Universidad Interamericana de Puerto Rico Recinto de Guayama Proyecto de Título V Cooperativo Curso GEST 2020 Profa. Evelyn Mújica.

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Objetivos 1. Explicar la historia del descubrimiento del DNA como el material genético 2. Describir la estructura de la molécula del DNA

Pre- Prueba Selecciona la respuesta: 1. Meischer se destaca por su trabajo sobre a. la transformación en bacterias b. la infección de bacteriófagos a bacterias c. la infección por neumococos en ratones d. los enlaces fosfodiester en el DNA e. el aislamiento de la nucleína

2. La historia del descubrimiento de la composición química de los genes se inicia en 1928 con a. el fraccionamiento del extracto de bacterias S libre de células donde estaba el principio transformante. b. la determinación de que las proteínas realizan la función de llevar la información genética. c. el experimento sobre la infección de bacteriófagos d. la determinación de que la proporción de purinas es igual a la de pirimidinas e. los experimentos de infección de ratones con neumococos

3. En las bacterias S muertas hay “algo” capaz de transformar a las bacterias R en patógenas y este cambio es permanente y heredable. Esta es una idea expresada por a. McCarthy b. Macleod c. Griffith d. Chase e. Hershey

4. Médico y microbiólogo que se propuso descubrir la sustancia responsable del fenómeno de transformación. a. Watson b. Franklin c. Wilkins d. Avery e. Crick

5. Oswald Avery, junto a sus colegas Colin MacLeod y Maclyn McCarty a. encontraron que podían eliminar las proteínas, los lípidos, los polisacáridos y el ARN del extracto sin disminuir su propiedad de transformación. b. descubrieron que el ADN lleva la información necesaria y suficiente para hacer fagos hijos dentro de una bacteria. c. encontraron que el ADN debe ser considerado como una molécula que posee especificidad biológica d. Llegaron a la sorprendente conclusión de que las bases nitrogenadas no se encontraban en proporciones exactamente iguales en levaduras, bacterias, cerdos, cabras y humanos, sugiriendo que el ADN no debía ser tan monótono. e. Dedujeron que una pirimidina siempre se enfrentaba a una purina de la otra hebra del ADN y que estas bases se unían por puentes de hidrógeno.

6. Presentaron un experimento en el 1952, sobre la infección de bacteriófagos a. Watson y Crick b. Avery y Macleod c. McCarthy y Wilkins d. Hershey y Chase e. Pauling y Chargaff

7. Una de las siguientes oraciones sobre los bacteriófagos es incorrecta a. Los bacteriófagos son un tipo de bacterias que atacan a los virus b.Están constituidos por ADN y una cubierta de proteínas. c. Se sabe que los bacteriófagos infectan una célula inyectándole su ADN d. El ADN del bacteriófago toma control de la maquinaria de la bacteria e. El ADN se encuentra en la cabeza del fago.

8. Analizó en detalle la composición de bases del ADN extraído de diferentes organismos. a. McCarthy b. Macleod c. Griffith d. Chase e. Chargaff

9. La contribución de Rosalind Franklin en relación a la estructura del DNA fue a. el descubrimiento de una sustancia a la que denominó nucleina. b. la determinación de que las proteínas realizan la función de llevar la información genética. c. el desarrollo de un modelo de la estructura d. la determinación de que la proporción de purinas era igual a la de pirimidinas e. obtener una fotografía del ADN por difracción de rayos X

10. En el 1962 recibieron el premio Nobel en medicina por el descubrimiento de la estructura del ADN. a. Chargaff, Pauling y Franklin b. Crick, Wilkins y Watson c. Franklin, Wilkins, Watson d. Wilkins, Watson y Crick e. Chargaff, Wilkins y Franklin

11.Una de las siguientes oraciones sobre el DNA es incorrecta a. es una doble hélice b. tiene cadenas paralelas c. sus bases se unen por puentes de hidrógeno d. la réplica es semiconservativa e. contiene purinas y pirimidinas

