Reconocer y comprender la importancia del código genético y la síntesis de proteínas. Además de
conocer la o las relaciones entre este proceso (síntesis de proteínas) y el código genético.
• Comprender las consecuencias que tendrían las alteraciones del código genético a causa de las
diversas enfermedades que lo puedan afectar.
1)
Los ácidos nucleicos están formados por un azúcar (pentosa), bases nitrogenadas (purinas o pirimidinas) y
ácido fosfórico.
La hidrólisis completa de ADN ( o ARN) da:
• Pentosa −desoxirribosa (ribosa).
• Bases Nitrogenadas: Purinas : Adenina y Guanina.
Pirimidinas: Citosina y Timina (Uracilo)
• Ácido Fosfórico H3PO4
2
Una molécula de ácido nucleico es un polímero lineal en el cual los monómeros (nucleótidos) están unidos
por medio de puentes o uniones fosfodiéster. Estos puentes unen el carbono 3´ en la pentosa de un nucleótido
al carbono 5´ en la pentosa del nucleótido adyacente.
En consecuencia, el eje de ácido nucleico está formado por fosfatos y pentosas alternados. Las bases
nitrogenadas están unidas a los azúcares de este eje.
El ácido fosfórico utiliza dos de sus tres grupos ácidos en las uniones 3´, 5´− diéster. El grupo restante
confiere al poli nucleótido sus propiedades ácidas y permite que la molécula forme uniones iónicas con
proteínas básicas. Éste grupo ácido libre hace también que los ácidos nucleicos sean intensamente basófilos,
es decir, que se colorean fácilmente con colorantes básicos.
Una hidrólisis moderada fragmenta el ácido nucleico en los nucleótidos que se forman por la unión covalente
de un fosfato y una base heterocíclica a la pentosa.
3
Las pentosas son de dos tipos: Ribosa en el ARN, y desoxirribosa en el ADN. La única diferencia entre estos
dos azúcares es que la desoxirribosa tiene un átomo menos de oxígeno.
Las bases nitrogenadas que se encuentran en los ácidos nucleicos son anillos heterocíclicos compuestos
además de carbono e hidrógeno por nitrógeno. Son de dos tipos fundamentales: las bases Purinas (por ser
derivadas de la purina, de dos anillos heterocíclicos) y las bases Pirimidinas (por ser derivadas de la
pirimidina de un solo anillo).
Dichas bases son cinco, pero en realidad solamente cuatro aparecen en el ADN. Las bases purinas presentes
son: la adenina y guanina. Y las bases pirimidinas son: la citosina y la timina (el uracilo es característico del
ARN).
Sin embargo, es útil recordar que existen dos diferencias fundamentales entre el ADN y ARN: el ADN tiene
una desoxirribosa y el ARN una ribosa. También el ADN contiene timina y el ARN uracilo. La diferencia de
las bases pirimidicas hizo posible que los investigadores en biología celular usaran timidina radiactiva como
marcador específico del ADN, y uridina radiactiva para el ARN.
Dichas bases se hallan unidas a un monosacárido simple, la desoxirribosa (una pentosa que se diferencia de la
ribosa por la ausencia de un grupo oxidrilo). Se une a la base por medio de su carbono 1 (el primero del ciclo),
correlacionándose con una de las moléculas de Nitrógeno de la base. La unión del azúcar y la base forma lo
que denominamos nucleósido (Ej: Desoxiadenosína,).
A la pentosa y por medio de su carbono 5 (el último del ciclo) se une un grupo fosfato, por enlace covalente
constituyendo el nucleótido, junto al azúcar y la base.
Si bien para la constitución del ADN se unifica a un solo grupo fosfato, existen en las células una serie de
nucleótidos de singular importancia en el metabolismo celular. Estos producen enlaces muy ricos de energía y
los di− y tri− nucleótidos como el adenosin−tri−fosfato (ATP) son los encargados de muchos procesos
metabólicos.
POLINUCLEÓTIDO
2) Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ARN y el ADN
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Ácido desoxirribonucleico o ADN: fue descubierto por el químico suizo Friedrick Miescher en 1868. Sin
embargo, esta macromolécula no logró identificarse químicamente hasta muchos años más tarde, en la década
del 50. Hoy sabemos que el ADN está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos, cuya
secuencia actúa como un alfabeto molecular almacenando toda la información genética del individuo.
En las células procariontes hay una sola molécula de ADN, que suele adoptar la forma de un circulo cerrado.
En las células eucariontes, en cambio, hay varias moléculas diferentes, con una longitud mucho mayor que la
del ADN procariótico. Por esta razón, el ADN eucariótico se organiza de una manera más compleja, para que
pueda ser contenido en el interior del núcleo celular.
Durante mucho tiempo se hicieron investigaciones para entender cómo estaba estructurado el esqueleto de la
molécula de ADN: aunque se conocía la composición química de sus unidades básicas, no se comprendía
cómo se organizaban en esta importante macromolécula. Estudios bioquímicos mostraron que los nucleótidos
se unían a través de un enlace llamado fosfodiester. En este enlace participa un grupo OH (hidroxilo) del
carbono número tres de la desoxirribosa, con el hidroxilo del carbono cinco de la desoxirribosa del nucleótido
siguiente, actuando el fosfato como puente entre ellas.
Sin embargo, solo en 1953 se logró conocer el modelo del ADN. Ese año, James Watson y Francis Crick,
dedujeron la estructura tridimensional de la molécula de ADN conocida como ADN−B.
La investigación con respecto a la estructura del ADN continuó, gracias al trabajo de numerosos
investigadores, entre los que destaca Richard Dickerson, quien demostró que el ADN es una molécula
dinámica, que puede adoptar diversas formas. Así, se reconoció la existencia de otras dos ordenaciones
tridimensionales, conocidas como ADN−A y ADN−Z las cuales tienen algunas diferencias con el ADN−B
son más anchas y al forma Z más angosta que la B. Finalmente el ADN−Z se enrolla hacia la izquierda,
mientras que las formas A y B lo hacen hacia la derecha.
El ADN es por lo común el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las células
eucariónticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos. En los procariontes
forma el nucloide (que a diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas, es desnudo) y en los virus
(DNA virus) que lo poseen constituyen el virión o elemento infestante.
Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha (ß−ADN,dextrogiro) que es la forma
más estable y ocasionalmente posee giro ha la izquierda (z−ADN,levógiro)
Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %). Existen
diferentes tipos que los podemos dividir en:
−ADN de copia única (el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares de
nucleótidos longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes.
−ADN repetitivo (20 %) son unidades de aproximadamente 300 pares de nucleótidos que se repiten en el
genoma unas 105 veces(Unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de copia única.
−ADN satélite (altamente repetitivo: 28 %)son unidades cortas de pares de nucleótidos que se repiten en el
genomio. Son característicos en cada especie y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen la
heterocromatina y no se le conoce función.
Los porcentajes indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones serían las mismas en otras especies.
Ácido ribonucleico o ARN: esta macromolécula representa alrededor del 7% del peso de una célula. Esta
constituida por largas cadenas de ribonucleotidos, unidos por enlaces fosfodiester.
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El ADN y el ARN tienen diferencias. Por ejemplo, la pentosa del ARN es la ribosa; en el ADN es la
desoxirribosa. Este hecho determina que el ADN sea resistente al tratamiento con bases fuertes (álcalis), a
diferencia del ARN que se degrada por la acción de estas sustancias. Otra diferencia es que el ARN es una
monohebra y no una cadena doble, como ocurre en el ADN. Finalmente, el ADN incluye las bases
nitrogenada A,G,C y T; en el ARN, en cambio, la timina es remplazada por el uracilo.
Hay al menos tres tipos de ARN:
• ARN mensajero: ácido nucleico que contiene la información para dirigir la síntesis de una o más proteínas
específicas. La información se encuentra contenida en grupos de tres nucleótidos llamados codones, los
cuales determinan el aminoácido que debe incorporarse en la proteína que se va a sintetizar. El nombre
mensajero deriva de su papel el intermediario: actúa como vehículo de transporte de información genética
entre el ADN y las proteínas.
• ARN de transferencia: son moléculas relativamente pequeñas que intervienen en la síntesis de proteínas,
complementando la función del ARN mensajero. Contienen entre 75 y 90 nucleóditos dispuestos en forma
de trébol. Cada ARN tiene una secuencia de tres nucleóditos llamada anticodón. La cual resulta clave para
la síntesis de proteínas.
• ARN ribosomal: es el ARN más abundante en las células; desempeña una función estructural como
componente de un importante complejo supramolecular llamado ribosoma. Los ribosomas, formados por
proteínas y ARN ribosomal y participan activamente en la lectura de la molécula de ARN mensajero para
sintetizar las proteínas contenidas en la secuencia de codones del ARN mensajero.
