Por
Mels Siningen, Celeste Cecilia
Evolución
Código genético
Cromosoma.
ADN
Estructura del ADN
Replicación
Proteína de reparación alberga al ADN dañado
Del ADN al ser Humano
Prueba de filiación ADN
Bibliografía
El ADN fue aislado por
primera vez de las células del pus y del esperma de salmón, y estudiado
intensamente por el suizo Friedrich Miescher, en una serie de investigaciones
comenzadas en 1869. Lo llamó nucleína debido a su participación en el núcleo
celular. Se necesitaron casi 70 años de investigación para poder identificar por
completo los sillares principales y la estructura del esqueleto de los ácidos
nucleicos.
A principios de la década
de 1940, dos genetistas estadounidenses, George Wells Beadle y Edward Lawrie
Tatum, proporcionaron las primeras pistas importantes. Descubrieron que los
genes dirigen la formación de enzimas a través de las unidades que los
constituyen. Cada unidad (un polipéptido) está producida por un gen específico.
Este trabajo orientó los estudios hacia la naturaleza química de los genes y
ayudó a establecer el campo de la genética molecular. Desde hace tiempo se sabe
que los cromosomas están compuestos casi en su totalidad por dos tipos de
sustancias químicas, proteínas y ácidos nucleicos. Debido en parte a la estrecha
relación establecida entre los genes y las enzimas, que son proteínas, al
principio estas últimas parecían la sustancia fundamental que determinaba la
herencia. Sin embargo, en 1944, el bacteriólogo canadiense Oswald Theodore Avery
demostró que el ácido desoxirribonucleico (ADN) era el que desempeñaba esta
función. Extrajo el ADN de una cepa de bacterias y lo introdujo en otra cepa. La
segunda no sólo adquirió las características de la primera sino que también las
transmitió a generaciones posteriores. Por aquel entonces, se sabía que el ADN
estaba formado por unas sustancias denominadas nucleótidos. Cada nucleótido
estaba compuesto a su vez por un grupo fosfato, un azúcar conocido como
desoxirribosa, y una de las cuatro bases que contienen nitrógeno. Las cuatro
bases nitrogenadas son adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C).
En
1953, el genetista estadounidense James Dewey Watson y el británico Francis
Harry Compton Crick aunaron sus conocimientos químicos y trabajaron juntos en la
estructura del ADN. Esta información proporcionó de inmediato los medios
necesarios para comprender cómo se copia la información hereditaria. Watson y
Crick descubrieron que la molécula de ADN está formada por dos cadenas, o
filamentos, alargadas que se enrollan formando una doble hélice, algo parecido a
una larga escalera de caracol. Las cadenas, o lados de la escalera, están
constituidas por moléculas de fosfato e hidratos de carbono que se alternan. Las
bases nitrogenadas, dispuestas en parejas, representan los escalones. Cada base
está unida a una molécula de azúcar y ligada por un enlace de hidrógeno a una
base complementaria localizada en la cadena opuesta. La adenina siempre se
vincula con la timina, y la guanina con la citosina.
La "base" de cada cromosoma
es una molécula larga de ADN formada por dos cadenas, la producción de dos
dobles hélices idénticas dará lugar a dos cromosomas idénticos.
La estructura del ADN es en
realidad mucho más larga que la del cromosoma, pero se halla muy condensada.
Ahora se sabe que este empaquetamiento se basa en diminutas partículas llamadas
nucleosomas, sólo visibles con el microscopio electrónico más potente.
El ADN está enrollado
secuencialmente alrededor de cada nucleosoma formando una estructura en forma de
rosario. Entonces la estructura se repliega aún más, de manera que las cuentas
se asocian en espirales regulares. Por esta razón, el ADN tiene una
configuración en espiral enrollada, parecida al filamento de una bombilla. Tras
los descubrimientos de Watson y Crick, quedó el interrogante de saber cómo el
ADN dirigía la formación de proteínas, los compuestos principales de todos los
procesos vitales. Las proteínas no son sólo los componentes principales de la
mayoría de las estructuras celulares, sino que también controlan casi todas las
reacciones químicas que se producen en la materia viva. La capacidad de una
proteína para formar parte de una estructura, o para ser una enzima que influye
sobre la frecuencia de una reacción química particular, depende de su estructura
molecular. Esta estructura depende a su vez de su composición. Cada proteína
está formada por uno o más componentes denominados polipéptidos, y cada
polipéptido está constituido por una cadena de subunidades llamadas aminoácidos.
En los polipéptidos hay veinte tipos distintos de aminoácidos. Al final, el
número, tipo y orden de los aminoácidos en una cadena determina la estructura y
función de la proteína de la que forma parte.
