UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERÍA EN ALIMENTOS INGENIERÍA BIOQUÍMICA BIOLOGÍA MOLÉCULAR Nombre: María de Lourdes Correa Salgado Docente: Ing. Carlos Rodríguez PhD. TEMA: Paradigma de la vida establecido por el ADN y remarcado por su historia. El Ácido DesoxiriboNucleico se encuentra en los organismos vivos como moléculas lineales de muy alto peso molecular (De Robetis, 1988). Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo de un ser vivo y es el lugar donde reside la información genética. El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendoestructuras, primaria, secundaria, terciaria terciaria,cuaternaria ,cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores (Proyecto Biósfera, 2005), se encuentra en cada una de las células vivas,está a disperso en el organismo y tiene la misma composición química en todos los seres vivientes; aunque en distintas proporciones y combinaciones (Ratcliff, 1960). La importancia del ADN estriba en su capacidad para controlar la formación de otras substancias dentro de la célula, lo hacen mediante el denominado código genético, las llamadas palabras del código genético consisten en tripletes de bases; es decir cada tres bases sucesivas constituyen una palabra del código, las palabras sucesivas del código controlan la secuenciación de aminoácidos en las moléculas de proteína que van a ser sintetizadas (Guyton, 1986). El ADN es la base química de la herencia, la naturaleza química de las unidades monoméricas ricas de ADN (desoxiadenilato, desoxiguanilato, desoxicitidilato y timidilato) son conservadas en forma polimérica; almacenándose así el contenido informativo del ADN el cual a más de se ser la fuente de información para la síntesis de moléculas proteicas provee la información heredada por la células hijas o la progenie (Martin, 1984). En 1953, Francis Crick y James Watson con su artículo “Estructura molecular de los ácidos nucleicos” publicada en la revista NATURE proponen la idea de que elADN se dispone en forma de una hélice doble; señalando textualmente: “No se nos escapa que el emparejamiento específico que proponemos surgiere de manera inmediata un posible mecanismo de copia del material genético” detallando la probabilidad de gran parte o toda la información genética de cualquier organismo se localiza en los ácidos nucleicos, generalmente en el ADN; pero también hay algunos virus pequeños que utilizan el ARN. Señalan además que las cadenas son antiparalelas ordenadas en una estructura helicoidal dextrógira, con una estructura donde se unen una purina con una pirimidina (Adenina-Timina, Guanina-Citosina). Es preciso aclarar que encontrar la estructura del ADN no fue un proceso sencillo ni que fue obra solamente de los estudios de estos dos investigadores; este artículo muestra una breve reseña histórica de algunos de los sucesos elementales para llegar a estas conclusiones. Tomando en cuenta a la historia de la herencia, cuando Charles Darwin (1859) publica el resumen de sus investigaciones “El origen de las especies”, asevera que tal vez sea esta imperfecta al no tener bibliografía de comparación, además de que varias investigaciones empezaran, a partir de la conclusión de que las especies no han sido independientemente creadas, si no que han descendido, como las variedades de otras especies.Años más tarde se propone que:”Para que surja una célula debe haber una preexistente, así como los animales solo pueden nacer de otros animales y los vegetales de de otros vegetales." Esta doctrina celular, propuesta por el anatomopatólogo anatomopatólogo alemán Rudolf Rudolf Virchow Virchow en 1858, transmitía un mensaje de continuidad vital de importantes connotaciones (Alberts, et al, 2006). Luego Gregor Mendel (1865), pone a consideración la fertilización artificial; para obtener una nueva variación de color en plantas ornamentales,cuyo objetofue dar seguimiento ala evolución de loshíbridos ensu descendencia, evidenciando la ley de la segregación, la ley de distribución independiente y la ley del dominio.Ya en 1879, WaltherFlemming encuentra unos pequeños gránulos que estaban en el interior del núcleo y los llamó cromatinas,fue el primero en observar y describir elcomportamiento de los cromosomas en el núcleo celular durante