Introducción

La comprensión de los mecanismos de la herencia ha sido un viaje fascinante que ha transformado nuestra visión de la vida. Desde los primeros experimentos con bacterias hasta el descubrimiento de la estructura del ADN, este viaje ha estado marcado por la dedicación de numerosos científicos que han desentrañado los secretos de la vida.

Frederick Griffith y el Descubrimiento de la Transformación Bacteriana

Frederick Griffith, en sus experimentos con Streptococcus pneumoniae, observó dos tipos de bacterias, o cepas:

• Cepa R: aspecto rugoso, cubierta seca, sin cápsula = no patógena.
• Cepa S: aspecto liso, cubierta húmeda, con cápsula = patógena.

Sus experimentos con ratones demostraron que:

• Ratón + cepa R: ratón vive. En sangre aparece cepa R.
• Ratón + cepa S: ratón muere. En sangre aparece cepa S.
• Ratón + cepa S* (calentada): ratón vive. No se obtiene cepa.
• Ratón + cepa S* + R: ratón muere. En sangre aparece cepa S.

Estos resultados sugirieron que un factor desconocido de la cepa S* muerta podía transformar la cepa R en patógena, un fenómeno que se conoce como transformación bacteriana.

Avery, MacLeod y McCarty: Identificando el Factor Transformante

Avery, MacLeod y McCarty realizaron una serie de experimentos para identificar el factor transformante. Descubrieron que:

• Extractos de cepa R: colocados en cultivo (no son capaces de producir colonias).
• Extractos de cepa S: colocados en cultivo (no son capaces de producir colonias).
• Extractos de cepa S* + cepa R: colocados en cultivo (sí producen colonias = S).
• Extractos de cepa S* + tratamiento:
  • – tripsina + cepa R: sí produce colonias S.
  • – quimotripsina + cepa R: sí produce colonias S.
  • – pepsina + cepa R: sí produce colonias S.
  • – ribonucleasa + cepa R: sí produce colonias S.
  • – desoxirribonucleasa + cepa R: no produce colonias S.

Estos resultados demostraron que el ADN era el factor transformante, estableciendo su papel como portador de la información genética.

Chargaff y la Regla de Chargaff

Erwin Chargaff, al analizar el ADN, observó que la relación entre la adenina (A) y la timina (T) era siempre igual, al igual que la relación entre la citosina (C) y la guanina (G). Esta observación, conocida como la regla de Chargaff, sentó las bases para la comprensión de la estructura del ADN.

Johann Friedrich Miescher: Descubrimiento de la Nucleína

Johann Friedrich Miescher descubrió en el núcleo celular de los glóbulos blancos humanos un compuesto ácido rico en fosfato, que denominó nucleína. Este compuesto, más tarde conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN), se convertiría en el centro de la genética molecular.

Walther Flemming: Observación de la Cromatina

Walther Flemming, utilizando colorantes de anilina, observó estructuras coloreadas en el núcleo de las células, a las que llamó cromatina. Estas estructuras, más tarde denominadas cromosomas por Waldeyer, se convertirían en el foco de la investigación sobre la herencia.

William Bateson y Punnett: Descubrimiento del Ligamiento en Cromosomas

William Bateson, junto con Punnett, descubrieron el ligamiento en cromosomas, un fenómeno que explica cómo los genes se heredan juntos. También acuñó el término»genétic» en 1906.

Archibald Garrod: Genes y Enzimas

Archibald Garrod propuso que algunas enfermedades hereditarias se debían al bloqueo de reacciones metabólicas en el cuerpo. Observó que la alcaptonuria, una enfermedad hereditaria, se transmitía según las leyes de Mendel. Sus investigaciones demostraron que las personas con alcaptonuria carecían de la enzima que catalizaba la oxidación de un intermediario metabólico de la degradación de los aminoácidos tirosina y fenilalanina. Este trabajo estableció una clara relación entre los genes y la presencia de proteínas en el cuerpo.

Alfred Henry Sturtevant y Thomas Hunt Morgan: El Primer Mapa Genético

Alfred Henry Sturtevant, trabajando con Thomas Hunt Morgan, creó el primer mapa genético del mundo, deduciendo el orden de los genes en un cromosoma de una mosca de la fruta mutante (Drosophila melanogaster).

George Beadle y Edward Tatum: Un Gen, Una Enzima

George Beadle y Edward Tatum, retomando los trabajos de Garrod, buscaron mutaciones para observar sus consecuencias. Utilizando el hongo Neurospora crassa, demostraron que las mutaciones afectaban enzimas específicas, concluyendo que cada gen correspondía a una enzima. Este principio, conocido como»un gen, una enzim», sentó las bases para la genética molecular moderna.

Alfred Hershey y Martha Chase: El ADN como Material Genético

Alfred Hershey y Martha Chase, trabajando con el bacteriófago T2, demostraron que el ADN, y no las proteínas, era el material genético responsable de la infección viral. Utilizando marcadores radiactivos, demostraron que el ADN del virus entraba en la bacteria, mientras que las proteínas permanecían fuera. Este experimento confirmó definitivamente el papel del ADN como portador de la información genética.

