CIENCIA FÁCIL N º 133
Camino al Genoma
El gran misterio del cual tenemos algo develado.
ADN, su estructura
Autora: María Cristina Chaler.
Camino al Genoma
El gran misterio del cual tenemos algo develado.
ADN, su estructura
Autora: María Cristina Chaler.
Hace más de 40 años James Dewey Watson y Francis Harry Compton Crack analizando información y casi en forma casual encontraron la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico), esto les valió el premio Nobel en 1962 que compartieron con Maurice Wilkins.
El ADN es una macromolécula (molécula grande) de unidades (monómeros) que se unen formando un polímero. Está formada por 2 grandes cadenas de nucleótidos.
Un nucleótido está constituido por 3 entidades químicas, un grupo fosfato (PO43-) unido a un azúcar de 5 carbonos (2 desoxi-D-ribosa) que a su vez se une a una base nitrogenada (molécula orgánica ciclada que posee nitrógeno n el anillo), estos nucleótidos se encadenan a través del fosfato que une azúcares contiguos. Las bases nitrogenadas unidas a cada ribosa son de 4 (cuatro) tipos diferentes la adenina (A) y la guanina (G)- son púricas, con estructura en doble anillo condensado, las otras 2 (dos) -la citosina(C) y la timina (T)- son pirimídicas, con estructura en anillo simple.
La característica especial del ADN es tal, que una de las cadenas puede tener las bases distribuidas en forma arbitraria pero la cadena que se complementa con ella necesariamente sigue un orden, es decir la citosina es complementaria de la guanina (C----G) y la adenina lo es de la timina (A----T), esta propiedad hace que una cadena de ADN sea estabilizada por la otra, ya que estas bases quedan enlazadas por uniones puente de hidrogeno (ver nota de ciencia fácil un puente muy especial), de modo que se preservan entre sí y una vez separadas, la duplicación de la misma requiere de un orden estricto de modo que la información genética contenida en la molécula no se pierde y se transmite de generación en generación.
¿Como se ubica en el espacio?
Watson y Crick describieron el modelo de las formas A y B del ADN mediante la interpretación de placas de difracción de rayos X obtenidas de fibras de ADN natural pero el análisis de todas las variantes del ADN se ha perfeccionado en los últimos años con las nuevas tecnologías que permiten obtener ADN sintético de cortas cadenas que se pueden someter a un estudio más profundo físico químico ya que son capaces de cristalizar, además las computadoras han ayudado enormemente en el estudio de estas estructuras.
La posición más cómoda de la molécula, que requiere menor gasto de energía es la doble hélice, de modo que así está dispuesta en el espacio tridimensional, pero estas hélices se enfrentan según la secuencia de las bases como escaleras caracol sostenida por los puentes de hidrógeno y posee distribuciones con diferentes formatos, existen el ADN –A- B y Z, este último tiene forma de escalera zigzagueante y enrollamiento antihorario y es el más diferenciado de las tres formas. Las diferentes estructuras que adopta la molécula en el espacio se deben a las distintas posiciones que toma la molécula de azúcar que va moviéndose y así modifica las cadenas. Esto provoca a un grado de hetererogeneidad a lo largo de la estructura de un mismo ADN. Se ha descubierto que con una hidratación normal la forma más común es la B, con baja humedad predomina la forma A y la forma Z ocurre cuando hay altas concentraciones salinas, todos estos estudios se lograron desde que se puede sintetizar ADN artificialmente. En las células vivas se ha probado que estas formas están presentes y hacen que la molécula tenga diversidad genética pues sus distintas estructuras generan diferentes interacciones con las enzimas y por lo tanto diferentes reactividades.
En general se acepta que el ADN nuclear de las células eucariota (células de los seres superiores con núcleos bien definidos) se organiza en largas unidades de cadena abierta o lineal, pero datos experimentales cambiaron este concepto. En el núcleo en interfase (período entre dos divisiones celulares) gran parte de la fibrilla de cromatina se halla organizada en forma de múltiples bucles o asas. Los dos extremos de cada una de estas asas se unen y se comportan, como una unidad circular cerrada, está probado que en el núcleo hay muchas unidades de ADN circular en forma relajada o super enrollada, de modo que a pesar de que el ADN tiene sólo 4 bases nitrogenadas dispuestas de forma que generen el código de una proteína, su organización y estructura cambiante es capaz de contener todos los genes de las formas vivas de nuestro planeta, así puede auto duplicarse, transmitir información y mutar. Los pequeños cambios en la estructura son catalizados por enzimas llamadas topo isomerazas, apoyados por la liberación o absorción de energía química (ATP)(adenosina trifosfato), esta variación de la estructura de la molécula produce cambios en su comportamiento génico.
