INTRODUCCIÓN

En la unidad numero 2 del curso de Biología Molecular; se hablara sobre la estructura química y física de los ácidos nucleicos; que son el ADN y ARN. En este punto se estudiara, se describirá, y se conocerán  todas aquellas características químicas y físicas que estas moléculas presentan, también se hablara sobre las funciones que presentan estas moléculas, cuales son, como son, y gracias a que son realizadas y la importancia de estos procesos. 

2.1.  ESTRUCTURA QUÍMICA Y FÍSICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN Y ARN.

Características Químicas del ADN	Características Químicas ARN
Presentan un azúcar desoxirribosa	Presenta un azúcar Ribosa
Contiene un grupo fosfato	Contiene un grupo fosfato
Y una base nitrogenada	Y una base Nitrogenada
A.T.G.C	A.U.G.C

Características Físicas del ADN	Características Físicas del ARN
Doble Hélice	Cadena Sencilla
Anti paralela	Presenta diferentes formas
Las cadenas se unen por puentes de Hidrógeno de bases nitrogenadas	Lineal:  ARNm
Helicoidales	Globular: ARNm
Dextrogira	Trébol: ARNt
Presenta surco mayor y surco menor

*Fosfatos: Proporciona el carácter eminentemente ácido del DNA y del RNA.

*Pentosas: Es el componente neutro, y sólo hay dos en los ácidos nucleicos                                                  
*Bases Nitrogenadas: Se encargan de darle la especificidad y el caracter básico a los ácidos nucleicos. Derivan del anillo de  pirimidina  o del doble anillo de  purina . 


                                                         ESTRUCTURA QUÍMICA

Compuesto sólo de cuatro moléculas básicas, llamadas nucleótidos, idénticas entre si, excepto que cada uno contiene una base nitrogenada diferente.

Cada nucleótido contiene:

·         Un grupo fosfato,

·         Un azúcar (desoxirribosa= para el ADN) y (ribosa= para el ARN),

·         Una de las cuatro bases (A,G,C,T= para el ADN) y (A,G,C,U= para el ARN)

En ausencia del grupo fosfato, la base y el azúcar forman un nucleósido, en vez de un nucleótido. 

Las cuatro bases del ADN son adenina, guanina, citosina y timina. Los nombres químicos completos son: 5´-monofosfato de desoxiadenosina, 5´-monofosfato de desoxiguanosina, 5´-monofosfato de desoxicitosina, 5´-monofosfato de desoxitimidina. Sin embargo corrientemente se refiere a cada nucleotido por la abreviatura de su base (A, G, C y T respectivamente). 

Dos de las bases, adenina y guanina son de estructura similar y se denomina purinas, las otras dos citosina y timina, también son similares y se denominan pirimidinas. 

Los ácidos nucleicos están constituidos entonces por la unión de numerosos nucleótidos. Cada nucleótido esta formado por un nucleósido y un fosfato (ácido) . El nucleósido está formado por una pentosa (neutro) y una base nitrogenada (básica).

                                            ESTRUCTURA FISICA

La doble hélice del ADN

La estructura que diseñaron Watson y Crick en 1953 es una doble hélice, cada hélice es una ristra de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiester, en el que un grupo fosfato forma un puente entre grupos –OH de dos residuos de azúcar adyacentes. 

Las dos hélices se mantienen juntas mediante puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrogeno se dan entre átomos de hidrógeno con una pequeña carga positiva y átomos con pequeña carga negativa.

Watson y Crick demostraron que solo estos emparejamientos poseen la complementariedad necesaria tipo “llave-cerradura”, para que permitiera la formación de puentes de hidrogeno.

El par G-C forma 3 puentes de hidrogeno, mientras que el par A-T solo dos. Se predijo que el DNA que tuviera  muchos pares G-C seria más estable que el DNA con muchos pares A-T, y de hecho esta predicción fue confirmada.

