Biología 11

ADN – Generalidades

Autor: Profesor Cristian Andrés Zorrilla.

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http://www.slideshare.net/criszaor001

Objetivos

- Entender los conceptos generales relacionados a los ácidos nucléicos, su estructura

bioquímica y vocabulario.

Introducción a la clase

El profesor preguntará a los estudiantes algunos conceptos básicos acerca de la célula y la

herencia. Una forma de hacerlo es escribir un listado de palabras en el tablero:

- Ácido (sustancia que mezclada con agua cuando se disuelve en agua, produce una

solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es, un pH

menor que 7.

- Base cualquier sustancia que en disolución acuosa aporta iones OH− al medio.

- Ribosoma Son un complejo molecular encargado de sintetizar proteínas a partir de la

información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm)

- Cromosoma cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se

organiza la cromatina del núcleo celular durante las divisiones celulares (mitosis y

meiosis).

- Codón La información genética, en el ARNm, se escribe a partir de cuatro letras, que

corresponden a las bases nitrogenadas (A, C, G y U), las cuales van agrupadas de tres en

tres. Cada grupo de tres se llama codón y está encargado de codificar un aminoácido o un

símbolo de puntuación

- Molécula En química, se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados

covalentemente que forman un sistema estable y eléctricamente neutro.

- Helicoidal Una hélice, en geometría, es el nombre que recibe toda línea curva cuyas

tangentes forman un ángulo constante (α), siguiendo una dirección fija en el espacio.

- Eucariota eucariotas a todas las células con un núcleo celular delimitado dentro de una

doble capa lipídica: la envoltura nuclear, la cual es porosa y contiene su material

hereditario, fundamentalmente su información genética.

- Procariota células sin núcleo celular definido, es decir, cuyo material genético se

encuentra disperso en el citoplasma, reunido en una zona denominada nucleótido

- Diploide Las células diploides (2n) son las células que tienen un número doble de

cromosomas (a diferencia de los gametos), es decir, poseen dos series de cromosomas.

- Haploide la célula haploide es aquella que contiene un solo juego de cromosomas o la

mitad (n, haploide) del número normal de cromosomas en células diploides

Las cuales serán contestadas por los estudiantes. Por cada palabra correcta, los estudiantes

recibirán un pequeño incentivo (gomita, chocolatina).

Actividad

El profesor comenzara la clase entregando a los estudiantes la guía de clase C. esta contiene una

explicación detallada de los conceptos relacionados al ADN, definiciones y estructura básica. A la

vez, el profesor explicara las principales leyes que gobiernan la unión de bases nitrogenadas.

Los estudiantes deberán contestar las preguntas incluidas en la guía del alumno. Una vez

contestadas, el profesor recogerá la guía para su revisión.

Finalmente, el profesor entregará a los estudiantes la guía de tarea.

Una vez todos los estudiantes tengan la guía de tarea, la clase se dará por finalizada.

Materiales

15 gomas o chocolatinas por curso.

C - ADN Y ACIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de un monómero llamado nucleótido; cada nucleótido

está formado, mediante un enlace éster, por un ácido fosfórico y un nucleósido. Este último se

constituye por la unión de una pentosa (la D-ribosa o la 2-desoxi-D-ribosa), y una base

nitrogenada (purina o pirimidina).

Las bases nitrogenadas pueden ser purinas: ADENINA y GUANINA, las bases pirimidínicas son:

CITOCINA, TIMINA y URACILO. La timina solo puede formar ADN y el uracilo solo está presente en

el ARN.

Es importante el orden de los carbonos de la molécula central, ya que dependiendo de la posición

de cada uno de ellos, se clasifican en purinas (anillo doble) y en pirimidinas (anillo sencillo).

Hay dos tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico

(ARN), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente

demostrada

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO – ADN

El ácido desoxirribonucleico (polímero de unidades menores denominados nucleótidos) junto con

el ácido ribonucleico, constituye la porción prostética (Un grupo prostético es el componente no

aminoacídico que forma parte de la estructura de las heteroproteínas o proteínas conjugadas,

estando unido covalentemente a la apoproteína) de los nucleoproteidos, cuyo nombre tiene un

contexto histórico, ya que se descubrieron en el núcleo de la célula. Se trata de una molécula de

gran peso molecular (macromolécula) que está constituida por tres sustancias distintas: ácido

fosfórico, un monosacárido aldehídico del tipo pentosa (la desoxirribosa), y una base nitrogenada

cíclica que puede ser púrica (adenina ocitosina) o pirimidínica (timina o guanina).

La unión de la base nitrogenada (citosina, adenina, guanina o timina) con la pentosa

(desoxirribosa) forma un nucleósido; éste, uniéndose al ácido fosfórico, nos da un nucleótido; la

unión de los nucleótidos entre sí en enlace diester nos da el polinucleótido, en este caso el ácido

desoxirribonucleico.

Las bases nitrogenadas se hallan en relación molecular 1:1, la relación adenina + timina / guanina

+ citosina es de valor constante para cada especie animal. Estructuralmente la molécula de ADN se

presente en forma de dos cadenas helicoidales arrolladas alrededor de un mismo eje (imaginario);

las cadenas están unidas entre sí por las bases que la hacen en pares. Los apareamientos son

siempre adenina-timina y citosina-guanina. El ADN es la base de la herencia.