¿Cómo es el lenguaje que utiliza el ADN?
Recordemos lo que dijimos en la nota de ciencia fácil de los aminoácidos hacia las proteínas
Las proteínas son los constituyentes primordiales del organismo vivo y se forman por la unión de varios aminoácidos, estos son alrededor de 20 (veinte) y se encadenan conformando diferentes proteínas La diferencia entre unas y otras se debe exclusivamente a la secuencia de estos bloques que las constituyen (estructura primaria), el cambio de alguno de ellos, modifica la disposición o geometría en el espacio(estructuras secundarias ,terciarias y hasta cuaternarias) y fundamentalmente la función de las mismas. La proteína formada por A1-A19-A2-A2 será diferente de la A1 A2 A19-A2, así los veinte aminoácidos con sus diferentes combinaciones forman la diversidad biológica de nuestro planeta, una real pero aparente diversidad ya que las moléculas varían sólo en la disposición de estos 20 bloques.
El mensaje
La molécula de ADN posee un intermediario El ARN celular que actúa como mensajero (ARNm) llevando la información desde el núcleo al citoplasma en donde se sintetizan las proteínas, es un polímero de nucleótidos de una sola cadena, unidos por el grupo fosfato a un azúcar llamada ribosa (posee un oxígeno más que la desoxirribosa), la ribosa a su vez está unida a bases nitrogenadas, Adenina (A), Citosina (C) guanina (G) u Uracilo (U), esta última base reemplaza a la timina del ADN.
El mensaje lo porta originalmente el ADN pero lo transmite por un mecanismo llamado trascripción formando al ARNm.
Como sabemos el ADN posee 2 (dos) cadenas, una llamada molde y otra que la complementa.
El ADN se abre por efecto de una enzima ARN polimerasa (ARNpol) y se libera el molde generándose a partir de él ARNm donde A se reemplaza por T, T por U, G por C y C por G de modo que el ARNm lleva como su nombre lo indica, el mensaje complementario del molde con una base cambiada.
El ADN posee secuencias que indican donde comienza y donde termina la lectura del GEN (trozo de información genética que se encuentra dentro del cromosoma) de modo que regulan la “construcción de la molécula de ARNm
El inicio es
TAC ------AUG de modo que el primer triplete del ARNm es
La terminación al final del gen es
ATT (en el gen) ------ UAA (en el ARNm)
ATC------------------ UAG
ACT-------------------UGA
La información madura
Se ha descubierto hace unos 10 años que el ARNm original en los organismos superiores sufre una maduración llamada "splicing" o empalme ya que hay zonas de información útil (exones) alternados con zonas de información no codificantes (intrones)
De modo que mediante este mecanismo, se eliminan los intrones y se unen los exones y se recombinan, esto puede dar posibilidad de más de una forma de empalme así que la proteína resultante puede ser más de una, a partir de una trascripción idéntica, esta versatilidad aumenta la diversidad proteica y simplifica la información para su producción.
La traducción
El ARNm sale del núcleo y se dirige al citoplasma donde se encuentran los ribosomas o fábricas de proteínas, pero estos trabajan junto con el ARN de transferencia (ARNt) que es una corta molécula que lleva consigo un aminoácido específico que corresponderá al código leído en el grupo de tres bases (codón), posee una forma (hoja de trébol o de numeran) que le facilitará la lectura espacial del ARNm.
La Fabricación
La lectura de 3 (tres) bases nitrogenadas determina la atracción de un aminoácido y como las bases son 4 y se pueden repetir tienen 64 posibilidades de combinarse que son más que suficientes para llamar a 20 aminoácidos, únicos componentes de las proteínas que conforman a la materia viva. Este alfabeto biológico es tal que cada triplete corresponde a un aminoácido, pero algunos de ellos sólo son signos de puntuaciones que indican el fin, hay casos en que varios tripletes corresponden al mismo aminoácido y en general la variante que se observa es la de la tercera base. No transcribiremos el código completo pero sí algunos ejemplos para ilustrar la explicación y facilitar su entendimiento.
AUG------Iniciación
UUU
UUC------ Fenil alanina
UUA
UUC------ Leucina
CUU
CUC-------Leucina
AGA
AGG-------Arginina
UGA-----Fin
UAA-----Fin
El hecho de que diferentes tripletes llamen al mismo aminoácido (codones sinónimos) clasifica al código genético como degenerado, esta multiplicidad evita que algunas mutaciones generen consecuencias graves.
