Bloque 2. Genética Molecular.
Unidad 1. El ADN y la expresión génica.
1. El experimento de Meselson y Stahl.
Desde 1953 se conocía la estructura del ADN, pero no se sabía cómo se replicaba. Watson y Crick
propusieron un modelo semiconservativo, según el cual cada nueva doble hélice conservaría una
hebra original y sintetizaría una nueva.
En 1957, Meselson y Stahl demostraron este modelo.
Utilizaron bacterias cultivadas en nitrógeno pesado (¹⁵N) y
luego las trasladaron a un medio con nitrógeno ligero (¹⁴N).
Tras varias generaciones y mediante ultracentrifugación en un
gradiente de densidad de CsCl, observaron cómo se
incorporaba el ¹⁴N al ADN. Los resultados descartaron el
modelo conservativo(las hebras permanecen intactas) y el
dispersivo (el ADN se fragmenta al azar), confirmando que la
replicación del ADN es semiconservativa (cada nueva
molécula conserva una hebra original y sintetiza otra nueva).
2. El ADN, portador de la información genética.
La primera evidencia de que el ADN es el material hereditario la obtuvo Griffith en 1928, cuando
buscaba una vacuna contra la neumonía provocada por la bacteria Strepto-coccus pneumoniae.
Descubrió que existían dos cepas bacterianas distintas:
- Cepas S o Lisas. Las bacterias de esta cepa poseen una cápsula gelatinosa de polisacáridos
que confiere a las colonias un aspecto liso. Pueden provocar la enfermedad.
- Cepas R o Rugosas. Al carecer de capsula gelatinosa, sus colonias tienen un aspecto más
rugoso. Estas bacterias no provocan la enfermedad.
Griffith pensó que se podía inmunizar ratones inyectándoles S muertas por el calor, o bien hacerlo con
bacterias R vivas. En sus experimentos obtuvo algún resultado inesperado:
Experimento 1. Los ratones inoculados con cepas S contraen
la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.
Experimento 2. Los ratones inoculados con cepas muertas por
calor no contraen la enfermedad. No se extraen bacterias vivas.
Experimento 3. Los ratones inoculados con cepas R no
contraen la enfermedad. No se extraen bacterias vivas.
Experimento 4. Los ratones inoculados simultáneamente con
cepas S muertas por el calor y cepas R vivas contraen la
enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.
,A partir del experimento 4, Griffith descubrió un "principio transformante" en las bacterias muertas,
que era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaba sus caracteres hereditarios,
convirtiéndolas en virulentas.
En 1944, Avery y su equipo identificaron que este
principio era el ADN, al demostrar que solo este
componente era necesario para que un extracto de
bacterias S transformara a bacterias R. Así concluyeron
que el ADN es el material genético en bacterias.
En 1952, Hershey y Chase confirmaron que el ADN también es el material genético en otros
organismos. Trabajaron con bacteriófagos T2, compuestos únicamente por ADN y proteínas.
Utilizando marcadores radiactivos, demostraron que solo el ADN ingresaba a las células bacterianas,
donde se integraba al cromosoma y dirigía la producción de nuevos virus.
3. La estructura del genoma y su expresión
3.1. Relación entre genes y proteínas
La relación entre genes y proteínas fue establecida por Beadle y Tatum en 1941 a través de sus
experimentos con Neurospora crassa, un moho del pan. Demostraron que, cuando alteraban un gen,
causando una mutación, podían observar un cambio en el fenotipo (características observables) del
organismo. A partir de esto, dedujeron que cada gen contiene la información necesaria para dirigir la
secuencia específica de aminoácidos en la formación de una proteína, específicamente una enzima.
Su hipótesis, conocida como "un gen, una enzima", sugería que cada gen codifica para una enzima
específica, y que la secuencia de bases en el ADN dicta el orden en que se ensamblan los aminoácidos
para formar la proteína correspondiente. Esto fue crucial para el desarrollo de la genética molecular.
Desarrollo del experimento.
En su experimento, Beadle y Tatum usaron rayos X para crear cepas mutantes de Neurospora crassa,
que no podían sintetizar ciertas enzimas necesarias para el metabolismo de aminoácidos como
ornitina, citrulina y arginina. Los mutantes mostraron diferentes necesidades de nutrientes:
- Tipo 1: requería ornitina, pero no arginina.
- Tipo 2: no podía vivir con ornitina, pero sí con citrulina, sin necesidad de arginina.
- Tipo 3: solo podía vivir en un medio con arginina.
Beadle y Tatum concluyeron que cada mutante carecía de una enzima específica en la ruta de síntesis
de la arginina, y que cada gen mutado estaba relacionado con la producción de una enzima.
Posteriormente, modificaron su hipótesis a "un gen, una cadena polipeptídica", reconociendo que no
todas las proteínas son enzimas, y algunas están formadas por más de una cadena.
