ACIDOS NUCLEICOS LA EXISTENCIA DEL MATERIAL HEREDITARIO DESDE

ACIDOS NUCLEICOS

LA EXISTENCIA DEL MATERIAL HEREDITARIO • DESDE TIEMPOS INMEMORIALES, EL HOMBRE SE DIO CUENTA QUE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS PADRES SE TRANSMITEN A LA DESCENDENCIA. • • EN EL CASO DE LAS PLANTAS, SE ASUMÍA INTUITIVAMENTE QUE ESTAS CARACTERÍSTICAS SE TRASPASABAN A TRAVÉS DE LAS SEMILLAS. • • EN LOS ANIMALES, SE PENSABA EN LA ESPERMA DEL MACHO O EN LA SANGRE COMO PORTADORA DE ESAS CARACTERÍSTICAS. • DESDE QUE EL HOMBRE SE HIZO SEDENTARIO, MEDIANTE LA SELECCIÓN DE LAS SEMILLAS DE LAS MEJORES PLANTAS, SE LLEGÓ A OBTENER POR EJEMPLO, LAS VARIEDADES DE TRIGO, MAÍZ Y CEBADA MODERNOS, LAS ESPECIES FRUTALES, TUBÉRCULOS Y MUCHAS OTRAS ESPECIES COMESTIBLES. • EN CUANTO A LOS ANIMALES, MEDIANTE LA CRUZA DE ESPECÍMENES CON DETERMINADAS CARACTERÍSTICAS SE LOGRARON LAS VARIEDADES DE VACUNOS, OVEJAS, CABALLOS, BURROS, CABRAS, CERDOS Y AVES DOMÉSTICAS QUE EXISTEN HASTA HOY. • • TODOS ESTOS CASOS DEMUESTRAN QUE SI BIEN NO EXISTÍA EL CONCEPTO DE MATERIAL HEREDITARIO, SE INTUÍA QUE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS ESTABAN CONTENIDAS EN ELLOS Y SE TRANSMITÍAN DE ALGUNA FORMA.

EL ÁCIDO NUCLEICO • LUEGO DEL DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y DE LLEGAR A LA CONFIRMACIÓN QUE ÉSTA ERA LA UNIDAD ESTRUCTURAL DE TODOS LOS SERES VIVOS, EL AVANCE DE LAS TÉCNICAS MICROSCÓPICAS Y BIOQUÍMICAS PERMITIERON CONOCER LA ESTRUCTURA CELULAR INTERNA Y LA NATURALEZA DE SUS COMPONENTES. • EN EL AÑO 1869, EL BIOQUÍMICO SUIZO FRIEDRICH MIESCHER DESCUBRIÓ QUE EL NÚCLEO CELULAR CONTENÍA UNA SUSTANCIA ÁCIDA A LA QUE LLAMÓ NUCLEÍNA O ÁCIDO NUCLEICO, CUYA COMPOSICIÓN QUÍMICA Y PROPORCIONES ERAN DIFERENTES A LAS DEMÁS MOLÉCULAS ORGÁNICAS, POR CONTENER UNA GRAN CANTIDAD DE FÓSFORO. • MIESCHER MURIÓ EN 1895 Y NUNCA SUPO CUÁL ERA LA REAL IMPORTANCIA DE SU

• SIGUIENDO CON LOS ESTUDIOS DE MIESCHER, EL CIENTÍFICO ALEMÁN ALBRECHT KOSSEL, IDENTIFICA LOS DOS TIPOS DE ÁCIDO NUCLEICO (ADN Y ARN), DESCRIBE SU NATURALEZA BIOQUÍMICA E IDENTIFICA LA MAYORÍA DE SUS COMPONENTES, LAS NUCLEOPROTEÍNAS Y LAS BASES NITROGENADAS QUE LOS COMPONEN. • • FUE EL PRIMERO EN INTUIR EL PAPEL DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS EN LA HERENCIA Y SENTÓ LAS BASES DE LOS ESTUDIOS MODERNOS SOBRE EL ADN. • • POR ESTOS Y OTROS HALLAZGOS, RECIBE EL PREMIO NOBEL DE MEDICINA EN EL AÑO 1910.

