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Fuente: http://biologiaiedcostarica.es.tl/PRIMER-PERIODO.htm
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ADN o ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
ADN: una molécula maravillosa
Néstor O. Bianchi
Instituto Multidisciplinario de Biología Celular
CIC - CONICET
Néstor O. Bianchi
Instituto Multidisciplinario de Biología Celular
CIC - CONICET
Hasta
1944 no se sospechaba que el ácido desoxirribonucleico, ADN, fuera la
molécula capaz de asegurar la transmisión de los caracteres hereditarios
de célula a célula, generación tras generación. Su limitada variedad
química no permitía suponer que poseyera la versatilidad y ductilidad
necesarias para almacenar la información genética de los seres vivos.
No fue
entonces sin asombro que a partir de ese año el ADN se convirtió en
centro de interés de la biología. Hoy sabemos que esta molécula, capaz
de autoduplicarse y transmitir así su información, es una estructura
dinámica y cambiante. Los avances logrados en el estudio de sus formas
auguran un tiempo en el que se pueda comprender mejor su arquitectura y
topología y la manera en que los microcambios moleculares provocan
macrocambios en el funcionamiento genético.
Quizá todo
comenzó cuando alguno de nuestros primitivos antecesores, descansando
tras un duro día de caza, observaba distraídamente un conjunto de
guanacos o de caballos salvajes y consideraba el hecho de que de una
pareja de caballos sólo nacen caballos y de una pareja de guanacos sólo
nacen guanacos.... El reconocimiento de la herencia ha de haber sido,
muy probablemente, una de las primeras ideas científicas aprehendidas
por el hombre. Sin embargo, hasta después de pasada la primera mitad de
nuestro siglo no se sabía con certeza dónde se almacenaba ni cómo se
transmitía de célula a célula y del individuo a su descendencia la
información hereditaria.
Han pasado más de treinta años desde que J.D. Watson y F.H. Crick,
eligiendo los datos más relevantes de un cúmulo de información y
jugando con recortes de cartón y modelos de alambre y metal, fueron
capaces de develar la estructura de la doble hélice de la molécula del
ácido desoxirribonucleico, ADN, y formularon los principios de
almacenamiento y transmisión de la información hereditaria. Este
hallazgo les valió el premio Nobel, que compartieron con M.H.F. Wilkins.
Los libros The Double Helix de Watson y The Eight Day of Creation
de Freeland Judson describen en detalle la historia del descubrimiento,
la personalidad de sus protagonistas, el sabor amargo de las
frustraciones y la alegría del éxito. El develado de la estructura del
ADN se debió más al ingenio que al trabajo; fue el triunfo de la cigarra
sobre la hormiga. Fue, sobre todo, el comienzo de una apasionante
historia que llega a nuestros días poblada aún de sorpresas y problemas
por resolver. En este periodo académico nos referiremos a algunas de las
particularidades estructurales de esta maravillosa molécula a la que
las primeras décadas de nuestro siglo, aun cuando se conocía ya entonces
su vinculación con los cromosomas y genes, consideraron demasiado
simple como para otorgarle una función escencial en la transmisión de
los caracteres hereditarios.
Fig. 3 Estructura del cromosoma
Fig 4. Estructura detallada de un cromosoma. ADN asociado a proteínas histonas
Los cromosomas son estructuras en forma de bastón que aparecen en el momento de la reproducción celular, en la división del núcleo o citocinesis. Están constituidos químicamente por ADN más histonas puesto que son simplemente cromatina condensada. Su número es constante en todas las células de un individuo pero varía según las especies. Un cromosoma está formado por dos cromátidas (dos hebras de ADN idénticas) que permanecen unidas por un centrómero. El cromosoma puede presentar constricciones primarias (centrómero) que origina los brazos del cromosoma y secundarias que se producen en los brazos y originan satélites. Alrededor del centrómero existe una estructura proteica, llamada cinetocoro, que organiza los microtúbulos que facilitarán la separación de las dos cromátidas en la división celular.