Otras Estructuras

Las estructuras más frecuentes y fisiológicas en las que se puede encontrar el DNA es en forma de DNA-B (la propuesta de Watson y Crick), en forma de DNA-A (cuando está deshidratado o hibridado con RNA) y DNA-Z (cuando es levógiro).
                                          
Características de las formas del ADN

Características del DNA-B	Características del DNA-A (También llamado RNA 11)
Giro de la hélice: Dextrógiro Diámetro de la hélice: 2,37 nm Del diámetro, 1,1 nm corresponde al par de bases . Vuelta completa: (Paso de rosca, pitch): 3,54 nm Nucleótidos por vuelta: 10,4 pb (Watson y Crick propusieron 10) Separación entre las bases (elevación o rise): 0,34 nm (3,54 / 10,4 = 0,34), que además coincide con el tamaño de van der Waals para un anillo plano.	Giro de la hélice: Dextrógiro Diámetro de la hélice: 2,55 nm Del diámetro, 1,1 nm corresponden al par de bases, pero no se sitúan sobre el eje como en el DNA-B, dejando un hueco central en el que puede entrar el agua. Vuelta completa: (Paso de rosca, pitch) 2,53 nm Nucleótidos por vuelta: 11 pb (de aquí el nombre de DNA-11)

2.2 FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.

El dogma central de la Biologia Molecular

Fue Francis Crick quien introdujo el dogma central de la Biología Molecular parar describir el flujo de información biológica y cómo la célula utiliza esa información. 

                         
                                 

Implicaciones biológicas de la estructura del DNA

Esta estructura del DNA causó gran excitación entre los genetistas y en todas las áreas de la biología, por 2 razones fundamentales:

1. La estructura sugería una forma obvia por la que la molécula puede ser duplicada o replicada, ya que cada base determina su complementaria mediante puentes de hidrogeno.

2. La estructura hace pensar que quizá la secuencia de pares de bases en el DNA es la que determina la secuencia de aminoácidos de la proteína dictada por un gen. En otras palabras, algún tipo de código genético podría escribir información en el DNA con una secuencia de pares de nucleótidos.

3. Por iguales razones la estructura guarda y trasmite la información genética.

Funciones ARN	Funciones ADN
ARNm: Informativo; Llevar la información del ADN a los ribosomas para producir proteínas ARNr: Se encarga de unir los aminoácidos en proteínas con la información del ARNm ARNt: Transportar los aminoácidos al Ribosoma ARNsn: Corta los intrones y exones en ARNm inmaduro en el núcleo. ARNsc: Ayuda en el transporte de proteínas en el citoplasma dentro de la célula	Contiene y guarda el material genético, guarda la información genética Copia y replica la información, se copia así mismo Controla el metabolismo de la Célula.

UNIDAD NUMERO 2: ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL MATERIAL GENÉTICO

"PORTADA"


SEP                      SNEST                      DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO

UNIDAD NUMERO 2

"ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL MATERIAL GENÉTICO"

QUE PRESENTA LA ALUMNA:

ALEXA MOLINA VALENZUELA

09930047

LIC: EN BIOLOGÍA

Vl SEMESTRE "A"

NOMBRE DEL PROFESOR:

FRANCISCO JAVIER PUCHE ACOSTA

CIUDAD ALTAMIRANO, GUERRERO, MEXICO. FEBRERO DEL 2012

CONCLUSIÓN FINAL DE LA UNIDAD NÚMERO 1

A manera de conclusión puedo decir que se cumplió con el objetivo planteado de la unidad, ya que después de haber visto, estudiado y analizado la unidad numero 1, con los conocimientos adquiridos puedo ya ubicar el área de acción de la biología molecular y como esta, tiene su utilidad en el estudio de los seres vivos. Y las grandes aplicaciones que puede llegar a tener en diferentes aspectos científicos, ecológicos, biológicos y demás, así como también sus debilidades que presenta en algunos casos.

Así mismo aprendí como es que la Biología Molecular ha avanzado hasta nuestra época, y como es que fueron pasando por varios experimentos, hasta llegar a la conclusión de que es el ADN el material hereditario.. 

Me presente con algunos problemas en entender como es que fue exactamente el descubrimiento del modelo genético, pero leyendo sobre el tema, mis dudas fueron aclaradas. Hacia un futuro puedo decir que se lo suficiente de cómo fue la historia de la Biología Molecular, y los experimentos llevados a cabo y quienes fueron los científicos que los desarrollo. Como así mismo, poder explicar sobre la Biología Molecular, sus fortalezas y debilidades..