3)
La similitud más señalada entre ácidos nucleicos procariontes y eucariontes, es que comparten sólo las
estructuras: primarias y secundarias. Y discrepan totalmente en su estructura terciaria, la cual es la forma en
que se almacena el ADN en un volumen reducido.
En el caso de las bacterias (células procariontes), contienen sólo una molécula bicatenaria (doble hélice)
circular cerrada, no asociada a proteínas, por tanto se le denomina ADN desnudo. A pesar de no poseer
proteínas asociadas, sólo tienen proteínas que controlan la transcripción y replicación. Para empaquetarse se
pliegan como una superhélice, que consiste en plegamiento de la doble hélice, algo así como un trenzamiento.
Este cromosoma no se encuentra separado por ninguna membrana, así que no presenta un núcleo verdadero u
organizado, sino sólo una zona nuclear o nucleoide, dispersa en el citoplasma. El cromosoma procarionte
generalmente está conectado al mesosoma.
No obstante, muchas bacterias poseen también, pequeñas moléculas de ADN circulares llamados plásmidos,
que llevan información genética, pero, la mayoría de las veces, no resultan esenciales en la reproducción.
Por su parte en las células eucariontes, las moléculas de ADN se encuentran asociadas a proteínas, las cuales
están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Estos tipos de proteínas
pueden ser de dos tipos: histonas y proteínas cromosómicas (no histónicas).
El material genético de ésta célula a diferencia de la procariótica se encuentra delimitado por un núcleo.
En conclusión, los ácidos nucleicos son la base química de la herencia en cualquier tipo de célula,
encontrándose al interior de cada cromosoma, siendo una molécula única, muy larga y enrrollada que contiene
secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las
moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
4)
6
Hasta Dónde Hemos Llegado
Según la perspectiva histórica, el Lupus de la piel, Lupus Discoide fue denominado en 184O. A fines del siglo
XIX se describió el Lupus Sistémico en aquellos pacientes que tenían complicaciones en otros órganos
diferentes de la piel.
La célula LE, primera evidencia de la presencia de autoanticuerpos en el Lupus fue hecha en 1948, y la
primera observación de anticuerpos contra el DNA ocurrió en 1957. Sólo en 1965 los investigadores
descubrieron la presencia de inmunocomplejos formados por DNA y anti DNA, que fue tan importante en
nuestro conocimiento de los mecanismos de daño tisular en el Lupus.
Hoy en día se entiende la importancia de las células T y las células B en el sistema inmunológico. Estas
células fueron identificadas por primera vez como subclases de linfocitos o células blancas en 1969. El
descubrimiento de las células reguladoras supresoras y de ayuda en el sistema inmunológico, así como el
conocimiento de que estas células funcionan mediante la secreción de ciertos factores solubles, ha sido
adquirido más recientemente, en la década del setenta. Al mismo tiempo los investigadores comenzaron a
considerar que los pacientes con Lupus tienen un problema en la regulación inmunológica, hecho verificado
muy recientemente.
En resumen, la historia documentada de la biología tiene más de cuatro mil años. Lo que se sabe del Lupus se
ha aprendido en los últimos cuarenta años y la mayor parte de ello, en los últimos quince años.
En nuestros días, un nuevo campo llamado psiconeuroinmunología parece estar abriéndose rápidamente. Los
científicos en el campo de la medicina están examinando las interacciones del sistema inmulógico, del aparato
endocrino y el sistema nervioso.
Sus estudios nos dan a conocer conceptos tales como la importancia de la disposición de ánimo del paciente
en varias enfermedades. Se sabe hoy en día que existen conexiones nerviosas directas entre el cerebro, el timo
y el bazo. Estudios recientes en individuos afligidos indican que la tensión de la pena afecta la reacción del
sistema inmunológico. Y en experimentos con animales, lesiones en ciertas partes del cerebro también tienen
un efecto notable en dicho sistema.
También se ha descubierto que por lo menos algunos linfocitos tienen receptores para un número de
substancias químicas, que tanto el cerebro como el sistema endocrino usan como medios de comunicación,
tales como estrógenos, adrenalina y endorfinas. Investigadores han demostrado que la predisposición
psicológica, en experimentos con animales, provoca ya sea omisión o aumento en las reacciones
inmunológicas, de acuerdo con las circunstancias.
Estos avances mantienen la promesa de que rápidamente nos estamos acercando al entendimiento de cómo los
factores psicológicos y las hormonas influyen en las enfermedades como el Lupus.
PRÁCTICA VIA: SERVIDORES Y PROGRAMAS PARA ANÁLISIS DE DNA−CHIPS
Ya te han hablado de las enormes posibilidades que ofrece la tecnología de los DNA−chips y
DNA−microarrays (DNA−arrays, en general) pero... si tuvieses que montar todo lo necesario para realizarlos
en un laboratorio, ¿por donde empezarías? ¿Cómo podrías saber que hardware y que software se encuentra
disponible? La respuesta mas inmediata a estas cuestiones se encuentra en Internet; dado que esta técnica ha
surgido en pleno auge de La Red, la gran mayoría de los centros que llevan a cabo experimentos de este tipo
hacen públicos sus resultados a través de ella.
Aunque el número de estudios basados en DNA−arrays empieza a ser considerable, los centros de
7
investigación capaces de realizarlos son todavía poco numerosos. Esto es debido a que hoy en día, es muy
caro contar con todo el equipamiento necesario para llevar a cabo este tipo de experimentos y a que escasea el
personal especializado. Ante este panorama, unas pocas empresas comercializan DNA−arrays ya fabricados o
bien, los elaboran a medida para laboratorios con requerimientos muy concretos. Así, es posible comprar
chips o membranas tapizadas de genes humanos de distintos tejidos, e incluso con el genoma completo de
Saccharomices cerevisiae, listas para ser hibridadas.
EMBRIOLOGÍA
Seguramente, si al pasear con el coche por el campo se cruzase con un grupo de ovejas clónicas −o sea,
exactamente iguales genéticamente− pastando en una montaña no se daría ni cuenta. Otra cosa muy distinta
sería, por ejemplo, entrar a un vagón de metro y encontrarse consigo mismo, con su alter ego, una persona
exactamente igual que usted. Una y otras situaciones son posibles, en teoría, desde el momento en el que el
equipo de científicos del Instituto Roslin de Edimburgo presentó oficialmente el pasado sábado en sociedad a
la primera oveja clónica obtenida por trasplante nuclear desde un animal adulto de seis años de edad. Todo el
mundo la conoce ya. La foto de la oveja Dolly ha dado la vuelta al mundo y ha estado apareciendo en todos
los rotativos desde hace días. Dolly nació el pasado mes de julio, pero sus creadores, los que la fabricaron en
el laboratorio, han sabido mantenerla en secreto hasta el sábado pasado, justo el tiempo necesario para
patentar el revolucionario descubrimiento. El animal es, o parece ser, absolutamente normal en todo salvo en
la forma en la que fue concebido. Esta es la primera vez que se logra clonar un animal adulto, lo cual va a
suponer sin duda una revolución en la biomedicina. El éxito de este experimento científico tiene una
dimensión tal y ha sido tan inesperado, incluso para la comunidad científica, que algunos expertos empiezan a
pensar que en un futuro no muy lejano quizá se debería cambiar el nombre que designa a un grupo de ovejas
(rebaño) por el de clon. El éxito del equipo británico, liderado por el doctor Ian Wilmut significa un paso de
gigante para la Ciencia. Y hay quien cree que cuando se escriban los libros de historia en el futuro, se hablará
de la segunda mitad del siglo XX como la etapa en la que se logró la clonación de animales, del mismo modo
que ahora se conoce a la mitad del siglo XIX por la Revolución Industrial.
El logro de los científicos con la oveja Dolly que se publica hoy en Nature nada tiene que ver con los intentos
de clonar animales realizados hasta ahora: el equipo de Wilmut ha reemplazado el material genético del óvulo
de una oveja por el DNA de otro animal adulto y, de esta manera, se ha logrado crear una oveja −Dolly− que
es un clon de un adulto. Los experimentos anteriores para clonar animales adultos se habían limitado a dividir
los embriones en un estadio inicial, poco después de que el óvulo es fecundado por el espermatozoide. Por eso
se cree que Wilmut es el primero que ha creado un clon utilizando el DNA de un adulto. Y es que, hasta
ahora, los científicos creían que una vez que las células se habían diferenciado hasta convertirse en células de
un ojo, o de la piel o, en el caso del experimento de Wilmut, del tejido mamario− su DNA ya no serviría para
formar otro organismo desde cero. Ahora, mirando hacia atrás con perspectiva, parece que la técnica de
Wilkin es sencilla, pero a nadie se le había ocurrido. Sin embargo, para entender el proceso, su importancia y
las diferencias con las técnicas anteriores, bien merece la pena repasar los pasos que han recorrido los
investigadores a lo largo de la historia en su intento de clonar animales.
