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jueves, 9 de diciembre de 2010
Expresión de la información génica
Concepto de gen
Como sabemos, la información hereditaria está contenida en el ADN, principalmente en los cromosomas. El concepto clásico de gen se puede formular de la siguiente forma: Un gen es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable (característica fenotípica). Por supuesto que un gen es un fragmento de ADN ya que cada molécula de ADN puede contener, y de hecho contiene, varios genes.
¿Cómo se expresan los genes?
La relación entre los genes y los caracteres biológicos hereditarios no es directa, sino que la aparición de dichos caracteres supone la existencia de una serie de reacciones metabólicas que permitan que a partir de ese fragmento de ADN pueda aparecer el carácter correspondiente. Por ello, el concepto de gen ha evolucionado a lo largo de la historia del conocimiento científico desde el concepto clásico expuesto anteriormente que podemos expresar resumidamente como "un gen, un carácter", pasando por la hipótesis: "un gen, una enzima", propuesta por los investigadores Beadle y Tatum en la década de los 40 del pasado siglo XX para convertirse finalmente en la relación "un gen, una cadena polipeptídica". La cadena polipeptídica es, por tanto, responsable directa o indirectamente de la aparición del mencionado carácter hereditario. Si la proteína es una proteína estructural puede generar directamente el carácter, pero si se trata de una proteína enzimática influirá en una o varias rutas metabólicas que, finalmente, podrán determinar el carácter.
El problema es ahora elucidar los siguientes aspectos:
El código genético
La respuesta a la primera pregunta requiere relacionar las estructuras moleculares del ADN y las cadenas polipeptídicas.
El ADN es una cadena de unas subunidades denominadas nucleótidos, concretamente desoxirribonucleótidos, de los cuales hay 4 distintos que se diferencian sólo por uno de sus componentes, la base nitrogenada, que puede ser Adenina, Guanina, Timina y Citosina, mientras que una cadena polipeptídica es una cadena de aminoácidos, de los que hay 20 distintos.
La relación entre el ADN y la proteína equivale a relacionar dos tipos de lenguaje entre sí: uno de ellos basado en 4 símbolos (ADN) y el otro en 20 (proteína). Se trata, por tanto, de encontrar un código que haga corresponder uno o varios símbolos del ADN (A, G, T y C) con uno o varios de la proteína, y ese es el código genético.
Más adelante definiremos adecuadamente el concepto de código genético y profundizaremos en sus características.
De un gen a una proteína
Si recordamos lo que ya sabemos de una célula eucariota podremos comprender que la síntesis de una proteína no se puede realizar directamente a partir del ADN, ya que el ADN se encuentra en el núcleo de la célula mientras que las proteínas se sintetizan en el citoplasma, concretamente por parte de los ribosomas, así que es necesario que se forme un intermediario que transmita la información del gen desde el núcleo al citoplasma. Ese intermediario es el ARN mensajero, que transporta una copia de la información contenida en el gen que se va a expresar desde el núcleo al citoplasma, también en un lenguaje de 4 elementos: Adenina (A), Guanina (G), Uracilo (U) y Citosina (C). La síntesis de ese ARN mensajero recibe el nombre de Transcripción.
En el citoplasma, a partir de la información contenida en el ARN mensajero, se sintetiza la proteína por parte de los ribosomas, proceso denominado Traducción, ya que supone pasar de un lenguaje ( el de los nucleótidos) a otro distinto (el de los aminoácidos).
Por lo tanto se requieren dos procesos: Transcripción del ADN a ARN mensajero y Traducción del ARN mensajero a una molécula de proteína.
Debemos aclarar que el proceso de transcripción no sólo sirve para la síntesis de ARN mensajero, sino también para la de los demás tipos de ARN que intervienen en los procesos mencionados o en cualquier otro aspecto de la fisiología de la célula.
Más adelante profundizaremos en la descripción de los mecanismos mencionados en esta entrada.
Como sabemos, la información hereditaria está contenida en el ADN, principalmente en los cromosomas. El concepto clásico de gen se puede formular de la siguiente forma: Un gen es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable (característica fenotípica). Por supuesto que un gen es un fragmento de ADN ya que cada molécula de ADN puede contener, y de hecho contiene, varios genes.
¿Cómo se expresan los genes?
La relación entre los genes y los caracteres biológicos hereditarios no es directa, sino que la aparición de dichos caracteres supone la existencia de una serie de reacciones metabólicas que permitan que a partir de ese fragmento de ADN pueda aparecer el carácter correspondiente. Por ello, el concepto de gen ha evolucionado a lo largo de la historia del conocimiento científico desde el concepto clásico expuesto anteriormente que podemos expresar resumidamente como "un gen, un carácter", pasando por la hipótesis: "un gen, una enzima", propuesta por los investigadores Beadle y Tatum en la década de los 40 del pasado siglo XX para convertirse finalmente en la relación "un gen, una cadena polipeptídica". La cadena polipeptídica es, por tanto, responsable directa o indirectamente de la aparición del mencionado carácter hereditario. Si la proteína es una proteína estructural puede generar directamente el carácter, pero si se trata de una proteína enzimática influirá en una o varias rutas metabólicas que, finalmente, podrán determinar el carácter.
