GUA: EL ADNNIVEL: 4 MEDIO La molcula de ADN est constituda por dos largas cadenas de nucletidos unidas entre s formando una doble hlice. Las dos cadenas de nucletidos que constituyen una molcula de ADN, se mantienen unidas entre s porque se forman enlaces entre las bases nitrogenadas de ambas cadenas que quedan enfrentadas.La unin de las bases se realiza mediante puentes de hidrgeno, y este apareamiento est condicionado qumicamente de forma que la adenina (A) slo se puede unir con la Timina (T) y la Guanina (G) con la Citosina (C) La estructura de un determinado ADN est definida por la secuencia de las bases nitrogenadas en la cadena de nucletidos, residiendo precisamente en esta secuencia de bases la informacin gentica del ADN. El orden en el que aparecen las cuatro bases a lo largo de una cadena en el ADN es, por tanto, crtico para la clula, ya que este orden es el que constituye las instrucciones del programa gentico de los organismos.Conocer esta secuencia de bases, es decir, secuenciar un ADN equivale a descifrar su mensaje gentico La estructura en doble hlice del ADN, con el apareamiento de bases limitado ( A-T; G-C ), implica que el orden o secuencia de bases de una de las cadenas delimita automticamente el orden de la otra, por eso se dice que las cadenas son complementarias. Una vez conocida la secuencia de las bases de una cadena ,se deduce inmediatamente la secuencia de bases de la complementaria. El modelo de la doble hlice de Watson y Crick ha supuesto un hito en la historia de la Biologa. Empaquetamiento del ADNLas protenas asociadas al ADN se conocen colectivamente con el nombre de histonas. Son polipptidos relativamente cortos cargados positivamente (bsicos) y por lo tanto son atrados por las cargas negativas del ADN (cido)Las histonas son sintetizadas en cantidad durante la fase S ( S por sntesis) del ciclo celular. Una de las funciones de esas protenas est relacionada con el empaquetamiento del ADN en la forma del cromosoma: los 2 metros de ADN de la clula humana son empaquetados en 46 cromosomas de un largo combinado de aproximadamente 200 nm. La clula tiene unas 90 millones de molculas de histonas siendo la mayora perteneciente a un tipo conocido como H1.Secuencia que va desde el ADN hasta el cromosoma: El nmero 1 corresponde a la molcula de ADN,En el nmero 2 , vemos el ADN unido a protenas globulares, formando una estructura denominada collar de perlas, formado por la repeticin de unas unidades que son los nucleosomas, que corresponderan a cada perla del collar.En el nmero 3 se pasa a una estructura de orden superior formando un solenoide.En el nmero 4, se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina, nuevos bucles.En el nmero 5, llegamos al grado de mayor espiralizacin y compactacin, formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma. REPLICACIN DEL ADN Es la capacidad que tiene el ADN de hacer copias o replicarsu molcula. Este proceso es fundamental para la transferencia de la informacin gentica de generacin en generacin. Las molculas se replican de un modo semiconservativo. La doble hlice se separa y cada una de las cadenas sirve de molde para la sntesis de una nueva cadena complementaria. El resultado final son dos molculas idnticas a la original MECANISMO DE REPLICACIN DEL ADN En el momento de la replicacin de ADN, la doble hlice se abre (por actuacin del enzima helicasa, que rompe los puentes de hidrgeno entre las dos hebras de ADN), formando la horquilla de replicacin. A medida que la helicasa abre la cadena, se replican sus dos hebras. Cada hebra nueva de ADN empieza a partir de un cebador de ARN sintetizado por la primasa, mediante la ADN polimerasa III. Tambin actan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensin generada por la torsin en el desenrrollamiento. Adems actan las protenas SSB que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse. La enzima ADN polimerasa aade los nuevos nucletidos en direccin 5' 3' pero ambas cadenas son antiparalelas. En una de las cadenas la enzima acta a medida que se abre la horquilla (cadena continua), sin embargo en la otra cadena (cadena