EL ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO A PESAR DE LOS DESCUBRIMIENTOS REALIZADOS SOBRE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS, NO EXISTÍA ACUERDO EN LOS CIENTÍFICOS SOBRE CUAL ERA EL MATERIAL HEREDITARIO, EXISTIENDO DOS MOLÉCULAS COMO CANDIDATAS: LAS PROTEÍNAS Y LOS ÁCIDOS NUCLEICOS, ESPECIALMENTE EL ADN. • • LAS PROTEÍNAS TENÍAN A FAVOR EL HECHO DE QUE ESTABAN PRESENTES EN TODAS LAS CÉLULAS Y QUE HABÍAN PROTEÍNAS DISTINTIVAS EN DIFERENTES TEJIDOS Y ENTRE DISTINTAS ESPECIES. • • EL ADN EN CAMBIO, ERA EL MISMO PARA TODOS LOS TEJIDOS Y EN TODAS ESPECIES.

• UNO DE LOS HECHOS CLAVE QUE INCLINÓ LA BALANZA A FAVOR DEL ADN, OCURRIÓ EN EL AÑO 1928, CUANDO EL MÉDICO INGLÉS FREDERICK GRIFFITH DESCUBRIÓ ACCIDENTALMENTE EL FENÓMENO DE LA TRANSFORMACIÓN BACTERIANA. • • MIENTRAS DESARROLLABA UNA VACUNA PARA LA NEUMONÍA, DESCUBRIÓ QUE UNA CEPA DE PNEUMOCOCO VIRULENTA (QUE PROVOCA LA ENFERMEDAD), ESTANDO YA LAS BACTERIAS MUERTAS, PODÍA HACER QUE LAS BACTERIAS DE UNA CEPA INOFENSIVA SE TRANSFORMARAN EN VIRULENTAS, ALGO QUE PARECÍA IMPOSIBLE. • • LA CONCLUSIÓN DE SU EXPERIMENTO, FUE QUE EN LOS RESTOS DE LAS BACTERIAS MUERTAS, DEBÍA EXISTIR ALGÚN «FACTOR TRANSFORMANTE» QUE ERA CAPAZ DE HACER QUE LAS BACTERIAS INOFENSIVAS SE TRANSFORMARAN EN VIRULENTAS.

• PASARON VARIOS AÑOS SIN PODER DILUCIDAR CUAL ERA EL «FACTOR TRANSFORMANTE» DEL EXPERIMENTO DE GRIFFITH, HASTA QUE EN EL AÑO 1944 UN EQUIPO CIENTÍFICO LIDERADO POR OSWALD AVERY, DESARROLLÓ UN EXPERIMENTO QUE PERMITIÓ DESCIFRAR EL MISTERIO. • • AL CULTIVAR BACTERIAS DE LA CEPA R EN PRESENCIA DE DISTINTOS COMPONENTES DE BACTERIAS DE LA CEPA S, SE COMPROBÓ QUE EL ADN ERA LA MOLÉCULA QUE HABÍA PERMITIDO LA TRANSFORMACIÓN.

• A PESAR DE LAS EVIDENCIAS APORTADAS POR EL EXPERIMENTO DE AVERY, MUCHOS CIENTÍFICOS TODAVÍA SOSTENÍAN QUE LAS PROTEÍNAS DEBÍAN SER EL MATERIAL DE LA HERENCIA. • • LA COMPROBACIÓN DEFINITIVA A FAVOR DEL ADN VINO EL AÑO 1952, CUANDO LOS INVESTIGADORES ALFRED HERSHEY Y MARTHA CHASE, UTILIZANDO FAGOS(VIRUS QUE INFECTAN BACTERIAS) MARCADOS CON ISÓTOPOS RADIACTIVOS DEMOSTRARON QUE LA INFECCIÓN ERA CAUSADA POR EL ADN Y NO POR LAS PROTEÍNAS.

