FECHA:
TEMA: La Cèlula
ACTIVIDAD EN
CLASE: Pregunta problema
Mapa
conceptual
Glosario o vocabulario
Producción escrita
GENETICA
MOLECULAR
Las funciones
metabólicas y estructurales son orientadas por las proteínas. La secuencia de
las proteínas está orientada inicialmente por los genes, y en su organización
final participan activamente diferentes ARN. La función mental también está
mediada por proteínas y la "transducción de la señal" es el medio de
comunicación entre el medio ambiente y las moléculas de ADN del núcleo celular.
Por lo tanto, la capacidad de adaptación (inteligencia), las aptitudes, el
comportamiento, son la respuesta de una determinada organización
"génica" ante la señal que proviene del medio ambiente. Y el medio
ambiente es todo lo que nos rodea, desde el aire que respiramos hasta las ondas
que nos llegan desde el espacio del universo "infinito". EL HOMBRE
CAMINA INEXORABLE HACIA SU DESTINO, LA CONQUISTA DEL UNIVERSO.
Tradicionalmente
si se pregunta a un estudiante de ciencias de la salud, qué es la genética?.
Posiblemente su respuesta es: "es la ciencia que estudia la herencia"
o tal vez diría "es la ciencia que estudia el modo de transmisión de los
genes".
Actualmente esta
definición no explica el objetivo de la funcionalidad del ADN. Por esto, las
últimas ediciones de textos que tratan de genética definen la genética como:
"La ciencia que estudia los genes y su variación a través del
tiempo". Este concepto implica afirmar que al ADN varía a través del
tiempo, de generación en generación y el objetivo es adaptar el organismo vivo
al medio ambiente. La adaptación al medio ambiente implica un cambio fenotípico
morfológico y/o funcional, y por lo tanto una modificación de la estructura
proteica, y para esto debe variar la información secuencial de nucleótidos en
el ADN o variar la escogencia de segmentos génicos durante la formación del
ARNm ("splicing" alternativo) o modificar "algo" el proceso
de maduración de la proteína. Todos estos procesos implican un cambio o una
MUTACION. La mutación se puede presentar en forma normal o fisiológica en
procesos biológicos como la recombinación homóloga que ocurre en meiosis, la
replicación del ADN previa a una división celular, en el cambio de posición de
determinados fragmentos de ADN (secuencias de inserción y transpones), etc, o
presentarse por la acción de una molécula externa (factor ambiental
mutacional). Todo este conocimiento implica afirmar que los genes varían a
través del tiempo y pueden cambiar de posición.
El conocimiento
actual ha subdivido la información en genética en varias ramas, que son:
Genética
molecular: estudia la estructura y función de los ácidos nucleicos.
Genética de la
herencia: estudia el modo de transmisión del fenotipo. Los diferentes patrones
de herencia conocidos.
Genética de
poblaciones: estudia el comportamiento de los genes en las poblaciones salvajes
o en su ambiente natural.
Genómica estructural
y funcional: estudia la estructura de los genes y las funciones de las
proteinas que son codificadas por ellos. Este conocimiento derivado en parte
del proyecto genoma humano ha generado el concepto de "Proteonómica".
Hasta 1944 no se
sospechaba que el ácido desoxirribonucleico, ADN, fuera la molécula capaz de
asegurar la transmisión de los caracteres hereditarios de célula a célula,
generación tras generación. Su limitada variedad química no permitía suponer
que poseyera la versatilidad y ductilidad necesarias para almacenar la
información genética de los seres vivos.
No fue entonces
sin asombro que a partir de ese año el ADN se convirtió en centro de interés de
la biología. Hoy sabemos que esta molécula, capaz de autoduplicarse y
transmitir así su información, es una estructura dinámica y cambiante. Los
avances logrados en el estudio de sus formas auguran un tiempo en el que se
pueda comprender mejor su arquitectura y topología y la manera en que los
microcambios moleculares provocan macrocambios en el funcionamiento genético.