La historia de la clonación
La palabra clon ha ido adquiriendo nuevos usos con el tiempo. Al principio se utilizaba para designar una
población de células u organismos obtenida por reproducción vegetativa (asexual) de una sola célula u
organismo, de modo que todos los miembros de un clon tienen la misma constitución genética. Más tarde,
cuando la ingeniería genética permitió multiplicar un gen o un fragmento de DNA en las bacterias, se extendió
el término a la clonación de genes. Pero, con los animales superiores, la idea de la clonación se hacía difícil ya
que no se pueden reproducir asexualmente. Así, para clonarlos hay que eliminar quirúrgicamente el núcleo de
una célula fecundada (cigoto) y sustituirla por el núcleo entero de otro animal. Los primeros experimentos de
este tipo se hicieron con anfibios. Se eligieron los óvulos de rana porque esta célula es grande, sencilla de
obtener y bastante fácil de manipular. Finalmente, estos estudios obtuvieron un éxito relativo y se lograron
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crear ranas clónicas, exactas unas a las otras, con la misma dotación genética. Para ello se cogieron unos
óvulos de rana y se les quitó el núcleo. Y, por otro lado, se extrajo el núcleo de células embrionarias todavía
totipotentes (es decir, que estaban en un estadio del desarrollo inicial desde el que podían derivar a cualquier
tipo de célula).
El núcleo de las células embrionarias se introdujo en los óvulos enucleados (sin núcleo). O, dicho de otra
forma, se trasplantó el núcleo de las células de una rana al óvulo sin núcleo de otra rana, y, como resultado, se
desarrollaron ranas adultas. Sin embargo, cuando se intentó el mismo experimento con núcleos extraídos de
fases más evolucionadas −renacuajos o ranas adultas− el experimento falló y los embriones resultantes no
llegaron a vivir mucho tiempo. Este estudio sirvió para descubrir que algo debía ocurrir con los núcleos de las
células donantes más desarrolladas que los hacía incompatibles con el citoplasma en el que eran implantados.
El nuevo núcleo era incapaz de sustituir al de la célula embrionaria. Ese algo −la función del núcleo que lleva
el material genético con las órdenes pertinentes para estructurar el desarrollo de un ser vivo, (para hacer, por
ejemplo, que la cabeza crezca en una parte y sólo ahí)− ha sido un gran misterio para la ciencia desde que el
doctor Spemann se lo planteó por primera vez, hace 60 años: ¿Son los núcleos celulares equivalentes? ¿Es el
genoma continuo durante el desarrollo? O, dicho de otra forma, ¿es viable un animal si se cambia un núcleo
de un animal por el núcleo del óvulo de otro? ¿Se pueden clonar seres adultos? En 1952 se logró el primer
éxito al clonar las ranas, pero quedaba pendiente la duda de si sería posible dar el mismo paso con animales
superiores, con mamíferos, y, sobre todo, si sería posible implantar el núcleo de un animal adulto en un óvulo
enucleado.
Así que, los científicos se pusieron manos a la obra y lo intentaron con ratones. Corrían los años 80. Pero el
fracaso fue rotundo. Se siguió exactamente el mismo protocolo, pero los ratones se desarrollaban con
múltiples malformaciones y no pasaban de embriones. Sin embargo, después de esos intentos fallidos, otros
experimentos con otro tipo de mamíferos −vacas y ovejas− han resultado más esperanzadores. Esa es
precisamente la tarea que ha ocupado la vida de los investigadores escoceses del Instituto de Edimburgo,
creadores de Dolly, desde hace décadas. El primer mamífero que se logró clonar fue una oveja. Los núcleos
donantes, en este caso, provenían de un estado inicial del desarrollo del embrión (cuando la mórula, que así se
llama a esta fase, tenía sólo unas 8−16 células). También fue Wilmut y su equipo del Instituto de Edimburgo
el que logró clonar la primera oveja. El artículo salió en Nature el año pasado. Pero, Wilmut y sus
colaboradores han guardado un as en la manga desde el pasado julio: el estudio del Nature de hoy muestra por
primera vez que se pueden obtener animales clónicos con el mismo procedimiento que hasta ahora pero a
partir de núcleos de embriones más maduros. Y, lo más importante, es que una de las ovejas producidas por su
experimento −la estrella, Dolly− procede de una línea celular que cogió su fuente de material genético a partir
de las células de la glándula mamaria de una oveja de seis años de edad.
¿Pero qué es lo que ha hecho viable a Dolly, y qué es lo que falló en los anteriores intentos de trasplantar
núcleos de células adultas? Parece que la clave del éxito está en la compatibilidad entre el núcleo implantado
y el citoplasma del óvulo receptor. Wilmut pensó que si las células donantes estuviesen fuera del ciclo celular,
es decir, en fase G0, o, para entendernos semi−dormidas, quizás, al implantar el núcleo en el óvulo receptor se
sincronizaría el desarrollo y se formaría un embrión viable y sin defectos genéticos. Y así fue. Wilmut colocó
a las células en un cultivo, y manipuló su DNA hasta dejarlo en la fase quiescente. Después, sacó el núcleo de
un óvulo que había sido extraído de otra oveja e introdujo el material genético de la oveja adulta en el óvulo
enucleado. Cuando el material de las dos células (citoplasma del óvulo y núcleo de la célula del tejido
mamario) se fundió, empezó a crecer con normalidad y Wilmut implantó el embrión en desarrollo en una
tercera oveja que hizo de madre de alquiler. Este tercer animal es el que trajo al mundo a Dolly el pasado mes
de julio. Este experimento ha demostrado que el mayor problema en el trasplante de ovocitos era la
incompatibilidad del ciclo celular, y que al no tener esto en cuenta hasta ahora se creaban anormalidades
cromosómicas una vez que se iniciaba el desarrollo del embrión. Estos resultados tienen una importancia
radical. No sólo resuelve las dudas sobre la continuidad del genoma sino que se va a revolucionar el mundo de
la ingeniería genética, la manipulación de animales para convertirlos en fábricas de fármacos, o para estudiar,
por ejemplo, el envejecimiento.
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5) REPLICACIÓN DEL ADN
Años después de su elaboración, el modelo de Watson y Crick recibió un fuerte apoyo experimental de varias
fuentes. Arthur Kornberg y sus colegas aislaron en 1957 la enzima de ADN polimerasa, de bacterias. Esto
cataliza la síntesis de ADN y requiere como substratos los tritosfatos de los cuatro
desoxirribonucleósidos(abreviadamente dATP, dGTP, dCTP, y dTTP). El sistema de reacciones requiere
además iones de magnesio(Mg ++) y una pequeña cantidad de ADN de alto peso molecular para que sirva de
cebo o plantilla para la reacción. El producto de la reacción es más polímero ADN y una molécula de
desoxirribonucleótido incorporado.
ADN
dATP Mg+ +
dGTP
dCTP ADN + nPPi
dTTP n ADN polimerasa
El nucleósido tritosfato ataca al 3'− hidroxilo libre de la última desoxirribosa de la cadena y forma un enlace
de éster, liberando una molécula de pirofosfato (figura1). Cuando se titularon los desoxirribonucleótidos
tritosfatos con 14C, el polímero ADN producido contenía 14C, dando a entender que los nucleótidos titulados
habían sido incorporados a la cadena ADN. Mediante apropiados experimentos con los nucleótidos rotulados
14C, Kornberg pudo demostrar que las razones de A: T y de G: C en el ADN sintetizado eran iguales a las
correspondientes razones de ADN usado como cebo.
Esto sugirió que el ADN producido es una copia de la plantilla ADN, predicha por el modelo de Watson y
Crick.
Diagrama del enlace de hidrogeno entre los pares básicos de adenina y timina (arriba)
Y de guanina y citosina (abajo ) en el ADN. El par A−T tiene dos enlaces de hidrogeno y el par G−C tiene
tres.
La polimerasa del ADN, procedente de Escherichia coli usará plantilla de ADN, aislada de cualquiera de una
gran variedad de fuentes(bacterias, virus, células de mamífero y células vegetales) y producirá ADN con una
razón de nucleótidos comparable a la de la plantilla usada. Así, la serie de nucleótidos del producto la dicta el
orden del cebo ADN, y no a las propiedades de la polimerasa, ni a la razón de las moléculas de substrato
presentes en la mezcla reactiva. Usando una enzima más purificada, Kornberg pudo sintetizar biológicamente,
en 1968, ADN viral activo, usando ADN viral como cebo. El ADN producido infectaría bacterias de igual
modo que los virus "vivos".