1.3 PERSPECTIVAS FUTURAS DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Después de que los científicos lograron identificar el ADN como la molécula que contiene la mayoría, si no toda, de la información genética de una célula, el campo de la geneática molecular avanzo rápidamente a finales de la decada de los años 50 y principios de los años 60 proporcionado nuevos conceptos a una velocidad que solo puede compararse con la del desarrollo de al mecánica cuántica de los años 20. El éxito inicial y la acumulación  de una gran cantidad de información permitieron a los investigadores aplicar las técnicas y los moderno métodos biológicos de la genética molecular.

Las aplicaciones de la biología molecular y campo de estudio

*        Estudios en investigación molecular básica y aplicada:

*         Clonación genética e hibridación

*         Tecnología del ADN Recombinante o ingeniería genética (organismos transgenicos)

*         Reacción en Cadena de la Polimerasa (RCP)

*         Aislamiento de DNA y RNA (Southern y Northern)

*         La tecnología denominada huella de ADN (DNA fingerprinting)

*         Procedimiento denominado secuenciación de ADN

*         Terapia génica

*         Genes interrumpidos (Knock out)

*         Control de la expresión génica

*         Terapia germinal (células madres)

*         Creación de genotecas (bibliotecas de ADN)

*         Taxonomia genética y evolucionismo

                                                

             

La investigación sobre el ADN :Tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los científicos pueden modificar microorganismos que llegan a convertir en auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles. Por ejemplo, esta técnica se ha empleado para producir insulina (necesaria para los enfermos de diabetes) o interferón (muy útil en el tratamiento del cáncer). Los estudios sobre el ADN humano también revelan la existencia de genes asociados con enfermedades específicas como la fibrosis quística y determinados tipos de cáncer. Esta información puede ser valiosa para el diagnóstico preventivo de varios tipos de enfermedades.

La medicina forense: Utiliza técnicas desarrolladas en el curso de la investigación sobre el ADN para identificar delincuentes. Las muestras de ADN tomadas de semen, piel o sangre en el escenario del crimen se comparan con el ADN del sospechoso; el resultado es una prueba que puede utilizarse ante los tribunales..

El estudio del ADN también ayuda a los taxónomos a establecer las relaciones evolutivas entre animales, plantas y otras formas de vida, ya que las especies más cercanas filogenéticamente presentan moléculas de ADN más semejantes entre sí que cuando se comparan con especies más distantes evolutivamente. Por ejemplo, los buitres americanos están más emparentados con las cigüeñas que con los buitres europeos, asiáticos o africanos, a pesar de que morfológicamente y etológicamente son más similares a estos últimos.

La agricultura y la ganadería :Se valen ahora de técnicas de manipulación de ADN conocidas como ingeniería genética y biotecnología. Las estirpes de plantas cultivadas a las que se han transferido genes pueden rendir cosechas mayores o ser más resistentes a los insectos. También los animales se han sometido a intervenciones de este tipo para obtener razas con mayor producción de leche o de carne o razas de cerdo más ricas en carne y con menos grasa.

   

1.2 LA BIOLOGÍA MOLECULAR EN MÉXICO

Como en todo el mundo, la biología molecular en México nació de la bioquímica. La Sociedad Mexicana de Bioquímica fue fundada el 1 de julio de 1957, por doce visionarios de la ciencia mexicana. Sin embargo, entre ese grupo no había biólogos moleculares, más que nada porque la disciplina no había nacido formalmente en los planes de estudio de las universidades, aunque se considera que su inicio fue en 1953, con el reporte de James Watson y Francis Crick sobre la estructura del ácido desoxirribonucleico (DNA).

Previamente a este trabajo, Edwin Chargaff había realizado los estudios más completos sobre la composición bioquímica del DNA y Oswald T. Avery y colaboradores las primeras observaciones sobre la transformación del pneumococo, lo cual revelaba la importancia de la función del DNA. En 1957, se estaban realizando los primeros estudios relativos a descifrar el código genético, por Marshall Nirenberg, Severo Ochoa, y H.G. Khorana, y la estructura de los ribosomas y el RNA (ácido ribonucleico) ribosomal, mensajero, y de transferencia, por Masayasu Nomura, entre otros muchos; así como las primeras descripciones del modo de replicación del DNA por Matthew Meselson y Frank Stahl, y el concepto del operón por Francois Jacob y Jacques Monod. Más aun, en la escuela de estructura y cristalografía de Cambridge, Max Perutz y colaboradores revelaban las formas de las primeras proteínas que se estudiaron.