, 3.2. Estructura del genoma.
El genoma de un organismo es su material genético, almacenado en forma de ADN. La organización
del genoma varía según el tipo de organismo:
- Procarióticos. El genoma está compuesto por un único cromosoma circular, y generalmente
también tienen plásmidos, pequeñas moléculas de ADN que se replican independientemente y
contienen información para la resistencia contra los antibióticos.
- Eucarióticos. La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo (genoma nuclear), pero
también está presente en los cloroplastos y las mitocondrias, donde se encuentran moléculas
circulares de ADN sin histonas, que pueden replicarse, transcribirse y sintetizar proteínas.
Aunque el genoma eucariótico es más complejo que el procariótico, no existe una relación directa
entre la cantidad de ADN y la complejidad del organismo. Gran parte del ADN no codifica proteínas
ni regula su síntesis. En los eucarióticos, el genoma es más complejo debido a:
- Mayor cantidad de ADN.
- Presencia de ADN repetitivo. Más de la mitad del genoma humano está compuesto de
secuencias repetidas que no codifican proteínas, anteriormente conocidas como ADN
"basura", pero ahora se reconoce su importancia para regular la actividad génica.
- Fragmentación de los genes en intrones (secuencias transcritas pero no traducidas) y exones
(secuencias transcritas y traducidas).
- Asociación del ADN con proteínas: El ADN se encuentra asociado a proteínas histonas para
formar los cromosomas.
4 El flujo de la información genética.
4.1. El dogma central de la biología molecular.
El ADN contiene la información necesaria para que los aminoácidos se unan y formen proteínas. Sin
embargo, dado que la síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas, situados en el citoplasma, y el
ADN se encuentra en el núcleo, es esencial una molécula intermediaria. Jacob y Monod identificaron
que este papel lo cumple el ARN mensajero (ARNm).
A partir de esta observación, se formuló el dogma central de la biología molecular, que describe el
flujo de información genética:
1. Transcripción. La información genética del ADN se transcribe al ARNm.
2. Salida del núcleo. El ARNm sale del núcleo y lleva la información genética hacia los
ribosomas en el citoplasma.
3. Traducción. En los ribosomas, el ARNm se traduce en proteínas. Intervienen:
- ARNt: Transporta los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas.
- ARNr: Forma los ribosomas, donde ocurre la síntesis de proteínas.
Unidad 1. El ADN y la expresión génica.
1. El experimento de Meselson y Stahl.
Desde 1953 se conocía la estructura del ADN, pero no se sabía cómo se replicaba. Watson y Crick
propusieron un modelo semiconservativo, según el cual cada nueva doble hélice conservaría una
hebra original y sintetizaría una nueva.
En 1957, Meselson y Stahl demostraron este modelo.
Utilizaron bacterias cultivadas en nitrógeno pesado (¹⁵N) y
luego las trasladaron a un medio con nitrógeno ligero (¹⁴N).
Tras varias generaciones y mediante ultracentrifugación en un
gradiente de densidad de CsCl, observaron cómo se
incorporaba el ¹⁴N al ADN. Los resultados descartaron el
modelo conservativo(las hebras permanecen intactas) y el
dispersivo (el ADN se fragmenta al azar), confirmando que la
replicación del ADN es semiconservativa (cada nueva
molécula conserva una hebra original y sintetiza otra nueva).
2. El ADN, portador de la información genética.
La primera evidencia de que el ADN es el material hereditario la obtuvo Griffith en 1928, cuando
buscaba una vacuna contra la neumonía provocada por la bacteria Strepto-coccus pneumoniae.
Descubrió que existían dos cepas bacterianas distintas:
- Cepas S o Lisas. Las bacterias de esta cepa poseen una cápsula gelatinosa de polisacáridos
que confiere a las colonias un aspecto liso. Pueden provocar la enfermedad.
- Cepas R o Rugosas. Al carecer de capsula gelatinosa, sus colonias tienen un aspecto más
rugoso. Estas bacterias no provocan la enfermedad.
Griffith pensó que se podía inmunizar ratones inyectándoles S muertas por el calor, o bien hacerlo con
bacterias R vivas. En sus experimentos obtuvo algún resultado inesperado:
Experimento 1. Los ratones inoculados con cepas S contraen
la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.
Experimento 2. Los ratones inoculados con cepas muertas por
calor no contraen la enfermedad. No se extraen bacterias vivas.
Experimento 3. Los ratones inoculados con cepas R no
contraen la enfermedad. No se extraen bacterias vivas.
Experimento 4. Los ratones inoculados simultáneamente con
cepas S muertas por el calor y cepas R vivas contraen la
enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.