El ADN es una macromolécula (molécula grande) de unidades (monómeros) que se unen formando un polímero. Está formada por 2 grandes cadenas de nucleótidos.
Un nucleótido está constituido por 3 entidades químicas, un grupo fosfato (PO43-) unido a un azúcar de 5 carbonos (2 desoxi-D-ribosa) que a su vez se une a una base nitrogenada (molécula orgánica ciclada que posee nitrógeno n el anillo), estos nucleótidos se encadenan a través del fosfato que une azúcares contiguos. Las bases nitrogenadas unidas a cada ribosa son de 4 (cuatro) tipos diferentes la adenina (A) y la guanina (G)- son púricas, con estructura en doble anillo condensado, las otras 2 (dos) -la citosina(C) y la timina (T)- son pirimídicas, con estructura en anillo simple.
La característica especial del ADN es tal, que una de las cadenas puede tener las bases distribuidas en forma arbitraria pero la cadena que se complementa con ella necesariamente sigue un orden, es decir la citosina es complementaria de la guanina (C----G) y la adenina lo es de la timina (A----T), esta propiedad hace que una cadena de ADN sea estabilizada por la otra, ya que estas bases quedan enlazadas por uniones puente de hidrogeno (ver nota de ciencia fácil un puente muy especial), de modo que se preservan entre sí y una vez separadas, la duplicación de la misma requiere de un orden estricto de modo que la información genética contenida en la molécula no se pierde y se transmite de generación en generación.
¿Como se ubica en el espacio?
Watson y Crick describieron el modelo de las formas A y B del ADN mediante la interpretación de placas de difracción de rayos X obtenidas de fibras de ADN natural pero el análisis de todas las variantes del ADN se ha perfeccionado en los últimos años con las nuevas tecnologías que permiten obtener ADN sintético de cortas cadenas que se pueden someter a un estudio más profundo físico químico ya que son capaces de cristalizar, además las computadoras han ayudado enormemente en el estudio de estas estructuras.
La posición más cómoda de la molécula, que requiere menor gasto de energía es la doble hélice, de modo que así está dispuesta en el espacio tridimensional, pero estas hélices se enfrentan según la secuencia de las bases como escaleras caracol sostenida por los puentes de hidrógeno y posee distribuciones con diferentes formatos, existen el ADN –A- B y Z, este último tiene forma de escalera zigzagueante y enrollamiento antihorario y es el más diferenciado de las tres formas. Las diferentes estructuras que adopta la molécula en el espacio se deben a las distintas posiciones que toma la molécula de azúcar que va moviéndose y así modifica las cadenas. Esto provoca a un grado de hetererogeneidad a lo largo de la estructura de un mismo ADN. Se ha descubierto que con una hidratación normal la forma más común es la B, con baja humedad predomina la forma A y la forma Z ocurre cuando hay altas concentraciones salinas, todos estos estudios se lograron desde que se puede sintetizar ADN artificialmente. En las células vivas se ha probado que estas formas están presentes y hacen que la molécula tenga diversidad genética pues sus distintas estructuras generan diferentes interacciones con las enzimas y por lo tanto diferentes reactividades.
En general se acepta que el ADN nuclear de las células eucariota (células de los seres superiores con núcleos bien definidos) se organiza en largas unidades de cadena abierta o lineal, pero datos experimentales cambiaron este concepto. En el núcleo en interfase (período entre dos divisiones celulares) gran parte de la fibrilla de cromatina se halla organizada en forma de múltiples bucles o asas. Los dos extremos de cada una de estas asas se unen y se comportan, como una unidad circular cerrada, está probado que en el núcleo hay muchas unidades de ADN circular en forma relajada o super enrollada, de modo que a pesar de que el ADN tiene sólo 4 bases nitrogenadas dispuestas de forma que generen el código de una proteína, su organización y estructura cambiante es capaz de contener todos los genes de las formas vivas de nuestro planeta, así puede auto duplicarse, transmitir información y mutar. Los pequeños cambios en la estructura son catalizados por enzimas llamadas topo isomerazas, apoyados por la liberación o absorción de energía química (ATP)(adenosina trifosfato), esta variación de la estructura de la molécula produce cambios en su comportamiento génico.
¿Cómo es el lenguaje que utiliza el ADN?
