martes, 2 de junio de 2009
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA
Watson y Crick sospecharon que una vez esclarecida la estructura del ADN, sería más fácil entender su función. Razonaron, entonces, que si el ADN era la molécula que transmitía la información genética a las células hijas, esta debía funcionar como un código. Para mitad de los 50’s se sabía que la secuencia de nucleótidos en el ADN daba origen a una secuencia de polipéptidos. Es decir, la molécula de ADN debía dirigir la síntesis de proteínas.
ADN → Proteínas
Pero si esto era cierto, faltaba dilucidar una pieza del rompecabezas ya que se sabía que las proteínas se sintetizaban fuera del núcleo. ¿Cómo podía el ADN, que estaba dentro del núcleo, dirigir la síntesis de proteínas fuera del mismo? A Crick se le ocurrió la idea de que debía existir un intermediario.
ADN → ¿? → Proteínas
Un posible candidato para intermediario era el ARN, que se encuentra en el citoplasma. El ARN tenía varias características que lo hacían un firme candidato:
· Un esqueleto de azúcares y fosfatos (a pesar de que tiene un azúcar distinto, ya que el ARN tiene ribosa en vez de desoxirribosa),
· Tanto el ADN como el ARN usan las mismas bases nitrogenadas, pero el ARN tiene uracilo en vez de timina,
· El uracilo se puede unir a la adenina como lo hace la timina,
· El ARN es una cadena sencilla.
Crick sintetizó esta idea a lo que llamó el Dogma Central de la Biología, que especifica que el ADN se traduce en ARN y este, a su vez, dirige la producción de proteínas.
ADN → Proteínas
Pero si esto era cierto, faltaba dilucidar una pieza del rompecabezas ya que se sabía que las proteínas se sintetizaban fuera del núcleo. ¿Cómo podía el ADN, que estaba dentro del núcleo, dirigir la síntesis de proteínas fuera del mismo? A Crick se le ocurrió la idea de que debía existir un intermediario.
ADN → ¿? → Proteínas
Un posible candidato para intermediario era el ARN, que se encuentra en el citoplasma. El ARN tenía varias características que lo hacían un firme candidato:
· Un esqueleto de azúcares y fosfatos (a pesar de que tiene un azúcar distinto, ya que el ARN tiene ribosa en vez de desoxirribosa),
· Tanto el ADN como el ARN usan las mismas bases nitrogenadas, pero el ARN tiene uracilo en vez de timina,
· El uracilo se puede unir a la adenina como lo hace la timina,
· El ARN es una cadena sencilla.
Crick sintetizó esta idea a lo que llamó el Dogma Central de la Biología, que especifica que el ADN se traduce en ARN y este, a su vez, dirige la producción de proteínas.
Según este postulado, la información fluye de manera unidireccional: no puede moverse de las proteínas al ADN. Es decir, una vez que la información llega a las proteínas, estas no pueden ser cambiadas o, lo que es lo mismo, las proteínas no pueden influir en los genes. Si bien Crick usó el término dogma en un sentido figurado y quizá con humor, ya que las ideas científicas sólo son aceptadas hasta que aparezca evidencia experimental que las desmienta, durante algún tiempo esta idea adquirió cierta dimensión de verdad absoluta en la mayoría de los libros de texto.
No obstante, la ciencia es un ente dinámico, que no se asienta en dogmas, salvo notables excepciones. Actualmente el dogma ha sufrido cierta fisura, pues han surgido una serie de elementos que implican la ampliación de este dogma tan categórico. Estas excepciones atañen, entre otras situaciones o elementos, a los priones, ribozimas y la enzima transcriptasa inversa.
En 1971 se descubrió que algunos virus, como el VIH, llevan su información en forma de ARN, y que esta puede pasar al ADN de sus huéspedes. Ese proceso ocurre en sentido contrario al esquema de Crick, ya que la información pasa del ARN al ADN. Además, actualmente se sabe que tanto el ARN como las proteínas pueden influir en la expresión del código genético.
Podemos resumir el Dogma Central de la Biología como sigue:
1. La información contenida en el ADN se transcribe a una molécula de ARN (proceso llamado transcripción) que recibe el nombre de ARN mensajero o ARNm.