discontinua) la adicin de los nuevos nucletidos no puede llevarse a cabo de forma continua ya que tiene el sentido 3' 5'. A medida que la helicasa abre la doble hlice original, debe agregarse un cebador en el extremo 3' de la cadena discontinua, luego sintetizar ADN hasta el ARN cebador anterior. Esta funcin la ejerce la ARN primasa. La ARN primasa es un tipo de ARN polimerasa, una enzima que sintetiza pequeos fragmentos de ARN, de unos 10 nucletidos, conocidos como cebadores, complementarios a la hebra de ADN que se copia durante la replicacin. Estos cebadores son necesarios para que la ADN polimerasa III tenga un punto de partida en la sntesis 5' a 3' de la hebra molde y agregue los desoxinucletidos. La ARN primasa tiene la particularidad de no necesitar cebador para comenzar la sntesis. Los cebadores son retirados o degradados por la ADN polimerasa I, gracias a su capacidad de exonucleasa, y rellenados con fragmentos de ADN, gracias a su capacidad de polimerasa. Una vez han sido retirados los cebadores de ARN, la ADN ligasa une los extremos de los fragmentos de Okazaki y da lugar a una cadena continua de ADN. Los fragmentos de Okazaki son cadenas cortas de ADN recin sintetizadas en la hebra discontinua. stos se sintetizan en direccin 5 3 a partir de cebadores de ARN que despus son eliminados. Estn formados por 1000 a 2000 nucletidos en Escherichia coli y entre 100 y 200 nucletidos en eucariotas. Estn separados por cebadores de ARN de aproximadamente 10 nucletidos de longitud. SNTESIS PROTEICA Las reacciones bioqumicas estn controladas por enzimas. Las enzimas, estn a menudo involucradas en cadenas de reacciones conocidas como vas. La prdida de actividad de una enzima puede inactivar todo el ciclo. La biosntesis de aminocidos (los ladrillos que forman las protenas) es un complejo proceso con muchas reacciones qumicas mediadas por enzimas que si mutan, tornndose inactivas, detendrn la va biosinttica y por lo tanto el crecimiento. Beadle y Tatum propusieron la hiptesis un gen una enzima y, dado que un gen codifica para la produccin de una protena. Un gen una enzima ha sido modificado a un gen un polipptido dado que muchas protenas (como la hemoglobina) estn formadas por mas de un polipptido.La informacin fluye del ADN al ARN por va del proceso llamado transcripcin, y luego a la protena por el proceso de traduccin.Transcripcin es el proceso de fabricacin de ARN usando el ADN como molde. Traduccin es la construccin de una secuencia de aminocidos (polipptido) con la informacin proporcionada por la molcula de ARN.El esquema de este dogma ha sido encontrada repetidamente y se considera una regla general (salvo en los retrovirus). El cido RiboNucleico mensajero (ARNm) es el molde para la construccin de la protena. El cido RiboNucleico ribosmico (ARNr) se encuentra en el sitio donde se construye la protena: el ribosoma. El cido RiboNucleico de transferencia (ARNt) es el transportador que coloca el aminocido apropiado en el sitio correspondiente.El ARN tiene el azcar ribosa en vez de desoxirribosa. La base uracilo (U) reemplaza a la timina (T) en el ARN. El ARN tiene una sola hebra, si bien el ARNt puede formar una estructura de forma de trbol debido a la complementariedad de sus pares de bases. La transcripcin: haciendo una copia de ARNm de la secuencia de ADN La ARN polimerasadependiente de ADN abre la parte del ADN a ser transcripta. Solo una de las hebras del ADN (la hebra codificante ) se transcribe. Los nucletidos de ARN se encuentran disponibles en la regin de la cromatina (este proceso solo ocurre en la interfase) y se unen en un proceso de sntesis similar al del ADN. El Cdigo Gentico: Traduccin del ARN en protena Fue el astrnomo George Gamow quien seal que el cdigo que representa a los aminocidos deba consistir en grupos de al menos tres de las cuatro bases del ADN. En efecto, los 20 aminocidos estn representados en el cdigo gentico por la agrupacinde tres letras (triplete) de las cuatro existentes. Si uno considera las posibilidades de arreglo de cuatro letras agrupadas de a tres (43) resulta que tenemos 64 posibilidades de palabras