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¿DE QUÉ ESTÁ HECHO TODO LO QUE NOS RODEA? ¿Cómo se expresa la información genética?
Introducción
El Ácido Desoxirribonucleico ADN es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo de un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo (Figura 1). El ADN está constituido por dos cadenas o bandas formadas por una secuencia de unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, que es una molécula de cinco carbonos; un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). A partir de lo observado en el video contesta la siguiente pregunta: Figura 1. Estructura de ADN ¿Cómo se relaciona el ADN con la herencia?
Sintetizar los mecanismos que presentan las células para almacenar, procesar y expresar la información genética en su interior.
Objetivos de aprendizaje
El ADN y la capacidad de transmitir información
Actividad 1
Determinar cómo ocurre la transferencia de información genética de los parentales a sus descendientes. Establecer relaciones entre los procesos de duplicación del ADN, la mitosis y la meiosis. Explicar el proceso de transcripción y traducción del ADN. El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un conjunto de moléculas “que contiene toda la información genética del ser vivo, y se encuentra distribuido en diversos fragmentos o cromosomas (veintitrés pares en el ser humano) en el núcleo de cada célula (excepción de las células procariotas que se encuentra fuera del núcleo) (Figura 2). El genoma es el conjunto de ADN de una célula Figura 2. Cromosoma o de un organismo vivo, y es idéntico en todas las células de un organismo vivo. El ADN consiste en un filamento alargado, formado por dos hebras paralelas, enrolladas sobre un eje imaginario en forma helicoidal a modo de escala (doble hélice). Cada hebra está compuesta por una cadena o sucesión de moléculas o bases nitrogenadas, que forman secuencias: A, T, C y G (adenina, timina, citosina y guanina). Cada base de una hebra o cadena se corresponde o empareja de forma precisa y determinada con la base de enfrente de la otra hebra o cadena: A-T, T-A, C-G o G-C (por tanto no es posible, por ejemplo, la correspondencia de un par de bases A-G, y de producirse, estaríamos ante un error o mutación), cada cadena aporta por sí sola toda la información del ADN. Las bases se agrupan de tres en tres (tripletes o codones), dando lugar hasta 64 combinaciones diferentes, que forman, gracias al código genético, los aminoácidos. (Figura 3). Figura 3. ADN Los aminoácidos combinados en números variables dan lugar a proteínas. La sucesión de un número variable de bases configuran los genes que, como sabemos, son fragmentos de ADN distribuidos en los cromosomas. Los genes constituyen la unidad física y funcional de la herencia, por tanto, la unidad de información (Figura 4). Después de leer la información sobre ADN y la capacidad para transmitir información, une por medio de una línea las imágenes con su correspondiente definición. Figura 4. Gen
El ácido desoxirribonucleico ADN, es el material genético que se transmite de padres, su estructura contiene todas las instrucciones para que un organismo pueda nacer y desarrollarse a partir de su primera célula. Estructura del ADN El ADN está constituido por dos cadenas o bandas formadas por una secuencia de unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, que es una molécula de cinco carbonos; un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está rodeada por un grupo G G A A A A T T TT A A T T C C CC G G P P P P P P P P P P P P P P P P P P G G T T T T C C A A C C A A A A G G T T ADN Cadena de azúcar y fosfato Azúcar Fosfato Base Figura 5. Estructura del ADN fosfato a un lado y una base al otro. Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están formadas por parejas, mirando hacia el interior, y forman los peldaños. (Figura 5). La desoxirribosa es una azúcar compuesta por cinco carbonos, donde se alterna con grupos fosfato para formar la “columna vertebral” del polímero de ADN y se une a las bases nitrogenadas, es un monosacárido con la fórmula idealizada H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H. Su nombre indica que es un azúcar desoxirribosa, lo que significa que se deriva de la ribosa azúcar por la pérdida de un átomo de oxígeno. El grupo fosfato se compone de un fósforo central rodeado por cuatro átomos de oxígeno. El fósforo es un enlace individual a tres de los oxígenos, y con doble enlace a la cuarta. La Adenina, abreviado “A”, tiene una estructura de dos anillos, lo que la hace una de las puri- nas. Cuando es en ADN, empareja con la timi- na. Cuando es en el ARN, empareja con uracilo. Adenina también tiene otros trabajos en la célu- la - forma parte de la molécula de energía ATP y transportadores de electrones, que se utilizan Estructura de un nucleótido en la respiración celular. La Timina es una pirimidina (un anillo), La fórmula de la timina es C5H6N2O2. Está siempre emparejado con adenina a través de dos enlaces de hidrógeno sólo en ADN para estabilizar la estructura del ácido nucleico. La Guanina es parte de ADN y ARN, donde se une con la citosina. Guanina es una purina (que tiene dos anillos). Su fórmula química es C5H5NO5. La Citosina es parte del ADN y el ARN, y se une a la guanina. Tiene un anillo, por lo que es una pirimidina.