El cariotipo humano corresponde a una microfotografía de los 46 cromosomas ordenadados en parejas de acuerdo a su morfología (tamaño y forma). Los dos últimos corresponden a los cromosomas sexuales; en el hombre esta pareja son de tamaño y forma diferente y llamados XY. En la mujer estos dos cromosomas son iguales y conocidos como XX
CARIOTIPO HUMANO - Mujer -
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Si deseas profundizar en este tema, encuentras actividades:
EL NÚCLEO EN INTERFASE
Este es el
aspecto del ADN dentro del núcleo cuando la célula no se está
dividiendo: se le conoce como estado de INTERFASE. El ADN está extendido
en toda su longitud y no se organiza en cromosomas, morfología que
recibe el nombre de CROMATINA. La región más oscura dentro del núcleo es
el nucleolo; observe que no tiene membrana que lo delimite, a
diferencia del núcleo que si la tiene y además presenta poros aquí
señalados con pequeñas flechas.
ADN EN DETALLE
Y así vemos el ADN con un poderoso microscopio. Este corresponde a un segmento de ADN de célula de frijol.
ESTRUCTURA QUÍMICA DEL ADN
El Acido Desoxirribonucleico es
la única molécula en los seres vivos, con la capacidad de guardar
información genética para mantener el diseño estructural y bioquímico de
los seres vivos. Los móneras (bacterias), protistos (algas y
Protozoos), hongos vegetales y animales usan el ADN para este fin.
Además el control de la fábrica de proteínas celulares es controlado por
el ADN.
La estructura química del ADN es relativamente sencilla: consta de una doble hélice o cinta hecha de un azúcar y un grupo fosfato, que se mantienen unidas a través de cuatro bases nitrogenadas llamadas Timina, Adenina, Citosina y Guanina. Estas últimas siempre se mantienen en las parejas T-A y C-G.
El ADN contiene en toda su extensión unidades que se repiten, denominadas nucleotidos. Cada nucleotido consta de un fosfato, un azúcar y una base nitrogenada. Las dos primeras sustancias le dan estrucutra a las dos cadenas laterales o hélices; las cuales son unidas por las A-T y C-G.
Las bases nitrogenadas son anillos como se muestra en los siguientes dibujos:
C= Carbono N = Nitrógeno H = Hidrógeno O = Oxígeno
Aquí aparece una nueva base nitrogenada, el uracilo, esta sustancia no es del ADN, corresponde a la estructura química del ARN, del cual nos ocuparemos después. Observe que la adenina y guanina tienen dos anillos a diferencia de la citosina, timina y uracilo que tienen un anillo.
Otra sustancia que hace parte del nucleotido del ADN es un azúcar llamado desoxirribosa, que en el ARN corresponde a la ribosa:
Regresar arriba La estructura química del ADN es relativamente sencilla: consta de una doble hélice o cinta hecha de un azúcar y un grupo fosfato, que se mantienen unidas a través de cuatro bases nitrogenadas llamadas Timina, Adenina, Citosina y Guanina. Estas últimas siempre se mantienen en las parejas T-A y C-G.
EL ADN ES UNA CADENA DE NUCLEOTIDOS
Las bases nitrogenadas son anillos como se muestra en los siguientes dibujos:
C= Carbono N = Nitrógeno H = Hidrógeno O = Oxígeno
Otra sustancia que hace parte del nucleotido del ADN es un azúcar llamado desoxirribosa, que en el ARN corresponde a la ribosa:
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Si deseas profundizar en este tema, encuentras un video y una actividad:
Proyecto Biosfera: Estrucutra del ADN
LAS PROTEÍNAS
Las proteínas
son las moléculas más importantes de los seres vivos. Existe una
relación directa entre el ADN y las proteínas; la información genetica,
contenida en el orden en que se encuentran las bases nitrogenadas, está
determinada por el tipo de proteínas que se producen en la célula.
Volver a Síntesis de Proteínas
ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Estructura primaria:
Estructura secundaria:
Estructura terciaria:
Estructura terciaria
(Hemoglobina)
Estructura cuaternaria:
Volver a Síntesis de Proteínas
Las proteínas
fabricadas por los ribosomas, con la dirección del ADN nuclear, son
propias del órgano al cual pertenecen las células correspondientes. Por
ejemplo las proteínas de la leche serán fabricadas por las células de
las glándulas mamarias, bajo la dirección del ADN.
Las proteínas pertenecen al grupo de las biomoléculas orgánicas
llamadas prótidos. Están formados por Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y
Nitrógeno. En ocasiones aparecen Fósforo y Azufre. Los prótidos están
compuestos por tres tipos de moléculas, que se clasifican atendiendo a
su tamaño. Son los aminoácidos, los péptidos y las proteínas.