El problema es ahora elucidar los siguientes aspectos:
- ¿Cómo se encuentra almacenada la información en el ADN?
- ¿Cómo se puede originar una cadena polipeptídica (proteína) a partir de la información contenida en el gen?
El código genético
La respuesta a la primera pregunta requiere relacionar las estructuras moleculares del ADN y las cadenas polipeptídicas.
El ADN es una cadena de unas subunidades denominadas nucleótidos, concretamente desoxirribonucleótidos, de los cuales hay 4 distintos que se diferencian sólo por uno de sus componentes, la base nitrogenada, que puede ser Adenina, Guanina, Timina y Citosina, mientras que una cadena polipeptídica es una cadena de aminoácidos, de los que hay 20 distintos.
La relación entre el ADN y la proteína equivale a relacionar dos tipos de lenguaje entre sí: uno de ellos basado en 4 símbolos (ADN) y el otro en 20 (proteína). Se trata, por tanto, de encontrar un código que haga corresponder uno o varios símbolos del ADN (A, G, T y C) con uno o varios de la proteína, y ese es el código genético.
Más adelante definiremos adecuadamente el concepto de código genético y profundizaremos en sus características.
De un gen a una proteína
Si recordamos lo que ya sabemos de una célula eucariota podremos comprender que la síntesis de una proteína no se puede realizar directamente a partir del ADN, ya que el ADN se encuentra en el núcleo de la célula mientras que las proteínas se sintetizan en el citoplasma, concretamente por parte de los ribosomas, así que es necesario que se forme un intermediario que transmita la información del gen desde el núcleo al citoplasma. Ese intermediario es el ARN mensajero, que transporta una copia de la información contenida en el gen que se va a expresar desde el núcleo al citoplasma, también en un lenguaje de 4 elementos: Adenina (A), Guanina (G), Uracilo (U) y Citosina (C). La síntesis de ese ARN mensajero recibe el nombre de Transcripción.
En el citoplasma, a partir de la información contenida en el ARN mensajero, se sintetiza la proteína por parte de los ribosomas, proceso denominado Traducción, ya que supone pasar de un lenguaje ( el de los nucleótidos) a otro distinto (el de los aminoácidos).
Por lo tanto se requieren dos procesos: Transcripción del ADN a ARN mensajero y Traducción del ARN mensajero a una molécula de proteína.
Debemos aclarar que el proceso de transcripción no sólo sirve para la síntesis de ARN mensajero, sino también para la de los demás tipos de ARN que intervienen en los procesos mencionados o en cualquier otro aspecto de la fisiología de la célula.
Más adelante profundizaremos en la descripción de los mecanismos mencionados en esta entrada.
Videos que muestran cómo se realiza la transcripción
A continuación se muestra una presentación donde se muestra el proceso completo.
domingo, 8 de marzo de 2009
La replicación del ADN
La replicación del ADN es semiconservativa, es decir sigue el modelo propuesto por Watson y Crick (autores del modelo de estructura de la doble hélice) que consiste en que cada una de las dos nuevas moléculas de ADN originadas a partir de la inicial conservan una hebra procedente de la molécula original, siendo la complementaria a ella de nueva síntesis.
La demostración experimental de que la replicación es semiconservativa fue obra de Meselson y Stahl (1957) que realizaron el siguiente proceso experimental:
La demostración experimental de que la replicación es semiconservativa fue obra de Meselson y Stahl (1957) que realizaron el siguiente proceso experimental:
Experimento
En primer lugar, realizaron una prueba de control centrifugando ADN sintetizado en un medio con N14, ADN sintetizado en un medio con N15 y una mezcla de ambos tipos de ADN y comprobaron que, efectivamente, se observaba que el ADN con N15 era más pesado y, por tanto, quedaba más bajo en el tubo de centrifugación que el ADN con N14, y que cuando estaban mezclados, se separaban ocupando ambos sus posiciones características en el tubo de centrifugación.
- Cultivaron bacterias Escherichia coli (E. coli) durante varias generaciones en un medio con N15 como única fuente de nitrógeno de forma que toda la población llegase a tener todo su ADN con N15.
- A continuación transfirieron las bacterias a un medio con N14.
- Tomaron una muestra después de cada ciclo de reproducción, extrajeron el ADN y lo centrifugaron para ver las proporciones de N14 y N15 en su ADN.
Obtuvieron los siguientes resultados:
- En la primera generación aparecía una sola banda en posición intermedia entre las correspondientes al N14 y al N15. De ésto se deduce que todo el ADN tiene mezcla de N14 y N15, descartando el modelo conservativo ya que en ese caso deberían haber aparecido dos bandas, una en la zona correspondiente al N14 y otra correspondiendo al N15.
- En la segunda generación seguía apareciendo la banda intermedia y apareció una banda en la zona del N14, por lo que se descarta el modelo dispersivo ya que, en ese caso, siempre debería haber mezclas de ambos ADN (aunque con distintas proporciones de cada uno de ellos.
- En las siguientes generaciones se observa lo mismo que en la segunda aunque cada vez con menor proporción de la banda correspondiente a la mezcla de N14 y N15.
Conclusión
Por lo tanto, el único modelo compatible con estos resultados es el modelo semiconservativo.
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