Guía de observación estructura del ADN
Objetivo: Nombre del estudiante: Nombre del docente: Nombre del video: Espacio para realizar resumen:
Relaciona con una línea las estructuras moleculares de cada unidad de los nucleótidos. Desoxirribosa Guanina Citosina Timina Adenina Gripo fosfato o Ácido fosfórico HOCH 5’ O OH OH H H 1’ 3’ 2’ 4’ (^) H H H O P OH HO OH O HN N N N H C C C CH C 6 H 2 N 2 NH 2 N N N N H C C C CH HC 6 C 4 C^2 O CH NH 2 CH NH O O (^4 ) 2 C C C N H CH 3 CH HN
Avances científicos sobre la transmisión de la herencia
Actividad 2
La genética es una ciencia del siglo XX -pues se inicia con las leyes de Mendel en 1865 y reafirma sus bases después de la segunda guerra mundial 1940. Monje austriaco, realizó contribuciones importantes, demostró que las características heredables son aportadas por unidades discretas que se transmiten por separado. En 1865 Mendel llamo a esas unidades discretas “elemente”, hoy se conocen como genes. Descubrió en 1869 una sustancia que se llamó “nucleínas”. Más tarde aisló una muestra pura del material que ahora se conoce como ADN de esperma de salmón, esta sustancia se encontró que solo existen en los cromosomas. Estaba trabajando en un proyecto en 1928 que formó la base de que el ADN era la molécula de la herencia, partiendo de las investigaciones con ratones y dos tipos de neumonía, uno fue virulenta y el otro no-virulenta. Griffith especuló que las bacterias virulentas muertas habían pasado sobre una característica a la no virulenta de hacer virulentas. Creía que esta característica era en la molécula de la herencia. Esta transmisión de la molécula de la herencia era lo que él llama transformación.
Gregor Mendel (figura 6)
Friedrich Miescher (figura 7)
Frederick Griffith (figura 8)
Figura 6. Gregor Mendel Figura 7. Friedrich Miescher Figura 8. Frederick Griffith
En 1929 Phoebus Levene en el Instituto Rockefeller identifica los componentes que forman una molécula de ADN. Esos componentes son: Las cuatro bases Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G), Timina (T), Azúcar, Fosfato. Mostró que los componentes de ADN estaban vinculados en la orden fosfato-azúcar-base. Agregó que cada una de estas unidades es un nucleótido y sugirió que la molécula de ADN consiste en una cadena de unidades de nucleótidos Unidos entre sí a través de los grupos fosfato. Sin embargo, Levene pensó la cadena era corta y que las bases se repiten en el mismo orden fijo. Para entender mejor la molécula de ADN, los científicos estaban intentando hacer un modelo para comprender cómo funciona y lo que hace. En el 1940 Chargaff encontró el patrón de las cuatro bases: adenina, citosina, guanina y timina. Tomaron muestras de ADN de las células diferentes y encontró que la cantidad de adenina era casi igual a la cantidad de timina, y que la cantidad de guanina era casi igual a la cantidad de citosina. Así, se podría decir: A = T y G = C. Este descubrimiento se convirtió en regla de Chargaff. En 1953 , armaron un modelo de ADN, que no ha cambiado mucho desde entonces. Su modelo mostró una doble hélice con peldaños que conectaban las dos hebras. Estos peldaños fueron las bases de un nucleótido.
Phoebus Levene (figura 9)
Regla de Erwin Chargaff (figura 10)
Watson y Crick (figura 11)
Figura 9. Phoebus Levene Figura 10. Erwin Chargaff Figura 11. Watson y Crick a la derecha
1928 1940 1978 1929 1953 1985 Frederick Griffith Regla de Erwin Chargaff Edwards y Steptoe Phoebus Levene Watson y Crick Proyecto genoma humano
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- ¿Qué importancia representa para la genética los estudios de Gregor Mendel?