Khorana y sus colegas sintetizaron algunos polímeros de desoxirribonucleótidos que contienen ácidos
adenílico y citidílico, y otros polímeros que contienen ácidos timidílico y guanílico alternativamente. Ninguno
de estos polímeros solo sirvió de plantilla en el sistema polimerasa de ADN; sin embargo, una mezcla de los
dos, que forma una hélice sintética de doble tira con emparejamiento Watson y Crick ordinario de las bases,
puede servir de plantilla.
La plantilla de ADN tiene dos funciones en el sistema de polimerasa de ADN; La primera proporciona grupos
3`− H libres para servir de extremo en el crecimiento del polímero de ADN. La segunda plantilla de ADN
proporciona información codificada. Se requiere una molécula de doble tira porque cada tira del par sirve de
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plantilla para la extensión. El polímero semejante a ADN que es producido por la acción de la polimerasa del
ADN en presencia de una plantilla de tira doble es también de tira doble. Tiene la misma composición básica
que la plantilla de ADN. Las razones de las bases en el producto son las predichas por el modelo Watson y
Crick.
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La síntesis de ADN se produce en las células de organismos superiores sólo durante la interfase cuando los
cromosomas están en su forma extendida y no son fácilmente visibles. Así, si un sistema enzimático similar a
la polimerasa del ADN, de Kornberg, cataliza la síntesis de ADN in vivo, debe haber cierta clase de señal
biológica que iniciará la síntesis del ADN en este momento y la terminará en otro. Parece que la enzima, la
polimerasa del ADN y los substratos dATP, dGTP, dCTP, y dTTP están presentes en todo momento. La
explicación más plausible en la actualidad es que cierta clase de cambio en la plantilla de ADN inicia la
síntesis de ADN en el momento apropiado del ciclo celular, y luego la termina.
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DUPLICACIÓN SEMICONSERVADORA.
Durante la duplicación del ADN, se forman dos nuevas tiras, cada una de las cuales es complementaria de las
tiras de ADN existentes en la espiral de doble tira. La espiral de doble tira se desenrolla; una tira proporciona
una plantilla para una nueva tira, y la otra tira original proporciona una plantilla para la segunda nueva tira.
Esto se conoce como duplicación o replicación semiconservadora: donde las dos tiras originales de ADN son
retenidas o conservadas en el producto, una en cada una de las dos espirales hijas.
Importantes datos experimentales confirman la idea de que cada cromosoma eucariótico es una sola molécula
de ADN. Las moléculas de ADN de la mosca de la fruta Drosophila, está comprobado que tienen 2.1 cm. de
longitud, precisamente la longitud del cromosoma más largo.
Para que una célula eucariótica pueda duplicar una molécula tan enorme durante el tiempo que toma un ciclo
celular, la duplicación no empieza simplemente en un extremo de la molécula y prosigue hasta el otro. Por el
contrario, empieza a diversos niveles a todo lo largo del cromosoma y prosigue en ambas direcciones desde el
origen con ritmo aproximadamente igual, de un micrómetro por minuto.
En el experimento clásico de Meselson y Stahl se usó nitrógeno pesado, para distinguir moléculas "viejas" y
"nuevas" de ADN y proporcionar pruebas de que la duplicación del ADN se efectúa realmente por un proceso
semiconservador, por lo menos en las bacterias. Bacterias cultivadas durante varias generaciones en un medio
que contenía nitrógeno pesado tenían ADN que fue titulado con 15N. Cuando se aisló una muestra de ADN y
15
se centrifugó en un tubo que contenía un gradiente de densidad de cloruro de cesio, el ADN se recogió en un
nivel del tubo que refleja su mayor densidad, debido a la presencia de átomos de nitrógeno pesado.
Las bacterias fueron transferidas entonces del medio 15N a un medio que contenía nitrógeno ordinario, 14N, y
se dejó que se dividiera una vez más en este medio. Cuando se aisló y centrifugó el ADN procedente de esta
generación de bacterias, todo el ADN fue más ligero, con una densidad esperada si tenía la mitad de átomos
de 15N que el ADN de la generación progenitora. SI la teoría de Watson y Crick es correcta y la duplicación
es semiconservadora, podría esperarse este resultado, porque una tira del ADN de doble tira en cada
organismo sería rotulada con 15N y la otra sólo contendría 14N.
Cuando se dejó dividir estas bacterias una segunda vez en el medio 14N, cada molécula de ADN de la
progenie recibió una vez más una tira progenitora y una nueva tira que sólo contenía 14N, y apareció como
ADN ligero en la centrifugación. Las tiras progenitoras que contienen 15N produjeron tiras complementarias
que contienen 14N, que se sedimentaron por centrifugación con una densidad característica del estado de
espiral doble mitad 15N, mitad 14N. Así, las tiras progenitoras originales de ADN no se dispersan o dividen
durante el proceso de duplicación, sino que se conservan y pasan a la siguiente generación de células. Cada
tira de la espiral doble progenitora es conservada en una célula hija diferente, por lo que el proceso se
denomina semiconservador.
Si la duplicación de las tiras comienza al iniciarse el desenrollamiento de las tiras, serán evidentes moléculas
de ADN en forma de Y durante el proceso de duplicación. Esas regiones en forma de Y han sido halladas por
autorradiografía de cromosomas de Escherichia coli titulados con 3 H− timidina.
Como resumen podemos mencionar que la duplicación o replicación del ADN es un proceso
semiconservativo, es decir cada doble hélice contiene una cadena antigua y otra recién sintetizada. En el
modelo de Watson y Crick se reconoce que las dos cadenas de ADN están enrolladas una en la otra, como los
hilos de una cuerda ADN helicasas que recorren la hélice desenrollando las cadenas a medida que avanzan.
Luego proteínas desestabilizantes de la hélice que impiden que se forme la doble hélice mientras se copian las
cadenas. Las topoisomerasas mantienen la estabilidad necesaria para cada copia.
La enzima encargada de copiar los moldes de ADN o hebras es la ADN polimerasa que agrega los nucleótidos
sólo en el extremo 3`. La enzima es la encargada de unir los nucleótidos en forma complementaria y la cadena
nueva siempre crece en el sentido 5` a 3`.
16
La ADN polimerasa sólo agrega nucleótidos al extremo 3`de una cadena polinucleótida ya existente. Entonces
al principio se fábrica un segmento pequeño de ARN, llamado ARN cebador o ARN primer y permite el
inicio de la duplicación. Luego de esto la ADN polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3`de ARN cebador.
17
Posteriormente este ARN es degradado y su espacio ocupado por ADN.
La duplicación de ADN comienza en sitios específicos denominados orígenes de duplicación y ambas cadenas
se duplican al mismo tiempo en una estructura con forma de Y que se conoce como horquilla de duplicación.
Una de las hebras del ADN, la 3´ a 5`, se copia con facilidad en el sentido 5` a 3`, es la cadena continua. La
otra cadena es discontinua porque se va sintetizando en fragmentos cortos, que se denominan:
Fragmentos de Okasaki: Cada fragmento de Okasaki es iniciado por un ARN cebador. Cuando un fragmento
en crecimiento llega a otro ya sintetizado, una parte de la ADN polimerasa es degradada al ARN cebador
previo permitiendo que la ADN ligasa una los extremos de un fragmento y otro.
La mayor parte de la síntesis de ADN es bidireccional. Una vez que se abre el ADN se forman dos horquillas
de replicación.
18
6) CÓDICO GENÉTICO
Desde que se demostró, que las proteínas eran producto de los genes, y que cada gen estaba formado por
fracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron a la conclusión de que, debe haber un código genético,
mediante el cual, el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN, podría determinar la secuencia de
aminoácidos en la formación de polipéptidos. En otras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las
19
bases nitrogenadas transmitan la información que dicta la síntesis de proteínas. Este proceso podría explicar
cómo los genes controlan las formas y funciones de las células, tejidos y organismos. Como en el ADN sólo
hay cuatro tipos de nucleótidos, y, sin embargo, las proteínas se constituyen con 20 clases diferentes de
aminoácidos, el código genético no podría basarse en que un nucleótido especificara un aminoácido. Las
combinaciones de dos nucleótidos sólo podrían especificar 16 aminoácidos (42 = 16), de manera que el
código debe estar formado por combinaciones de tres o más nucleótidos sucesivos. El orden de los tripletes, o
como se han denominado, codones, podría definir el orden de los aminoácidos en el polipéptido. Diez años
después de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el código genético fue descifrado y
verificado. Su solución dependió en gran medida de las investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo de
ácidos nucleicos, los ácidos ribonucleicos (ARN). Se observó que la obtención de un polipéptido a partir del
ADN se producía de forma indirecta a través de una molécula intermedia conocida como ARN mensajero
(ARNm). Parte del ADN se desenrolla de su empaquetamiento cromosómico, y las dos cadenas se separan en
una porción de su longitud. Una de ellas actúa como plantilla sobre la que se forma el ARNm (con la ayuda de
una enzima denominada ARN polimerasa).