12. Son purinas a. adenina y guanina b. adenina y timina c. timina y citosina d. timina y guanina e. adenina y uracil

13. Son pirimidinas a. adenina y guanina b. timina y citosina c. adenina y timina d. timina y guanina e. adenina y uracil

14. ¿Cuántos puentes de hidrógeno se forman entre adenina y timina ? a. ninguno b. 1 c. 2 d. 3 e. 4

15.¿Cuántos puentes de hidrógeno se forman entre guanina y citosina? a. ninguno b. 1 c. 2 d. 3 e. 4

16. Una de las siguientes oraciones sobre la réplica del DNA es incorrecta a. las dos cadenas del DNA se separan b. las dos cadenas nuevas permanecen juntas c. una cadena vieja y una nueva permanecen juntas d. la replicación es semiconservativa e. la replicación ocurre en dirección 5’a 3’

17. Un fragmento de DNA lee como sigue: ATCGCAATC La cadena complementaria leería como sigue a. ATCGCAATC b. GCTATGGCT c. TAGCGTTAG d. CTAACGCTA e. CGAATTGCA

18. Uno de los siguientes es un pareo correcto de bases a. A = A b. T = G c. C = A d. G = A e. T = A

19. La dirección en la que corren las cadenas del DNA es a. ambas corren del extremo 3’al 5’ b. ambas corren del extremo 5’al 3’ c. una corre del 3’al 5’y la otra del 5’ al 3’ d. una corre del 1’al 2’ y la otra del 2’ al 1’ e. ambas corren del extremo 1’al 2’

20. La importancia del trabajo de Watson y Crick radica en a. el desarrollo de un modelo de la molécula del DNA b. ser los primeros en fotografiar al DNA c. determinar que las proteínas no son el material genético d. el descubrimiento de los ácidos nucleicos e. la determinación de la proporción de purinas y pirimidinas en el DNA

Contenido El DNA (ADN) Los neumococos de Griffith La naturaleza del principio transformante Los bacteriófagos de Hershey y Chase Finalmente, la doble hélice Estructura del DNA Replicación del DNA

El DNA (ADN) El ADN fue aislado por primera vez en 1869 por un médico alemán llamado Friedrich Miescher en la misma década notable en la cual Darwin publicó El Origen de las Especies y Mendel presentó sus resultados a la Sociedad de Historia Natural de Brünn.

La sustancia que Miescher aisló era blanca, azucarada, ligeramente ácida y contenía fósforo, la encontró en el pus de las vendas (de los vendajes quirúrgicos de una clínica de Tubinga) y en el esperma de salmón; dado que la encontró en el núcleo de las células, la llamo nucleína. En 1889 el patólogo alemán Richard Altmann (1852 – 1900), discípulo de Miescher, lograba separar por vez primera las proteínas de la “nucleína”, llamando a la nueva sustancia, ácido nucleico.

El ADN como material genético Los neumococos de Griffith La historia del descubrimiento de la composición química de los genes se inicia en 1928, cuando el médico inglés Frederick Griffith realizaba sus experimentos de infección de ratones con los neumococos (bacterias que causan la neumonía en humanos). Fuente: http://www.argenbio.org/h/biotecnologia/03.php

La inoculación de estas bacterias en los ratones causa su muerte en 24hs y su patogenicidad se debe a la cápsula de polisacáridos que poseen por fuera de su pared celular. Esta cápsula le otorga a las colonias de neumococos un aspecto brillante o liso, denominado S.

Existen mutantes de neumococos que no producen la cápsula de polisacáridos y forman colonias de aspecto rugoso o R. Griffith descubrió que estas mutantes no mataban a los ratones. Pero sin embargo, si mezclaba a los neumococos R con neumococos S previamente muertos por calor, entonces los ratones se morían.

Aún más, en la sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos con cápsula (S). Es decir que en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R en patógenas y este cambio era permanente y heredable!

Más tarde se demostró que esta transformación también se producía si se incubaban los neumococos R con un extracto libre de células S. ¿Qué sustancia transmitía la propiedad de matar a los ratones de las bacterias S muertas a las bacterias R vivas? Esta pregunta es clave si consideramos a la transformación de R en S como un fenómeno de intercambio de información genética.