- De los estudios descritos escoge el que consideras más importante y describe el porqué de tú elección.
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Reúnete con dos compañeros y responde: ¿Por qué es importante el proyecto del genoma humano para el ámbito científico?
Extracción de ADN de levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae)
Actividad 3
Actividad experimental Para realizar la actividad se requiere de los siguientes elementos:
- 80 g de levadura de panadería
- Vaso
- Agua
- Sal
- Jugo de medio limón
- Embudo de vidrio
- Papel de filtro
- Tela delgada
- Cuchara de metal
- Alcohol
- Detergente
- Aguja de disección (opcional)
- Microscopio óptico (opcional)
Procedimiento
- Mezclar media taza de levadura con 150 ml de agua fría, ⅓ de cucharadita de sal y dos chorros de jugo de limón. (figura 14)
- Agitar suavemente (para que se abran las paredes de las células).
- Pasar la mezcla por un colador de té y conservar la pulpa. Figura 14. Procedimiento paso 1 Figura 17. Agregar sal Figura 18. Fibras de ADN
- Preparar 150 ml de agua fría con ⅓ cucharadita de sal tres cucharaditas de alcohol y dos gotas de detergente (figura 16).
- Repetir el filtrado y conservar nuevamente la pulpa. (Figura 15) Figura 15. Pulpa de levadura 9. Dejar reposar hasta que se forme un precipitado sólido (se tira). Conservar el líquido. 10. Diluir el líquido con tres veces su volumen de alcohol. 11. El ADN precipita en el fondo del vaso en forma de finas hebras blancas (Figura 18). El paso 12 es opcional: 12. Extrae con una aguja de disección las fibras, y colócalas en un portaobjeto, y observa el microscopio óptico. Intenta separar las fibras con la ayuda de una aguja de disección para facilitar su observación. Figura 16. Sustancia de lisis 6. Agregar la pulpa y mezclar (el detergente disuelve el ADN). 7. Revolver suavemente durante 20 minutos. 8. Agregar 3 cucharaditas de sal y agitar 10 minutos más (Figura 17).
ADN y ARN El ADN tiene la función de “guardar información”, es decir, contiene las instrucciones que determinan la forma y características de un organismo y sus funciones. Además, a través del ADN se transmiten esas características a los descendientes durante la reproducción, tanto sexual como asexual. Para que se realice la transmisión de la información entre los sistemas biológicos, se utilizan las moléculas de ADN para sintetizar el ARN (ácido ribonucleico). El ARN, es una molécula compuesta de uno o más nucleótidos. Una hebra de ARN puede ser pensada como una cadena con un nucleótido en cada eslabón de la cadena. Cada nucleótido se compone de una base (adenina, citosina, guanina y uracilo, normalmente abreviada como A, C, G y U), un azúcar ribosa, y un fosfato. Existen cuatro tipos de ARN: ARNm (mensajero) ARNt (transferencia) El ARN mensajero (ARNm) es el ARN que transporta la información genética presente en los genes hasta los ribosomas, en el citoplasma, donde se realiza la traducción de esa información a proteína. La ARN polimerasa II hace posible que se transcriba la información del ADN sintetizándose una molécula de ARN con una secuencia complementaria a la del ADN. El ARN de transferencia o ARNt es un elemento clave en la traducción de la información que porta el ARN mensajero a una secuencia de proteínas. Por un lado se une de forma específica a un aminoácido concreto y por otro reconoce un triplete de nucleótidos que codifica ese aminoácido en el ARN mensajero. En el proceso de síntesis de proteínas el ARNt es un transductor de información capaz de pasar de nucleótidos a aminoácidos y que por tanto traduce ARNm a proteína. ARNr (ribosómico) ARNhn (heteronuclear) Se unen a proteínas para formar los ribosomas, organelas constituidas por dos subunidades, una mayor y otra menor. En los ribosomas se produce la síntesis de proteínas. El ARNr se sitúa en el citoplasma y es el tipo de ácido ribonucleico más abundante de las células. Se aloja en el núcleo celular, y su función es actuar como precursor de los distintos tipos de ARN. Otro tipo de ARN se ubica en el nucléolo de las eucariotas, el ARN nucleolar (ARNn), que es el precursor del ARN ribosómico. Tabla 1. Tipos de ARN