Universalidad del código genético
Tres décadas han pasado ya desde que fue descifrado el código genético, y muchas son las proteínas, RNAM
y DNA que se han estudiado. Las pruebas son ahora abrumadoras: el código genético es universal para
prácticamente todos los seres vivos, desde la Escherichia coli al Homosapiens. UUA, por ejemplo, codifica
para el aminoácido leucina, no sólo en los procariotas, sino también en protistas, hongos, plantas y animales.
El 1 código genético, desde sus orígenes se ha mantenido constante y es la prueba fehaciente de la unidad de
todos los seres vivos.
Sin embargo, se han hallado algunas excepciones en el código genético .La mayoría de ellas se refieren a las
mitocondrias, las cuales contienen su propio DNA, transcriben sus propios RNA y conducen la síntesis de
algunas proteínas. En algunos casos, el código mitocondrial es distinto de los cromosomas de procariotas y
eucariotas.
20
El código genético tiene una serie de características:
− Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos
pocos tripletes en bacterias.
− No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado
− Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura.
− Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos.
− Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.
• Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´−3´.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
La traducción del ARNm
El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteinas , es decir, determina el orden en
que se unirán los aminoácidos.
La síntesis o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos son
transportados por el ARN de transferencia (ARNt) , específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el
ARN mensajero (ARNm), dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por
complementariedad de bases, y de ésta forma se situa en la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De
hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una
misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
Los ARNt desempeñan un papel central en la síntesis de las proteínas :La síntesis proteica tiene lugar en el
ribosoma, que se arma en el citosol a partir de dos subunidades riborrucleoproteicas provenientes del
nucléolo. En el ribosoma el ARN mensajero (ARNm) se traduce en una proteína, para lo cual se requiere
también la intervención de los ARN de transferencia (ARNt). El trabajo de los ARNt consiste en tomar del
citosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, que
son los moldes del sistema
La síntesis de las proteínas comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado de
nuevos aminoácidos de a uno por vez en uno extremos de la cadena.
Como se sabe la clave de la traducción reside en el código genético, compuesto por combinaciones de tres
nucleótidos consecutivos o tripletes en el ARNm. Los distintos tripletes se relacionan específicamente con
tipos de aminoácidos usados en la síntesis de las proteínas.Cada triplete constituye un codón: existen en total
64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción. Tal
cantidad deriva de una relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G)se combinan de a tres
, por lo que pueden generarse 64 (43).Dado que existen más codones, (61) que tipos de aminoácidos (20), casi
todos pueden ser reconocidos por más de un codón, por lo que algunos tripletes a como "sinónimos".
Solamente el triptófano y la metionina dos de los aminoácidos menos frecuentes en las proteínas son
codificados, cada uno, por un solo codón.
Fig. A−1. Los dibujos ilustran cuatro de los seis codones que codifican al aminoácido leucina (Leu). Los dos
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de la izquierda se aparean con un mismo anticodón, igual que el par de codones de la derecha. Ello es posible
porque la tercera base de los codones suele ser adaptable , es decir, puede establecer uniones con una base no
complementaria.
Los aminoácidos se ligan por medio de uniones peptídicas: La unión de los aminoácidos entre sí para
construir una proteína se produce de modo que el grupo carboxilo de un aminoácido se combina con el grupo
a amínoácido siguiente, con pérdida de una molécula de agua H2O y recordemos que esa combinación se
llama unión peptídica.
Cualquiera que sea su longitud, la proteína mantiene el carácter anfotérico de los aminoácidos aislados, ya que
contiene un grupo amino libre en uno de sus extremos y un grupo carboxilo en el otro extremo. La proteína se
sintetiza a partir de extremo que lleva el grupo amino libre. Ello se corresponde con la dirección 5´ 3´ usada
para la traducción del ARNm, la misma con que el ADN se transcribe .
Los ARNm arribados al citoplasma se conectan con ríbosomas :Los transcriptos primarios de los ARNm se
hallan combinados con diversas proteínas, con las que forman las nueleoproteínas heterogéneas nucleares o
RNPhn.. Los ARNm salen hacia el citoplasma por los poros de la envoltura nuclear. Ya en el citosol, cada
ARNm se combina con nuevas proteínas y con ribosomas, lo que lo habilita para ejercer su función
codificadora durante la síntesis proteica. Entre las proteínas se encuentra la llamada CBP, que se combina con
el cap en el extremo 5´ del ARNm. Su papel será analizado más adelante.Algunos ARNm se localizan en
sitios prefijados en el citoplasma, de modo que las proteínas que codifican se sintetizan y se concentran en
esos sitios.
Las moléculas de los ARNt adquieren una forma característica : Así la función básica de los ARNt es alinear a
los aminoácidos siguiendo el orden de los codones para poder cumplir con sus funciones, los ARNt ,adquieren
una forma característica semejante a un trébol de cuatro hojas .Los cuatro brazos se generan por la presencia
en los ARNt de secuencias de 3 a 5 pares de nuelcótidos complemen-tarios, los cuales se aparean entre sí
como los nucleótidos de las dos cadenas del ADN.
En la punta de uno de los brazos confluyen los extremos 5' y 3´ del ARNt. El extremo 3´ es más largo, de
modo que sobresale el trinucleótido CCA que fue incorporado durante el procesamiento. Este brazo se llama
aceptador porque a él se liga el aminoácido, que se une a la A del CCA.Los tres brazos restantes poseen en sus
extremos secuencias de 7 a 8 nucleótidos no apareados, con forma de asas, cuyas denominaciones derivan de
los nucleótidos que las caracterizan.
Las etapas de la síntesis de proteínas:
1) La etapa de iniciación es regulada por proteínas citosólicas denominadas factores de iníciación (IF), que
provocan dos hechos separados pero concurrentes , uno en el extremo 5´del ARNm y otro en la subunidad
menor del ribosoma
El primer proceso involucra al cap y a una secuencia de nucleótidos aledaña, localizada entre el cap y el codón
de iniciación . Estas partes reconocidas por el factor IF−4, que se liga a ellas sí al ARNm se proteína CBP . La
conexión del IF−4 con el ARNm insume energía que es provista por un ATP.En el segundo proceso, el
metioníl−ARNt[i]met se coloca en el sitio P de la subunidad menor del ribosoma, reacción que requiere el
factor IF−2 y la energía de un GTP. Logrados ambos acondicionamientos, otro factor de iniciación, el IF−3,
con la ayuda del IF−4 coloca el extremo 5´ del ARNm sobre una de las caras de la unidad menor del
ribosoma, la que posee los sitios P y A. De inmediato la subunidad menor se desliza por el ARNm y detecta al
codón de AUG de iniciación, que se coloca,- en el sitio P . Como es lógico , el segundo codón del ARNm
queda colocado al lado, es decir en el sitio A. Entre tanto, el metioril−ARNt[i]met ,' ubicado en el sitio P de la
subunidad menor, se une al codón AUG de iniciación mediante su anticodón CAU (UAC ). El acoplamiento
correcto entre estos dos tripletes es imprescindible para asegurar el encuadre normal de los siguientes codones
22
del ARNm en los sitios P y A del ribosoma. La etapa de iniciación concluye cuando la subunidad menor se
combina con la subunidad mayor y se forma el ribosoma. En él se encuentran los primeros dos codones del
ARNm: en el sitio P el codón AUG de iniciación −unido al metionilARNt[i]met− y en el sitio A el codón que
le sigue.
La unión entre sí de las dos subunidades ribosómicas se produce luego del desprendimiento del IF−2 y del
IF−3, lo cual es mediado por el factor IF−5.
2) La etapa de alargamiento comienza cuando al sitio A del ribosoma se acerca otro aminoacil−ARNtAA,
compatible con el segundo codón del ARNm, con el cual se une. La reacción es mediada por un factor de
elongación llamado EF−1 y consume energía, que es aportada por un GTP.Al quedar el aminoacil−ARNtAA
cerca del metionil−ARN[t]met. la metionina localizada en el sitio P, al tiempo que se desacopla del. ARNt[i],
se liga − mediante una unión peptidica − al aminoácido ubicado en el sitio A. Se forma así un
dipeptidil−ARNt, que continúa ubicado en el sitio A. Su permanencia en este sitio es breve.