la división de normal de la célula y sintetizó así elproceso: "Al iniciarse la división celular, la cromatina se agrega para formar filamentos, la membrana parece disolverse yun tenue objeto se divide en dos. Éste es el aster-griego=estrella-, con los filamentos como desprendiéndose de él,dándole ese aspecto. aspec to. Luego de dividirse el aster, cada cad a parte se desplaza hacia puntos opuestos de la célula y losfilamentos losfilam entos se unen a la cromatina, que ocupa el centro de la célula. Entonces, el el aster arrastra a la mitad de losfilamentos de la cromatina hacia cada una de las unidades de la célula; como resultado de este proceso la célula seestrangula por la mitad y, finalmente, se divide en dos células. En cada una
de ellas se desarrolla un núcleo celular,rodea el material cromático, que luego se fragmenta de nuevo en pequeños gránulos”, Flemming llamó a este procesomitosis (griego=filamento). Flemming observó y descubrió la división longitudinal cromosómica que ocurre durante elproceso de la mitosis pero el término cromosoma fue usado por primera vez por Wilhelm Waldeyer,1888 durante la metafase (Ochoa & Esteves; 2003). 1880 es el año donde se propone gracias a Wilhelm Roux y AugustWeismann demanera independiente la teoría del germoplasma: “El huevo y el esperma aportan cromosomas al cigoto (huevo fertilizado) por igual. Los cromosomas llevan el potencial hereditario y las células germinales (gametos) del embrión son las únicas que llevan un juego completo de potencial hereditario, mientras que cada tipo celular del organismo adulto contiene solamente la parte de esos potenciales que se requiere en cada tipo específico de célula” (Pettinari, 2004). En 1900 NettieMaria Stevens investiga la determinación del sexo mediante cromosomas sexuales; esta investigadora además de localizar, describir y establecer el comportamiento de los cromosomas sexuales, supo interpretar su función en relación con las leyes mendelianas de laherencia, lo que fundamentó la Teoría Cromosómica de la Determinación del Sexo (Delgado, 2009). Thomas HuntMorgans en 1929 descubre que la herencia estaba ligada a los cromosomas, cuando realiza el primer mapa genético; verificando experimentalmente que los genes se disponen linealmente en los cromosomas; esta información fue recopilada por Morgan cuando estudia los cromosomas de la mosca de la fruta o del vinagre, Drosophila melanogaster, presentándose 4 pares, uno de ellos es el factor determinante del sexo de la mosca (Joshi, 2003). La historia del material genético inicia con los estudios de Friedrich Miescher en 1869, cuando aísla y purifica por primera vez al ADN; examinado propiedades y composición del mismo, determina que es químicamente no proteolítico y quedespués de su neutralización no podían ser disueltos en agua, ácido acético, ácido clorhídrico altamente diluido o en una solución salina, convirtiéndolo en una sustancia única que por encontrarse en los núcleos proteicos los denomina nucleína (Dahm, 2004), en 1889, Richard Altmann demuestraque la nucleína era un compuesto rico en fosfato y lo denomina ácido nucleico (García, 2003).PhoebusLevene y su maestro AlbrechtKossel en 1930 prueban que el ácido nucleico descrito por Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas (citosina (C), timina (T), adenina(A) y guanina (G)), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, en su estructura básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato-5. Sin embargo, Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo (Dhanda&Shyam, 2008). En 1951 Erwin Chargaff y colaboradores por medio de investigaciones a diferentes familias del erizo de mar tratan de identificar la variabilidad genética de células de diferente origen que asumiblemente tienen las mismas características; en este experimento se establece la relación 1:1 Adenina-Timina y Guanina-Citosina; en 1952 Pauling y Corey exponen su teoría de que el ADN es una molécula cilíndrica, está formada por tres cadenas relacionadas entre sí y enrolladas una sobre otra, cada una con una traducción específica y con una logitud de 3,4 A diferenciadas cada una de ella por las bases nitrogenadas que las conforman. Finalmente y como la verdadera coautora del descubrimiento de la estructura secundaria