a codificar, o 64 posibles codones (secuencia de tres bases en el ARNm que codifica para un aminocido especfico o una secuencia de control). El cdigo gentico fue roto por Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei (del NIH), 10 aos despus que Watson y Crick rompieran el misterio de la estructura del ADN.Nirenberg descubri que el ARNm, independientemente del organismo de donde proviene, puede iniciar la sntesis proteica cuando se lo mezcla con el contenido del homogenado de Escherichia coli.Adicionando poli-U (un ARNm sinttico) a cada uno de 20 tubos de ensayo (cada uno de los cuales tena un aminocido diferente) Nirenberg y Matthaei determinaron que el codn UUU , el nico posible en el poli-U, codificaba para el aminocido fenilalanina. Gradualmente se fue confeccionando una lista completa del cdigo gentico. El cdigo gentico consiste en 61 codones para aminocidos y 3 codones de terminacin, que detienen el proceso de traduccin. El cdigo gentico es por lo tanto redundante, en el sentido que tiene varios codones para un mismo aminocido. Por ejemplo, la glicina es codificada por los codones GGU, GGC, GGA, y GGG. Si un codn muta por ejemplo de GGU a CGC, se especifica el mismo aminocido. Los ribosomas son los organelos de la clula donde se sintetizan la protenas. Los ribosomas estn formados por una subunidad liviana (30S) y una pesada(50S), el ARNr difiere en cada uno de ellos.La subunidad 30S tiene un ARNr 16S y 21 protenas diferentes. La subunidad 50S consiste en ARNr 23S y 5S y 34 protenas diferentes. La subunidad liviana tiene el sitio para que se pegue el ARNm. Tiene un rol crucial en la decodificacin del ARN pues monitorea el apareamiento de bases entre el codn del ARNm y el anticodn de ARNt.La subunidad pesada tiene dos sitios para el ARNt. (el sitio A y el Sitio P). Cataliza la formacin de la unin peptdica.Existen 61 ARNt diferentes, cada uno posee un sitio diferente para pegar el aminocido y un anticodn diferente. Para el codn UUU, el codn anticomplementario es AAA. La unin del aminocido apropiado al ARNt esta controlado por una enzima: la aminoacil-ARNt sintetasa.La energa para la unin del aminocido al ARNt proviene de la conversin de ATP (adenosn-trifosfato) a AMP (adenosn-monofosfato). La traduccin es el proceso de convertir las secuencias del ARNm en una secuencia de aminocidos. El cdigo de iniciacin es el AUG que codifica para el aminocido metionina El ARNt tiene forma de trbol y es el que lleva el aminocido apropiado al ribosoma cuando el codn lo "llama". En la parte terminal del brazo ms largo del ARNt se encuentran tres bases, el anticodn, que son complementarias con el codn. (Met).La traduccin no ocurre si no est el codn AUG, por lo tanto la metionina (en realidad la formil-metionina, f-Met ) es siempre el primer aminocido de la cadena polipeptdica, y frecuentemente se elimina al final del proceso. El complejo formado por ARNt/ARNm/subunidad ribosmica pequea es llamado complejo de iniciacin. La subunidad grande se pega al complejo de iniciacin. Luego de esta fase el mensaje progresa durante la elongacin de la cadena polipeptdica.

Un nuevo ARNt lleva otro aminocido al sitio P vaco del complejo ribosoma /ARNm y posteriormente se forma un enlace peptdico con el aminocido del sitio ocupado. El complejo se mueve a lo largo del ARNm hasta el prximo triplete, liberando el sitio A. El nuevo ARNt entra en el sitio A y se repite el proceso. Cuando el codn es un codn de terminacin, un factor de liberacin se pega al sitio, parando la traduccin y liberando al complejo ribosmico del ARNm. A menudo muchos ribosomas leen el mismo mensaje y forman una estructura conocida como polisoma. De esta manera la clula puede rpidamente fabricar varias protenas similares. La secuencia de los aminocidos determina la interaccin entre los mismos ypor lo tanto define la manera en que la protena recientemente formada se pliega y adopta su conformacin en el espacio. ACTIVIDAD:I) Formar grupos de 4 alumnos como mximo II) Contestar en hoja ordenada, sin borrones y con una sola letra. 1.-Qu se entiende por replicacin del ADN? 2.