Quizá todo
comenzó cuando alguno de nuestros primitivos antecesores, descansando tras un
duro día de caza, observaba distraídamente un conjunto de guanacos o de
caballos salvajes y consideraba el hecho de que de una pareja de caballos sólo
nacen caballos y de una pareja de guanacos sólo nacen guanacos.... El
reconocimiento de la herencia ha de haber sido, muy probablemente, una de las
primeras ideas científicas aprehendidas por el hombre. Sin embargo, hasta
después de pasada la primera mitad de nuestro siglo no se sabía con
certeza dónde se almacenaba ni cómo se transmitía de célula a célula y del
individuo a su descendencia la información hereditaria.
Han pasado más de
treinta años desde que J.D. Watson y F.H.Crick, eligiendo los datos
más relevantes de un cúmulo de información y jugando con recortes de cartón y
modelos de alambre y metal, fueron capaces de develar la estructura de la doble
hélice de la molécula del ácido desoxirribonucleico, ADN, y formularon los
principios de almacenamiento y transmisión de la información hereditaria. Este
hallazgo les valió el premio Nobel, que compartieron con M.H.F. Wilkins.
Los
libros The Double Helix de Watson y The Eight Day of
Creation de Freeland Judson describen en detalle la historia del
descubrimiento, la personalidad de sus protagonistas, el sabor amargo de las
frustraciones y la alegría del éxito. El develado de la estructura del ADN se
debió más al ingenio que al trabajo; fue el triunfo de la cigarra sobre la
hormiga. Fue, sobre todo, el comienzo de una apasionante historia que llega a
nuestros días poblada aún de sorpresas y problemas por resolver. En este
periodo académico nos referiremos a algunas de las particularidades
estructurales de esta maravillosa molécula a la que las primeras décadas de
nuestro siglo, aun cuando se conocía ya entonces su vinculación con los
cromosomas y genes, consideraron demasiado simple como para otorgarle una
función escencial en la transmisión de los caracteres hereditarios.
Si deseas
profundizar en este tema, encuentras
animaciones, videos y actividades: PROYECTO BIOSFERA:EL ADN
Los cromosomas son estructuras en forma de bastón que aparecen en el momento de la reproducción celular, en la división del núcleo o citocinesis. Están constituidos químicamente por ADN más histonas puesto que son simplemente cromatina condensada. Su número es constante en todas las células de un individuo pero varía según las especies. Un cromosoma está formado por dos cromátidas (dos hebras de ADN idénticas) que permanecen unidas por un centrómero. El cromosoma puede presentar constricciones primarias (centrómero) que origina los brazos del cromosoma y secundarias que se producen en los brazos y originan satélites. Alrededor del centrómero existe una estructura proteica, llamada cinetocoro, que organiza los microtúbulos que facilitarán la separación de las dos cromátidas en la división celular.
Si deseas
profundizar en este tema, encuentras animaciones, videos y
actividades:
El cariotipo
humano corresponde a una microfotografía de los 46 cromosomas ordenadados en
parejas de acuerdo a su morfología (tamaño y forma). Los dos últimos
corresponden a los cromosomas sexuales; en el hombre esta pareja son de tamaño
y forma diferente y llamados XY. En la mujer estos dos cromosomas son
iguales y conocidos como XX
CARIOTIPO
HUMANO - Mujer -
Si deseas profundizar en este tema, encuentras actividades:
ESTRUCTURA
QUÍMICA DEL ADN
La estructura
química del ADN es relativamente sencilla: consta de una doble hélice o cinta
hecha de un azúcar y un grupo fosfato, que se mantienen unidas a
través de cuatro bases nitrogenadas llamadas Timina, Adenina, Citosina y Guanina.
Estas últimas siempre se mantienen en las parejas T-Ay C-G.
EL ADN ES UNA
CADENA DE NUCLEOTIDOS
El ADN contiene
en toda su extensión unidades que se repiten, denominadas nucleotidos.