,A partir del experimento 4, Griffith descubrió un "principio transformante" en las bacterias muertas,
que era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaba sus caracteres hereditarios,
convirtiéndolas en virulentas.
En 1944, Avery y su equipo identificaron que este
principio era el ADN, al demostrar que solo este
componente era necesario para que un extracto de
bacterias S transformara a bacterias R. Así concluyeron
que el ADN es el material genético en bacterias.
En 1952, Hershey y Chase confirmaron que el ADN también es el material genético en otros
organismos. Trabajaron con bacteriófagos T2, compuestos únicamente por ADN y proteínas.
Utilizando marcadores radiactivos, demostraron que solo el ADN ingresaba a las células bacterianas,
donde se integraba al cromosoma y dirigía la producción de nuevos virus.
3. La estructura del genoma y su expresión
3.1. Relación entre genes y proteínas
La relación entre genes y proteínas fue establecida por Beadle y Tatum en 1941 a través de sus
experimentos con Neurospora crassa, un moho del pan. Demostraron que, cuando alteraban un gen,
causando una mutación, podían observar un cambio en el fenotipo (características observables) del
organismo. A partir de esto, dedujeron que cada gen contiene la información necesaria para dirigir la
secuencia específica de aminoácidos en la formación de una proteína, específicamente una enzima.
Su hipótesis, conocida como "un gen, una enzima", sugería que cada gen codifica para una enzima
específica, y que la secuencia de bases en el ADN dicta el orden en que se ensamblan los aminoácidos
para formar la proteína correspondiente. Esto fue crucial para el desarrollo de la genética molecular.
Desarrollo del experimento.
En su experimento, Beadle y Tatum usaron rayos X para crear cepas mutantes de Neurospora crassa,
que no podían sintetizar ciertas enzimas necesarias para el metabolismo de aminoácidos como
ornitina, citrulina y arginina. Los mutantes mostraron diferentes necesidades de nutrientes:
- Tipo 1: requería ornitina, pero no arginina.
- Tipo 2: no podía vivir con ornitina, pero sí con citrulina, sin necesidad de arginina.
- Tipo 3: solo podía vivir en un medio con arginina.
Beadle y Tatum concluyeron que cada mutante carecía de una enzima específica en la ruta de síntesis
de la arginina, y que cada gen mutado estaba relacionado con la producción de una enzima.
Posteriormente, modificaron su hipótesis a "un gen, una cadena polipeptídica", reconociendo que no
todas las proteínas son enzimas, y algunas están formadas por más de una cadena.
, 3.2. Estructura del genoma.
El genoma de un organismo es su material genético, almacenado en forma de ADN. La organización
del genoma varía según el tipo de organismo:
- Procarióticos. El genoma está compuesto por un único cromosoma circular, y generalmente
también tienen plásmidos, pequeñas moléculas de ADN que se replican independientemente y
contienen información para la resistencia contra los antibióticos.
- Eucarióticos. La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo (genoma nuclear), pero
también está presente en los cloroplastos y las mitocondrias, donde se encuentran moléculas
circulares de ADN sin histonas, que pueden replicarse, transcribirse y sintetizar proteínas.
Aunque el genoma eucariótico es más complejo que el procariótico, no existe una relación directa
entre la cantidad de ADN y la complejidad del organismo. Gran parte del ADN no codifica proteínas
ni regula su síntesis. En los eucarióticos, el genoma es más complejo debido a:
- Mayor cantidad de ADN.
- Presencia de ADN repetitivo. Más de la mitad del genoma humano está compuesto de
secuencias repetidas que no codifican proteínas, anteriormente conocidas como ADN
"basura", pero ahora se reconoce su importancia para regular la actividad génica.
- Fragmentación de los genes en intrones (secuencias transcritas pero no traducidas) y exones
(secuencias transcritas y traducidas).
- Asociación del ADN con proteínas: El ADN se encuentra asociado a proteínas histonas para
formar los cromosomas.
4 El flujo de la información genética.
4.1. El dogma central de la biología molecular.
El ADN contiene la información necesaria para que los aminoácidos se unan y formen proteínas. Sin
embargo, dado que la síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas, situados en el citoplasma, y el
ADN se encuentra en el núcleo, es esencial una molécula intermediaria. Jacob y Monod identificaron
que este papel lo cumple el ARN mensajero (ARNm).
A partir de esta observación, se formuló el dogma central de la biología molecular, que describe el
flujo de información genética:
1. Transcripción. La información genética del ADN se transcribe al ARNm.
2. Salida del núcleo. El ARNm sale del núcleo y lleva la información genética hacia los
ribosomas en el citoplasma.
3. Traducción. En los ribosomas, el ARNm se traduce en proteínas. Intervienen:
- ARNt: Transporta los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas.
- ARNr: Forma los ribosomas, donde ocurre la síntesis de proteínas.
