Te 17. El ADN como material genético 2024 I. Notas de las diapositivas.docx

**Te. 17. El ADN como material genético** **Notas de las diapositivas** **Diapositiva 1** **Diapositiva 2** **Diapositiva 3** **Diapositiva 4** **Diapositiva 5** **Diapositiva 6** Los investigadores en esa época sospechaban en primer lugar en las proteínas y después en los ácidos nucleicos,...

**Te. 17. El ADN como material genético** **Notas de las diapositivas** **Diapositiva 1** **Diapositiva 2** **Diapositiva 3** **Diapositiva 4** **Diapositiva 5** **Diapositiva 6** Los investigadores en esa época sospechaban en primer lugar en las proteínas y después en los ácidos nucleicos, pero no de los lípidos y carbohidratos como el material genético. Las proteínas con diferentes secuencias de aminoácidos podían dar lugar a muchas formas diferentes con funciones diferentes. Se podía guardar información en forma de una secuencia de monómeros. Los aminoácidos tenían 20 monómeros diferentes que proporcionan un gran número de combinaciones. Los ácidos nucleicos también forman polímeros con secuencias diferentes; pero tenían solo 4 tipos diferentes de nucleótidos. Los lípidos y los polisacáridos no tienen la diversidad de formas que presentan las proteínas y ácidos nucleicos. Varios años después, durante los tiempos difíciles de la segunda guerra mundial, Avery, Macleod y McCarty continuaron el trabajo de Griffith intentando purificar el \"principio transformador\" e identificarlo a través de diferentes pruebas. Prepararon un extracto de la cepa S patógena inactivada por calor y sometieron el principio transformador a pruebas químicas: sometieron muestras de las cepa S patógena inactiva a enzimas que destruyen proteínas (proteinasas) y RNA (ribonucleasas) y encontraron que no afectaban su capacidad para transformar bacterias, mientras que las enzimas que destruyen el ADN (desoxiribonucleasas) lo inactivaban. Los investigadores comprobaron que su preparación purificada cambiaba las bacterias de modo permanente: la cepa inocua captaba el DNA de la cepa patógena y este cambio se transmitía con fidelidad a las generaciones bacterianas subsiguientes. El \"principio transformador\" que cambiaba en forma permanente las neumococos de la cepa R inocua en las de la cepa S patógena era el ADN. Este fue el primer indicio de que el ADN podía servir como material genético. Pero no toda la comunidad científica aceptó estos resultados, ya que la mayoría estaba convencida que eran las proteínas el material genético. Según la \"hipótesis de los tetranucleótidos\" ampliamente aceptada por la comunidad científica, el ADN estaba formado por unidades repetidas de las cuatro bases nucleotídicas y tenía poca especificidad biológica. Por lo tanto, se pensaba que el ADN era el componente estructural de los cromosomas, mientras que los genes estaban formados probablemente por las proteínas de los cromosomas **Diapositiva 7** A inicios de los años cincuenta, Alfred Hershey y Martha Chase eligieron utilizar el fago T2 para demostrar si eran las proteínas o el ADN el material genético. Se usó T2, un virus que infecta y destruye a la bacteria *Escherichia coli*. Estos virus que matan bacterias inyectan su material genético en la célula hospedadora, mientras que las cabezas virales permanecen fuera de Ia bacteria. La ventaja de los virus T2 es que contienen solo dos clases de moléculas: ADN y proteína, de modo que habían solo los dos candidatos para material genético. El experimento se basó en que el ADN entra en la célula bacteriana mientras que el resto de la partícula viral se mantiene fuera. Los investigadores decidieron marcar radiactivamente la proteína en un lote de virus y el ADN en otro. Luego, gracias a la radiactividad pudieron ver si el ADN o la proteína viral terminaban dentro de la bacteria. Incubaron sus virus marcados radiactivamente con *E. coli*; después de esperar unos minutos para que ocurriese la infección vertieron la mezcla en una 'licuadora'. Las cuchillas giratorias de la licuadora arrancaron las cabezas virales vacías de la superficie de las células bacterianas. Los investigadores centrifugaron la muestra para separar las bacterias infectadas que eran más pesadas (formaban un precipitado en el fondo del tubo de centrífuga), de las cubiertas virales vacías que permanecían en suspensión. Para determinar si el material genético del virus era proteína o ADN, marcaron radiactivamente el ADN de un lote de virus con ^32^P y las proteínas en un segundo lote de virus con ^35^S. Dado que el DNA carece de azufre y las proteínas carecen de fósforo, estos isótopos radiactivos permitieron que los investigadores distinguiesen entre estos dos tipos de moléculas. En la muestra en la que se habían marcado las proteínas con ^35^S, se encontró radiactividad en el sobrenadante, lo que indicó que la proteína no entró en las células. En la muestra en la que se había marcado el ADN con ^32^P, encontraron radiactividad asociada a las células bacterianas (en el sedimento): el ADN viral entró en las bacterias. Este experimento demostró que el ADN viral entra en las células bacterianas, mientras que la proteína viral no lo hace. Cuando se cultivaron las células con ADN radioactivo del fago, liberaron fagos nuevos con algo de fósforo radiactivo. La conclusión es que el material genético en este virus tenía que estar compuesto por ADN. A partir de los experimentos de hershey y Chase, la comunidad científica se convenció de que el material genético era el ADN  **Diapositiva 8** En 1947 Erwin Chargaff hizo 2 descubrimientos: 1) Determinó las cantidades relativas de cada base en varias muestras de DNA, es decir la composición de base de las muestras. Descubrió que las relaciones de las 4 bases componentes eran bastante variables de un tipo de organismo a otro, siendo a menudo muy diferente de la relación 1:1:1:1 predicha por la teoría del tretranucleótido. 