Duplicación del ADN.

En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional de un ácido, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN). Posteriormente se describió como se producía la duplicación, trascripción y traducción, en fin, como funcionan los ácidos nucleicos.

- Duplicación del ADN en células procariotas y eucariotas

En las células procariotas, con ADN circular, la duplicación del ADN se inicia en un único punto de origen y continúa en las dos direcciones hasta que las dos horquillas de replicación se encuentran. En las células procariotas, en las que la cantidad de ADN es superior, la duplicación se inicia en varios puntos dispersos en la molécula, cada uno de los cuales actúa como origen de una replicación que procede en ambas direcciones. De hecho, el proceso de síntesis del ADN, es decir, la velocidad a la que avanza la horquilla de replicación, es de unas 2.600 copias de bases por minuto; en una célula eucariota, si la duplicación de todo el ADN se hubiera de producir a partir de un único punto de origen como en las células procariotas, el tiempo necesario para ello resultaría excesivo. Los puntos de origen de la replicación del ADN en las células eucariotas son numerosísimos. Además de la ADN polimerasa, en el proceso de duplicación del ADN intervienen otras enzimas, como por ejemplo la helicasa, que "desenrolla" la parte de la doble hélice que ha de abrirse para que se inicie la replicación.

- ¿Cómo se duplica al ADN y para qué?

El ADN debe duplicarse en cada ciclo celular para que cada célula hija mantenga la misma cantidad y cualidad de información. Esta replicación se produce durante la fase S del ciclo celular, es decir que cada célula antes de dividirse a través del proceso conocido como mitosis, debe duplicarse para que cada célula hija tenga exactamente la misma cantidad de ADN que la célula madre y ademas debe tener el ADN intacto es decir no haber sufrido mutaciones para que ambas celulas hijas sean iguales. El ADN para poder duplicarse, cada una de las hebras de la doble helices sirve de molde para la sintesis de una nueva. Al final de este proceso cada una de las dos nuevas cadenas de ADN tiene una cadena o hebra de nueva y la que le sirvió de molde (vieja). El Proceso de replicación es complejo y en el intervienen una serie de enzimas. Existen sitios específicos donde comienza la replicación denominados origenes de replicación. Cuando comienza se forma una burbuja de replicación que contiene dos horquillas. Un breve resumen de las enzimas que participan y como lo hacen se representa en una animación donde se pueden ver las enzimas DNA polimerasa encargada de la adición de nucleótidos por complementariedad, la helicasa que abre la horquilla, la RNA polimerasa que es quien comienza la replicación ya que puede unir dos nuclotidos libres y froma un pequeño fragmento de ARN, que luego es removido por una exonucleasa y la DNA polimerasa lo reemplaza por ADN, sellando el eje azucar fosfato mediante la ligada.

     -  Pasos para la replicación del ADN.

1ª etapa: Se desenrolla y se abre la doble hélice en el punto Ori-C.

En el proceso de Duplicación del material genético o ADN de una célula Procarionte intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina REPLISOMA.

A continuación expondremos los pasos a seguir por estas enzimas durante el proceso de duplicación del ADN en una célula procarionte (estos pasos son tres)

• Primer paso: intervienen las helicasas que facilitan el desenrrollamiento de las hebras.

•  Segundo paso: actúan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada en las hebras por la torsión en el desenrrollamiento.

•  Tercer paso: Actúan las proteínas SSBP que se unen a las hebras que actuaran como molde para que estas no vuelvan a enrollarse.

2ª etapa: Síntesis de dos nuevas hebras de ADN.

• Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.

• Intervienen las ADN polimerasas I y III, quienes se encargan de la replicación y corrección de errores. La que se lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III.

• Actúa la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos.

La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas (cadena conductora). La cadena 5´-3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´ y que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.

La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (primasa). Este cebador es eliminado posteriormente.

3ª etapa: Corrección de errores.

La enzima principal que actúa como comadrona (R. Shapiro) es el ADN polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación del material genético. Intervienen otras enzimas como: 

•  Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.
•  ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco.
•  ADN ligasas que unen los extremos corregidos.

Webgrafía:

• http://genmolecular.com
• http://www.botanica.cnba.uba.ar

Por: Sebastián Ramos.

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Genoma humano

genotipo humano

Es el código genético se encuentra en cada una de nuestras células. El genoma humano está dividido en 23 pares de cromosomas, que a su vez contienen los genes. Toda esta información está codificada por el ADN

que se organiza en una estructura de doble hélice formada por cuatro bases que se unen siempre en pares de adenina con timina y citosina con guanina. El orden particular de la alineación de pares a lo largo de la cadena corresponde a su secuencia. Estas secuencias codifican proteínas que son los genes, que constituyen la parte inferior del ADN.


¿Para que sirve el genoma humano?