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL ADN • QUÍMICAMENTE, EL ADN SE COMPONE DE ÁTOMOS DE C, H, O, N Y P. • • LA UNIDAD ELEMENTAL DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ES EL NUCLEÓTIDO, UNA MOLÉCULA COMPUESTA QUE CONSTA DE UN AZÚCAR DE CINCO CARBONOS LLAMADA DESOXIRRIBOSA, UNA BASE NITROGENADA Y UN GRUPO FOSFATO. • • LAS BASES NITROGENADAS PUEDEN SER CUATRO: ADENINA (A), TIMINA (T), CITOSINA (C) Y GUANINA (G). COMO LA BASE NITROGENADA ES EL ELEMENTO DISTINTIVO DE LOS NUCLEÓTIDOS, ÉSTAS SON LAS QUE DENOMINAN A TODA LA

• PARA FORMAR LA MOLÉCULA DE ADN, LAS MOLÉCULAS DE NUCLEÓTIDOS SE UNEN ENTRE SÍ, MEDIANTE UN TIPO DE ENLACE LLAMADO FOSFODIESTER, QUE INVOLUCRA LA PENTOSA DE UN NUCLEÓTIDO Y EL GRUPO FOSFATO DEL NUCLEÓTIDO SIGUIENTE PARA FORMAR UN DINUCLEÓTIDO. ESTA UNIÓN SE REPITE EN FORMA SUCESIVA, HASTA CONFORMAR LARGAS HEBRAS DE NUCLEÓTIDOS EN FORMA LINEAL, ES DECIR, UN POLINUCLEÓTIDO DE ADN.

• FINALMENTE, PARA COMPLETAR LA ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA, DOS HEBRAS LINEALES DE POLINUCLEÓTIDOS SE UNEN ENTRE SÍ MEDIANTE PUENTES DE HIDRÓGENO ENTRE LAS BASES NITROGENADAS, FORMANDO LA DOBLE HEBRA QUE CARACTERIZA EL ADN DE TODOS LOS SERES VIVOS.

BASES NITROGENADAS

FORMULACIÓN DEL MODELO ACTUAL DE ADN • PARA DILUCIDAR LA ESTRUCTURA MOLECULAR DEL ADN FUE NECESARIO SUMAR UNA SERIE DE CONTRIBUCIONES QUE PERMITIERON FINALMENTE LLEGAR A LA FORMULACIÓN DE UN MODELO QUE EXPLICASE SATISFACTORIAMENTE LAS CARACTERÍSTICAS QUE YA SE CONOCÍAN DE ESTA MOLÉCULA. Gracias a ello, hoy sabemos que su estructura corresponde a una larga doble hélice formada por dos cadenas de polinucleótidos unidos entre sí por las bases

REGLAS DE CHARGAFF • A PARTIR DE LOS ESTUDIOS QUÍMICOS DE LAS BASES NITROGENADAS DESARROLLADOS POR EDWIN CHARGAFF EN LA DÉCADA DE 1940, SE DETERMINÓ QUE ÉSTAS PODÍAN SER DE DOS TIPOS, PURINAS O BASES PÚRICAS, COMPUESTAS DE UN ANILLO NITROGENADO DE PIRIMIDINA+ UN ANILLO NITROGENADO DE IMIDAZOL, Y LAS BASES PIRIMIDINAS O PIRIMÍDICAS, FORMADAS SOLO DE UN ANILLO DE PIRIMIDINA. • • LAS PURINAS O BASES PÚRICAS CORRESPONDEN A LA ADENINA (A) Y GUANINA (G), MIENTRAS QUE LAS BASES PIRIMÍDICAS SON LA TIMINA (T) Y LA CITOCINA(C).