Por esto, no es de extrañar que varios grupos de investigación científica en México,  empezaran a interesarse seriamente en la biología molecular sino hasta principios de la década de 1970.    
                       
Y así como todo proceso biológico, cultural o tecnológico tiene sus pro y contras, la Biología también es el caso ya que encontramos algunas de ellas:

FORTALEZAS	DEBILIDADES
Una de las grandes ventajas de la Biología Molecular es que nos permite reconstruir la evolución de los organismos actuales, las relaciones de unos con otros y con tanto detalle como se quiera; lo único que hace falta es invertir el dinero y el esfuerzo necesario.	México es uno de los países que se encuentran debajo de la medida en cuanto a elaboración de artículos científicos, o productos científicos se refiere.
Tiene la fortuna de atraer  a un gran número de estudiantes  a los diferentes laboratorios que se encuentran en el país.	Existe un riesgo ecológico que surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas.
Un programa de becas o salarios posdoctorales permiten un flujo mayor de posibilidades en muchos laboratorios de México.	Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal
La biología molecular, así como la biotecnología mejora en la nutrición. Ya que se puede llegar a introducir vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alergenos y toxinas naturales.	En muchos laboratorios no existe el intercambio extranjero hacia otros países.
Mediante los OGM producidos por la Biotecnología, el rendimiento de los cultivos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores ambientales.	Algunos laboratorios públicos no reciben la ayuda necesaria en cuanto salario, son solo las privadas los que reciben ese tipo de ayudas.

Trabajo sobre las Fortalezas y Debilidades de la Biología Molecular echo en clase:

1.1.3 EL DESCUBRIMIENTO DEL CÓDIGO GENÉTICO

Desde que se demostró que las proteínas eran producto de los genes, y que cada gen estaba formado por fracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron a la conclusión de que debe haber un código genético mediante el cual el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN podría determinar la secuencia de aminoácidos en la formación de polipéptidos. Enotras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las bases nitrogenadas transmitan la información que dicta la síntesis de proteínas.

La estructura tridimensional de la molécula de ADN fue demostrada por James D. Watson y Francis Crick en 1953. Pero faltaba averiguar cómo interpreta el organismo la secuencia de las distintas bases que forman la estructura lineal del ADN para sintetizar las cadenas de aminoácidos de las proteínas. La solución a este enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la colaboración entre numerosos investigadores, entre ellos Marshall Nirenberg.

Diez años después de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el código genético fue descifrado y verificado. 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).

El código genético asocia a cada triplete de bases del ADN, llamado codón, un aminoácido concreto. Con los cuatro tipos de bases (U, uracilo; A, adenina; G, guanina; y C, citosina) que forman la molécula de ARN, sintetizada de manera complementaria a partir de la de ADN, se pueden formar 64 tripletes distintos (por ejemplo, UAC, UGG y AUC, entre otros). Cada codón se atribuye a un aminoácido concreto de los veinte posibles sin ninguna ambigüedad. Como hay menos aminoácidos que codones, algunos de aquéllos quedan designados por varios de éstos. Así, los seis tripletes UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG designan el aminoácido leucina y los dos AGU y AGC la serina; en cambio, el triptófano queda designado por un solo codón, UGG.
                                                       
La mayor parte de los aminoácidos están determinados de manera casi unívoca por sus dos primeras bases y, en muchos casos, el tercer nucleótido es un complemento indiferente o designa otro aminoácido de una familia próxima. Esta propiedad contribuye a limitar las consecuencias de los errores de copia o lectura.

La forma en que la clave genética fue descifrada – como se determinaron los aminoácidos concretos representados por cada triplete- constituye una de la aventuras biológicas mas apasionantes en las ultimas décadas. Una vez que estuvieron disponibles las técnicas experimentales adecuadas, la clave genética se descifro en un suspiro.

Numero de letras de cada codón: se partió del hecho de que la clave debería ser de 3 letras; porque? Si la clave fuera de una letra (nucleótido : A, G, C, U) solo habría cuatro aminoácidos diferentes (4 letras diferentes). La clave genética no podría ser asi, pr que se necesitaría una distinta para cada uno de los 20 aminacidos!

Si la clave fuera de 2 letras, entonces seria posible 4² = 16; por ejemplo, AU, CU o CC, este vocabulario no seria todavía suficientemente variado.