2. La información contenida en el ARNm es "leída" por estructuras llamadas ribosomas, traduciendo el lenguaje nucleico al lenguaje proteíco. La relación que hay entre ambos lenguajes recibe el nombre de Código Genético. Así, la palabra GTG en ácidos nucleicos en proteína se traduce por Histidina; TTT por Lisina, y así sucesivamente. Este proceso se denomina traducción.
Otra función del ADN es la de transmitirse a su descendencia. Esto lo hace el ADN duplicándose a sí mismo en el proceso conocido como replicación. Ahora bien: en la reproducción sexual, el nuevo individuo recibe la mitad del ADN de cada uno de sus padres. Así, este individuo es genéticamente distinto de ambos: así es como la reproducción sexual genera variabilidad. Si el ADN se transmitiera a la célula o al individuo hijo sin variación, como copia exacta del ADN parental, estaríamos ante la reproducción clónica.
Funciones del ARN
Si bien el ADN contiene la información genética del organismo, el ARN permite que ésta se transforme en proteínas. Existen tres tipos de ARN; el mensajero (ARNm), que lleva la información del núcleo al citoplasma; el ribosomal (ARNr), que conforma la maquinaria necesaria para la síntesis proteica (y tiene actividad catalítica), y el de transferencia (ARNt), que transporta los aminoácidos necesarios para sintetizar la nueva cadena proteica.
Modelo de Watson y Crick
James Watson y Francis Crick dedujeron un modelo estructural tridimensional para el ADN que explicaba un patrón de difracción de rayos X y fue también la fuente de conocimientos notables de las propiedades funcionales de los ácidos nucleicos.
Las características del modelo de ADN de Watson y Crick son:
1. Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje común. Las cadenas transcurren en direcciones opuestas.
2. Los ejes de azúcar fosfato se sitúan en el exterior y, por tanto, las bases de púricas y pirimídicas están en el interior de la hélice.
3. Las bases son casi perpendiculares al eje de la hélice y las bases adyacentes están separadas 3.4 Aº. La estructura helicoidal se repite cada 3.4 Aº, de modo que hay 10 bases igual a 3.4 Aº por vuelta/3.4 Aº por base por cada vuelta de hélice; asimismo, hay una rotación de 36 grados por base (360° por vuelta completa/10 bases por vuelta).
4. El diámetro de la hélice es de 20 Aº.
Las características del modelo de ADN de Watson y Crick son:
1. Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje común. Las cadenas transcurren en direcciones opuestas.
2. Los ejes de azúcar fosfato se sitúan en el exterior y, por tanto, las bases de púricas y pirimídicas están en el interior de la hélice.
3. Las bases son casi perpendiculares al eje de la hélice y las bases adyacentes están separadas 3.4 Aº. La estructura helicoidal se repite cada 3.4 Aº, de modo que hay 10 bases igual a 3.4 Aº por vuelta/3.4 Aº por base por cada vuelta de hélice; asimismo, hay una rotación de 36 grados por base (360° por vuelta completa/10 bases por vuelta).
4. El diámetro de la hélice es de 20 Aº.
Diferencias fundamentales entre los ácidos nucleicos:
El ADN tiene las bases adenina, guanina, timina y citosina; mientras que el ARN en lugar de timina tiene uracilo.
El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos mientras que el ARN es de cadena sencilla.
El carbohidrato (monosacárido –pentosa de 5C- en ADN es la Desoxirribosa y en ARN, la Ribosa).
Una característica extraordinaria de las moléculas de ADN que se dan en la naturaleza es su longitud. Una molécula de ADN debe constar de muchos nucleótidos para portar la información genética necesaria incluso para los organismos más sencillos.
El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos mientras que el ARN es de cadena sencilla.
El carbohidrato (monosacárido –pentosa de 5C- en ADN es la Desoxirribosa y en ARN, la Ribosa).
Una característica extraordinaria de las moléculas de ADN que se dan en la naturaleza es su longitud. Una molécula de ADN debe constar de muchos nucleótidos para portar la información genética necesaria incluso para los organismos más sencillos.