Pero en ese entonces nadie imaginaba que las bacterias llevaran genes y por lo tanto la identificación de la sustancia responsable de tal transformación parecía no estar relacionada con el descubrimiento de la naturaleza de los mismos.

La naturaleza del principio transformante El médico microbiólogo Oswald Avery quedó sorprendido por los resultados publicados por Griffith y aunque al principio no creía mucho en ellos, se propuso descubrir la sustancia responsable del fenómeno de transformación. Avery

Así fue como Oswald Avery, junto a sus colegas Colin MacLeod y Maclyn McCarty comenzaron a fraccionar el extracto de bacterias S libre de células donde, según Griffith, estaba el principio transformante. Encontraron que podían eliminar las proteínas, los lípidos, los polisacáridos y el ARN del extracto sin disminuir la propiedad del extracto de transformar a los neumococos R en S. McCarty MacLeod

Sin embargo, si purificaban el ADN presente en el extracto y lo incubaban con las bacterias R, éstas se transformaban en S. Era el ADN el principio transformante que hacía que los neumococos R se transformaran en S, es decir, era el ADN el que llevaba la información necesaria para que la cepa R fuera capaz de sintetizar una cápsula de polisacáridos idéntica a la que poseían las bacterias S.

Cuando Avery, MacLeod y McCarty publicaron sus resultados en 1944, fueron muy pocos los que concluyeron que los genes estaban compuestos de ADN. En esa época era realmente difícil de imaginar que una molécula “monótona” compuesta sólo de cuatro bases nitrogenadas diferentes pudiera tener la suficiente variabilidad como para llevar toda la información genética que precisaban los seres vivos.

Sin duda, eran las proteínas las candidatas para tal función, debido a su gran complejidad y múltiples formas.

En este contexto, Avery, MacLeod y McCarty concluyeron, tímidamente, en su artículo: “Si los resultados del presente estudio se confirman, entonces el ADN debe ser considerado como una molécula que posee especificidad biológica cuya base química aún no ha sido determinada.”

Los bacteriófagos de Hershey y Chase Llevó ocho años más para que la comunidad científica se convenciera de que el ADN era el material genético. Fue gracias al experimento que presentaron Al Hershey y Martha Chase en 1952, sobre la infección de bacteriófagos o fagos (virus que infectan bacterias). Los fagos están compuestos por una cabeza proteica que guarda en su interior ADN.

Figura: Los bacteriófagos son un tipo de virus que atacan a las bacterias. Están constituidos por ADN y una cubierta de proteínas. En la actualidad se sabe que los bacteriófagos infectan una célula inyectándole su ADN, el cual "desaparece" mientras toma control de la maquinaria de la bacteria que comienza a fabricar nuevos virus. Fuente: http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema0.htm http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema0.htm

Hershey y Chase vieron que durante la infección el ADN abandona la cabeza del fago y entra en la bacteria, dejando afuera la cabeza proteica. Es decir que el ADN lleva la información necesaria y suficiente para hacer más fagos hijos dentro de la bacteria. En otras palabras, el experimento indicaba que era el ADN el portador de la información genética del fago.

La conclusión de que el ADN portara la información genética para la continuidad de los fagos coincidía plenamente con la obtenida por Avery, MacLeod y McCarty, que indicaba que el ADN era el material genético de las bacterias. Sin embargo, y después de la desconfianza con que habían sido tomados los resultados sobre la transformación bacteriana, fue el experimento de los fagos el que disipó las dudas sobre la composición química de los genes

Como mencionamos anteriormente, para esa época prevalecía la idea de que el ADN era una molécula demasiado “aburrida” como para ser considerada portadora de la información genética. Esta idea fue desechada gracias al trabajo de Erwin Chargaff, quien analizó en detalle la composición de bases del ADN extraído de diferentes organismos. Chargaff

Llegó a la sorprendente conclusión de que las bases nitrogenadas no se encontraban en proporciones exactamente iguales en levaduras, bacterias, cerdos, cabras y humanos, sugiriendo que el ADN no debía ser tan monótono.