La unión peptídica es catalizada por la subunidad mayor del ribosoma. Debe agregarse que la energía
requerida para consumar esa unión proviene de la ruptura de otra unión química , aquella que liga al
aminoácido con la adenina en el brazo aceptador del ARNt. Como en el caso del metionil − ARNt [i]met, la
ruptura química tiene lugar siempre en el sitio P.
Entre tanto, fuera del ribosoma, esperando para ingresar, se encuentra el tercer codón del ARNm. Aborda el
ribosoma cuando el ARNm se corre tres nucleótidos en dirección de su extremo 5´. Este proceso llamado
traslocación es mediado por el el factor de elongación EF−2 y también consume energía ahora aportada por un
GTP. Como vemos, desde el punto de vista energetico la sintesis proteica es bastante costosa, ya que por cada
aminoácido que se incorpora se consume dos GTP y un ATP, el último gastado durante 1a síntesis del
aminoacil−ARNtAA. El corrimiento del ARNm hace que el codón de iniciación sea desalojado del sitio P
sitio P y, por consiguiente, del ribosoma el segundo codón se mude del sitio A al sitio P y el tercer codón
ingrese en el sitio A vacante. Lógicamente el corrimiento de los codones desplaza también a los ARNt , por lo
que el ARNt[i] sale del ribosoma −no tarda en desprenderse del codón de iniciación y el dipéptido pasa del
sitio A al sitio P. Mientras tanto, un tercer aminoacil−ARNtAA ingresa en le ribosoma , se acomoda en el sitio
A y su anticodón se une al tercer codón de ARNm, otra vez por la intervención del EF−1. Debe señalarse que
el EF−1 actúa después que el EF−2 se retira del ribosoma, y viceversa. El paso siguiente comprende la
formación de una unión peptídica entre el dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil −ARNt AA. Esta
unión peptídica, ahora entre e dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil−ARNtAA. Esta unión peptídica
genera un tripeptidil AARNt, que permanece en el sitio P hasta la próxima translocación del ARNm.
Los procesos citados se repiten de forma sucesiva codón tras codón ; así , en el cuarto paso se forma un
tetrapeptidil ARNt y luego peptidil − ARNt cada vez más largos , que se traslocan del sitio A al P conforme se
producen las uniones peptídicas. Se calcula que se agregan a la cadena, en promedio, cinco aminoácidos por
segundo.Debido a que con cada traslocación se corren tres nucleótidos del ARNm , su extremo 5´se aleja
progresivamente del ribosoma y su extremo 3´se acerca a él en igual medida. Cuando el ribosoma se ha
alejado del extremo 5´del ARNm unos 90 nucleótidos, en el codón de iniciación se acomoda un nuevo
ribosoma, lo cual da inicio a la síntesis de otra cadena proteica. Esto se repite varias veces
3) La etapa de terminación determina la conclusión de la síntesis de la proteína cuando el sitio A del ribosoma
es abordado por el codón de terminación del ARNm (UUA, UGA o UAG, indistintamente). Ello deja al sitio
A sin el esperado aminoacil−ARNtAA, aunque pronto es ocupado por un factor de terminación llamado eRF
(eucaryotic releasing factor), que sabe reconocer a los tres codones de terminación. En síntesis la terminación
de la cadena polipeptídica está señalada por el ARNm mediante un codón que no especifica la incorporación
de ningún aminoácido. Ese codón de terminación puede ser UUA, UGA o UAG, y sobre él no se une ningún
ARNt. En cambio, es reconocido por dos proteínas llamadas factores de liberación (eRF). Cuando esto
sucede, la proteína terminada se libera del último ARNt, que también se separa del ARNm. Por último
23
también se disocian las subunidades ribosómicas.
7) ANOMALÍAS GENÉTICAS
Son producidas como consecuencia de anomalías hereditarias de la estructura genética. También se pueden
dar por influencias ambientales.
24
Son más conocidas como enfermedades cromosómicas, se expresan por alteraciones fenotípicas múltiples y
graves. La mayoría de las alteraciones en el número de cromosomas son letales, se expresan como abortos.
Generalmente cuanto más grande es el cromosoma alterado o la masa de cromatina involucrada, más graves
son los efectos en el fenotipo del individuo. Por eso las pocas alteraciones cromosómicas viables se
encuentran en cromosomas pequeños.
Podemos clasificarlas en dos tipos:
1) Alteraciones en el número de cromosomas
Estas alteraciones pueden ser del conjunto de cromosomas completo o de un cromosoma en particular.
a) Alteraciones numéricas en estructuras completo:
Poliploidía: variación en el número de la serie haploide de cromosomas (23 en humanos)
−Triploidía: con dotación 69 XXY, 69 XXX, 69 XYY...
−Tetraploidía: con dotación XXXX, XXYY...
b) Alteraciones numéricas en estructuras parciales.
−Aneuploidía: les falta o tienen exceso de cromosomas, pero pequeño, puesto que si les falta o les sobra en
exceso en gran cantidad, no sería viable.
Este fenómeno es debido a la no disyunción meiótica ocurrida en la primera o segunda división meiótica.
Existen aneuploidías autosómicas y sexuales:
Aneuploidías autosómicas:
Trisomía 21 o Síndrome de Down :
La trisomía 21 es la cromosomopatía más frecuente y la primera causa de retraso mental. Las alteraciones
morfológicas del síndrome de Down o trisomía 21 son muy características, siendo fácil el diagnóstico clínico.
Estas alteraciones incluyen hipotonía, braquicefalia, hipertelorismo, epicanto, presencia de manchas de
Brushfield, protrusión lingual, paladar ojival, entre otras. Otras complicaciones que presentan son atresia
duodenal, epilepsia, mayor susceptibilidad a infecciones y leucemia. El retraso mental es la complicación más
importante del síndrome. Los pacientes tienen un coeficiente intelectual inferior a 50. El 95% de los casos de
síndrome de Down tienen una trisomía 21 regular con cariotipo 47, +21. Alrededor del 1% de los pacientes
con síndrome de Down son mosaicos, con la coexistencia de una línea normal de 46 cromosomas y una línea
trisómica de 47, +21. El 4% de los casos de síndrome de Down tienen una alteración no equilibrada cuyo
origen es una translocación robertsoniana ya sea parental o de novo. Estas translocaciones afectan
principalmente los cromosomas 14, 22 y 21, que se fusionan con el cromosoma 21. La edad materna superior
a 35 años y la existencia de antecedentes familiares y/o de cromosomopatía son indicaciones de diagnóstico
prenatal. El 95% de los casos de síndrome de Down se deben a ausencia de disyunción cromosómica durante
la meiosis. Los marcadores polimórficos del DNA han permitido determinar en qué progenitor se ha
producido la alteración y en qué etapa de la meiosis ha sucedido. El 80% de los casos se deben a una no
disyunción durante la primera división meiótica y el 75% es de origen materno, guardando relación con la
mayor edad de la madre. La existencia de casos raros con trisomías muy parciales ha permitido localizar la
región q22.2−q22.3 como la responsable directa de las alteraciones presentes en el síndrome de Down.
25
Trisomía 18 o Síndrome de Edwards :
La incidencia de esta alteración es de uno de cada 8.000 nacimientos, con un exceso en el sexo femenino
respecto al masculino (4:1). La incidencia real es probablemente mucho mayor, ya que el 95% de los fetos
afectos son abortados de forma espontánea. El 90% de los afectados mueren durante el primer año. Las
malformaciones características del síndrome incluyen retraso de crecimiento, frente ancha, occipucio
prominente, micrognatia, esternón corto y pelvis estrecha, entre otros. El aspecto de las manos es muy
característico con los dedos siempre en la misma posición. Los pacientes presentan malformaciones renales,
cardíacas y de otros órganos. El retraso mental es muy profundo. La mayoría de los casos se deben a una
trisomía regular por no disyunción durante la primera o la segunda división meiótica, mientras que el 10% de
los casos corresponden a mosaicismos.
Trisomía 13 o Síndrome de Patau :
La incidencia se calcula entre uno de cada 4.000 a 10.000 recién nacidos. Sólo el 10% sobrevive al año de
vida. La mayoría de los pacientes padecen ceguera, sordera y crisis epilépticas, presentando la totalidad
retraso mental muy profundo. Algunas de las principales características son microcefalia, microftalmía, orejas
malformadas, paladar y labio hendidos y polidactilia. Las malformaciones congénitas afectan el cerebro, los
riñones y el corazón. El 75% de los casos se deben a no disyunción meiótica y, por lo tanto, muestran una
trisomía regular con la consiguiente influencia de la edad materna; el 20% se debe a la presencia de una
translocación robertsoniana, fundamentalmente t(13q14q) en uno de los padres, y el resto es causado por
translocaciones de novo. En alrededor del 5% de los casos existe mosaicismo.