2) Descubrió una relación numérica importante: la cantidad de A fue siempre igual a la de T, y el número de G siempre equipararon a la cantidad de C. Sus hallazgos se pueden resumir así: \[A\] = \[T\] \[G\] = \[C\] \[A\] +\[T\] = \[G\] +\[C\] Desde 1951 Rosalind Franklin se dedicó a estudiar la estructura del ADN utilizando la difracción de rayos X, obteniendo la primera imagen clara de difracción de Rayos X del ADN. Franklin había calculado el diámetro del ADN, la distancia entre sus cadenas y entre sus bases, el ángulo de la hélice y el número de bases en cada espiral. Para obtener esta información, usó cristalografía de rayos X, donde estos son dirigidos a través de una sustancia purificada y cristalizada. Los átomos en las moléculas de la sustancia dispersan los rayos X en un patrón que se puede capturar como una imagen. Usó la imagen para calcular que una molécula de ADN es muy larga en comparación con su diámetro de 2 nanómetros; identificó un patrón de repetición cada 0.34 nanómetros a lo largo de su longitud, y otro cada 3.4 nanómetros. Llegó a la conclusión de que el ADN tenía 2 cadenas trenzadas en una doble hélice, con una columna vertebral de grupos fosfato en el exterior y bases dispuestas de forma desconocida en el interior. James Watson y Francis Crick se basaron en los resultados de Franklin, así como los de Chargaff para construir el primer modelo preciso de ADN: -Está compuesto por 2 cadenas de nucleótidos que giran una alrededor de la otra para formar un par de hélices. La naturaleza helicoidal del DNA se reveló en la imagen de difracción de rayos X de Franklin. -Las cadenas son antiparalelas: si una está alineada en la dirección 5\' a 3\', la otra está en la dirección 3'a 5\'. -El esqueleto de azúcar-fosfato-azúcar-fosfato de cada cadena se encuentra en el exterior de la molécula con los dos conjuntos de bases hacia el centro. Los grupos de fosfato proporcionan a la molécula una gran carga negativa. -Las cadenas se mantienen juntas por enlaces de hidrógeno entre cada base de una cadena y la otra. -Una pirimidina en una cadena siempre se combina con una purina en la otra cadena. Esta disposición produce una molécula que tiene 2 nm de ancho en toda su longitud. Dos pirimidinas sería más angosto y dos purinas más ancho que 2 nm. Watson y Crick propusieron que las 2 cadenas de la doble hélice se desenrollan y cada una sirve como un molde para la síntesis de una cadena hija complementaria. En su modelo, de replicación semiconservadora, cada molécula de DNA nueva consiste en una cadena derivada de la molécula parental original y una cadena nueva recién sintetizada. **Diapositiva 9** **Diapositiva 10** ** ** **Diapositiva 11** **Diapositiva 12** **Diapositiva 13** **Diapositiva 14** Durante la interfase (G1, S y G2), los cromosomas están extendidos como filamentos de DNA largos, delgados y enmarañados en el núcleo y no pueden distinguirse con facilidad en la microscopía óptica. Cuando el ciclo celular alcanza la fase M, el DNA se enrolla y adopta una estructura cada vez más compacta, formando los cromosomas mitóticos, muy condensados. Cada cromosoma mitótico contiene 2 moléculas de DNA idénticas, llamadas cromátides. En la fase M, el centrómero, a través de las proteínas del cinetocoro, adhiere los cromosomas duplicados al huso mitótico, de modo que se distribuya una copia a cada célula hija cuando ésta se divida. Durante la interfase y finales de telofase, se puede apreciar el centro organizador del nucléolo (gen de ARN ribosomal) representado con un circulo verde, a partir del cual se transcribe los ARN ribosomal y se ensamblan las subunidades ribosomales. Se reorganizan los nucléolos a finales de la telofase, el nucléolo está más activo durante la interfase y en la profase empiezan a desorganizarse, aunque ya no se representa en la figura. Durante la metafase y la anafase no habrá transcripción de ARN ribosomal por el alto grado de compactación de la cromatina por lo que no se visualizan el nucléolo o los centros organizadores de nucléolo. Los cromosomas ya se encuentran duplicados al final de la fase S, en interfase. El DNA se duplica a partir de los orígenes de replicación y avanza bidireccionalmente desde los orígenes de replicación a lo largo de todo el cromosoma. La transcripción puede ocurrir durante la interfase, como se observa en la figura. Posteriormente, durante la fase M, la expresión génica cesa y los cromosoma se encuentran altamente condensados. Puede haber algo de transcripción durante la profase y la telofase en determinadas regiones del cromosoma, pero durante la máxima compactación que ocurre durante la metafase y anafase, no habrá transcripción de genes. **Diapositiva 15** **Diapositiva 16** **Diapositiva 17** **Diapositiva 18** Estos cromosomas politénicos presentan regiones como eucromatina, en plena actividad de la expresión de genes o donde se está iniciando la replicación del ADN. Las zonas menos teñidas y con mayor diámetro se denominan "puffs". En estas regiones se está produciendo la transcripción. Las regiones más compactas y más teñidas corresponden a las bandas formadas por heterocromatina.