Diez años después de que
Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el código genético fue
descifrado y verificado. Los científicos, que buscaban comprender de qué manera
el ADN podía ordenar las estructuras completamente distintas de moléculas de
proteínas, atacaron el problema con los métodos utilizados por los criptógrafos
para descifrar códigos. Su solución dependió en gran medida de las
investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo de ácidos nucleicos, los ácidos
ribonucleicos (ARN). Se observó que la obtención de un polipéptido a partir del
ADN se producía de forma indirecta a través de una molécula intermedia conocida
como ARN mensajero (ARNm). Parte del ADN se desenrolla de su empaquetamiento
cromosómico, y las dos cadenas se separan en una porción de su longitud. Una de
ellas actúa como plantilla sobre la que se forma el ARNm (con la ayuda de una
enzima denominada ARN polimerasa).
El ADN del núcleo
transcribe el mensaje codificado al ARN. Una banda complementaria de ARN.
El ARN mensajero formado
sobre el ADN del núcleo, sale a través de los poros de la membrana nuclear y
llega al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. Allí será leído y descifrado
al código o mensaje codificado que trae el ADN del núcleo.
El ARN de transferencia
selecciona un aminoácido específico y lo transporta al sitio donde se encuentra
el ARN mensajero. Allí engancha otros aminoácidos de acuerdo a la información
codificada, y forma un polipéptido. Varias cadenas de polipéptidos se unen y
constituyen las proteínas. El ARNt, queda libre.
Las proteínas formadas se
desprenden del ribosoma y posteriormente serán utilizados por las células.
Igualmente el ARN de transferencia, es "descargado" y el ARN mensajero, se
libera del ribosoma y puede ser destruido por las enzimas celulares o leído por
una o más ribosomas.
Las síntesis de las
proteínas comienza, por consiguiente, en el núcleo, ya que allí el ADN tiene la
información
Se denomina cromosoma a
cada uno de los corpúsculos, generalmente en forma de filamentos, que existen en
el núcleo de las células y controlan el desarrollo genético de los seres vivos.
El cromosoma contiene el
ácido nucleico, ADN, que se divide en pequeñas unidades llamadas genes. Éstos
determinan las características hereditarias de la célula u organismo. Las
células de los individuos de una especie determinada suelen tener un número fijo
de cromosomas, que en las plantas y animales superiores se presentan por pares.
El ser humano tiene 23 pares de cromosomas. En estos organismos, las células
reproductoras tienen por lo general sólo la mitad de los cromosomas presentes en
las corporales o somáticas. Durante la fecundación, el espermatozoide y el óvulo
se unen y reconstruyen en el nuevo organismo la disposición por pares de los
cromosomas; la mitad de estos cromosomas procede de un parental, y la otra mitad
del otro.
Los cromosomas están
constituidos por cadenas lineales de ácido desoxirribonucleico (ADN) y por
proteínas, denominadas histonas, que empaquetan el ADN en unidades de repetición
denominadas nucleosomas. Las cadenas de ADN están estructuradas en unidades
llamadas genes, sintetizadores de proteínas específicas, cada uno de los cuales
posee por término medio del orden de 1.000 a 2.000 pares de nucleótidos.
EL ADN contenido en todas
las células de cada persona es transmitido de los padres a los hijos de
generación en generación.
Una sola cadena de nuestro
ADN (localizado en nuestras células) contiene muchos genes. Todos estos genes
son necesarios para construir cada uno de los órganos de nuestro cuerpo
(corazón, higado, estomago, pulmones, ojos, etc) y hacerlos funcionar.
En ciertos puntos de
nuestra secuencia de ADN, existen piezas de ADN que varian de persona a persona.
Aunque cuando todos somos
similares, el ADN que heredamos de nuestros padres nunca se combina de la misma
manera.
Estas variaciones
individuales en la secuencia del ADN, son lo que nos hace, a nivel genético,
diferentes el uno del otro.
En otras palabras, los
genes son como manuales de instrucción para nuestro cuerpo. Son las indicaciones
para construir todas las proteinas que hacen que nuestro cuerpo funcione
Ácido desoxirribonucleico
(ADN), material genético de todos los
organismos celulares y casi todos los
virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de
proteínas y la replicación. Se llama síntesis de proteínas a la producción de
las
proteínas que necesita la
célula o el virus para realizar sus actividades y desarrollarse. La
replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ADN se copia
a sí mismo cada vez que una célula o un virus se reproduce y transmite a la
descendencia la información que contiene. En casi todos los organismos celulares
el ADN está organizado en forma de
cromosomas, situados en el núcleo de la célula.