Sin embargo, demostró que, independientemente del origen del ADN, la proporción de purinas era igual a la de pirimidinas, y que la proporción de adeninas era igual a la de timinas, y la de citosinas igual a la de guaninas. En su artículo, publicado en 1950, señaló:

“Los resultados ayudan a refutar la hipótesis del tetranucleótido. Es sin embargo notable, aunque no podemos decir que este hallazgo no sea más que accidental, que en todos los ADN examinados las proporciones entre el total de purinas y el total de pirimidinas, así como entre adenina y timina, y citosina y guanina, fueron próximos a 1”

Este resultado reflejaba por primera vez un aspecto estructural del ADN, indicaba que independientemente de la composición de A o de G en un ADN, siempre la concentración de A es igual a la de T y la de C igual a la de G. Sin embargo, en aquel momento Chargaff no sospechó las implicancias que podían tener estas reglas (denominadas más tarde “reglas de Chargaff”) en la elucidación de la estructura del ADN. Ni siquiera queda claro si Watson y Crick las tuvieron en cuenta para postular el modelo de la doble hélice.

Finalmente, la doble hélice A comienzos de la década de 1950, tres grupos de investigadores trabajaban simultáneamente en la estructura del ADN. Uno de ellos, el de Linus Pauling y sus colegas, formuló un modelo equivocado, en el cual la molécula de ADN debía estar formada por una triple hélice.

En el segundo equipo, liderado por Maurice Wilkins, trabajaba Rosalind Franklin. Ella fue la primera en obtener una excelente fotografía del ADN por difracción de rayos X, a partir de la cual podía deducirse la distribución y la distancia entre los átomos que formaban parte del ADN.

Cuentan que mientras Wilkins y Franklin intentaban traducir sus datos en una estructura probable, la fotografía fue vista por James Watson y Francis Crick, el tercer equipo que estaba investigando la estructura del ADN. Watson y Crick tenían en mente una serie de posibles estructuras, pero al carecer de buenas fotografías no podían concluir sobre cuál era la correcta.

La fotografía de Franklin fue clave en este sentido, y así Watson y Crick pudieron publicar en 1953, en el mismo número de la revista Nature en el que publicaron sus fotografías Wilkins y Franklin, la estructura de doble hélice del ADN. Watson y Crick inician su artículo original de esta manera:

“Deseamos sugerir una estructura para el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura tiene características novedosas que son de considerable interés desde el punto de vista biológico”. Watson

Según el modelo de Watson y Crick, el ADN debía ser una doble hélice y calcularon las distancias exactas que debía haber entre las cadenas y entre los átomos que las componen.

Dedujeron que una pirimidina siempre se enfrentaba a una purina de la otra hebra y que estas bases se unían por puentes de hidrógeno. La estructura de la doble hélice sin duda revolucionó la biología molecular.

Más allá de haber sido validada por una infinidad de experimentos y técnicas, proporcionó respuestas a muchas preguntas que se tenían sobre la herencia. Predijo la autorreplicación del material genético y la idea de que la información genética estaba contenida en la secuencia de las bases.

En 1962 James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el premio Nobel en medicina por el descubrimiento de la estructura del ADN. Rosalind Franklin había fallecido en 1958, a los 37 años de edad.

Estructura del DNA El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado ADN (y también DNA, del inglés Deoxyribonucleic Acid), constituye el principal componente del material genético de la inmensa mayoría de los organismos, junto con el ARN, siendo el componente químico primario de los cromosomas y el material con el que los genes están codificados

Nucleótido Cada nucleótido se forma a partir de la unión de tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada, que puede ser adenina, guanina, citosina o timina. Fuente: http://wwwbioq.unizar.es/EMvirtual/1agua/nucleotido.jpghttp://wwwbioq.unizar.es/EMvirtual/1agua/nucleotido.jpg

Todas las células viven y se mantienen a sí mismas mediante instrucciones que heredan de ciertas moléculas de doble cadena del ácido desoxiribonucleico, el DNA. El DNA consta de 4 tipos de nucleótidos. Los cuatro difieren únicamente en la base componente que puede ser Adenina, Guanina, Timina o Citosina.