Cada nucleotido consta de un fosfato, un azúcar y una base
nitrogenada. Las dos primeras sustancias le dan estructura a las dos cadenas
laterales o hélices; las cuales son unidas por las A-T y C-G.
Las bases nitrogenadas son anillos como se muestra en los siguientes dibujos:
Las bases nitrogenadas son anillos como se muestra en los siguientes dibujos:
C= Carbono N = Nitrógeno H = Hidrógeno O = Oxígeno
Aquí aparece una
nueva base nitrogenada, el uracilo, esta sustancia no es del ADN,
corresponde a la estructura química del ARN, del cual nos ocuparemos
después. Observe que la adenina y guanina tienen dos anillos a
diferencia de la citosina, timina y uracilo que tienen un anillo.
Otra sustancia que hace parte del nucleotido del ADN es un azúcar llamado desoxirribosa, que en el ARN corresponde a la ribosa:
Otra sustancia que hace parte del nucleotido del ADN es un azúcar llamado desoxirribosa, que en el ARN corresponde a la ribosa:
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Las proteínas
fabricadas por los ribosomas, con la dirección del ADN nuclear, son propias del
órgano al cual pertenecen las células correspondientes. Por ejemplo las
proteínas de la leche serán fabricadas por las células de las glándulas
mamarias, bajo la dirección del ADN.
Los aminoácidos son los más pequeños y son parte de la estructura de los
péptidos y las proteínas; dicho de otra manera, los péptidos y las proteínas
están construidos de aminoácidos.
En este dibujo C, H, N, O representan los átomos de carbono,
hidrógeno, nitrógeno y oxígeno respectivamente y R (radical) puede ser otro
hidrógeno, un grupo alquilo, un anillo aromático o parte de un anillo
heterocíclico.
LAS PROTEÍNAS Y LOS PÉPTIDOS
LAS PROTEÍNAS Y LOS PÉPTIDOS
Los péptidos y las proteínas se forman por la unión de
aminoácidos, mediante un enlace llamado enlace peptídico.
Enlace
peptídico: Este enlace se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) del
primer aminoácido y el grupo amina (-NH2) del segundo
aminoácido. La característica principal de este enlace radica en que no permite
el giro de los elementos unidos por él, por lo que es un enlace rígido.
La estructura de las proteínas se puede estudiar desde
cuatro niveles de complejidad: estructuras primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria.
Estructura primaria:
Hace referencia a la secuencia de aminoácidos que componen
las proteínas, ordenados desde el primer aminoácido hasta el último.
Estructura secundaria:
La estructura secundaria de una proteína es un nivel de
organización que adquiere la molécula, dependiendo de cómo sea la secuencia de
aminoácidos que la componen. Las conformaciones resultantes puede ser en
a-hélice, b-laminar y colageno.
Estructura terciaria:
Es la forma que manifiesta en el espacio una proteína. Puede
ser una conformación redondeada o fibrosa y alargada
Estructura terciaria
(Hemoglobina)
Estructura
cuaternaria:
Cuando varias proteínas se unen entre sí, forman una
organización superior, denominada estructura cuaternaria.
Los ácidos
nucleicos son dos sustancias descubiertas inicialmente en el núcleo de las
células; posteriormente se encontraron en organelos como la mitocondria y los
cloroplastos. Los virus también son portadores de estas moléculas, con
funciones paralelas a aquellas desempeñadas en la células de todos los seres
vivos.
El ARN o ácido ribonucleico es otra importante molécula dentro de la célula de todos los seres vivos.
El ARN o ácido ribonucleico es otra importante molécula dentro de la célula de todos los seres vivos.