El modelo de doble hélice del ADN y la presencia de pares de bases específicos sugirió inmediatamente cómo podría replicarse el material genético; la secuencia de bases de una hebra de la doble hélice determina de manera precisa la secuencia la otra hebra. Una base de guanina de una hebra se empareja siempre con una base de citosina de la otra hebra; una base de adenina siempre con una de timina y así sucesivamente; por tanto, la separación de la doble hélice en sus dos cadenas componentes producirá dos moldes de hebra simple sobre los que se podrán formar nuevas dobles hélices, cada una con la misma secuencia de bases que la doble hélice original; como consecuencia, al replicarse el ADN, una de las cadenas de cada molécula del ADN descendiente se sintetizará de nuevo, mientras que la otra se transmitirá intacta desde la molécula del ADN original; lo que se conoce como replicación semiconservadora.
Ácidos nucleicos
En los ácidos nucleicos el azúcar de un nucleótido se une al azúcar del siguiente a través de un grupo fosfato formando un eje (o esqueleto) común. Las bases de los nucleótidos unidos de esta manera quedan perpendiculares al eje mencionado.
El emparejamiento de bases da lugar a la formación de una doble hélice, estructura helicoidal constituida por dos hebras que corren en sentidos opuestos. Estos pares de bases aportan dos mecanismos, siendo uno de ellos el responsable de copiar la información genética de una cadena del ADN existente para formar una nueva cadena doble y otro para pasar información a una cadena de ARN.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Este grupo de biomoléculas son de gran importancia en el avance del conocimiento del desarrollo de la estructura y función los seres vivos, sobre todo en los aspectos de la reproducción celular, de la conservación de la información y herencia genética, y del control de las funciones celulares.
Se les puede conceptuar de varias maneras, pero en general se les concibe como macromoléculas naturales, polímeros de nucleótidos de una cadena (ARN) o dos cadenas (ADN), cuya función principal es la de contener y permitir la transcripción y traducción de la información genética (código genético), para la elaboración de proteínas, sustancias importantes para la estructura y funcionamiento de las células. Es importante destacar que los nucleótidos son las unidades estructurales (monómeros) a partir de los cuales se forman las largas cadenas de ácidos nucleicos, por ello, es necesario desarrollar un concepto sobre estas sustancias.
Nucleótidos
Son moléculas formadas por un azúcar, una base nitrogenada y un radical fosfato. El azúcar puede ser ribosa en los ribonucleótidos, o desoxirribosa en los desoxirribonucleotidos; la diferencia entre estos azúcares es que la primera tiene un grupo —OH en la posición 2’ y la segunda sólo hidrógeno. Los carbonos de estos azúcares se numeran como primos debido a que los de las bases nitrogenadas a los que se unen llevan una numeración natural.
Se les puede conceptuar de varias maneras, pero en general se les concibe como macromoléculas naturales, polímeros de nucleótidos de una cadena (ARN) o dos cadenas (ADN), cuya función principal es la de contener y permitir la transcripción y traducción de la información genética (código genético), para la elaboración de proteínas, sustancias importantes para la estructura y funcionamiento de las células. Es importante destacar que los nucleótidos son las unidades estructurales (monómeros) a partir de los cuales se forman las largas cadenas de ácidos nucleicos, por ello, es necesario desarrollar un concepto sobre estas sustancias.
Nucleótidos
Son moléculas formadas por un azúcar, una base nitrogenada y un radical fosfato. El azúcar puede ser ribosa en los ribonucleótidos, o desoxirribosa en los desoxirribonucleotidos; la diferencia entre estos azúcares es que la primera tiene un grupo —OH en la posición 2’ y la segunda sólo hidrógeno. Los carbonos de estos azúcares se numeran como primos debido a que los de las bases nitrogenadas a los que se unen llevan una numeración natural.
Bases nitrogenadas
Son compuestos derivados de la purina o de la pirimidina. Las púricas son adenina y guanina; y las pirimídicas son citosina, timina y uracilo.
Algunos nucleótidos como monómeros cumplen funciones específicas como el adenosín trifosfato (ATP), que es la molécula energética de los organismos.
El adenosín monofosfato (AMP) cíclico sirve como mensajero desde la membrana celular al interior de la célula y otros que actúan como parte de coenzimas o en procesos tales como la fotosíntesis.
Sin embargo, su papel más llamativo lo cumplen como elementos de construcción de los ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Éstos contienen la información genética que se transmite de una generación a otra y permiten su expresión en la síntesis de proteínas.