ADN, formado por un azúcar
(2- desoxi-D-ribosa), ácido fosfórico y bases nitrogenadas (adenina, guanina,
citosina y timina). Su estructura es la de una doble hélice en la que las bases
se encuentran situadas en el interior de la molécula y los grupos fosfato se
disponen en el exterior. Las bases nitrogenadas se unen siempre del mismo modo
(adenina con timina y guanina con citosina) a través de puentes de hidrógeno. La
estructura se mantiene estable gracias al apilamiento de las bases en el centro
de la molécula. Las dos hebras que forman la cadena presentan orientaciones
opuestas.
Hay dos tipos de ácidos
nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).Son
componentes principales de las células.
Reciben la denominación de
ácidos nucleicos porque el ADN fue aislado por primera vez del núcleo celular,
pero tanto el ADN como el ARN se encuentran también en otras partes de las
células.Son cadenas constituidas por unidades monoméricas llamadas nucleótidos,
siendo dexorribonucleótidos.
El ADN es portador de la
información genética, que está codificada en la secuencia de bases. Está
presente en los cromosomas y en el material cromosómico de orgánulos celulares
como mitocondrias y cloroplastos, y también está presente en algunos virus.
Dr. Jorge S. Raisman,
lito@unne.edu.ar _
Ing. Ana María Gonzalez,
amgonza@unne.edu.ar
Replicación
En casi todos los
organismos celulares, la replicación de las moléculas de ADN tiene lugar en el
núcleo, justo antes de la división celular. Empieza con la separación de las dos
cadenas de polinucleótidos, cada una de las cuales actúa a continuación como
plantilla para el montaje de una nueva cadena complementaria. A medida que la
cadena original se abre, cada uno de los nucleótidos de las dos cadenas
resultantes atrae a otro nucleótido complementario previamente formado por la
célula. Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces de hidrógeno para
formar los travesaños de una nueva molécula de ADN. A medida que los nucleótidos
complementarios van encajando en su lugar, una enzima llamada ADN polimerasa los
une enlazando el grupo fosfato de uno con la molécula de azúcar del siguiente,
para así construir la hebra lateral de la nueva molécula de ADN. Este proceso
continúa hasta que se ha formado una nueva cadena de polinucleótidos a lo largo
de la antigua; se reconstruye así un nueva molécula con estructura de doble
hélice.
En 9 de agosto de 2001
Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes han generado las primeras
imágenes detalladas de una proteína que realiza la crucial tarea de detectar y
reparar hebras rotas de ADN. Las imágenes muestran que la proteína está diseñada
para albergar al ADN mientras éste es reparado y vuelto a unir con gran
precisión.
Las imágenes de la proteína
Ku de reparación de ADN fueron publicadas en el número del 9 de agosto de 2001,
de la revista Nature, por el investigador del Instituto Médico Howard Hughes
Jonathan Goldberg y sus colegas John R. Walker y Richard A. Corpina del
Memorial Sloan-Kettering Cancer Center.
Las roturas en la doble
hebra de ADN pueden ocurrir aleatoriamente como resultado de la exposición a
radiaciones ionizantes o como eventos programados durante el intercambio de
genes necesario para crear los linfocitos que combaten a las infecciones. El
heterodímero Ku, que consiste en dos subunidades, Ku70 y Ku80, es miembro de una
familia de proteínas de reparación de ADN que reparan al ADN cortado para
preservar la integridad del genoma. Cuando Ku encuentra un ADN dañado, inicia un
proceso de reparación, llamado unión del extremo no-homólogo (NHEJ, por sus
siglas en inglés), proceso que vuelve a unir los extremos cortados de la doble
hebra, aunque los extremos de cada hebra de ADN no sean complementarios.
La función de Ku en el
mantenimiento de la integridad del genoma fue establecida por estudios
anteriores en los cuales el investigador del HHMI, Frederick W. Alt y sus
colegas anularon a Ku70 y a otros componentes de NHEJ y encontraron que la
reparación del ADN estaba comprometida, y que ocurrían cambios cromosómicos
aberrantes con alta frecuencia. Aunque estos estudios reforzaron la función de
Ku en la reparación del ADN, los detalles sobre cómo Ku realiza la detección e
inicia la reparación seguían siendo incompletos. “La bioquímica es muy clara”,
dijo Goldberg. “Ku se encuentra en el núcleo lista para detectar daños en el ADN
y para unir los extremos del mismo”.
