EL ADN: LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA
Ya sabemos como se transmiten los genes,
pero ¿qué son los genes?
La respuesta se conoció en el siglo pasado: los genes se encuentran en los cromosomas y químicamente son moléculas de ADN
Los genes son los portadores de la información biológica y por ello se localizan en el interior de todas las células. Sin embargo no se conoció su localización hasta que se descubrió que el número cromosómico en las células sexuales es la mitad del que existe en las demás células.
Así se pudo averiguar que los genes están contenidos en los cromosomas (ver Teoría Cromosómica de la Herencia). Sin embargo en aquellos momentos no estaba claro cual de las moléculas que forman los cromosomas (ADN y proteínas) eran las moléculas de la herencia.
Desde principios del s XX se sabe que los genes están contenidos en los cromosomas
Los cromosomas están formados por ADN y por unas proteínas denominadas histonas
ver video cromosomas (ADN y proteínas)
¿Los genes son proteínas o ADN?
EL ADN, LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA
Hasta 1940 se pensaba que los genes estaban formados por las proteínas. En la actualidad, sabemos que los genes están constituidos por una molécula conocida como ADN (Ácido desoxirribonucleico). Esta molécula es portadora de la información que dota a una célula y a un organismo de sus características biológicas.
Situación del ADN dentro de una célula.
Composición del ADNEl ADN está formado por polímeros de nucleótidos (polinucleótido: unión de muchos nucleótidos)
Polinucleótido
Estructura de un nucleótido
Cada nucleótido está formado a su vez por tres moléculas menores:
- Desoxirribosa: es una pentosa (glúcido de 5 carbonos)
- Base nitrogenada
- Ácido fosfórico
La desoxirribosa
Es un monosacárido (glúcido) de 5 carbonos, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN.
Su estructura es semejante a la Ribosa, pero el carbono 2 no posee un grupo alcohol. No responde a la fórmula general de los monosacáridos, (CH2O)n
Bases nitrogenadas
Los nucleótidos se diferencian en el tipo de base nitrogenada. Existen cuato tipos de bases nitrogenadas en el ADN:
Adenina (A)
Citosina (C)
Guanina (G)
Timina (T)
Ácido fosfórico
Es la molécula que mantiene unidas las desoxirribosas.
(H3PO4)
Ácido fosfórico
Otros nombres:
Trioxofosfato (III) de hidrógeno
Ácido ortofosfórico
Las desoxirribosas se enlazan con el ácido fosfórico mediante un enlace fosfodiéster. El grupo fosfato une el carbono 5' de la desoxirribosa de un nucleótido con el carbono 3' del siguiente nucleótido.
Estructura del ADN
Cuando se describe la estructura de una molécula compleja como el ADN se puede hablar de diferentes grados de complejidad o tipos de estructuras. Así vamos a hablar de una estructura primaria, secundaria y terciaria.
Estructura 1ª del ADN: La secuencia de nucleótidos.Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra.
Para indicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o su inicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena de nucleótidos.
Así, por ejemplo podemos representar la estructura primaria de un fragmento de ADN con una secuencia de letras, indicando el sentido de la cadena:
5' ACGTTTAACGACAAGTATTAAGACAAGTATTAA 3'
Estructura 2ª del ADN: Estructura de doble hélice (Modelos de Watson y Crick)
De acuerdo con el modelo de doble hélice propuesto por Watson y Crick, la estructura secundaria del ADN consiste en:
- Una doble hélice formada por dos cadenas helicoidales de polinucleótidos, enrolladas la una alrededor de la otra a lo largo de un eje imaginario común.
- El enrollamiento es dextrógiro (sentido de las agujas del reloj).
- Las cadenas son antiparalelas, se disponen en sentido opuestos (son paralelas pero tienen sentidos contrarios). Una va en sentido 3'→ 5' y la otra en sentido 5'→ 3'
- Las bases nitrogenadas se sitúan en el interior de la doble hélice mientras que el azúcar (la pentosa) y el ácido fosfórico forman el esqueleto externo; los planos de las bases quedan perpendiculares al eje de la hélice (serían como los peldaños de la escarela de caracol).
Estructura química del ADN: dos cadenas de nucleótidos conectadas mediante puentes de hidrógeno,
que aparecen como líneas punteadas.
- La unión de ambas cadenas se produce entre las respectivas bases nitrogenadas de los nucleótidos: Adenina, Guanina, Citosina y Timina. Además existe una complementariedad entre bases:
Adenina - Timina (A-T)
Guanina - Citosina (G-C)
Las dos cadenas están unidas por puentes de hidrógenos formados entre los pares adenina-timina (A=T) dos puentes y guanina-citosina (G ≡ C) tres puentes. Esta correspondencia entre las bases explica el hecho de que las dos cadenas de la doble hélice posean secuencias complementarias.
Modelo de Watson y Crick: Doble hélice del ADN
Estructura de una sección de ADN. Las bases se encuentran horizontalmente
entre las dos hebras en espiral.
Ejercicio: construir la cadena complementaria de la secuencia:
5' ACGTTTAACGACAAGTATTAAGACAAGTATTAA 3'
Estructura 3ª, o empaquetamiento del ADN con proteínas (histonas)La estructura terciaria del ADN es la disposición que adopta la doble hélice de ADN al asociarse con proteínas (histonas) para dar lugar a los cromosomas en el momento de la división celular.
Estructura 3ª del ADN: el ADN asociado a proteínas histonas
ver video enrollamiento del ADN
REPLICACIÓN DEL ADN: la duplicación de la información genéticaLa información genética es la misma en todas las células somáticas de un organismo. Sin embargo, la cantidad de ADN varía a lo largo de un ciclo celular como ya vimos en la reproducción celular y en la meiosis (antes de la profase, el ADN se duplicaba).
Antes de la mitosis, durante la Fase S del ciclo celular, la célula duplica el ADN y las proteínas
La molécula de ADN genera una copia idéntica a sí misma antes de la duplicación celular (mitosis). Este proceso se denomina replicación.
- El proceso se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas.
- Es un proceso complejo que implica a numerosos enzimas y gasto de energía.
- Durante el proceso se producen algunos errores (introducción de bases incorrectas), muchos de ellos se corrigen durante el proceso o al final de éste. Cuando los errores persisten: se producen mutaciones en el ADN (ver mutaciones).
Enzimas que participan en la replicación del ADN
Proceso de la replicación
Se desarrolla en varias fases:
1) La doble hélice se abre y las dos cadenas que la forman se separan
2) A cada hebra separada de ADN se van acoplando nucleótidos libres cuyas bases son complementarias a las bases existentes en esa hebra o cadena.
3) Los nucleótidos que se van uniendo forman las nuevas cadenas
4) Como resultado final, se obtienen dos copias idénticas del ADN (que se distribuirán entre las células hijas en el momento de la división celular). Cada una de esas copias posee una cadena de la cadena original y una nueva que se ha formado. Esa es la razón del por qué se dice que la replicación del ADN es semiconservativa (conserva una cadena original)
Replicación del ADN
De este modo mediante la replicación, se hace una copia del "libro de instrucciones" (ADN) de la célula madre antes de la división celular y así, tras la mitosis, habrá una copia idéntica del ADN de la cálula madre en cada célula hija.
ver animación sencilla de la replicación del ADN
ver animación replicación del ADN
ver animación replicación del ADN (2)
ver animación replicación del ADN (3)
ver animación de repaso del ADN
Ejercicio on-line de complementariedad de bases del ADN