del ADN esta Rosalind Franklin pues gracias a su participación en la obtención de los datos de difracción de rayos X que fueron claves para dilucidar la estructura del ADN, una buena parte de los datos en losque se basa el modelo de la estructura molecular del ADN propuesto por Watson y Crick provenía de los estudios que Rosalind Franklin llevó a cabo en el King'sCollege de Londres.Sus análisis de la difracción de rayos X de las fibras de ADN le llevaron a descubrir la forma B, que es en la que se encuentra la molécula normalmente, se dio cuenta de que los grupos fosfato que forman la espina dorsal molecular debían estar en el exterior, sentó las bases para el estudio cuantitativo de los diagramas de difracción y, tras la formulación del modelo de Watson y Crick, demostró que una doble hélice era consistente con los diagramas de difracción de rayos X de las dos formas A y B (Castillo, 2003). En si Rosalind fue una víctima de un personaje (Maurice Wilkins) que por el poder que tenía robo su trabajoun de esos documentos era la famosa fotografía 51 y se lo entrego a Watson y Crick, gracias a esta situación estos investigadores lanzaron su teoría acerca de la estructura secundaria del ADN. Fue aproximadamente un siglo, el que tuvo que pasar desde que Charles Darwin lanzó la teoría de la evolución hastadescubrir el componente que hacía posible la “evolución”; el ADN, su estructura y función. Desde aquel descubrimiento el hombre ha podido dar grandes pasos en función de ciencia y tecnología, desarrollando planes estratégicos como el “Proyecto Genoma Humano”, incentivando el estudio de la genética, desatando un sinnúmero de estudiose información que aún está enproceso de análisis y asimilación; en la actualidad con la aparición de las técnicas
modernas de la biología molecular, surgieron diversos métodos de detección de polimorfismo genético directamente a nivel del DNA (López, 2003), además gracias a la aplicación de marcadores genéticos moleculares surge la “Ecología Molecular” la cual sondea la complejidad y variabilidad del contenido genético de los organismos (Jordano, 2004), también se utiliza en análisis forenses, estudios de migraciones (Juvenal, et al, 2001). Tecnológicamente se han creado los famosos chips o arrays de ADN usados en la microbiología medica; diagnosticando enfermedades infecciosas (Doménech; Vila; 2004), en la rama de la entomología se utiliza para agilizar las tareas de identificación, especialmente en el campo de la Biomedicina (identificación de patógenos, parásitos y vectores), el control de plagas (intercepción de especies invasoras, cualquiera sea su estado de desarrollo ontogenético) y los estudios sobre conservación de la biodiversidad (Lanteri; 2007), ayudando a ciencias como: la paleontología, la antropología, medicina y muchas otras con el fin de bridar un mejor estilo de vida a la humanidad. Según Arthur Lander, biólogo celular de la Universidad deCalifornia, expresó para la BBC su opinión sobre el genoma: "Este descubrimiento sacó a labiología de la edad media, cuando la vida era todavía esa cosa misteriosa que nunca llegaríamos aentender. Con el tiempo se hizo evidente que los genes estaban hechos de químicos que podemosmanipular y que al manipularlos, aprendemos cómo funciona la vida y a alterar, además, las reglasbásicas con que operamos todos los seres vivos”; es decir se rompió el paradigma de vida que gobernó por más de 15 siglos o 1500 años. Finalmente la característica más importante es que cada ser vivo es lo que es gracias al ADN, por lo que me lleva a concluir que más que una molécula que codifica X cantidad de material genético; dependiendo de cada organismo, lleva la esencia de cada individuo. Bibliografía ALBERTS. B.; et al; 2006; “Introducción a la Biología Celular”; 2ª edición−2006, Editorial Médica Panamericana; MadridEspaña; copiado el 25-03-2012; disponible en: http://cursosvirtuales.cfe.edu.uy/semipresencial/file.php/1/01/Primero/8113Organizacion%20celular%20y%20tisular/pagin as/unidades/unidad_2/anexos/anexos22/anexo3.pdf CASTILLO, M.; 2003; “Rosalind Franklin y el ADN”; ELPAIS.com; copiado el 06-04-2012; disponible en: http://sebbm.es/archivos_tinymce/milagroscandela_rosalindfranklin.pdf
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