Monosomías: pérdida de un cromosoma.
Aneuploidías sexuales:
Síndrome de Klinefelter, XXY :
El síndrome de Klinefelter puede definirse como varones con hipogonadismo que poseen como mínimo dos
cromosomas X y uno Y. La incidencia es de uno de cada 1.000 varones recién nacidos. Es la causa más
frecuente de hipogonadismo y esterilidad en varones (10%). En general son de elevada estatura, presentan
hipoplasia testicular y producen concentraciones bajas de testosterona, con lo que el desarrollo de los rasgos
sexuales secundarios es escaso, apareciendo ginecomastia en el 40% de los casos. El coeficiente intelectual es
algo inferior al normal. El cariotipo es 47,XXY, siendo raras las anomalías estructurales, y en el 10% de los
casos se detectan mosaicismos. Se describen también polisomías X (48,XXXY o 49,XXXXY) que pueden
formar parte de mosaicos con líneas normales de 46,XY o 47,XXY. El cromosoma X extra es de origen
materno en el 60% de los casos y se produce por ausencia de disyunción en la división meiótica.
Síndrome de Turner, XO :
Turner describió un síndrome en mujeres de talla baja (130−150 cm), con disgenesia gonadal, Pterygium colli
y Cubitus valgus. Manifestaciones clínicas frecuentes son amenorrea primaria, linfedema en las recién
nacidas, coartación aórtica y acortamiento del cuarto metacarpiano. El desarrollo intelectual es normal en la
mayoría de las pacientes. Las manifestaciones clínicas son variables debido a que el síndrome engloba
alteraciones distintas en el cariotipo, siendo la más típica (40−60% de los casos) la monosomía del
cromosoma X (45,X). Otras alteraciones incluyen: 46,X,i(Xq) isocromosoma de brazos largos, que supone
una monosomía para los cortos y una trisomía para los largos; 46,X,del Xp, deleción de brazos cortos;
46,X,del Xq, deleción de brazos largos, y otras alteraciones estructurales del cromosoma X, como un
cromosoma X en anillo 46,X,r(X), 46,X,i(Xp) isocromosoma de brazos cortos, translocaciones del
cromosoma X a un autosoma e inversiones. Los mosaicismos son también frecuentes.
26
2) Alteraciones estructurales :
Las alteraciones estructurales son muy variadas y sus efectos son más complejos. Afectan a varios
cromosomas. A continuación se muestran algunas de las causas de estas alteraciones
−Delecciones:
Las roturas cromosómicas pueden producir la pérdida de parte de un cromosoma. Si la parte que se pierde es
grande, la situación es incompatible con la vida. La mayoría de las deleciones ocurren de novo y alrededor del
15% se deben a un reordenamiento equilibrado en uno de los padres, con lo que estas deleciones representan
una monosomía o trisomía parciales; las deleciones verdaderas constituyen el 85% de los casos. Algunos de
los fenotipos se asocian a una región cromosómica específica; uno de los más típicos es el síndrome del
maullido de gato, que se asocia a una deleción en el cromosoma 5: del(5)(p15pter).
−Duplicaciones: repetición de un segmento del cromosoma.
−Translocaciones:
Las translocaciones recíprocas son bastante frecuentes, calculándose que uno de cada 1.000 individuos es
portador de una translocación equilibrada recíproca, la cual puede dar lugar, en la meiosis, a gametos
duplicados o delecionados, a gametos normales y a gametos equilibrados, iguales a los originales. Un tipo
particular de translocaciones lo constituyen las robertsonianas, cuya relación con los síndromes de Down y de
Patau les confiere una mayor relevancia clínica. El origen de las translocaciones está en la fusión céntrica de
dos cromosomas acrocéntricos, de forma que quedan los dos brazos largos unidos entre sí, mientras que los
dos cortos se pierden sin aparente repercusión clínica.
−Inversiones: cambio de orden del segmento de un cromosoma.
−Cambios robertsonianos:
Fisión: fragmentación del cromosoma.
Fusión: unión de dos cromosomas acrocéntricos en uno solo.
−Lugares cromosómicos frágiles:
Síndrome del cromosoma X frágil
El síndrome del cromosoma X frágil se transmite como un trastorno mendeliano de tipo dominante ligado al
cromosoma X, con una penetrancia incompleta (80% para varones y 30% para mujeres) y una expresividad
variable. El grado de afectación clínica es muy variable, siendo la tríada más característica el retraso mental,
la facies dismórfica y el macrorquidismo en varones. El nombre del síndrome se debe a que los individuos
afectos muestran una fragilidad citogenética en el cromosoma X, en la banda Xq27.3, cuando se exponen las
células a condiciones de cultivo pobres en ácido fólico. Dicho punto frágil se denomina FRAXA (retraso
mental ligado al cromosoma X frágil tipo A). La alteración molecular responsable del síndrome del
cromosoma X frágil, afecta a un gen, al que se ha denominado FMR−1.
8)
1− ¿Cuáles son, a tu juicio, los puntos fuertes y débiles de cada una de la hipótesis planteadas?
Una de las hipótesis plantea al DNA como molécula precursora de todo organismo vivo, esto se puede
27
fundamentar en el hecho de que en esta macromolécula es donde se almacena el código genético y es la que
determina la síntesis de las enzimas proteicas necesarias para el metabolismo y consecuentemente, para la
vida. Sin embargo, no se pudo establecer qué habría surgido primero , las proteínas o los ácidos nucleicos, ya
que la existencia del DNA es primordial pero las proteínas son las que mediante las enzimas mantienen las
reacciones metabólicas claves para la materia viva. Es así como surgió la teoría del RNA ya que este posee la
capacidad de replicarse y ejecutar las instrucciones, o sea este hubiera contado con capacidad de replicarse sin
ayuda de proteínas y capacidad de catalizar cada etapa de la síntesis proteica, facultades de las que hoy carece,
habría podido existir un mundo de ARN donde éste catalizara todas las reacciones necesarias para la
supervivencia y reproducción , contaba con la capacidad de unir aminoácidos y formar proteínas. También se
hablo de que el ARN podía autorreplicarse sin la ayuda de proteínas, es decir, se autofragmentaba en dos y
posteriormente se volvía a unir, actuando de gen y catalizador al mismo tiempo. De esta manera una molécula
pequeña de RNA habría dirigido la síntesis de los primeros péptidos y supuestamente estos péptidos ayudarían
que este proceso de autorreplicación se realizara de manera más eficiente. Es así como más tarde el RNA
sufrió modificaciones que le permitió dirigir la síntesis de una molécula de ácidos nucleico más activa y
estable, dio origen al ADN, molécula que en la actualidad es la principal depositaria de la información
hereditaria. Esta hipótesis es totalmente factible bajo las bases planteadas pero en esta teoría la falla es la
incógnita del origen del ARN,¿Cómo se originó el primer ARN?. Pues bien, acerca de este tema existen varias
teorías pero problema persiste ya que no se han podido comprobar experimentalmente, por lo tanto no se
pueden dar como ciertas.
Esto se debe fundamentalmente a que la macromolécula ARN pese a que fue recibida con mucha alegría por
los evolucionistas prebióticos porque daba esperanza de disminuir la necesidad de fabricar proteínas en la
primera célula. La misma fue llamada "ribozima" y probó ser incapaz de responder a la situación debido a dos
factores: ella esta muy limitada porque no es capaz de producir los precursores de ARN por cualquier
mecanismo prebiótico considerado hasta ahora .
La ribozima pretende resolver:
1) Mientras que una ribosa puede ser producida bajo las condiciones pre−bioticas simuladas a través de la
reacción de formosa, esta es un azucar raro en los polímeros de formaldeído (mecanismo pre−biotico que se
acredita dar origen a los azucares). A demás de la prersencia de sustancias de nitrogeno dichos aminoácidos
en la mezcla de reacción podrian prevenir la sintesis de azucares (Shapiro, 1988).
2) Cuando una ribosa es producida y condensada con una base nucleotica, tenemos una mexcla de isomeros
ópticos, y por lo tanto solo uno es relevante a los estudios pre−bioticos.
3) La polimerización de los nucleotidos es inhibida por la incorporación de tal enantiomorfo.
4) Mientras que solo los polimeros 3'−5' ocurren en los sistemas biologicos, polimeros 5'−5' y 2'−5' son
favorecidos en las reacciones sinteticas de tipo prebiológico (Joyce and Orgel, 1993).
5) Ninguna de las 5 bases presentes en DNA/RNA son producidas durante la oligomerización HCN en
soluciones diluidas (el mecanismo pre−biotico que se cree que dió origen a las bases nucleotídicas). Muchas
otras bases no codificadoras competirian durante la polimerización en mayores concentraciones de HCN.