Si la clave fuera de 3 letras, entonces seria posible 4³ = 64; por ejemplo AUU, GCC o UGC. Esta clave ofrece mas combinaciones que las necesarias para los aminoácidos.

Y hacia 1961 parecía claro que estos codones no eran solapados.

 El primer paso para el desciframiento fue el descubrimiento de cómo fabricar RNAm sintético. Si los nucleótidos que conforman el RNA se mezclan con una enzima especial (fosforilasa de los polinucleotidos) se forma una cadena sencilla de RNA de la reacción. Esta síntesis no requiere ADN y los nucleotidos se incorporan al azar. La capacidad de sintetizar RNA habria la posibilidad de crear secuencias especificas de ARN y comprobar que aminoácidos se incorporaban al utilizarlas como RNAm.

El primer mensajero sintético obtenido, Poli(U), se fabrico mezclando solo nucleótidos de U, produciendo asi –UUUUUUUU-.

En 1961 Marshal Nirenberg y Heinrich Mathaei mezclaron in vitro Poli (u) y la maquina sintetizadora de proteínas de E. coli (Ribosomas, RNAt, energía, varias enzimas y algunas cosas mas) y observaron la formación de una proteína!! Resultando como secuencia de proteína ser una ristra de Fenilalanina. Así pues, el triplete UUU debe ser el codon de fenilalanina. 

Este tipo de análisis se amplio mezclando diferentes tipos de nucleótidos, en proporciones fijas conocidas. En un experimento los nucleótidos Uracilo y Guanina se mezclaron en razón 3:1. al incorporase los nucleótidos al azar en el RNAm sintético, la frecuencia relativa con la que aparece. hacia 1966 con Severo Ochoa ya se había descifrado los codones de los 20 aminoácidos.

                            

1.1. 2 El DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA DEL ADN.

Después de que el papel central del DNA en la herencia se hizo evidente, muchos científicos se dispusieron a determinar su estructura con exactitud. ¿Como puede una molécula con un rango tan limitado de componentes distintos almacenar la inmensa variedad informativa de las estructura de todas las proteínas de los seres vivos?

Los primeros que tuvieron éxito en descubrir la estructura fueron Watson y Crick en 1953 tuvieron en cuenta dos tipos de pistas. En primer lugar, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, habían acumulado muchos datos de difracción de rayos X sobre la estructura de DNA.
                             

El segundo tipo de datos procedía del trabajo de años antes de Edwin Chargaff. Estudio DNA de diferentes organismos, Chargaff estableció ciertas reglas empíricas sobre las cantidades de cada componente del DNA.

Erwin Chargaff:: Analizó la composición de bases de distintos organismos y encontró distintas proporciones de los 4 nucleótidos en cada uno de los organismos estudiados. También observó que esta composición no cambiaba con la edad ni el ambiente. Pero lo más importante es que había tantas purinas como pirimidinas en todos los organismos.
Las reglas de Chargaff son:

1.      La cantidad total de nucleótidos pirimidinicos (T + C) es siempre igual a al cantidad total de nucleótidos púricos (A + G).

2.       La cantidad de T es siempre igual a la de A y la cantidad de C es siempre igual a la de G. pero A + T no necesariamente es igual a C+G

En los primeros análisis de difracción de R-X realizados por Rosalyn Franklin se observaba que el DNA tenía un espaciado regular de 0,34 nm. Éste y otros indicios indicaban que debe tener algún tipo de estructura en hélice que se repite periódicamente, los datos sugerían que el DNA era largo y fino y que consta de dos partes separadas que corre una allado de la otra a lo largo de la molécula, también demostraba que la molécula era helicoidal.

Watson y Crick.: Construyeron un modelo que cumpliera todas las investigaciones que sobre el DNA se habían realizado hasta la fecha y propusieron, además, cómo tenía que conservarse y transmitirse la información de esta molécula. También introdujeron que esta molécula se podía mutagenizar espontáneamente mediante la tautomería. 
                                

Se pueden consultar los artículos publicados por Watson y Crick, Wilkins y Franklin en Nature el 25 de abril de 1953 para describir la estructura del DNA. También puedes leer las implicaciones que Watson y Crick dedujeron de la estructura del DNA publicadas el 3 de mayo del 53, así como la demostración experimental que Frankin aportó el 25 de julio del 53 para confirmar que la doble hélice era realmente así.