El ADN y el ARN
Imagine que un laboratorio de la UCR compara el ADN de pelos de jaguares de Corcovado para saber si dos de ellos son parientes, o que en una prueba de paternidad se compara el ADN de un hijo con el de sus padres. En ambos casos, el ADN está en cada núcleo de las células: unos dos metros de molécula, enrollados hasta caber en un espacio de apenas unas micras. ¿Cómo está construida y cómo logra caber en un espacio tan pequeño sin perder la información? Lo va a ver en esta página.
Los nucleótidos: la unidad del ADN
El ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula que guarda la información hereditaria de los organismos. En las células eucariotas la mayor parte está en el núcleo; también hay un poco en mitocondrias y cloroplastos. En las procariotas está en el citoplasma (nucleoide). Está formado por pocos ingredientes: ácido fosfórico, un azúcar y cuatro bases nitrogenadas.
Explique qué es el ADN, qué tipo de información contiene y en qué parte de una célula eucariota se encuentra la mayor parte de esta molécula.
Explique qué es el ADN, qué tipo de información contiene y en qué parte de una célula eucariota se encuentra la mayor parte de esta molécula.
Explique qué es un nucleótido y nombre sus tres componentes. ¿Cuál de ellos varía de un nucleótido a otro y constituye la «letra» de la información genética?
Explique qué es un nucleótido y nombre sus tres componentes. ¿Cuál de ellos varía de un nucleótido a otro y constituye la «letra» de la información genética?
La doble hélice de ADN se parece a una escalera de caracol. Explique qué moléculas forman los «laterales» de la escalera y cuáles forman los «peldaños», y cómo están…
La doble hélice de ADN se parece a una escalera de caracol. Explique qué moléculas forman los «laterales» de la escalera y cuáles forman los «peldaños», y cómo están unidos entre sí los componentes de cada peldaño.
La doble hélice y la regla de Chargaff
¿Por qué siempre una púrica con una pirimidínica? Porque así la distancia entre las dos cadenas es constante (una púrica con otra púrica sería demasiado ancha; dos pirimidínicas, demasiado estrecha) y la hélice mantiene un diámetro uniforme. Es lo que le ayuda a resolver el esquema del ejercicio de abajo: los marcadores señalan, por un lado, el esqueleto azúcar-fosfato, y por otro, los puentes de hidrógeno entre bases.
Las cadenas también deben ser antiparalelas: si ambas fueran 5'→3', los grupos que forman los puentes de hidrógeno no quedarían enfrentados y las bases no podrían emparejarse bien. Por eso, una hélice con diámetro irregular o con cadenas paralelas indicaría emparejamientos distintos a los de A-T y G-C (por ejemplo, púrica con púrica).
Pruebe con esta secuencia: complete la cadena complementaria.
Nombre las cuatro bases nitrogenadas del ADN y explique la regla de emparejamiento que sigue la doble hélice.
Nombre las cuatro bases nitrogenadas del ADN y explique la regla de emparejamiento que sigue la doble hélice.
El esquema muestra un fragmento de doble hélice de ADN. Indique qué representan los marcadores 1 y 2, y complete las bases que faltan en los peldaños señalados con ?,…
El esquema muestra un fragmento de doble hélice de ADN. Indique qué representan los marcadores 1 y 2, y complete las bases que faltan en los peldaños señalados con ?, sabiendo que la A se empareja siempre con la T y la G con la C.
En el ADN de una especie, el $22\ \%$ de las bases son timina. Calcule qué porcentaje habrá de adenina, de guanina y de citosina, y explique el razonamiento.
En el ADN de una especie, el $22\ \%$ de las bases son timina. Calcule qué porcentaje habrá de adenina, de guanina y de citosina, y explique el razonamiento.
Las dos cadenas del ADN son antiparalelas: una recorre la doble hélice en dirección 5' a 3' y la otra en dirección 3' a 5'. Explique con un símil qué significa que sean…
Las dos cadenas del ADN son antiparalelas: una recorre la doble hélice en dirección 5' a 3' y la otra en dirección 3' a 5'. Explique con un símil qué significa que sean antiparalelas y qué indican las marcas 5' y 3'.
En una molécula de ADN, el $18\ \%$ de las bases son guanina. Calcule los porcentajes de citosina, adenina y timina, y explique cada paso del razonamiento.
En una molécula de ADN, el $18\ \%$ de las bases son guanina. Calcule los porcentajes de citosina, adenina y timina, y explique cada paso del razonamiento.
