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El ADN y el ARN
Grado 10
Módulo 3 Lección 2
ADN
Seguro que más de una vez has oído hablar del ADN. En las noticias se comenta que la policía utiliza las muestras de ADN encontradas como pista para descubrir quién cometió un delito. La comparación de dos muestras de ADN permite identificar a una persona, algo parecido a la comparación de las huellas dactilares. Pero ¿qué es el ADN?
LOS CROMOSOMAS Y LOS GENES
En el núcleo de las células de tu cuerpo hay unas estructuras microscópicas llamadas cromosomas, que se dividen en genes. En los genes está la información de cuál es el color de tus ojos o de tu pelo, o de cómo es la forma de tu nariz, de tu cara o de tus manos; además, los genes son los responsables de que los hijos hereden los rasgos o características de los padres. Cada gen determina la herencia de una característica concreta, o de un grupo de ellas.
Los cromosomas están formados por ADN y proteínas. En las células que no tienen núcleo (procariotas), como en las bacterias, el ADN se encuentra libre en el citoplasma.
¿QUÉ ES EL ADN?
El ADN o ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico que tiene el aspecto de un filamento muy largo enrollado. Este filamento está formado por moléculas que se repiten y reciben el nombre de nucleótidos. Cada nucleótido tiene tres elementos: un azúcar, una base nitrogenada y un fosfato.
¿CÓMO ES LA ESTRUCTURA DEL ADN?
La estructura del ADN recuerda a una escalera retorcida, como una escalera de caracol. Está formado por dos cadenas entrelazadas, como dos hilos trenzados, que se unen por peldaños. Esta estructura recibe el nombre de doble hélice.
Las moléculas de ADN pueden hacer una copia de sí mismas mediante un proceso llamado replicación.
¿QUIÉN DESCUBRIÓ EL ADN ?
La molécula fue descubierta en 1951 por James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins. En 1953, Watson y Crick describieron la estructura molecular de doble hélice del ADN, y en 1962 recibieron, junto con Maurice Wilkins, el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.
¿CÓMO APLICAMOS NUESTROS CONOCIMIENTOS SOBRE EL ADN? LA INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética consiste en la modificación del ácido desoxirribonucleico (ADN). Comprende un conjunto de técnicas que permiten modificar las características de un organismo, al alterar su material genético.
En ocasiones, la ingeniería genética se utiliza para conseguir que determinados microorganismos, como bacterias o virus, formen compuestos nuevos o aumenten su producción. Los científicos pueden modificar microorganismos, que llegan a convertirse en auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles. Esta técnica se ha empleado, por ejemplo, para crear sustancias como la insulina (necesaria para los enfermos de diabetes) o el interferón (muy útil en el tratamiento del cáncer).
Otra aplicación de esta técnica es la terapia génica, que consiste en aportar un gen a una persona que sufre una anomalía genética.
Hoy en día, la agricultura y la ganadería también se aprovechan de estas técnicas de modificación del ADN. Se trata de que las plantas sean más resistentes a los insectos o que produzcan cosechas más abundantes. En el caso de las vacas, se pretende obtener razas con mayor producción de leche o de carne, o razas de cerdo más ricas en carne y con menos grasa. Todavía existen ciertas dudas o controversia respecto a estas técnicas.
Los estudios sobre el ADN humano han sido muy importantes para la medicina. Se han descubierto genes relacionados con enfermedades como la hemofilia, la fibrosis quística y determinados tipos de cáncer.
Las técnicas desarrolladas también permiten comparar las muestras de ADN tomadas en el escenario de un crimen con el ADN de un sospechoso; el resultado es una prueba que se puede utilizar ante los tribunales. El ADN se utiliza también para realizar pruebas de paternidad.
ARN
De manera sencilla, el ARN (ácido ribonucleico) es el material genético responsable de trasferir o más bien transcribir la información o instrucciones del ADN para construir proteínas. Cumple otras funciones, pero para tener una idea general basta.
Para las células eucariontas (como las de nosotros), el ADN es el código genético en el núcleo de las células con toda la información necesaria para construir nuestro organismo; el ARN lleva a cabo las instrucciones presentes en este "plano" y convierte estas instrucciones en proteínas, uno de los bloques básicos con los que estamos hechos.
Llendo a lo más técnico, el ARN es muy parecido al ADN, pero difiere en importantes detalles: en la célula el ARN es de una sola "hebra" (mientras que el ADN es de dos hebras), y los nucleótidos del RNA contienen ribosa, mientras que los del DNA contiene desoxiorribosa (como la ribosa pero con un átomo menos de oxígeno).
A C I D O R I B O N U C L E I C O (A R N)
Material genético de ciertos virus (virus ARN) y, en los organismos celulares, molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica. En los virus ARN, esta molécula dirige dos procesos: la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que forman la cápsula del virus) y replicación (proceso mediante el cual el ARN forma una copia de sí mismo). En los organismos celulares es otro tipo de material genético, llamado ácido desoxirribonucleico (ADN), el que lleva la información que determina la estructura de las proteínas. Pero el ADN no puede actuar 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).
Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de compuestos químicos llamados nucleótidos. Cada uno está formado por una molécula de un azúcar llamado ribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo y citosina. Estos compuestos se unen igual que en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ARN se diferencia químicamente del ADN por dos cosas: la molécula de azúcar del ARN contiene un átomo de oxígeno que falta en el ADN; y el ARN contiene la base uracilo en lugar de la timina del ADN.