Además de los problemas de síntesis de los precursores y de las reacciones de polimerización, todo el
bosquejo depende en la habilidad para sintetizar una molécula de RNA la cual es capaz de hacer una copia de
si misma, una hazaña que hasta ahora ha eludido esfuerzos extremados. La molécula debe también realizar
alguna función vital para iniciar la fuerza de la vida. Hasta ahora toda esta conversación de un " Mundo de
RNA" permanece en nuestros deseos mejor categorizada como ficción. El punto más desbastador de este
esquema es que no ofrece pistas de como llegar desde este bosquejo del mecanismo de las proteínas de
ADN−ARN de todas las células vivas. El hecho de que algunos científicos deciden exhibir tal entusiasmo por
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este esquema, revela que poca fe tienen en los otros escenarios del origen de la vida.
2− ¿ Qué relaciones puedes establecer entre el mecanismo de reproducción del virus del sida, cuyo material
genético es ácido ribonucleico y la hipótesis del RNA?
Primeramente debemos indicar que todos los genomas de retrovirus, de 10 Kb aproximadamente, consisten
en dos moléculas de RNA, las cuales son de cadena simple y sentido positivo. Además poseen un cap en 5' y
una cola de poly−A en 3'. Los retrovirus tienen cuatro propiedades:
−Son los únicos virus realmente diploides.
−Son los únicos virus RNA cuyo genoma es producido por la maquinaria transcripcional de la célula.
−Son los únicos virus cuyo genoma requiere un tRNA para la replicación.
−Son los únicos RNA de sentido (+) cuyo genoma no funciona como mRNA directamente después de la
infección.
El RNA es la parte del VIH que puede hacer que se produzca más virus.
Los Retrovirus
El Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH) es un "Retrovirus". Los retrovirus son una familia de virus
ARN (familia retroviridae), capaces de integrarse ("unirse") en el genoma de la célula (ADN de la célula) que
infectan. Esta integración la realizan en forma de ADN, y desde el genoma de la célula infectada dirigen su
replicación (multiplicación).
Si los retrovirus contienen ARN y se integran como ADN, antes de la integración (unión) tendrán que
convertir el ARN en ADN. De hecho, la propiedad fundamental de su replicación es la transcripción inversa,
es decir, la formación de ADN a partir de ARN; de ahí la denominación de retrovirus (retrotranscripción).
Este fenómeno se produce en el citoplasma celular por acción de la enzima viral transcriptasa inversa o
retrotranscriptasa. Cuando el ARN viral se ha convertido en un ADN ya se encuentra en condiciones de
penetrar en el núcleo celular y de integrarse en su genoma.
Cuando un retrovirus infecta a una célula huésped, el ARN retroviral se convierte en ADN por acción de la
transcriptasa inversa. El ADN retroviral (provirus) se integra en el genoma de la célula infectada y desde esta
posición, y a través de diversos ARN mensajeros codificados por los diferentes genes, va a dirigir la síntesis
de nuevos elementos virales. Estos elementos se ensamblan ("se unen") y abandonan la célula huésped
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adquiriendo de la misma parte de la envoltura, generando un nuevo virion.
Por las características dadas de la definición del VIH podemos concluir con respecto del ARN que en ambos
tienen una ordenación codificada las cuales le da su ordenamiento de activación, ambas se integran a las
células como ADN , la transcripción es por medio de un enzimas. Son monocatenario al igual que el ARN . El
VIH y el ARN se integra en el genoma celular lo hace de por vida y permanecerá integrado mientras la célula
esté viva.
Concluimos que el VIH es capaz de revertir el sentido de flujo normal de información genética, es decir, la
que va de la molécula de ADN a la de ARN, como ocurre en la síntesis de proteínas común. El material
genético de los retrovirus no es el ADN, si no que es el ARN, a partir del cual es capaz de sintetizar moléculas
de ADN, mediante la acción de una enzima que contiene el virus, llamada retrotranscriptasa. El ADN vírico
sintetizado es capaz de incorporarse en el ADN de la células que infecta y desde allí dirigir las operaciones
para producir nuevos virus.
Análisis de la hipótesis ARN y VIH:
Hipótesis ARN
Intermediario de la información genética del ADN y
como enzima.
Tuvo capacidades de autoduplicarse.
Rápido proceso de autoduplicación
Permanece en la célula hasta su muerte
VIH
También transmite su información genética al
ADN.
Es capaz de autoduplicarse
Rápido proceso de autoduplicación.
Permanece en la célula hasta su muerte
3− ¿ Por qué no resulta sencilla la investigación científica que permite evaluar la hipótesis del RNA?
La investigación científica no resulta sencilla por el hecho de que para comprobar esta hipótesis se requiere
crear un ambiente idéntico al que generaría la macromolécula de RNA.
Hay que tomar en cuenta que todos los intentos experimentales de formar las cadenas tanto del ADN como del
ARN, en condiciones supuestamente similares a la Tierra primitiva, han fracasado. El "mundo pre−ARN" del
que se viene hablando en los últimos años, y que explicaría en definitiva el comienzo de una actividad
propiamente biológica, no pasa de ser más que un mundo complejo y enigmático, entramado a base de
suposiciones y conjeturas de muy difícil solución.
4− ¿ Qué beneficios tiene para la sociedad conocer la macromolécula responsable para el origen de la vida?
La cantidad de teorías existentes demuestran que el misterio del origen de la vida sobre la Tierra, aun en el
presente, con todos los adelantos en la ciencia, sigue siendo tan difícil de entender como lo fue para los
primeros hombres que se cuestionaron sobre el tema. Sin embargo, las investigaciones continúan y el hombre
no se dará por vencido hasta que resuelva el problema.
La aspiración de explicar de modo coherente el problema del origen de la vida es no sólo un reto apasionante,
sino también una aventura en sí misma legítima. Pero querer hacerlo partiendo sólo de planteamientos
científicos, es, hoy por hoy −y lo ha sido a lo largo de la historia reciente−, una de las mayores utopías que
puede pretender el hombre moderno.
El origen de la vida sigue siendo, después de todo, un misterio rodeado, eso sí, de un buen número de
fantásticos escenarios virtuales. Es cierto, a la vez, que las investigaciones realizadas hasta la fecha han
inducido importantes avances en numerosos campos de investigación. En este sentido, cabe esperar que la
búsqueda de los orígenes de la vida contribuya a conocerla mejor.
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Su generalidad como molécula es múltiple, pero también es una amenaza para la sociedad.
El tratar de investigarla cada vez más nos ha traído muchos problemas ,como también muchas beneficios. El
conocerla nos da la posibilidad de imaginar como fue la combinación de nuestros progenitores, cual fue el que
mas domino, que gen recesivo participo, etc. hay tantas preguntas envase a esta macromolécula que es muy
interesante conocerla. La sociedad tiene una gran confianza en esta macromolécula , ya que se cree que al
intervenirla o al cambiar su estructuración puede ser la solución de las enfermedades hereditarias.
CONCLUSIÓN
La información que los progenitores transmiten a sus descendientes se halla en los grandes ácidos nucleicos,
los cuales son los depósitos de información genética.
El ADN se localiza fundamentalmente en el núcleo (cromosomas), pero también se le encuentra en pequeñas
cantidades en mitocondrias y cloroplastos. Y en células procariontes dispersa en el citoplasma por carencia de
núcleo.
Los ácidos nucleicos están formados por una pentosa, ácido fosfórico y bases púricas (adenina y guanina) y
pirimídicas (timina , citosina y uracilo).
En general, la información del ácido desoxirribonucleico (ADN) se transcribe en los ácidos ribonucleicos
(ARN), y éstos participan en la traducción en proteínas, es decir, de la siguiente manera:
ADN ARN PROTEÍNAS
De tal manera que el ADN contiene el original de la información hereditaria, y el ARN es una especie de
copia de la información que existe en el ADN. Por lo tanto, encontramos ARN formando parte de la estructura
de los organelos celulares que fabrican proteínas, los cuales son los ribosomas.
Las anomalías genéticas hereditarias producen las llamadas enfermedades cromosómicas, las cuales son
alteraciones del código genético, algunas veces, se deben a condiciones ambientales nocivas, como por
ejemplo habitar en zonas agrícolas, las cuales se encuentran constantemente expuestas a pesticidas nocivos
para la salud.
BIBLIOGRAFÍA
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Biología General Claude Ville 8° ed.
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Anatomía y Fisiología − Enfermedades Código Genético
Específica de Biología
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Biología General Elena Curtis
Biología Molecular Robertis
Capítulo II
www.geocities.com− biología − genética
www.google.com. Síntesis de proteínas
www.arrakis.com. ADN y ARN
CD− Medicina interna − anomalías
Ferreras
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