Introducción.-
ADN: portador de la información genética. Los requisitos que debe tener la molécula portadora de la información genética son los
siguientes:
Tiene que ser químicamente estable.
Poseer capacidad de replicación.
Que la información genética pueda transmitirse de una generación a otra.
Aunque químicamente estable, debe ser susceptible de sufrir algunas variaciones(mutaciones) que
permiten la evolución.
1.1. EL ADN Y LOS CROMOSOMAS
La gran aportación de Mendel (1865) fue considerar que los caracteres hereditarios están determinados por unidades individualizadas que se transmiten de generación en generación, a las que denominó “Factores hereditarios”.
Posteriormente a los factores hereditarios mendelianos se les dio el nombre de genes.
Cada gen es responsable de la expresión de un carácter y presenta dos alternativas alélicas o alelos, uno de origen paterno y el otro materno.
Los factores hereditarios, es decir, los genes están en los cromosomas. Esta afirmación constituyó la base de la teoría cromosómica de la herencia.
Los cromosomas son la estructura cuaternaria del ADN que se ha empaquetado en un espacio muy reducido.
Cada cromosoma contiene una única molécula de ADN asociada a proteínas.
Cada especie tiene un número característico de cromosomas, organizados en pares ( cromosomas homólogos). Cada miembro de un par de cromosomas homólogo es similar, pero no idéntico, a su compañero.
Ejemplos: la cebolla tiene 16 (organizados en 8 pares), la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, 8, y los seres humanos, 46. De esto no se desprende que una mayor cantidad de cromosomas equivale a ser más inteligente.
Hoy sabemos que la molécula que contiene la información de las características biológicas de los seres vivos es el ADN, que junto con las histonas (proteínas básicas) forma los cromosomas. Sin embargo, la demostración de que este ácido nucleico es decir, el ADN constituía el material hereditario
sólo fue posible gracias a la paciente labor de investigación de muchos científicos durante la primera mitad del siglo XX.
1) El médico suizo Friedrich Miescher fue el primero que consiguió aislar en 1869, a partir de núcleos celulares (de leucocitos), una sustancia a la que denominó nucleina formada por una parte ácida (hoy, ADN) y una parte básica (proteínas).
2) En 1928 cuando F. Griffith (microbiólogo) buscaba una vacuna contra la neumonía provocada por la bacteria Streptococcus pneumoniae, descubrió una sustancia, a la que llamó principio transformante, que contenía la información genética (es decir, el ADN).
Experimento de Griffith: transformación (la demostración experimental de este hecho l realizaron Alfred D. Hershey y Martha Chase en 1952)
Trabajó con 2 cepas de distintas bacterias de Streptococcus pneumoniae:
Cepa S: virulentas que provocaban la muerte de los ratones. Las bacterias están cubiertas de una cápsula de
polisacáricos y sus colonias tienen un apecto liso (S=smooth: liso). Estas bacterias no son atacadas por los
linfocitos de la sangre
Cepas R: inofensivas que no tienen la cápsula de polisacáridos y sus colonias tienen aspecto rugoso (T=rough=rugoso). Son atacadas por los fagocitos
Griffith realizó el siguiente experimento:
a). Inoculó cepas tipo S en ratones y estos morían
b). Inoculó cepas tipo R en ratones y no moría (no había cambios en los ratones)
c). Inoculó cepas tipo S muertas por calor: los ratones estaban vivos, no morían
d). Inoculó una mezcla de células S muertas por calor con células R: los ratones murieron
Griffith inoculó a los ratones bacterias S muertas por calor y observó que estos sobrevivían, con lo que demostró que las cápsulas no eran las que provocaban la muerte.
Al infectar un ratón con una mezcla de bacterias S (virulentas) muertas por calor y bacterias R (no virulentas) vivas el ratón enfermaba y moría.
Conclusión:
Las bacteiras S muertas por calor habían provocado la transformación de las bacterias R en bacterias S (es decir virulentas)
El ADN de las bacterias S muertas por calor habian pasado a las bacterias R y las habían transformado en virulentas (en bacterias S)
En esta época se pensaba que las proteínas cromosómicas eran las portadoras de la información genética y que el ADN tenía un papel secundario.
Tuvieron que pasar 16 años hasta que se consiguió identificar la molécula que contenía el material genético.