• COMO RESULTADO DE SUS ESTUDIOS, SE POSTULAN LAS LLAMADAS LEYES DE CHARGAFF QUE SE RESUMEN EN LOS SIGUIENTES POSTULADOS: • 1. LAS CANTIDADES DE A, C, G Y T, SON CONSTANTES PARA LOS INDIVIDUOS DE UNA MISMA ESPECIE, PERO VARÍAN DE UNA ESPECIE A OTRA. • 2. EN CADA ESPECIE, LA CANTIDAD DE ADENINA ES LA MISMA QUE LA CANTIDAD DE TIMINA, MIENTRAS QUE LA CANTIDAD DE CITOSINA, ES IGUAL A LA CANTIDAD DE GUANINA (A=T Y C=G).

• GRACIAS A LA COINCIDENCIA ENTRE LOS PORCENTAJES DE A-T Y C-G, SE ESTABLECIÓ QUE POSIBLEMENTE LAS BASES NITROGENADAS ESTABAN INVOLUCRADAS EN LA UNIÓN DE LAS DOS CADENAS SIMPLES QUE CONFORMABAN LA DOBLE HEBRA. • • LA A DE UNA CADENA, SE UNIRÍA A LA T DE LA OTRA, Y VICEVERSA, Y LO MISMO OCURRIRÍA CON LA C Y LA G, FENÓMENO CONOCIDO COMO «COMPLEMENTARIEDAD DE LAS BASES NITROGENADAS» . • • ESTA HIPÓTESIS PERMITIÓ INTERPRETAR SATISFACTORIAMENTE LAS REGLAS DE CHARGAFF, SIN EMBARGO, NO EXISTÍAN EVIDENCIAS QUE PUDIERAN DEMOSTRARLO

• EN EL AÑO 1952, LA CRISTALÓGRAFA ROSALIND FRANKLIN, LOGRÓ OBTENER UNA FOTOGRAFÍA A PARTIR DEL ESPECTRO DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X DE CRISTALES DE ADN. • EN ESTA FOTOGRAFÍA SE LOGRA APRECIAR UN NÚCLEO CENTRAL A PARTIR DEL CUAL SE DESPRENDEN RADIOS QUE DIBUJAN UNA ESTRUCTURA EN ROSETA CARACTERÍSTICA DE ESTA MOLÉCULA • DE LA INTERPRETACIÓN DE LA FOTOGRAFÍA DEL ADN OBTENIDA POR FRANKLIN SE DESPRENDE QUE LAS DOS HEBRAS INDIVIDUALES SE ORIENTAN FORMANDO UNA ESTRUCTURA QUE SIGUE UN PATRÓN REPETITIVO QUE CLARAMENTE INDICARÍA UNA GRAN ESTRUCTURA DE FORMA HELICOIDAL.

EL MODELO DE WATSON – CRICK • EN EL AÑO 1953, DOS INVESTIGADORES QUE TAMBIÉN PARTICIPABAN EN LA CARRERA POR DESCIFRAR LA ESTRUCTURA DEL ADN, EL ZOÓLOGO ESTADOUNIDENSE JAMES WATSON Y EL FÍSICO INGLÉS FRANCIS CRICK, TUVIERON ACCESO A LA FOTOGRAFÍA DEL ADN, A TRAVÉS DE MAURICE WILKINS, COMPAÑERO DE TRABAJO DE ROSALIND FRANKLIN. • • CON ESTA EVIDENCIA, MÁS EL CÚMULO DE INFORMACIÓN QUE YA SE TENÍA, AMBOS NO TARDARON MÁS DE ALGUNAS SEMANAS EN DESCIFRAR LA ESTRUCTURA DEL ADN.