La utilidad más obvia e inmediata para el genoma humano es permitir conocer la causa de la mayoría de las enfermedades. Su conocimiento permite diagnosticar y curar a muchos, por lo que predicen los riesgos potenciales de ocurrencia en algunas personas. Algunos de los beneficios prácticos del genoma humano ya existen en la actualidad. Actualmente ya existen medios para detectar si un individuo está predispuesto a padecer ciertos tipos de cáncer o un embrión hereda ciertas enfermedades graves. Los principales beneficios de estas investigaciones sólo llegarán cuando se descubran la función de cada gen humano. El genoma consta de 6000 millones de partes. Su conocimiento profundo, puede beneficiar a los más de 6.000 millones de habitantes de nuestro planeta.

proyecto genoma humano

 El denominado Proyecto Genoma Humano se inició en 1990 por un consorcio de instituciones de diferentes países para llegar a conocer la secuencia completa del ADN del ser humano. Pese a que en los planes iniciales no contemplaban la posibilidad de secuenciar el ADN del ser humano antes de 2003, en abril de 2000 se consiguió la secuencia de este casi en su totalidad.

Paralelamente, en septiembre de 1998, una empresa privada llamada Celera Genomics System había iniciado el mismo proyecto. Se estableció formalmente el denominado Proyecto Genoma Humano, liderado por Estados Unidos, para determinar la estructura de nuestro genoma.

El resultado final se anunció el 11 de febrero de 2001: tenemos unos 30.000 genes, poco más del doble de una mosca y menos que el arroz, según se comprobó más tarde. Ahora sabemos que desde el punto de vista genético no nos diferenciamos demasiado de los chimpancés, con los que compartimos el 97,7 por ciento del genoma, ni de los orangutanes (96,4 por ciento), resultados que, obviamente, reivindican a Darwin. Las diferencias cuantitativas son pequeñas, pero no así siempre las cualitativas.

Los fines últimos del plan son los siguientes:

Los objetivos del Proyecto Genoma son:

· Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el DNA.

· Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el DNA.

· Acumular la información en bases de datos.

· Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación.

· Desarrollar herramientas para análisis de datos.

· Dirigir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto.

Clonación, ¿un milagro en la ciencia?

La clonación es el proceso mediante el cual se crean copias idénticas de genes, células, tejidos u organismos. De acuerdo con el nivel de organización en el que se lleve a cabo, encontramos:

Clonación molecular. A través de esta se obtienen múltiples copias de un fragmento de ADN. Puede realizarse mediante dos técnicas: el uso de vectores de clonamiento y mediante la técnica de reacción en cadena de polimerasa (PCR). La primera consiste en aislar el gen o fragmento de ADN que se pretende estudiar (inserto), introducirlo en un vector y este, a su vez, dentro de una célula (célula huésped), que suele ser una bacteria. Aprovechando la maquinaria celular de esta última, cada vez que el vector se replique, se replicará el inserto. En las bacterias, estas moléculas de ADN se replican muchas veces antes de que la bacteria se divida. Al dividirse la célula, las nuevas células también contienen ese gen. En síntesis, los vectores de clonamiento son moléculas de ADN circular que se encuentran en las bacterias y que pueden multiplicarse en su interior de manera independiente a la replicación del cromosoma bacteriano. Los principales vectores usados son los plásmidos y algunos virus.

La técnica de PCR permite amplificar selectivamente una región concreta de ADN, partiendo de cantidades iniciales pequeñísimas. Esta técnica se basa en la acción cíclica de una polimerasa de ADN, generalmente una enzima llamada Taq polimerasa, que sintetiza las hebras de ADN del que se desea obtener múltiples copias. Los usos de este tipo de clonación son muy diversos y van desde investigaciones y experimentos biológicos hasta la producción de proteínas a gran escala

Clonación celular. Consiste en la generación de una población de células a partir de una única célula. Este tipo de clonación es bastante sencilla cuando se trata de organismos procariontes unicelulares, pues se reproducen naturalmente de ese modo, por lo que solo se requiere aislar una célula y colocarla en un medio de cultivo con las sustancias adecuadas. También se pueden cultivar células de organismos pluricelulares, induciendo su proliferación; al dividirse por mitosis, cada célula hija es idéntica a su progenitora.

Clonación reproductiva. Este tipo de clonación implica una técnica llamadatransferencia nuclear, que consiste en transferir el núcleo de una célula somática de un individuo a un ovocito cuyo núcleo ha sido removido. Puesto que las células somáticas no pueden activar la división del ovocito, se induce este proceso mediante la aplicación de estímulos químicos o eléctricos, con el fin de formar un embrión temprano, que luego de alcanzar cierto estado de desarrollo es implantado en el útero de una hembra hasta su nacimiento. El resultado del procedimiento es un animal completo que tiene el mismo ADN nuclear que el del núcleo de la célula somática que le dio origen.

El primer mamífero obtenido o partir de una célula tomado de un mamífero adulto. De más de 200 ovocitos utilizados paro la transferencia nuclear. Pocos cigotos desarrollaron embriones, y solo un organismo logró nacer. Los técnicos de transferencia nuclear brindan también lo posibilidad de usos terapéuticos poro los pacientes que requieren trasplantes de tejidos u órganos, produciendo células que son genéticamente compatibles con el receptor y evitando así el problema del rechazo. En la práctica, esto se lograría con la generación de blastocistos. células embrionarios no diferenciados con lo potencialidad de originar prácticamente cualquier célula especializada. Sin embargo, este procedimiento causa aún grandes controversias, puesto que la selección de células del blastocisto implica lo destrucción del embrión. Paralelamente, se ha argumentado que el adulto mantiene células con esa potencialidad y. por lo tanto, no sería necesario derivarlos desde embriones humanos. Este temo se está investigando activamente.

Webgrafía:

www.elrincóndegiorgio.com

biologiaescolar.com