GENÉTICA MOLECULAR

GENÉTICA MOLECULAR

A principios del siglo XX no se sabía que los genes estaban en los cromosomas, y que estos estaban formados por ADN y proteínas. En un primer momento se pensó que las proteínas contenían la información genética, debido a su compleja organización y a sus propiedades catalíticas, y no el ADN, que parecía una molécula bastante inactiva y con una estructura muy monótona. Sin embargo una serie de experimentos demostraron que el ADN es el material genético.

Experimentos de Griffith sobre transformación bacteriana

El neumococo presenta dos cepas:

• S: forman colonias lisas y brillantes, y son virulentas porque tienen una cápsula polisacárida que impide que el sistema inmune del ratón las ataque.
• R: forman colonias rugosas y mates, y son no virulentas porque no tienen cápsula y el sistema inmune del ratón las ataca fácilmente.

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Ese factor transformante hacía que las bacterias R produjeran una cápsula polisacárida y se convirtieran en virulentas

Experimentos de Avery y sus colaboradores

Intentaron aislar y determinar la molécula que había hecho que los neumococos R se transformaran en los S. Cultivaron bacterias en tubos de ensayo para buscar la identidad química del factor transformante. Fueron destruyendo sistemáticamente, uno por uno, todos los componentes bioquímicos de las células S, para evitar la transformación e identificar los responsables.

• Degradaron los polisacáridos y la transformación seguía produciéndose. Por lo tanto, dedujeron que la cubierta no era el principio transformante.
• Destruyeron las proteínas de las células S y seguía produciéndose. Hicieron lo mismo con el ARN.
• Expusieron los extractos de células S a la enzima destructora de ADN y no se produjo la transformación.

Esta molécula contiene la información necesaria para convertir las bacterias R no virulentas en bacterias S virulentas. A demás del papel biológico del ADN, demostraron que las bacterias pueden intercambiar material genético.

Muchos genetistas aceptaron los resultados, pero la mayoría de bioquímicos siguieron defendiendo que las proteínas eran el material hereditario, pues sería más fácil codificar la información con los 20 áá que con los 4 nucleótidos del ADN.

Entonces Erwin Chargaff midió las cantidades relativas de los cuatro nucleótidos extraídos de diversas especies y estableció que en algunas especies predominaban los nucleótidos de Adenina y Timina, y en otras los de Guanina y Citosina. Demostró que la composición del ADN es distinta en cada especie

Experimentos de Hershey y Chase

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Hicieron crecer una población de fagos con fósforo radiactivo para marcar selectivamente el ADN. Marcaron, a demás, las proteínas de la cubierta de otra población de fagos con azufre radiactivo.

Cuando los fagos con proteínas marcadas infectaban las bacterias, el marcaje no aparecía ni en las bacterias ni el los nuevos fagos. Sin embargo, al infectarlas con fagos que contenían ADN marcado radiactivamente, el marcaje aparecía en ambos. Probaron así que el material genético de los fagos es el ADN.

Diferencias entre el ADN procariota y eucariotas

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La replicación

Consiste en sintetizar a partir de una molécula inicial, dos idénticas entre sí. Es la base de la conservación de la información genética de una generación a otra.

Características de la replicación

• Es semiconservativa: esta hipótesis fue propuesta por Watson y Crick, considera que cada molécula nueva de ADN tiene una cadena vieja y otra recién sintetizada.

Aunque se trabajaba con diferentes hipótesis:

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• Experimentos de Messelson y Stahl

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Utilizaron una técnica de centrifugación en gradiente de densidad, que permite separar moléculas según diferencias ligerísimas de peso.

Utilizando los isótopos N14 y N15, como el ADN contiene nitrógeno, marcaron segmentos de ADN y siguieron su replicación en bacterias.

Cultivaron bacterias E.coli en un medio con N pesado en vez de N ligero. Después las pasaron a un medio que solo contenía N ligero, lo que aseguraba que en los siguientes ciclos de replicación debía usarse el N ligero. Y comprobaron la densidad del ADN aparecido en sucesivas generaciones con la molécula inicial.

Se obtuvieron los siguientes resultados:

• Primera generación: el ADN tenía una densidad intermedia entre la correspondiente al ADN pesado y al ligero. Estos resultados descartan la hipótesis conservativa, ya que según esta debería haber aparecido una banda correspondiente al ADN ligero y otra al pesado. Son compatibles con la hipótesis semiconservativa, en la que se espera la aparición de moléculas de ADN con una cadena ligera y otra pesada.
• Segunda generación: aparece una banda correspondiente al ADN ligero y otra intermedia. Estos resultados descartan la hipótesis dispersiva , según la cual, en esta generación debería aparecer 4bandas correspondientes a ADN con una densidad comprendida entre ligera y semipesada, ya que cada molécula de ADN contiene partes de la vieja y otras de nueva síntesis. Son compatibles con la hipótesis semiconservativa, en la que se espera que la mitad del ADN sea ligero y la otra mitad tenga una cadena pesada y otra ligera.
• Tercera generación: aparece una banda correspondiente a ADN ligero y otra intermedia.

• Es bidireccional: a partir de un punto dado del cromosoma, la replicación avanza hacia los dos lados, de manera que se va desenrollando el ADN en ambos sentidos.
• Se produce por adición de mononucleótidos en el sentido 5´→3´
• Es semidiscontinua: en una cadena(hebra conductora) se sintetizan fragmentos bastante grandes de forma continua, mientras que en la otra(hebra retardada) las síntesis es discontinua, se sintetizan pequeños fragmentos de forma separada y se unen después-
• La iniciación de la síntesis de cada fragmento necesita un extremo hidroxilo libre, que es proporcionado por un ADN cebador. El ARN cebador es sintetizado por la ARN polimerasa.

Enzimas implicadas

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