A R N C E L U L A R
En organismos celulares, el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN: el ARN ribosómico (ARNr) se encuentra en los ribosomas celulares (estructuras especializadas situadas en los puntos de síntesis de proteínas); el ARN de transferencia (ARNt) lleva aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos a las proteínas; el ARN mensajero (ARNm) lleva una copia del código genético obtenida a partir de la secuencia de bases del ADN celular. Esta copia especifica la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Los tres tipos de ARN se forman a medida que son necesarios, utilizando como plantilla secciones determinadas del ADN celular.
A R N V Í R I C O
Algunos virus tienen ARN de cadena doble, formado por dos cadenas de polinucleótidos complementarios. En estos virus, la replicación del ARN en la célula hospedante sigue la misma pauta que la replicación del ADN. Cada nueva molécula de ARN tiene una cadena de polinucleótidos procedente de otra anterior. Cada una de las bases de los nucleótidos de la cadena se acopla con una base complementaria de otro nucleótido de ARN: adenina con uracilo y guanina con citosina. Hay dos tipos de virus con ARN de cadena única. Uno de ellos, el poliovirus, virus causante de la poliomielitis humana (véase Enterovirus), penetra en la célula hospedante y sintetiza una cadena de ARN complementaria para transformar la molécula sencilla en doble. Durante la replicación las dos hebras se separan, pero sólo la formada recientemente atrae nucleótidos con bases complementarias. Por tanto, la cadena de polinucleótidos formada como resultado de la replicación es exactamente igual a la original.
El otro tipo, que agrupa los llamados retrovirus, comprende el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), que causa el SIDA, y otros virus causantes de tumores. Después de entrar en la célula hospedante, el retrovirus forma una cadena de ADN complementaria de su propio ARN valiéndose de los nucleótidos de la célula. Esta nueva cadena de ADN se replica y forma una doble hélice que se incorpora a los cromosomas de la célula hospedante, donde a su vez se replica junto con el ADN celular. Mientras se encuentra en la célula hospedante, el ADN vírico sintetizado a partir del ARN produce virus ARN de cadena única que abandonan la célula e invaden otras.
I N V E S T I G A C I Ó N
Varias pruebas sugieren que el ARN fue el primer material genético. El equivalente a la molécula genética más arcaica sería probablemente de estructura sencilla y debería ser capaz de tener actividad enzimática. Además, la molécula debería encontrarse en todos los organismos. La enzima ribonucleasa-P, que se encuentra en todos los organismos, está formada por proteína y una forma de ARN con actividad enzimática. Basándose en esta prueba, algunos científicos opinan que la porción ARN de la ribonucleasa-P sería el equivalente moderno de la más antigua molécula genética.
Completa el siguiente ejercicio de laboratorio.
Modelo de ADN
Propósito:
1. Construir y demostrar un modelo de ADN como componente esencial de toda célula.
2. Demostrar el proceso de replicación del ADN.
Tecnología y Materiales Necesarios:
1. Dulces (Spice gum drops) (cuatro colores mínimo)
2. Dulces anaranjados más grandes que las gomitas (Spice gum drops)
3. Palillos de dientes planos
4. Papel toalla
Procedimiento:
*por seguridad, realiza el trabajo en el papel toalla.
Parte I: construyendo el modelo de ADN
1. Utiliza el diagrama de ADN y la clave a continuación para construir cuatro nucleótidos diferentes.
Figura 1: Nucleótido de ADN
Dulce anaranjado = Desoxiribosa (azúcar)
Dulce gum drop púrpura= Timina (base nitrogenada)
Dulce gum drop blanco= grupo fosfato
Dulce gum drop amarillo= Citosina (base nitrogenada)
Palillos de dientes planos = Enlace químico
Dulce gum drop rojo= Adenina (base nitrogenada)
Dulce gum drop verde= Guanina (base nitrogenada)
Repita el paso 1.
Ahora, se combinan los nucleótidos para iniciar la formación de una
molécula de ADN. ADN tiene la forma de una escalera de caracol. La forma
geométricase llama una doble hélice.
Vas a hacer una "escalera" que tiene 4 "escalones". Recuerda, Adenina
combina
con timina y guanina con citosina.
Combina los nucleótidos utilizando el siguiente ejemplo (figura 2).
Figura
2: Dos nucleótidos unidos entre sí entre las bases de nitrógeno (un
"escalón")
3. Continuar con la construcción de la "escalera" colocando nucleótidos
como en el paso 3.
4. Una vez que hayas construido la "escalera" y que ha utilizado todos
los 8 nucleótidos en los pasos 1 y 2, muestra la molécula de ADN a el
maestro.
Parte II: Replicación del ADN (copia)
5. ADN debe hacer una copia de sí mismo antes de que una célula se
divida en dos células. Especialmente las moléculas llamadas enzimas
ayudan a reproducir o copiar el ADN en sí. En primer lugar, una enzima
“Descomprime" el ADN como si fuera una cremallera. Utiliza tus manos
para separar los palillos que mantienen unidos a sus nucleótidos (a la
derecha por el centro como una cremallera).
6. A continuación, una enzima atribuye nuevos nucleótidos a las dos
cadenas originales que fueron separados. Usted tendrá que hacer 8 nuevos
nucleótidos que forman parejas con los nucleótidos en las cadenas
originales. Recuerde que la base de nitrógeno vincula según las reglas,
un con T y G con C!
7. Cuando haya terminado, usted debe tener dos moléculas de ADN que son
idénticas.
Mostrar los resultados obtenidos al maestro .
8. Limpie su área de trabajo.
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Escuela Virtual de Puerto Rico.
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