-Por qu se dice que la replicacin del ADN es semiconservativa? 3.-Nombre las enzimas que participan en el proceso de replicacin del ADN e indique lasfunciones de cada una. 4Qu son los fragmentos de Okasaki? 5.-Qu es un gen? 6.-Indique dos diferencias entre transcripcin y traduccin. 7.-Haga un cuadro comparativo(semejanzas y diferencias) entre ADN y ARN. 8.-Explique el significado de los codones de terminacin. 9.-Qu diferencias puede establecer entre las dos subunidades del ribosoma? 10.-Explique el papel de la enzima llamada Aminoacil-ARNt sintetasa. 11.-De dnde proviene la energa que permite la unin del aminocido con el ARNtrespectivo? 12.-Defina los siguientes conceptos: a)codn de iniciacin b)codnc)anticodn d)complejo de iniciacin e)codn de terminacin f)polisoma El cdigo genticoDesde que se demostr, que las protenas eran producto de los genes, y que cada gen estaba formado por fracciones de cadenas de ADN, los cientficos llegaron a la conclusin de que, debe haber un cdigo gentico, mediante el cual, el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN, podra determinar la secuencia de aminocidos en la formacin de polipptidos. En otras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las bases nitrogenadas transmitan la informacin que dicta la sntesis de protenas. Este proceso podra explicar cmo los genes controlan las formas y funciones de las clulas, tejidos y organismos. Como en el ADN slo hay cuatro tipos de nucletidos, y, sin embargo, las protenas se constituyen con 20 clases diferentes de aminocidos, el cdigo gentico no podra basarse en que un nucletido especificara un aminocido. Las combinaciones de dos nucletidos slo podran especificar 16 aminocidos (42 = 16), de manera que el cdigo debe estar formado por combinaciones de tres o ms nucletidos sucesivos. El orden de los tripletes, o como se han denominado, codones, podra definir el orden de los aminocidos en el polipptido.Diez aos despus de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el cdigo gentico fue descifrado y verificado. Su solucin dependi en gran medida de las investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo de cidos nucleicos, los cidos ribonucleicos (ARN). Se observ que la obtencin de un polipptido a partir del ADN se produca de forma indirecta a travs de una molcula intermedia conocida como ARN mensajero (ARNm). Parte del ADN se desenrolla de su empaquetamiento cromosmico, y las dos cadenas se separan en una porcin de su longitud. Una de ellas acta como plantilla sobre la que se forma el ARNm (con la ayuda de una enzima denominada ARN polimerasa). El proceso es muy similar a la formacin de una cadena complementaria de ADN durante la divisin de la doble hlice, salvo que el ARN contiene uracilo (U) en lugar de timina como una de sus cuatro bases nucletidas, y el uracilo (similar a la timina) se une a la adenina en la formacin de pares complementarios.Por esta razn, una secuencia de adenina-guanina-adenina-timina-citosina (AGATC) en la cadena codificada de ADN, origina una secuencia de uracilo-citosina-uracilo-adenina-guanina (UAUAG) en el ARNm. TranscripcinLa formacin de una cadena de ARN mensajero por una secuencia particular de ADN se denomina transcripcin. Antes de que termine la transcripcin, el ARNm comienza a desprenderse del ADN. Finalmente un extremo de la molcula nueva de ARNm, que ahora es una cadena larga y delgada, se inserta en una estructura pequea llamada ribosoma, de un modo parecido a la introduccin del hilo en una cuenta. Al tiempo que el ribosoma se desplaza a lo largo del filamento de ARNm, su extremo se puede insertar en un segundo ribosoma, y as sucesivamente. Utilizando un microscopio de alta definicin y tcnicas especiales de tincin, los cientficos pueden tomar fotografas de las molculas de ARNm con sus unidades de ribosomas asociados. Los ribosomas estn formados por una protena y ARN. El grupo de ribosomas unidos a un ARNm recibe el nombre de polirribosoma o polisoma. Como cada ribosoma pasa a lo largo de toda la molcula de ARNm, lee el cdigo, es decir, la secuencia de bases de nucletidos del ARNm. La lectura, que se denomina traduccin, tiene