En el DNA la azúcar, de 5 carbonos, es la dexosirribosa. Las bases Adenina y Guanina son purinas, que son moléculas grandes y de doble anillo mientras que Timina y Citosina son pirimidinas que son moléculas más pequeñas de anillo sencillo.

A lo largo del DNA se forman dos tipos de apareamiento de bases, Adenina con Timina y Citosina con Guanina. Todas las moléculas del DNA presentan el mismo patrón de enlace pero cada especie tiene secuencias únicas de bases en su DNA.

Actividad Encuentre la cadena complementaria de este fragmento de DNA TACGGATAT

Puentes de hidrógeno unen las bases entre sí a las dos cadenas a lo largo de toda la molécula de DNA. Adenina forma dos puentes de hidrógeno con Timina y Guanina forma tres puentes de hidrógeno con Citosina. Note que en cada caso se parea una purina con una pirimidina.

Recuerde que Adenina y Guanina son purinas y Timina y Citosina son pirimidinas. Debido a esto Adenina y Timina siempre ocurrirán en las mismas proporciones en cualquier molécula del DNA así como sucede con Guanina y Citosina.

Si pensamos que cada par de bases constituye un peldaño de la escalera entonces los dos postes de la escalera lo constituyen unidades repetidas de azúcar y fosfato.

Los enlaces fosfodiéster son esenciales para la vida, pues son los responsables del esqueleto de las hebras de AND. Tanto en el ADN como en el ARN el enlace fosfodiéster es el vínculo entre el átomo de carbono 3' y el carbono 5' del azúcar.

Esta escalera tiene giros y vueltas y sigue un patrón regular de tal modo que forma una doble hélice. Las dos cadenas del DNA tienen una configuración antiparalela, con una cadena corriendo en dirección 5’ a 3’ y la otra de 3’a 5’.

Replicación del DNA Un ejemplo de un diminuto pedazo de un DNA de un organismo podría ser: G - C A - T T - A C - G A - T C - G

La replicación del DNA (la duplicación) es lo que se llama semiconservativa ya que para copiar al DNA se usa como base una cadena original (previamente las cadenas se desenrollan) de forma que el nuevo DNA tiene una cadena que es original (vieja) y otra que es nueva. La replicación procede sólo en la dirección 5' a 3‘ en ambas cadenas.

Por ejemplo: Esta es la cadena a duplicar G – C A – T C - G A – T T – A C - G

Las cadenas complementarias se desenrollan y se separan G C A T C G A T T A C G

Las cadenas complementarias se desenrollan y se separan Note que cada una de las cadenas sirve de patrón para que, al añadir nuevas bases complementarias, se formen dos nuevas cadenas. Cada nuevo DNA consiste de una cadena vieja (en color negro) y una nueva (en color azul). CTGTAGCTGTAG GACATCGACATC GACATCGACATC CTGTAGCTGTAG

Actividad Te invito a entrar a la dirección que aparece a continuación donde se encuentra un resumen de los ácidos nucleicosy existe un link a una animación en F.lash de cómo ocurre la réplica del DNA http://www.visionlearning.com/library/modulo_espa nol.php?mid=63&l=s&c3

Post - Prueba Selecciona la respuesta: 1. Meischer se destaca por su trabajo sobre a. la transformación en bacterias b. la infección de bacteriófagos a bacterias c. la infección por neumococos en ratones d. los enlaces fosfodiester en el DNA e. el aislamiento de la nucleína

2. La historia del descubrimiento de la composición química de los genes se inicia en 1928 con a. el fraccionamiento del extracto de bacterias S libre de células donde estaba el principio transformante. b. la determinación de que las proteínas realizan la función de llevar la información genética. c. el experimento sobre la infección de bacteriófagos d. la determinación de que la proporción de purinas era igual a la de pirimidinas e. los experimentos de infección de ratones con neumococos