Cadena de tres
ribonucleotidos de ARN
Cadena de cuatro ribunucleotidos de ARN
Este esquema de
la estructura del ARN muestra claramente que no consta de dos hélices como el
ADN. Aquí se observan tres nucleótidos llamados ribonucleótidos a diferencia de
los desoxirribonucleótidos del ADN. El azúcar es una Ribosa (ver)representada por un pentágono con un oxígeno
adicional comparada con la desoxirribosa.
Recordemos que en los virus también existe el ARN; y en algunos de estos si se encuentra el ARN bicatenario, es decir con dos helices o cadenas de nucleótidos unidas por bases nitrogenadas como en el ADN. Pero insisto en que el ARN de la célula es monocatenario o con una sola cadena de nucleótidos o ribonucleótidos.
Recordemos que en los virus también existe el ARN; y en algunos de estos si se encuentra el ARN bicatenario, es decir con dos helices o cadenas de nucleótidos unidas por bases nitrogenadas como en el ADN. Pero insisto en que el ARN de la célula es monocatenario o con una sola cadena de nucleótidos o ribonucleótidos.
ADN arriba y el ARN abajo
T=timina A=adenina C=citosina G=guanina U=uracilo
Circulo azul=fosfato Hexaedro Verde= azúcar Figuras amarillas= bases nitrogenadas
T=timina A=adenina C=citosina G=guanina U=uracilo
Circulo azul=fosfato Hexaedro Verde= azúcar Figuras amarillas= bases nitrogenadas
En los virus el
ARN es el material genético mientras que en la célula este papel lo desempeña
el ADN. En la célula el ARN es la molécula que dirige las etapas intermedias de
la síntesis proteica. En los virus el ARN dirige dos procesos: la síntesis de
proteínas (producción de las proteínas que forman la cápsula del virus) y la
replicación (proceso mediante el cual el ARN forma una copia de sí mismo). En
las células el ADN no actúa solo, y se vale del ARN para transferir esta
información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas
que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo).
En la célula el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN:
En la célula el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN:
- ARN ribosómico (ARNr)
que se encuentra en los ribosomas celulares (estructuras especializadas
situadas en el citoplasma para la síntesis de proteínas).
- ARN de transferencia o soluble
(ARNt) que lleva aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos
a las proteínas.
- ARN mensajero (ARNm)
que lleva una copia del código genético, obtenida a partir de la secuencia
de bases nitrogenadas del ADN nuclear, hasta una cadena de ribosomas.
Los tres tipos de
ARN se forman a medida que son necesarios, utilizando como plantilla secciones
determinadas del ADN nuclear.
ARN de
transferencia: A =
adenina U = uracilo C = citosina G =
guanina.
Durante la síntesis de proteínas el extremo ACC se une al aminoácido Alanina
y el extremo IGC se une al ARN mensajero
Durante la síntesis de proteínas el extremo ACC se une al aminoácido Alanina
y el extremo IGC se une al ARN mensajero
La síntesis o construcción de las proteínas dentro de la célula es la
culminación de millones de años de evolución. Es uno de los más fascinantes
descubrimientos de la ciencia, en relación a los procesos
bioquimicos, después del conocimiento de la estructura y duplicación del
ADN.
La síntesis de las proteínas es un trabajo en equipo, entre el ADN, los tres tipos de ARN, los ribosomas y una serie de sustancias llamadas enzimas que también son de naturaleza proteíca. (ver). El asunto empieza con la información contenida en el ADN nuclear; la cual se identifica con la secuencia de las bases nitrogenadas, pero consideradas de tres en tres (tripletes). Todo ocurre en una serie de acontecimientos bien definidos que a continuación se describen:
La síntesis de las proteínas es un trabajo en equipo, entre el ADN, los tres tipos de ARN, los ribosomas y una serie de sustancias llamadas enzimas que también son de naturaleza proteíca. (ver). El asunto empieza con la información contenida en el ADN nuclear; la cual se identifica con la secuencia de las bases nitrogenadas, pero consideradas de tres en tres (tripletes). Todo ocurre en una serie de acontecimientos bien definidos que a continuación se describen:
- TRANSCRIPCIÓN DEL MENSAJE:
El ADN separa sus dos cadenas de nucleotidos para construir un
ARN mensajero (ARNm) es decir que transcribe su información, a
partir de las bases nitrogenadas disponibles. Observe en el siguiente
dibujo (a la derecha) que en la secuencia AGC TGA del ADN se
construye una cadena de ARNm con la secuencia UCG
ACU. Este ARNm saldrá del núcleo hacia los ribosomas.