Recordemos lo que dijimos en la nota de ciencia fácil de los aminoácidos hacia las proteínas
Las proteínas son los constituyentes primordiales del organismo vivo y se forman por la unión de varios aminoácidos, estos son alrededor de 20 (veinte) y se encadenan conformando diferentes proteínas La diferencia entre unas y otras se debe exclusivamente a la secuencia de estos bloques que las constituyen (estructura primaria), el cambio de alguno de ellos, modifica la disposición o geometría en el espacio(estructuras secundarias ,terciarias y hasta cuaternarias) y fundamentalmente la función de las mismas. La proteína formada por A1-A19-A2-A2 será diferente de la A1 A2 A19-A2, así los veinte aminoácidos con sus diferentes combinaciones forman la diversidad biológica de nuestro planeta, una real pero aparente diversidad ya que las moléculas varían sólo en la disposición de estos 20 bloques.
El mensaje
La molécula de ADN posee un intermediario El ARN celular que actúa como mensajero (ARNm) llevando la información desde el núcleo al citoplasma en donde se sintetizan las proteínas, es un polímero de nucleótidos de una sola cadena, unidos por el grupo fosfato a un azúcar llamada ribosa (posee un oxígeno más que la desoxirribosa), la ribosa a su vez está unida a bases nitrogenadas, Adenina (A), Citosina (C) guanina (G) u Uracilo (U), esta última base reemplaza a la timina del ADN.
El mensaje lo porta originalmente el ADN pero lo transmite por un mecanismo llamado trascripción formando al ARNm.
Como sabemos el ADN posee 2 (dos) cadenas, una llamada molde y otra que la complementa.
El ADN se abre por efecto de una enzima ARN polimerasa (ARNpol) y se libera el molde generándose a partir de él ARNm donde A se reemplaza por T, T por U, G por C y C por G de modo que el ARNm lleva como su nombre lo indica, el mensaje complementario del molde con una base cambiada.
El ADN posee secuencias que indican donde comienza y donde termina la lectura del GEN (trozo de información genética que se encuentra dentro del cromosoma) de modo que regulan la “construcción de la molécula de ARNm
El inicio es
TAC ------AUG de modo que el primer triplete del ARNm es
La terminación al final del gen es
ATT (en el gen) ------ UAA (en el ARNm)
ATC------------------ UAG
ACT-------------------UGA
La información madura
Se ha descubierto hace unos 10 años que el ARNm original en los organismos superiores sufre una maduración llamada "splicing" o empalme ya que hay zonas de información útil (exones) alternados con zonas de información no codificantes (intrones)
De modo que mediante este mecanismo, se eliminan los intrones y se unen los exones y se recombinan, esto puede dar posibilidad de más de una forma de empalme así que la proteína resultante puede ser más de una, a partir de una trascripción idéntica, esta versatilidad aumenta la diversidad proteica y simplifica la información para su producción.
La traducción
El ARNm sale del núcleo y se dirige al citoplasma donde se encuentran los ribosomas o fábricas de proteínas, pero estos trabajan junto con el ARN de transferencia (ARNt) que es una corta molécula que lleva consigo un aminoácido específico que corresponderá al código leído en el grupo de tres bases (codón), posee una forma (hoja de trébol o de numeran) que le facilitará la lectura espacial del ARNm.
La Fabricación
La lectura de 3 (tres) bases nitrogenadas determina la atracción de un aminoácido y como las bases son 4 y se pueden repetir tienen 64 posibilidades de combinarse que son más que suficientes para llamar a 20 aminoácidos, únicos componentes de las proteínas que conforman a la materia viva. Este alfabeto biológico es tal que cada triplete corresponde a un aminoácido, pero algunos de ellos sólo son signos de puntuaciones que indican el fin, hay casos en que varios tripletes corresponden al mismo aminoácido y en general la variante que se observa es la de la tercera base. No transcribiremos el código completo pero sí algunos ejemplos para ilustrar la explicación y facilitar su entendimiento.
AUG------Iniciación
UUU
UUC------ Fenil alanina
UUA
UUC------ Leucina
CUU
CUC-------Leucina
AGA
AGG-------Arginina
UGA-----Fin
UAA-----Fin
El hecho de que diferentes tripletes llamen al mismo aminoácido (codones sinónimos) clasifica al código genético como degenerado, esta multiplicidad evita que algunas mutaciones generen consecuencias graves.
No nos olvidemos que somos agua en primer lugar y proteínas en segundo lugar y el mundo que nos rodea también esta constituido por ellas, de modo que el secreto de la existencia está basado sobre todo en la síntesis de estas moléculas, y estas se forman según los mensajes genéticos de cada especie.
Evidentemente la naturaleza en sus diferentes manifestaciones sigue siendo maravillosa y el estudio de ella nos hace sentir cada vez más pequeños y asombrados.
Evidentemente la naturaleza en sus diferentes manifestaciones sigue siendo maravillosa y el estudio de ella nos hace sentir cada vez más pequeños y asombrados.