3) En 1944, O.T. Avery, C. Macleod y M. McCarty, dedujeron que el principio transformante de Griffith era el ADN, pues para que un extracto de células S transformara una cepa de células R, el único componente que debía contener necesariamente era el ADN. Esta capacidad transformante desaparecía cuando se agregaban enzimas que destruían el ADN.
4) La prueba definitiva fue obtenida en 1952 por Alfred Hershey y Martha Chase, quienes demostraron de forma concluyente que el ADN, y no una proteína, era el material genético del bacteriófago T2, un virus que ataca a la bacteria E. coli, y que está formado únicamente por ADN y proteínas (las dos sustancias de las que se sospechaba que podría estar formado el material hereditario). (Los fagos están formados de 1 ácido nucleico (ADN o ARN) y una cápsula de proteínas)
No obstante, quedaba por demostrar cómo un compuesto tan simple podía almacenar y transmitir tanta información. La respuesta la proporcionó el progresivo conocimiento de la estructura del ADN. Desde que, en 1953, James D. Watson y Francis Crick propusieron su modelo de estructura de doble hélice, que explicaba como se podía almacenar y transmitir la información genética, ya nadie dudó de la función y la importancia del ADN.
1.2. CONCEPTO DE GEN. EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Definición clásica de gen
Es la unidad elemental de la herencia, es un fragmento de cromosoma portador de la información genética que se transmite de generación en generación y es el responsable de los caracteres de un organismo
Durante la meiosis el gen sufre recombinación genética (o intercambio de ADN), este proceso es el responsable de la gran variabilidad genética que se observa e los seres vivos
Definición molecular de gen.
A los largo del tiempo se han propuesto varias hipótesis
a) Hipótesis un gen-un enzima: un gen lleva la información para la síntesis de una enzima. La alteración de un gen provoca un fallo en el funcionamiento de una enzima
b) Hipótesis un gen-una proteína: como las enzimas son proteínas, un gen es responsable de la síntesis de una proteína
c) Hipótesis un gen-un polipéptido: un gen o cistrón codifica un polipéptido
Actualmente el concepto se ha ampliado ya que el gen tiene dos tipos de secuencias:
Una secuencia estructural formada por regiones codificantes llamadas exones (con información) y regiones no codificantes llamados intrones (sin información)
Una secuencia reguladora de la expresión de la expresión genética (genes reguladores). ADN portador de la información genética
EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
El ADN es el portador del mensaje genético y debe:
Transmitir este mensaje de una generación a otra mediante el proceso de replicación o duplicación. Proceso mediante el cual a partir de una molécula de ADN progenitora se originan dos moléculas de ADN hijas, idénticas a la original.
Expresar este mensaje genético ya que en él se encuentra la información necesaria para sintetizar las proteínas de la célula. La expresión del mensaje genético se realiza en dos fases:
- Transcripción: Proceso por el cual el ADN hace una copia de una parte de su mensaje, sintetizándose una molécula de ARN mensajero.
- Traducción. Con la información contenida en el ARN mensajero se sintetiza en los ribosomas una proteína.
El flujo de información genética se puede expresar de la siguiente manera:
Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la Biología Molecular” (enunciado
por Crick en 1970).
En la actualidad, esta forma de expresarlo ha tenido que ser modificada, debido a los mecanismos de replicación que presentan ciertos virus:
o Algunos virus (como el del mosaico del tabaco) que tienen su información genética en forma de ARN poseen una enzima, la ARN replicasa, capaz de fabricar copias de este ARN.
o Los retrovirus almacenan su información genética en una molécula de ARN y cuando se introducen en una célula son capaces de sintetizar ADN utilizando como molde su ARN. Para ello emplean una enzima, la transcriptasa inversa o retrotranscriptasa (el proceso se llama transcripción inversa).
Posteriormente, el ADN transcrito se integra en el ADN celular.
Tras el descubrimiento del comportamiento de estos virus, el dogma central de la Biología Molecular hubo de ser redefinido
Definiciones:
Replicación; Proceso por el cual una molécula de ADN de doble hélice se duplica y se obtienen 2 copias idénticas.
Transcripción: Proceso poe el que se obtiene una molécula de ARNm a partir del ADN
Traducción: La información transportada desde el núcleo por el ARNm es traducida, gracias al ARNt y a ribosoma en una proteína (secuencia de aminoácidos)
Transcripción inversa: Sintesis de ADN a partir de una molécula de ARN que sirve de molde, mediante una
enzima llamada transcriptasa inversa (en retrovirus). ADN portador de la información genética