IZQUIERDA: Duplicación del
ADN. DERECHA: Transcripción de información
genética del ADN al ARNm
►Clic
sobre la imagen para ampliar►
Si comparamos en el anterior dibujo la síntesis de ADN (izquierda) con la síntesis de ARNm (derecha) la compatibilada de bases nitrogenadas cambia en una letra. Mientras que en el ADN es T-A C-G, en la formación del ARN mensajero las bases nitrogenadas son compatibles como A-U C-G
El CÓDIGO GENÉTICO es el conjunto de codones o tripletes (tres bases
nitrogenadas) del ARN mensajero que identifican los aminoácidos que van a hacer
parte de los péptidos y proteínas que se fabrican o sintetizan en los
ribosomas. A continuación podemos observar un cuadro que resume el citado
código genético.
- TRADUCCIÓN DEL MENSAJE: El
mensaje incluido en la secuencia de bases nitrogendas del ARNm debe
ser interpretado o traducido por los ribosomas. Pero antes los ARN de
transferencia (ARNt) deben capturar todos los
aminoácidos (aa) necesarios para una proteína en particular. Si la
proteína consta de 1000 aa serán entonces 1000 ARNt para
llevar 1000 aa cerca de la cadena de ribosomas (polirribosoma) donde
ocurrirá la síntesis de la proteína. La traducción se efectua cuando
el ARNm se coloca alineado con varios ribosomas y deja que se acoplen
uno a uno los ARNt con sus tripletes de bases
por un extremo y por el otro los aa que se van uniendo en el orden
específico para formar el péptido o la proteína que necesita la
célula. En el siguiente dibujo podemos estudiar el proceso
completo.
LOS RIBOSOMAS
DIRIGEN LA SÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS
La información genética está
codificada en la secuencia de bases nitrogenadas en la doble espiral de ADN (a
la izquierda).
Esta información se transcribe a una secuencia complementaria de bases del ARN para formar ARN mensajero.
Cada grupo de tres bases del ARN mensajero constituye un codon, el cual especifica un aminoácido particular y es reconocido por elanticodon complementario que está sobre la molécula de ARN de transferencia, la cual ha sido cargada previamente con aquel aminoácido.
Aquí el aminoácido número 6, especificado por el sexto codon, acaba de unirse a su sitio en el ribosoma, mediante el correspondiente ARN de transferencia. Se unirá ahora al aminoácido número 5, alargando de este modo la creciente cadena peptídica.
Luego, el ribosoma se desplazará a lo largo del ARN mensajero la longitud corespondiente a un codón y de este modo se pondrá en posición para unir el ARN de transferencia número 7 con su aminoácido.
Esta información se transcribe a una secuencia complementaria de bases del ARN para formar ARN mensajero.
Cada grupo de tres bases del ARN mensajero constituye un codon, el cual especifica un aminoácido particular y es reconocido por elanticodon complementario que está sobre la molécula de ARN de transferencia, la cual ha sido cargada previamente con aquel aminoácido.
Aquí el aminoácido número 6, especificado por el sexto codon, acaba de unirse a su sitio en el ribosoma, mediante el correspondiente ARN de transferencia. Se unirá ahora al aminoácido número 5, alargando de este modo la creciente cadena peptídica.
Luego, el ribosoma se desplazará a lo largo del ARN mensajero la longitud corespondiente a un codón y de este modo se pondrá en posición para unir el ARN de transferencia número 7 con su aminoácido.