Lo que seguía siendo
confuso, sin embargo, era cómo Ku podía distinguir con tal precisión entre los
extremos cortados y el ADN intacto. “Además, el unir nuevamente el ADN parece
peligroso debido a la probabilidad de perder información genética”, dijo
Goldberg. “Pero, en realidad, el proceso que ensambla los extremos no-homólogos
es muy preciso, y queríamos saber por qué Ku parece ser tan necesaria para tal
precisión.”
Goldberg y sus colegas
creían que el poder ver cómo se une Ku al ADN proporcionaría respuestas a
algunos de los interrogantes sobre la interacción entre Ku y el ADN. Los
investigadores utilizaron una técnica llamada cristalografía de rayos X para
visualizar la interacción entre el heterodímero Ku y el ADN. Para realizar la
cristalografía de rayos X, se bombardean los cristales de una proteína con
intensos haces de rayos X. A medida que los rayos X rebotan con los átomos del
cristal, emiten un patrón de difracción que, entonces, se puede analizar para
determinar la estructura tridimensional de la proteína.
Antes de que pudieran
visualizar completamente el complejo Ku-ADN, Goldberg y sus colegas decidieron
estudiar sólo al heterodímero Ku. Los intentos para preparar cristales de la
proteína Ku sólo produjeron algunos cristales usables de los centenares que
prepararon. Afortunadamente, los científicos fueron capaces de utilizar una
técnica iniciada por el investigador del HHMI, Wayne Hendrickson, para resolver
la estructura completa del heterodímero Ku a partir de un solo cristal. La
técnica, llamada difracción anómala de longitud de onda múltiple, fue aplicada
durante los análisis cristalográficos realizados en la Fuente Nacional de Luz
Sincrotrón del Laboratorio Nacional de Brookhaven. Una vez determinada la
estructura de Ku, los científicos continuaron resolviendo la estructura del
complejo Ku-ADN.
En los estudios, Goldberg y
sus colegas tuvieron que imitar la rotura del ADN, asegurándose de que el
fragmento de ADN a ser ensayado tuviera sólo un extremo accesible —para evitar
que Ku se uniera a más de un sitio en el ADN—. Esto se logró bloqueando el otro
extremo del ADN con un voluminoso motivo de ADN.
Luego de resolver la
estructura de Ku unido al ADN, Goldberg y sus colegas pudieron ver cómo el
heterodímero Ku se las arregla para “encontrar” un extremo cortado de ADN,
independientemente de su secuencia. El problema es que Ku no actúa como un
factor transcripcional que se une a una secuencia específica de ADN”, dijo
Goldberg. “En cambio, le interesa reconocer cualquier ADN cortado. Y la
estructura nos mostró que Ku es una molécula de forma anular que puede
deslizarse hacia el extremo apenas se produce una rotura.”
La estructura del complejo
Ku-ADN revela que el heterodímero Ku forma un anillo que rodea y “alberga” al
extremo de la hebra de ADN. “Creemos que las proteínas Ku tienen que mantener
juntos los extremos de ADN”, dijo Goldberg. “El interrogante es cómo sostener el
extremo de un pedazo de ADN sin ocultarlo. Encontramos que nuestra proteína
tiene una extensa base que alberga al ADN, con un puente muy estrecho que yace
sobre la superficie —sosteniendo un costado del ADN casi por completo, pero
dejando el otro lado casi totalmente expuesto—. Pensamos que esta exposición
podría permitir que otros factores de reparación actúen sobre los extremos
cortados para repararlos.”
Los científicos especulan
que las proteínas Ku en dos extremos cortados se ligan unas a otras para
mantener a los dos extremos en la posición adecuada para ensamblar nuevamente el
ADN. Goldberg y sus colegas también encontraron que el heterodímero Ku no toma
ningún tipo de contacto con las bases de ADN, pero se toma de la columna de
azúcar de la hebra de ADN —lo que significa que a la proteína no le “importa” la
secuencia de ADN a la que se une—. Los científicos también tienen evidencia de
que Ku mantiene al ADN en una alineación precisa para permitir la rápida unión
por las enzimas de reparación. “Es lógico que la alineación precisa de los
extremos de ADN, que realiza la proteína, de una ventaja a las proteínas de
reparación y a las ligasas que son las que en definitiva unen los extremos de
ADN”, dijo Goldberg.
En el futuro, Goldberg y
sus colegas planean explorar la estructura de las proteínas Ku unidas a dos
hebras rotas de ADN, para entender el mecanismo por el cual alinean a los
extremos con precisión. Esta precisión es la clave de la exactitud del proceso
de unión, que podría ayudar a la reparación, en ausencia de homología natural de
las hebras separadas, dijo Goldberg.