Los aminoácidos son los más pequeños y son parte de la estructura de
los péptidos y las proteínas; dicho de otra manera, los péptidos y las
proteínas están construidos de aminoácidos.
En este dibujo C, H, N, O representan los átomos de carbono,
hidrógeno, nitrógeno y oxígeno respectivamente y R (radical) puede ser
otro hidrógeno, un grupo alquilo, un anillo aromático o parte de un
anillo heterocíclico.
LAS PROTEÍNAS Y LOS PÉPTIDOS
Los péptidos y las proteínas se forman por la unión de aminoácidos, mediante un enlace llamado enlace peptídico.
Enlace peptídico: Este enlace se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) del primer aminoácido y el grupo amina (-NH2)
del segundo aminoácido. La característica principal de este enlace
radica en que no permite el giro de los elementos unidos por él, por lo
que es un enlace rígido.
ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
La estructura de las proteínas se puede estudiar desde cuatro
niveles de complejidad: estructuras primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria.
Estructura primaria:
Hace referencia a la secuencia de aminoácidos que componen las
proteínas, ordenados desde el primer aminoácido hasta el último.
Estructura secundaria:
La estructura secundaria de una proteína es un nivel de
organización que adquiere la molécula, dependiendo de cómo sea la
secuencia de aminoácidos que la componen. Las conformaciones resultantes
puede ser en a-hélice, b-laminar y colageno.
Estructura terciaria:
Es la forma que manifiesta en el espacio una proteína. Puede ser una conformación redondeada o fibrosa y alargada
Estructura terciaria
(Hemoglobina)
Cuando varias proteínas se unen entre sí, forman una organización superior, denominada estructura cuaternaria.
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ARN O ACIDO RIBONUCLEICO
ARN O ACIDO RIBONUCLEICO
Los
ácidos nucleicos son dos sustancias descubiertas inicialmente en el
núcleo de las células; posteriormente se encontraron en organelos como
la mitocondria y los cloroplastos. Los virus también son portadores de
estas moléculas, con funciones paralelas a aquellas desempeñadas en la
células de todos los seres vivos.
El ARN o ácido ribonucleico es otra importante molécula dentro de la célula de todos los seres vivos.
El ARN o ácido ribonucleico es otra importante molécula dentro de la célula de todos los seres vivos.
Este
esquema de la estructura del ARN muestra claramente que no consta de dos
hélices como el ADN. Aquí se observan tres nucleótidos llamados
ribonucleótidos a diferencia de los desoxirribonucleótidos del ADN. El
azúcar es una Ribosa (ver) representada por un pentágono con un oxígeno adicional comparada con la desoxirribosa.
Recordemos que en los virus también existe el ARN; y en algunos de estos si se encuentra el ARN bicatenario, es decir con dos helices o cadenas de nucleótidos unidas por bases nitrogenadas como en el ADN. Pero insisto en que el ARN de la célula es monocatenario o con una sola cadena de nucleótidos o ribonucleótidos.
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En la célula el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN:
Recordemos que en los virus también existe el ARN; y en algunos de estos si se encuentra el ARN bicatenario, es decir con dos helices o cadenas de nucleótidos unidas por bases nitrogenadas como en el ADN. Pero insisto en que el ARN de la célula es monocatenario o con una sola cadena de nucleótidos o ribonucleótidos.
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ADN arriba y el ARN abajo
T=timina A=adenina C=citosina G=guanina U=uracilo
Circulo azul=fosfato Hexaedro Verde= azúcar Figuras amarillas= bases nitrogenadas
En los virus el ARN es el
material genético mientras que en la célula este papel lo desempeña el
ADN. En la célula el ARN es la molécula que dirige las etapas
intermedias de la síntesis proteica. En los virus el ARN dirige dos
procesos: la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que
forman la cápsula del virus) y la replicación (proceso mediante el cual
el ARN forma una copia de sí mismo). En las células el ADN no actúa
solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante
la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la
célula para sus actividades y su desarrollo).T=timina A=adenina C=citosina G=guanina U=uracilo
Circulo azul=fosfato Hexaedro Verde= azúcar Figuras amarillas= bases nitrogenadas
En la célula el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN:
- ARN ribosómico (ARNr) que se encuentra en los ribosomas celulares (estructuras especializadas situadas en el citoplasma para la síntesis de proteínas).