• EN EL MODELO PROPUESTO POR WATSON Y CRICK, EL ADN TENDRÍA LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS: • -1. EL ADN ES UNA DOBLE HÉLICE FORMADA POR DOS CADENAS DE POLINUCLEÓTIDOS ENTRELAZADAS, QUE SE ENROLLAN EN SENTIDO DEXTRÓGIRO (A LA

• 2. CADA UNA DE LAS HÉLICES ESTÁ FORMADA POR NUCLEÓTIDOS UNIDOS POR ENLACES FOSFODIESTER, EN QUE UN GRUPO FOSFATO FORMA UN PUENTE ENTRE DOS GRUPOS OH DE LAS PENTOSAS DE DOS NUCLEÓTIDOS SUCESIVOS. EL ENLACE SE ESTABLECE ENTRE LAS POSICIONES 3’ DE UNA AZÚCAR, Y LA POSICIÓN 5’ DEL AZÚCAR SIGUIENTE (3’ Y 5’ INDICAN LOS CARBONOS INVOLUCRADOS)

• 3. LAS DOS HÉLICES SE MANTIENEN UNIDAS MEDIANTE PUENTES DE HIDRÓGENO, SIGUIENDO LAS REGLAS DE CHARGAFF. SIEMPRE UNA BASE PÚRICA SE UNE A UNA PIRIMÍDICA, Y VICEVERSA. LA ADENINA CON LA TIMINA SE UNEN MEDIANTE DOS PUENTES DE HIDRÓGENO, MIENTRAS QUE CITOSINA Y GUANINA SE UNEN POR

• 4. DEBIDO A RESTRICCIONES ESTRUCTURALES EN LA COMPLEMENTARIEDAD DE LAS BASES, CADA HEBRA ES ANTIPARALELA O INVERTIDA RESPECTO A SU COMPLEMENTARIA. UNA VA EN SENTIDO 5’P → 3’OH, MIENTRAS QUE SU COMPLEMENTARIA VA EN SENTIDO INVERSO, DE 3’OH → 5’P. • 5. LA DOBLE HEBRA TIENE UN DIÁMETRO DE 20 Å (20 Å O AMSTRONG= 2 NMO NANÓMETROS) Y EN LOS EXTREMOS SE ENCUENTRAN LAS ARMAZONES DE AMBAS CADENAS, FORMADAS DE AZÚCAR FOSFATO, MIENTRAS QUE HACIA EL INTERIOR SE UBICAN LAS BASES NITROGENADAS, EN FORMA PERPENDICULAR AL EJE IMAGINARIO CENTRAL. LAS BASES SE ENCUENTRAN APILADAS UNA SOBRE LA OTRA CON UNA SEPARACIÓN DE 3, 4 ÅY CADA 10 BASES O 34 Å, SE PRODUCE UNA VUELTA COMPLETA DE LA HÉLICE SOBRE SU EJE.

6. En la doble hélice, la secuencia de bases nitrogenadas puede ser cualquiera, no existiendo ningún tipo de restricción respecto de la longitud de la hebra, las cantidades de bases nitrogenadas, ni las proporciones relativas de ambos pares de bases.

FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA LA INFORMACIÓN DEL ADN SE REPLICA, SE TRANSCRIBE Y CODIFICA SÓLO UNA HEBRA, FORMANDO EL ARN MENSAJERO QUE SALE DEL NÚCLEO AL CITOPLASMA PARA LA TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE PROTEÍNAS 30 DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

LA REPLICACIÓN DEL ADN COMIENZA SIEMPRE CON UNA SECUENCIA ESPECÍFICA DE NUCLEÓTIDOS CONOCIDA COMO EL ORIGEN DE REPLICACIÓN. LA ZONA DE REPLICACIÓN ESTA CONTROLADA POR ENZIMAS QUE PERMITEN FORMAR LAS BURBUJAS DE 07/06/2021 31