Ley de Chargaff

La Ley de Chargaff se basa en la relación cuantitativa de los Nucleótidos que forman la doble hélice

del ADN, establece que la cantidad de Adenina( A) es igual a la cantidad de Timina( T), y la cantidad

de Citosina(C) es igual a la cantidad de Guanina(G), es decir, el n° total de bases purinas es igual al

n° total de bases pirimídinas( A+G= C+T),

Los nucleótidos se forman por la unión del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un

nucleótido monosfato. La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3' de otro nucleótido.

Así la cadena tiene un extremo 5´y un extremo 3´.

De acuerdo a la ley de Chargaff, resuelva los siguientes problemas

1. Un biólogo descubrió una cepa de virus desconocido, el cual no se encontraba en ningún

libro o descripción previa. Al revisar su genoma, descubrió los siguientes porcentajes de

bases nitrogenadas:

a. Adenina: 24,01%

b. Timina: 31,22%

c. Guanina:23,35%

d. Citosina: 21,51%

Cumple este virus con las leyes de Chargaff? (tolerancia porcentual de 5,21%)

No. La diferencia porcentual es 5,37, por lo que es mayor a 5,21%

2. La siguiente es una muestra representativa de los datos de Erwin Chargaff en 1952,

listando la composición base del ADN de varios organismos; ambos siguiendo la Ley De

Chargaff:

Utilice la siguiente cuadrícula para graficar los porcentajes, utilizando una muestra

representativa de las especies estudiadas, demostrando que las proporciones indicadas

por la ley de Chargaff son validas.

Organismo %A %G %C %T A/T G/C %GC %AT

Phi-X174 24,0 23,3 21,5 31,2 0,77 1,08 44,8 55,2

Maíz 26,8 22,8 23,2 27,2 0,99 0,98 46,1 54,0

Pulpo 33,2 17,6 17,6 31,6 1,05 1,00 35,2 64,8

Pollo 28,0 22,0 21,6 28,4 0,99 1,02 43,7 56,4

Rata 28,6 21,4 20,5 28,4 1,01 1,00 42,9 57,0

Humano 29,3 20,7 20,0 30,0 0,98 1,04 40,7 59,3

Saltamontes 29,3 20,5 20,7 29,3 1,00 0,99 41,2 58,6

Erizo de mar 32,8 17,7 17,3 32,1 1,02 1,02 35,0 64,9

Trigo 27,3 22,7 22,8 27,1 1,01 1,00 45,5 54,4

Levadura 31,3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 35.8 64,4

E. coli 24,7 26,0 25,7 23,6 1,05 1,01 51,7 48,3

0

5

10

15

20

25

30

35

Adenina

Guanina

Citosina

Timina

0,94

0,96

0,98

1

1,02

1,04

1,06

A/T

G/C

H

1. Esquematice los experimentos llevados a cabo por Avery, MacLeod y McCarty en1944

2. En sus propias palabras, explique cómo los experimentos llevados a cabo por Avery,

MacLeod y McCarty determinaron que los genes son quienes se encargan de definir la

sexualidad humana.

Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty hicieron una serie de experimentos usando cepas

de la bacteria neumococo, la cual causa neumonía. Los neumococos crecen en el cuerpo

huésped, pero, como otros tipos de bacterias, también pueden crecer en superficies

sólidas o líquidas. Los neumococos son bacterias que cuando no tienen cápsula, crecen en

el laboratorio, formando colonias con superficie rugosa; si tienen esa envoltura su

apariencia se torna lisa. La diferencia pudiera parecer menudencia estética, pero no.

Según datos emanados del laboratorio de Avery, precisamente la cápsula es causante de

la virulencia. Griffith descubrió que al inyectar a ratones con pequeñas dosis de

neumococos no virulentos junto con grandes cantidades de neumococos patógenos pero

«muertos» por calentamiento, los animales no sólo mueren de neumonía sino que

muestran en su sangre bacterias encapsuladas vivas. Es decir, en estas condiciones

experimentales el neumococo no virulento adquiere la información para sintetizar la

cápsula (se transforma, diría Griffith) en el cuerpo del ratón y, con ella, la capacidad de

producir enfermedad. Griffith concluyó que había algún «principio» que transformó las

cepas rugosas (R) en lisas (S) con una cubierta de azúcares. Cuando Avery leyó los

resultados de Griffith se interesó en identificar este «principio transformador», Avery y su

equipo comenzaron a experimentar usando un tubo de ensayo en vez de un ratón. Usaron

detergente para descomponer las células lisas muertas por calor creando una lisis a partir

de ellas. Entonces usaron esta lisis para los ensayos de transformación. Los tubos

funcionaron bien y mostraron que la lisis de S muerta por calor podían cambiar (R) Rugosa

a (S) Lisa. El principio transformador estaba en algún lugar de la lisis.

3. ¿Cuál es la importancia de los Isotopos radioactivos Fósforo-32 (P-32) y Azufre 35 (S-35) en

la confirmación de que es el ADN la base del material genético y no las proteínas, en los

experimentos de Hershey y Chase?

En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-

32 (P-32). El ADN contiene fósforo, a diferencia de los 20 aminoácidos que forman las

proteínas. Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli y

posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una

licuadora y una centrífuga. Hallaron que el indicador radiactivo era visible sólo en las

células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas. En un segundo experimento, marcaron

los fagos con el isótopo azufre-35 (S-35).

Los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del ARN. Tras la

separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no

en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético lo que

infecta a las bacterias

Bibliografía

Luque, J., y Herráez, Á. Texto ilustrado de Biología Molecular e Ingeniería Genética. Ed. Harcourt,

2001.

Lewin, B. Genes IX, Pearson Education, 2007. [Genes VII, Marbán, 2001 (2000)].