Una cadena de ADN tiene la secuencia 5'-ATG CCG TTA-3'. Escriba la secuencia de la cadena complementaria, indicando también su dirección, y explique qué tomó en cuenta.
Una cadena de ADN tiene la secuencia 5'-ATG CCG TTA-3'. Escriba la secuencia de la cadena complementaria, indicando también su dirección, y explique qué tomó en cuenta.
Un equipo de astrobiología analiza el material genético de un microorganismo extraterrestre. Descubren que consta de dos cadenas enfrentadas, pero observan dos anomalías…
Un equipo de astrobiología analiza el material genético de un microorganismo extraterrestre. Descubren que consta de dos cadenas enfrentadas, pero observan dos anomalías respecto al ADN terrestre: 1) el diámetro de la doble hélice no es constante, sino que presenta ensanchamientos y estrechamientos continuos; 2) las dos cadenas avanzan en la misma dirección (ambas en sentido $5' \to 3'$). Utilizando los principios de complementariedad de bases púricas/pirimidínicas y de antiparalelismo propuestos por Watson y Crick, razone qué tipo de emparejamientos químicos estarían provocando esas irregularidades de grosor y prediga qué dificultad física o enzimática presentaría una doble hélice paralela durante la replicación celular.
Del ADN a los genes y cromosomas
De menor a mayor tamaño: nucleótido (unidad del ADN) → gen (segmento de ADN) → cromosoma (ADN + proteínas) → núcleo (donde está el ADN) → célula.
La relación es una cadena de niveles: ADN → gen → proteína → rasgo. Cada gen distinto contiene la información de una proteína específica. En la reproducción sexual, cada progenitor aporta la mitad de los cromosomas; por eso los hijos se parecen a sus padres sin ser idénticos a ellos.
Explique qué es un gen y describa su relación con el ADN, los cromosomas y las proteínas.
Explique qué es un gen y describa su relación con el ADN, los cromosomas y las proteínas.
Ordene de menor a mayor tamaño estas estructuras y explique en una frase qué es cada una: cromosoma, célula, gen, nucleótido, núcleo.
Ordene de menor a mayor tamaño estas estructuras y explique en una frase qué es cada una: cromosoma, célula, gen, nucleótido, núcleo.
Durante décadas se creyó que el material hereditario serían las proteínas y no el ADN. Razone qué tres propiedades debe cumplir cualquier molécula para poder ser el…
Durante décadas se creyó que el material hereditario serían las proteínas y no el ADN. Razone qué tres propiedades debe cumplir cualquier molécula para poder ser el material hereditario y explique por qué el ADN las cumple.
Leer el gen en tripletes
La información de un gen se lee en grupos de tres bases consecutivas, llamados codones. Cada codón corresponde a un aminoácido de la proteína, salvo los codones de parada, que indican dónde termina la lectura y no agregan ningún aminoácido.
Si un gen tiene $n$ pares de bases y el último codón es de parada, la proteína tiene $\dfrac{n}{3} - 1$ aminoácidos. Se divide entre 3 porque cada aminoácido necesita tres bases, y se resta 1 porque el codón de parada no agrega aminoácido.
La región codificante ininterrumpida de un gen eucariota consta exactamente de $900$ pares de bases (incluido el codón de parada final). a) Calcule cuántos aminoácidos…
La región codificante ininterrumpida de un gen eucariota consta exactamente de $900$ pares de bases (incluido el codón de parada final).
- a) Calcule cuántos aminoácidos compondrán la proteína traducida a partir de este gen.
- b) Suponga que se produce una mutación por inserción de un solo nucleótido en la posición número $301$. Prediga qué consecuencias tendrá esta mutación sobre la longitud final de la cadena de aminoácidos y sobre su función biológica, en comparación con una mutación puntual por sustitución en esa misma posición $301$. Justifique su predicción utilizando los conceptos de marco de lectura y codón de parada prematuro.
La replicación semiconservadora
Antes de dividirse, la célula copia todo su ADN mediante la replicación. Explique en qué consiste este proceso y por qué se dice que es semiconservador: qué cadenas…
Antes de dividirse, la célula copia todo su ADN mediante la replicación. Explique en qué consiste este proceso y por qué se dice que es semiconservador: qué cadenas forman cada molécula de ADN hija y qué papel juega la complementariedad de bases para que la copia sea exacta.
La replicación del ADN ocurre antes de que la célula se divida por mitosis. Explique por qué es imprescindible que ocurra en ese orden y qué pasaría con la información…
La replicación del ADN ocurre antes de que la célula se divida por mitosis. Explique por qué es imprescindible que ocurra en ese orden y qué pasaría con la información genética de las células hijas si una célula se dividiera sin haber copiado antes su ADN.