- ARN de transferencia o soluble (ARNt) que lleva aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos a las proteínas.
- ARN mensajero (ARNm) que lleva una copia del código genético, obtenida a partir de la secuencia de bases nitrogenadas del ADN nuclear, hasta una cadena de ribosomas.
Durante la síntesis de proteínas el extremo ACC se une al aminoácido Alanina
y el extremo IGC se une al ARN mensajero
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SINTESIS DE PROTEÍNAS
La síntesis o construcción de las proteínas dentro de la célula es la culminación de millones de años de evolución. Es uno de los más fascinantes descubrimientos de la ciencia, en relación a los procesos bioquimicos, después del conocimiento de la estructura y duplicación del ADN.
La síntesis de las proteínas es un trabajo en equipo, entre el ADN, los tres tipos de ARN, los ribosomas y una serie de sustancias llamadas enzimas que también son de naturaleza proteíca. (ver). El asunto empieza con la información contenida en el ADN nuclear; la cual se identifica con la secuencia de las bases nitrogenadas, pero consideradas de tres en tres (tripletes). Todo ocurre en una serie de acontecimientos bien definidos que a continuación se describen:
- TRANSCRIPCIÓN DEL MENSAJE: El ADN separa sus dos cadenas de nucleotidos para construir un ARN mensajero (ARNm)
es decir que transcribe su información, a partir de las bases
nitrogenadas disponibles. Observe en el siguiente dibujo (a la derecha)
que en la secuencia AGC TGA del ADN se construye una cadena de ARNm con la secuencia UCG ACU. Este ARNm saldrá del núcleo hacia los ribosomas.
IZQUIERDA: Duplicación del ADN. DERECHA: Transcripción de información
genética del ADN al ARNm
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Si comparamos en el anterior dibujo la síntesis de ADN (izquierda) con la síntesis de ARNm (derecha) la compatibilada de bases nitrogenadas cambia en una letra. Mientras que en el ADN es T-A C-G, en la formación del ARN mensajero las bases nitrogenadas son compatibles como A-U C-G
El CÓDIGO GENÉTICO es
el conjunto de codones o tripletes (tres bases nitrogenadas) del ARN
mensajero que identifican los aminoácidos que van a hacer parte de los
péptidos y proteínas que se fabrican o sintetizan en los ribosomas. A
continuación podemos observar un cuadro que resume el citado código
genético.
- TRADUCCIÓN DEL MENSAJE: El mensaje incluido en la secuencia de bases nitrogendas del ARNm debe ser interpretado o traducido por los ribosomas. Pero antes los ARN de transferencia (ARNt)
deben capturar todos los aminoácidos (aa) necesarios para una proteína
en particular. Si la proteína consta de 1000 aa serán entonces 1000 ARNt para
llevar 1000 aa cerca de la cadena de ribosomas (polirribosoma) donde
ocurrirá la síntesis de la proteína. La traducción se efectua cuando el ARNm se coloca alineado con varios ribosomas y deja que se acoplen uno a uno los ARNt con
sus tripletes de bases por un extremo y por el otro los aa que se van
uniendo en el orden específico para formar el péptido o la proteína que
necesita la célula. En el siguiente dibujo podemos estudiar el proceso completo.
LOS RIBOSOMAS DIRIGEN LA SÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS
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Esta información se transcribe a una secuencia complementaria de bases del ARN para formar ARN mensajero.
Cada grupo de tres bases del ARN mensajero constituye un codon, el cual especifica un aminoácido particular y es reconocido por el anticodon complementario que está sobre la molécula de ARN de transferencia, la cual ha sido cargada previamente con aquel aminoácido.
Aquí el aminoácido número 6, especificado por el sexto codon, acaba de unirse a su sitio en el ribosoma, mediante el correspondiente ARN de transferencia. Se unirá ahora al aminoácido número 5, alargando de este modo la creciente cadena peptídica.
Luego, el ribosoma se desplazará a lo largo del ARN mensajero la longitud corespondiente a un codón y de este modo se pondrá en posición para unir el ARN de transferencia número 7 con su aminoácido.
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