Introducción:
Para que las especies
no se extingan los individuos de las mismas tienen que reproducirse, y así
engendrar nuevos seres que darán continuidad a su especie. Así mismo, en las
células para que puedan dividirse es necesario que esta duplique su material
genético para poder garantizar que la dotación cromosómica en las células hijas
sea la misma.
Con el modelo de la doble hélice de Watson y Crick permitió
explicar cómo las moléculas de ADN pueden copiarse “replicarse” y así dar como
resultado una molécula idéntica al molde o patrón.
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Proceso bioquímico que permite la
duplicación de ADN
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Replicación
del ADN
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Hipótesis
conservativa
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Hipótesis
Dispersiva
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Hipótesis
Semiconservativa.
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Desarrollo:
La unidad básica de
información en los seres vivos es el gen, definido en células eucariotas como un
segmento de ADN que lleva la información necesaria para la síntesis de una
proteína o de un ARN. En el hombre, el número de genes que codifican proteínas
se calcula que es tan sólo el 3 % del ADN; siendo el resto, secuencias
reguladoras y estructurales.
La célula realiza
esta actividad a través de las rutas de la información genética; estas vías
constituyen el principio fundamental de la genética molecular.
Para esto existen
tres procesos:
a) Replicación o
copia del ADN paterno para formar moléculas de ADN hijas idénticas entre sí.
b) Transcripción o
copia de la información de una parte del ADN a moléculas de ARN.
c) Traducción o copia
de la información genética del ARN a la secuencia aminoacídica específica de
una proteína.
Replicación o copia del ADN
Para explicar el mecanismo
de como el ADN se duplicaba se propusieron tres hipótesis originadas por Watson
y Crick estas son:
1.- Replicación conservativa:
Proponía que en la replicación la dos hebras
del ADN madre quedaban en una de las células hijas formadas, mientras que la otra
célula hija recibe la de nueva síntesis.
Se produciría
un ADN completamente nuevo durante la replicación.
2.- Replicación semiconservativa:
El ADN se forma de una
hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde
complementario a las nuevas.
Según esta teoría
cada una de las cadenas de ADN sirve como molde para la síntesis de la
complementaria para ello las dos cadenas de la doble hélice se separan y a
medida que las bases van quedando libres se van situando los nucleótidos por complementariedad
construyéndose una nueva hebra.
Es importante
recalcar que, cada una de las moléculas de ADN que se obtienen contiene una
hebra original y otra de nueva síntesis.
3.- Replicación dispersiva:
Las células hijas
poseen hebras de ADN mixtas, es decir, hebras en las cuales encontramos trozos
de ADN de la célula madre, y trozos de ADN recién replicados.
Esto implicaría la
ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera se
reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en
cada hebra de ADN.
El experimento más
definitivo para dilucidar cuál de estas tres hipótesis era la correcta fue el
de Meselson y Stahl en 1957.
La hipótesis
confirmada fue la semiconservativa.
Principales características de la replicación
1.- La replicación es un
proceso semiconservador.
Cada
cadena de la molécula de ADN parental actúa de molde para la síntesis de una
nueva cadena produciéndose dos nuevas moléculas de ADN, cada molécula nueva
posee una cadena vieja y una nueva.
2.- Las
dos cadenas de ADN se replican al mismo tiempo y comienzan en un punto
denominado origen. En dicho punto el ADN parental se desenrolla y forma una
estructura de lazo cuyos extremos se denominan horquillas de replicación.
3.- La replicación es bidireccional.
El proceso se desarrolla hacia los dos extremos de la cadena; en cada lazo, las horquillas de replicación avanzan en el proceso de síntesis hasta completar la copia.
4- La síntesis de ADN se desarrolla en dirección 5' → 3'. La
dirección en que actúan las enzimas es fija y única de 5' a 3'. Esto determina
que la cadena molde ha de tener la dirección 3'→5', para que la nueva cadena en
formación, complementaria y anti paralela tenga la dirección 5' →3' coincidente
con el sistema de trabajo de la enzima
5.- En una cadena, la
replicación es continua y en la segunda la síntesis es discontinua. Esta
solución fue descrita por Reiji Okazaki quien encontró que en el procedimiento
de copia de las dos cadenas del ADN parental, se formaba una cadena nueva
continua en la que la síntesis se desarrolla en la misma dirección de la
horquilla de replicación; mientras que la otra cadena nueva era discontinua ya
que su síntesis se realizaba en contra de la dirección de la horquilla mediante
fragmentos.
Transcripción
La transcripción es el proceso por el cual se
sintetiza un ARN usando como molde al ADN. Muchos tipos de ARN pueden ser
sintetizados así por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de
transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los
ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El
proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y
eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las
bacterias y los de las células de animales superiores.
Tipos de ARN
ARN
implicados en la síntesis de proteínas:
ARN mensajero.
ARN de transferencia.
ARN ribosómico.
ARN
reguladores:
ARN de interferencia.
ARN anti sentido.
ARN largo no
codificante.
Riboswitch.
ARN con actividad
catalítica:
Ribozimas.
ARN pequeño
nucleolar.
La
ARN polimerasa I sintetiza los precursores del ARN ribosómico (ARN-r).
La
ARN polimerasa II produce ARN heterogéneo nuclear (ARN-hn) que tras el
procesamiento da lugar a los ARN mensajeros (ARN-m) que se traducen a
proteínas.