Jonathan Goldberg
1. Las cuatro letras
Todo el código genético se
transcribe con tan sólo cuatro letras químicas o bases: la adenina (A) que hace
par con la timina (T) y la citosina (C) que hace par con la guanina (G). El
genoma humano está compuesto por entre 2,8 y 3,5 millones de pares de bases.
2. La doble hélice de ADN
Los pares de bases A-T y
C-G constituyen los escalones de la espiral de ADN o ácido desoxirribonucleico,
elemento básico de todo ser vivo conocido. Al recorrer "de arriba abajo" la
doble hélice, se puede "leer" el código de la vida. De ser posible "estirar" el
ADN de una célula humana, mediría dos metros.
3. Genes
Sólo el 3% del total del
genoma humano está compuesto por genes - el resto son "deshechos". Los genes son
secuencias especiales de cientos o miles de pares de bases que constituyen la
matriz para la fabricación de todas las proteínas que el cuerpo necesita
producir y determinan las características hereditarias de la célula u organismo.
4. Cromosomas
El número total de genes
que existe en cada célula humana no se conoce con precisión, aunque se estima
que oscile entre 30.000 y 120.000. Todos ellos, conjuntamente con el restante
material genético de deshecho, se distribuyen en "cápsulas" llamadas cromosomas.
Cada ser humano cuenta con 23 pares de cromosomas, proveniendo un juego del
padre y otro de la madre.
5. Núcleo y célula
El total de 46 cromosomas
humanos se encuentran en el núcleo de cada célula del cuerpo humano (excepto las
células reproductoras, que sólo tienen la mitad). De esta forma, la mayoría de
las celulas contienen toda la "fórmula" para crear un ser humano.
6. Cuerpo
Cada una de las células de
nuestro cuerpo se "especializa" en realizar determinada tarea de acuerdo con las
instrucciones genéticas incluidas en el genoma. El resultado: la formación de
sangre, músculos, huesos, órganos. El cuerpo humano está integrado por un total
de 100 billones (millones de millones) de células.
El ADN (ácido
desoxiribonucléico) es el material genético en las células de su cuerpo. Cada
célula nucleada tiene 46 cromosomas, con excepción de las células de esperma del
hombre y el óvulo de la mujer, que contiene solamente 23 cromosomas. En el
momento de la concepción, hay 46 cromosomas necesarias para crear una persona.
Por eso, una persona recibe una mitad de su material ADN genético de su madre, y
la otra mitad del padre biológico.
La prueba ADN es el método
más preciso que existe debido a que el ADN de cada persona es único.
La prueba del ADN está
basada en un análisis exacto de los perfiles genéticos de la madre, del niño(a)
y del presunto padre. Si se conocen los perfiles genéticos de la madre y de su
hijo(a), el perfil genético del padre puede ser deducido con certeza casi
total.
La prueba ADN es la forma
más precisa para determinar la paternidad. Si los modelos ADN entre el niño y el
presunto padre no aparecen en dos o más sondas, entonces el presunto padre es
excluído 100% lo que significa que él tiene una probabilidad de 0% de paternidad
-- no puede ser el padre biológico del niño.
Si los modelos ADN aparecen
entre la madre, el niño y el presunto padre con cada sonda, entonces podemos
calcular una probabilidad de paternidad de 99.9% o más. La mayor parte de las
cortes/jurados de los Estados Unidos aceptan resultados de 99.0% como evidencia
de paternidad.
La prueba del ADN es el
método más confiable y contundente para confirmar o negar la paternidad y se
puede realizar por razones legales, médicas o personales siempre dentro de la
máxima discreción y privacidad.
De esta manera, se
beneficia a las mujeres que buscan reconocimiento de filiación para sus hijos.
También es solicitada por hombres que desean demostrar que están siendo acusados
falsamente de ser padres biológicos de un niño que es imputado como suyo.
Algunos hombres simplemente la usan para absolver una duda antigua (muchas veces
sin conocimiento de la madre, cuya participación no es indispensable). Asimismo,
es una prueba usada en litigios por razones de herencia, casos forenses, etc.
El desarrollo de la
tecnología por ADN en Latinoamérica permitirá ingresar al siglo XXI con plena
capacidad para aprovechar los beneficios médicos que sobrevendrán como
consecuencia del conocimiento de los detalles moleculares del genoma humano.
www.geocities.com
www.arrakis.es
www.es.embnet.org
www.paternidad.com
www.bbc.co.uk/spanish/extra0006genomaa.htm
biogenomica.com/ADN.htm
www.biozell.com
www.biologia.edu.ar
press2.nci.nih.gov/sciencebehind/ cancersp/cancersp51.htm
es.encarta.msn.com
es.wikipedia.org