La información del ADN debe ser transportada por el ARN que funciona como un intermediario del núcleo y el citoplasma (figura 18). El ARN y el ADN presentan las siguientes diferencias:
- El ARN tienen la base uracilo ( U ) y no la base timina ( T )
- El ARN esa conformado por una sola cadena
- El ARN tiene el azúcar ribosa en su esqueleto Lee con atención la siguiente información y con ella completa la tabla sobre la comparación entre el ADN y el ARN. ADN (^) ARNm Transcripción (ADN → ARN) Traducción (ARNm → Proteína) Proteína Aminoácidos Figura 19. ADN y ARN 2 1 Desoxirribosa Ribosa Adenina, timina, citosina y guanina Adenina, uracilo, citosina y guanina Están contenidos los genes y la secuencia de bases nitrogenadas determina los aminoácidos ADN ARN Azúcar Bases nitrogenadas Cadenas Función Lleva el código genético ADN desde el núcleo hasta los ribosomas
Duplicación del ADN por procesos de mitosis y meiosis Al proceso de mitosis y meiosis se le conoce como ciclo celular, este es el conjunto de procesos que una célula debe realizar para cumplir la replicación exacta del ADN (tabla 2). En la figura 23 se observa la replicación del ADN en el proceso de la mitosis. La mitosis es el proceso continuo en el que una célula produce dos células con idéntico material genético, ya sea con fines reproductivos, para reemplazar a otras muertas, o para el crecimiento de un tejido. Mitosis Meiosis
- División nuclear en células somáticas (aquellas que no van a convertirse en células sexuales).
- Este proceso intervienen los cromosomas, que están formados por ADN y las proteínas. Las fases son: Interfase, profase, metafase, anafase, telofase y citoquinésis. Los organismos que se reproducen sexualmente se forman a partir de la unión de dos células sexuales denominadas gametos. La meiosis consta de dos divisiones sucesivas de la célula con una única replicación del ADN (previa a la primera división o meiosis I). Las fases son: Meiosis I y meiosis II La meiosis es un mecanismo de división celular que a partir de una célula diploide (2n) permite la obtención de cuatro células haploides (n) con diferentes combinaciones de genes. Tabla 2. Mitosis y meiosis Cromatina Nucléolo Cromosomas Microtúbulos Áster Envoltura nucleardesecha Cromátidashermanas Envolturanuclear Centriolos Nucléolo Núcleo MITOSIS Profase La envoltura nuclear se rompe y se comienza a formar el huso acromático Prometafase Los cromosomas han sido alcanzados por fibras del huso (microtúbulos) Metafase Los cromosomas se alinean en el ecuador de la célula (placa ecuatorial) Anafase Los cromosomas duplicados (cromátidas hermanas) se separan y se dirigen a polos opuestos de la célula Interfase Se duplica el ADN y la célula aumenta su tamaño y masa Figura 23. Mitosis Interfase: entrega a cada célula nueva la misma cantidad de material genético. Profase: las hebras de ADN se condensan y forman los cromosomas. Metafase: Formación de fibras de huso mitótico. Anafase: se realiza la distribución de las dos copias del ADN original. Telofase: los nuevos cromosomas pierden su forma definida y se transforman en hebras o largos filamentos de ADN.
En la figura 24 se puede observar el proceso de replicación del ADN en el proceso de la meiosis. Organiza las palabras para formar la frase, correspondiente a la duplicación del ADN en la fase de mitosis. En la ____________________ de la ______________ las ____________ de ___________ se condensan y forman los ______________. Par de cromosomas homólogos. Uno proviene de la madre y el otro del padre ADN Replicación y Recombinación MEIOSIS División 1 Célula División 1 Separación a nivel del par de cromosomas homólogos. Segregación al azar. n n n n n n n n n n n n 2n 4n Célula División 2 MEIOSIS División 2 MEIOSIS Separación de cromátidas hermanas. Reducción del material genético a la mitad. Segregación al azar. Figura 24. Meiosis Meisosis I: antes de la primera división meiótica hay un periodo de interfase en la que se duplica el ADN. Meiosis II: no hay duplicación del ADN. Profase ADN Cromosomas Hebras Mitosis Responde: ¿En qué etapa de la mitosis podemos evidenciar el proceso de duplicación del ADN?