La
ARN polimerasa III transcribe los precursores de los ARN transferentes (ARN-t),
los ARN nucleares y citoplásmicos de pequeño tamaño y los genes para el ARN 5S
que forma parte de la subunidad grande de los ribosomas
FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN.
INICIACIÓN DE LA
TRANSCRIPCIÓN
El inicio de la transcripción necesita que el
factor σ esté unido al núcleo central de la ARN polimerasa. Existen unas
secuencias de ADN específicas y necesarias para que la holoenzima reconozca el
lugar de comienzo de la transcripción, dichas secuencias específicas se
denominan secuencias promotoras. Pribnow (1975) aisló y secuenció las regiones
de ADN que quedaban protegidas por la ARN polimerasa después de someterlas a
digestión con ADNasa pancreática. Siguiendo este método se secuenciaron los
primeros promotores de fagos como el T7 y l, y del promotor del operón lactosa.
Pribnow observó una secuencia de unos 7 pares de bases que se encontraba 10
bases antes de la primera que se transcribe y que aparecía en la mayoría de los
fragmentos protegidos por la ARN polimerasa
DISGREGACIÓN DEL PROMOTOR
Sintetizado el primer enlace fosfodiéster, se
debe deshacer el complejo del promotor para poder volver a funcionar de nuevo.
La disgregación del promotor coincide con una fosforilación de la serina 5
debido a la actuación de una quinasa en el carboxilo terminal de la ARN
polimerasa.
Durante esta fase hay
una tendencia a desprenderse el transcrito inicial de ARN
ELONGACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
TERMINACIÓN DE LA
TRANSCRIPCIÓN
Existencia
de unas secuencias terminadoras de unos 40 pares de bases que contienen una
región rica en pares GC seguida por una serie de 6 o más adeninas (A). Cuando
esta región del ADN se transcribe da lugar en el ARN a una secuencia rica en
pares GC seguida de 6 o más uracilos (U), la región rica en pares GC forma una
estructura en forma de horquilla (por autoapareamiento)
https://www.youtube.com/watch?v=qOA25GbUkdA (video sobre la
transcripción)
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (Traducción)
La síntesis de las proteínas se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, a diferencia de la transcripción del ARN que se produce en el núcleo. El ARNm contiene un código que se utiliza como molde para la síntesis de proteínas. Es decir, se traduce el lenguaje de la serie de bases nitrogenadas del ARNm al lenguaje de la serie de aminoácidos de la proteína. Este proceso denominado traducción se realiza en los ribosomas adosados en la membrana del retículo endoplasmático granular o rugoso. El ribosoma está formado por dos subunidades, una mayor y otra menor.
Los ribosomas utilizan el código genético para establecer la secuencia de aminoácidos que ha sido codificada por el ARN mensajero. Los aminoácidos que van a formar las proteínas están dispersos en el citoplasma celular. Son acercados al ARN mensajero por el ARN de transferencia (ARNt). Uno de los lados del ARNt transporta un triplete de bases llamado anticodón. En el otro lado se une un aminoácido, proceso que demanda gasto de energía por
transformación de adenosin trifosfato (ATP) en adenosin monofosfato (AMP).
El
ADN es el molde mediante el cual la información genética necesaria para la
síntesis de proteínas se transcribe al ARNm. Una vez formado, el ARNm sale del
núcleo y se dirige a los ribosomas donde tendrá lugar la 115 Tema 10.
Replicación, transcripción y traducción Bioquímica síntesis proteica. La
traducción se realiza utilizando una secuencia específica de tres bases del
ARNm llamada triplete de bases o codón. Cada aminoácido está codificado por, al
menos un triplete, que constituyen en código genético y que se recogen en la
Figura 5. Este código es universal (válido para todas las especies) y redundante
(un aminoácido puede estar codificado por varios codones), pero no es ambiguo
(un codón codifica uno y sólo un aminácido). La traducción del ARNm tiene lugar
en los ribosomas y sigue los mismos pasos en procariotas y eucariotas. Cada
triplete de nucleótidos o codón del ARNm determina un aminoácido específico.
Cada molécula de ARNt porta el aminoácido correspondiente a un codón. El
reconocimiento entre el ARNt y el codón tiene lugar gracias al anticodón. Entre
los dos aminoácidos consecutivos debe formarse el enlace peptídico, este paso
está catalizado por la enzima peptidil transferasa. Luego el ribosoma se
transloca, desplazándose a lo largo de la cadena peptídica que se está formando
y dejando un sitio vacante para un nuevo ARNt-aminoácido. La traducción
continúa hasta que aparece un codón de terminación.
https://www.youtube.com/watch?v=pdMD6ohp1fM (video sobre transcripción
y traducción )
Conclusiones:
El ADN es el
mecanismo por el cual se hereda los genes que mantienen en existencia a las
especies, gracias a su duplicación exacta, las especies pueden seguir
existiendo, actúa en todos los seres vivos replicando sus genes generación tras
generación.
Para esto necesita
seguir una secuencia de pasos muy complejos en el cual interviene el ARN para
su transcripción y traducción.
El ADN polimerasas
siempre recorren la hebra molde en sentido 3 – 5.
Y sin todos estos
procesos los seres vivos no existirían.
Bibliografía:
http://bernardoalonzo.bligoo.com.mx/media/users/14/708943/files/96166/Replicaci_C3_B3n_del_ADN.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=pdMD6ohp1fM
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