El empaquetamiento: cromatina y cromosomas
El ADN de una célula humana mide unos dos metros, pero el núcleo mide unos $6\ \mu\text{m}$ de diámetro. ¿Cómo se pliega sin romperse ni enredarse?
En resumen: una bacteria suele tener un único cromosoma circular, sin núcleo, en el nucleoide; una célula eucariota tiene varios cromosomas lineales dentro del núcleo, asociados a histonas. Además, el ADN mitocondrial (ADNmt) es un poco de ADN propio de las mitocondrias, que se hereda por vía materna.
El cariotipo: los cromosomas ordenados
Para ver los cromosomas de una persona, se toma una célula en división, se fotografían sus cromosomas condensados y se ordenan por pares según su tamaño y forma.
Ordene de menor a mayor tamaño estas estructuras y explique en una frase qué es cada una: cromosoma, célula, gen, nucleótido, núcleo.
Ordene de menor a mayor tamaño estas estructuras y explique en una frase qué es cada una: cromosoma, célula, gen, nucleótido, núcleo.
El genoma
El genoma de dos personas es casi igual, pero no del todo: la secuencia varía en muchos puntos. Esa variabilidad funciona como un «código de barras» propio de cada persona (solo los gemelos monocigóticos comparten el mismo) y es la base de las pruebas de paternidad y de los análisis forenses que se usan para identificar personas.
Compare cómo está organizado el ADN en una bacteria y en una célula eucariota: dónde se encuentra, cuántos cromosomas suele haber y qué forma tienen.
Compare cómo está organizado el ADN en una bacteria y en una célula eucariota: dónde se encuentra, cuántos cromosomas suele haber y qué forma tienen.
El ARN, colaborador del ADN
| ADN | ARN | |
|---|---|---|
| Cadenas | dos (doble hélice) | una |
| Azúcar | desoxirribosa | ribosa |
| Bases | A, T, G, C | A, U, G, C |
Indique tres diferencias entre el ADN y el ARN: el azúcar que contienen, el número de cadenas y una de sus bases nitrogenadas.
Indique tres diferencias entre el ADN y el ARN: el azúcar que contienen, el número de cadenas y una de sus bases nitrogenadas.
Un laboratorio analiza la composición de bases nitrogenadas del material genético extraído de tres virus diferentes, obteniendo los siguientes resultados: Virus 1:…
Un laboratorio analiza la composición de bases nitrogenadas del material genético extraído de tres virus diferentes, obteniendo los siguientes resultados:
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Virus 1: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ timina, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.
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Virus 2: $30\ \%$ adenina, $20\ \%$ timina, $22\ \%$ guanina, $28\ \%$ citosina.
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Virus 3: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ uracilo, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.
Determine razonadamente para cada virus: qué tipo de ácido nucleico posee (ADN o ARN) y si su hebra es monocatenaria o bicatenaria. Justifique además por qué el virus 2 no contradice las leyes de la química aunque sus porcentajes de adenina y timina no coincidan.
Se analiza el ADN bicatenario de dos especies de bacterias: la especie A procede de una fuente hidrotermal submarina a $85\ ^\circ\text{C}$ y la especie B procede del…
Se analiza el ADN bicatenario de dos especies de bacterias: la especie A procede de una fuente hidrotermal submarina a $85\ ^\circ\text{C}$ y la especie B procede del suelo a $20\ ^\circ\text{C}$. Los análisis muestran que una de las muestras contiene un $38\ \%$ de citosina y la otra contiene un $19\ \%$ de citosina.
- a) Deduzca y justifique a qué bacteria corresponde cada porcentaje, basándose en la estabilidad molecular de los enlaces entre pares de bases.
- b) Calcule el porcentaje de todas las demás bases nitrogenadas (adenina, timina y guanina) presentes en el ADN de la bacteria termófila de la muestra.
Vuelva al principio: los dos metros de ADN de cada núcleo, sea el de una persona o el de un jaguar de Corcovado, caben porque se enrollan en histonas, forman nucleosomas y se superenrollan en cromatina, con varios niveles de plegamiento. En total, dos metros ($2.000.000\ \mu\text{m}$) en un núcleo de unos $6\ \mu\text{m}$ implican una compactación del orden de $300.000$ veces en longitud. La cifra de $10.000$ veces del ejemplo anterior corresponde solo a un cromosoma en metafase.