CONSERVATI VA SE PRODUCE UN ADN NUEVO EN LA REPLICACIÓN Mabel S. DISPERSIVA LAS HEBRAS ORIGINALES SE ROMPEN Y SE OBTIENE UN ADN HIJO CON TROZOS NUEVOS Y VIEJOS SEMICONSERVAT IVA SE ORIGINAN DOS MOLÉCULAS DE ADN, CADA UNA CON UNA HEBRA DEL ADN ORIGINAL Y UNA HEBRA COMPLEMENTARIA NUEVA. 07/06/2021 32

FRAGMENTOS DE OKASAKI DNA POLIMER 5´ 5´ 5´ DNA ORIGINAL, MOLDE O TEMPLADO HEBRA RNA RETARDADA PRIMASA HELICAS A HEBRA ROJA QUE SE USA COMO MOLDE 3´ 3´ Mabel S. ENZIMA DNA POLIMERAS A 07/06/2021 33 HEBRA CONTINUA 5´

LA HELICASA ROMPE LOS PUENTES DE HIDRÓGENO PARA SEPARAR LAS HEBRAS DE ADN 1° PASO O = HELICASA || = ADN () =Mabel ADN, S. ENROLLADO LAS ENZIMAS, AGREGA LA HEBRA CONTINUA DE ADN HIJO, Y LA OTRA HEBRA DISCONTINUA 2° PASO O = POLIMERASA III || = ADN ! ¡ = ARN LAS ENZIMAS, VERIFICAN QUE LOS NUCLEÓTIDOS DE LA HEBRA HIJA ESTÉN BIEN PUESTOS 3° PASO O = POLIMERASAS I Y II + ENDONUCLEASA || = ADN 07/06/2021 34 ! ¡ = ARN

Mabel S. 07/06/2021 35

Mabel S. 07/06/2021 36

Mabel S. 07/06/2021 37

CODÓN ANTICODÓN Mabel S. 07/06/2021 38

TRANSCRIPCIÓN ADN MRNA POLIMERASA NUCLEÓTIDOS DE RNA Mabel S. 07/06/2021 39

LA COMBINACIÓN DE TRIPLETAS O CODONES CONSTITUYE EL CÓDIGO GENÉTICO Mabel S. 07/06/2021 40

ADN O ÁCIDO DESOXIRRIBO NUCLEICO Mabel S. ARN O ÁCIDO RIBO NUCLEICO 07/06/2021 41

ANTICO DÓN Mabel S. 07/06/2021 42

BASES NITROGENADAS ADENINA = URACILO CITOSINA = GUANINA 5 4 UN GRUPO FOSFATO Mabel S. 1 3 1 AZÚCAR RIBOSA PENTOSA OAZUCAR CICLICO DE 5 C 07/06/2021 43

ES UN POLIRRIBONUCLEÓTIDO QUE PRESENTA RIBOSA Y BASES NITROGENADAS ADENINA- URACILO Y CITOSINA Y GUANINA Mabel S. 07/06/2021 44

Mabel S. 07/06/2021 45

Mabel S. 07/06/2021 46

Mabel S. • SU FUNCIÓN ES COPIAR LA INFORMACIÓN DEL ADN Y LLEVARLA HASTA LOS RIBOSOMAS • EN EUCARIOTAS SINTETIZA PROTEÍNA. • TIENE UNA VIDA MUY 07/06/2021 47 CORTA (MIN) ES

Mabel S. • TRANSPORTA LOS AMINOÁCIDOS HASTA LOS RIBOSOMAS • EN EL BRAZO A PRESENTA EL ANTICODON TRIPLETA 48 DE BASES QUE 07/06/2021

Mabel S. 07/06/2021 49

• AGRUPA VARIOS ARN DIFERENTES Y FORMA HASTA UN 80% DEL TOTAL DEL ARN DE LA CÉLULA Mabel S. OTROS TIPOS DE ARN: • EL ARN NUCLEOLAR, SE ENCUENTRA FORMANDO EL NUCLEOLO ASOCIADO A DIFERENTES TIPOS DE PROTEÍNAS, ORIGINA EL 50 ARNR • RIBOZIMAS 07/06/2021