lugar gracias a un tercer tipo de molcula de ARN de transferencia (ARNt), que se origina sobre otro segmento del ADN. Sobre un lado de la molcula de ARNt hay un triplete de nucletidos y al otro lado una regin a la que puede unirse un aminocido especfico (con la ayuda de una enzima especfica). El triplete de cada ARNt es complementario de una secuencia determinada de tres nucletidos el codn en la cadena de ARNm. Debido a esta complementariedad, el triplete es capaz de reconocer y adherirse al codn. Por ejemplo, la secuencia uracilo-citosina-uracilo (UCU) sobre la cadena de ARNm atrae al triplete adenina-guanina-adenina (AGA) del ARNt. El triplete del ARNt recibe el nombre de anticodn.Como las molculas de ARNt se desplazan a lo largo de la cadena de ARNm en los ribosomas, cada uno soporta un aminocido. La secuencia de codones en el ARNm determina, por tanto, el orden en que los aminocidos son transportados por el ARNt al ribosoma. En asociacin con el ribosoma, se establecen enlaces qumicos entre los aminocidos en una cadena formando un polipptido. La nueva cadena de polipptidos se desprende del ribosoma y se repliega con una forma caracterstica determinada por la secuencia de aminocidos. La forma de un polipptido y sus propiedades elctricas, que estn tambin determinadas por la secuencia de aminocidos, dictarn si el polipptido permanece aislado o se une a otros polipptidos, as como qu tipo de funcin qumica desempear despus en el organismo.En las bacterias, los virus y las algas verdeazuladas, el cromosoma se encuentra libre en el citoplasma, y el proceso de la traduccin puede empezar incluso antes de que el proceso de la transcripcin (formacin de ARNm) haya concluido. Sin embargo, en los organismos ms complejos los cromosomas estn aislados en el ncleo y los ribosomas slo se observan en el citoplasma. Por esta razn, la traduccin del ARNm en una protena slo puede producirse despus de que el ARNm se ha desprendido del ADN y se ha desplazado fuera del ncleo. IntronesUn descubrimiento reciente e inesperado es que, en los organismos superiores, los genes estn interrumpidos. A lo largo de una secuencia de nucletidos que codifican un polipptido, en particular, puede haber una o ms interrupciones formadas por secuencias sin codificar. En algunos genes pueden encontrarse 50 o ms de estas secuencias, o intrones. Durante la transcripcin, los intrones son copiados en el ARN junto con las secuencias codificadas, originando una molcula de ARN extra larga. En el ncleo, las secuencias que corresponden a los intrones son eliminadas del ARN por unas enzimas especiales para formar el ARNm, que se exporta al citoplasma.Las funciones de los intrones (si existen) son desconocidas, aunque se ha sugerido que el procesamiento del ARN mediante la eliminacin de las secuencias interrumpidas tal vez est implicado en la regulacin de la cantidad de polipptidos producidos por los genes. Tambin se han encontrado intrones en genes que codifican ARNs especiales, como los que forman parte de los ribosomas. El descubrimiento de los intrones ha sido posible gracias a nuevos mtodos que determinan la secuencia exacta de nucletidos en las molculas de ADN y ARN, mtodos desarrollados por el bilogo molecular britnico Frederick Sanger, quien recibi en 1980 por este trabajo el segundo Premio Nobel de Qumica. Secuencias repetidasLos estudios directos del ADN han demostrado tambin que en los organismos superiores ciertas secuencias de nucletidos se repiten muchas veces en todo el material gentico. Algunas de estas secuencias repetidas representan copias mltiples de genes que codifican polipptidos, o de genes que codifican ARNs especiales (casi siempre existen muchas copias de genes que producen el ARN de los ribosomas). Parece que otras secuencias que se repiten no codifican polipptidos o ARNs, y su funcin se desconoce. Entre ellas existen secuencias que, al parecer, son capaces de saltar de una zona a otra de un cromosoma, o de un cromosoma a otro. Estos transposones, o elementos que se transponen, pueden originar mutaciones en los genes adyacentes a sus puntos de partida o llegada.