Rosalind Franklin y Maurice Wilkins: La Estructura del ADN

Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, utilizando la cristalografía de rayos X, descubrieron que el ADN podía cristalizar en dos formas y que presentaba dos bandas en lugar de tres, como se creía anteriormente. Sus imágenes proporcionaron información crucial para la determinación de la estructura del ADN.

James Watson y Francis Crick: La Doble Hélice

James Watson y Francis Crick, utilizando los datos de Chargaff, Franklin y Wilkins, propusieron el modelo de la doble hélice del ADN. Este modelo, que explica la estructura del ADN como dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, revolucionó la biología molecular.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son moléculas orgánicas que llevan información genética. El ADN está formado por unidades repetitivas llamadas nucleótidos, que consisten en una base nitrogenada, un azúcar y un fosfato.

• Bases nitrogenadas:
  • Purinas: adenina (A) y guanina (G), formadas por un anillo pentagonal y uno hexagonal.
  • Pirimidinas: citosina (C), timina (T) y uracilo (U), formadas por un anillo hexagonal.
• Grupo fosfato: proviene del ácido fosfórico.
• Azúcar: pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN.

Las bases nitrogenadas son polares y se unen mediante puentes de hidrógeno: A con T y C con G.

Empaquetamiento del ADN

El ADN se empaqueta en una serie de niveles para poder caber dentro del núcleo de la célula.

• Doble hélice: la primera forma de compactarse el ADN es formando una doble hélice en forma espiralada (hélice B).
• Collar de cuentas: la doble hélice se enrolla sobre proteínas llamadas histonas, formando una estructura similar a un collar de cuentas. Cada ocho histonas forman una unidad compactadora llamada nucleosoma.
• Solenoides: los nucleosomas se enrollan sobre sí mismos formando otra especie de doble hélice.
• Lazos de dominio: los solenoides se pliegan formando lazos que quedan encerrados con las histonas.
• Cromosoma: los lazos de dominio se siguen enrollando sobre sí mismos hasta formar la estructura conocida como cromosoma.

Duplicación del ADN

La duplicación del ADN es un proceso fundamental para la herencia. Se basa en el modelo semi-conservativo, donde cada cadena de ADN sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.

Pasos de la duplicación del ADN:

1. Separación de las cadenas: la enzima helicasa separa las dos cadenas de ADN, desenrollando la doble hélice.
2. Exposición de las bases nitrogenadas: la separación de las cadenas expone las bases nitrogenadas, permitiendo la unión de nuevas bases complementarias.
3. Síntesis de nuevas cadenas: la enzima ADN polimerasa sintetiza nuevas cadenas de ADN en dirección 5′ a 3′, utilizando las cadenas originales como molde.
4. Unión de los fragmentos: la enzima ligasa une los fragmentos de ADN recién sintetizados, formando las nuevas cadenas completas.

Laboratorio Cuaderno

1. Componentes de los cromosomas: ADN y proteínas.
2. Ubicación de la información genética: en el ADN.
3. Trabajo de Hershey y Chase: demostró que el ADN es el material genético.
4. Tipos de bases nitrogenadas: adenina, timina, guanina y citosina.
5. Orden de las bases: el modelo de la doble hélice no impone restricciones en cuanto al orden de las bases.
6. Conclusiones de Crick: las bases no participan en el mantenimiento de la estructura del ADN.
7. Pares de bases: guanina con citosina y adenina con timina, unidos por puentes de hidrógeno.
8. Importancia del trabajo de Watson y Crick: la determinación de la estructura del ADN.
9. Consecuencias de la ausencia de enlaces covalentes y puentes de hidrógeno: el ADN no se mantendría estable y no podría duplicarse.

Laboratorio Guía

1. Ácidos nucleicos y su función:

• ADN: almacenar la información genética.
• ARN:
  • ARN mensajero (ARNm): copia la información genética del ADN y la lleva a los ribosomas.
  • ARN ribosomal (ARNr): compone los ribosomas.

Estructura del ADN propuesta por Watson y Crick: doble hélice formada por dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.Tipos de ARN: ARN mensajero (ARNm) y ARN ribosomal (ARNr).Trabajos en los que se basaron Watson y Crick: los datos de Chargaff, Franklin y Wilkins.Función de la colchicina: evita la división celular.Trabajo de Herbert Taylor: demostró que la cromatida tiene dos partes y que el ADN se encuentra en la columna vertebral de la cromatida.Trabajo de Meselson y Stahl: demostró que la duplicación del ADN es semi-conservativa.Importancia del experimento de Meselson y Stahl: confirmó las teorías de Watson y Crick sobre la replicación del ADN.Comparación de los trabajos de Taylor y Meselson y Stahl: ambos demostraron la replicación semi-conservativa del ADN, pero Taylor utilizó células vegetales y Meselson y Stahl utilizaron bacterias.Estructura del ADN: molécula larga y delgada enrollada en forma de doble hélice, compuesta por dos cadenas de nucleótidos.Estructura del ARN: polímero de ribonucleótidos, organizado en una cadena simple.Estructura de un aminoácido: grupo amino, grupo carboxilo, carbono alfa, hidrógeno y un grupo característico.

Completación Examen

1. Moléculas orgánicas que llevan información genética: ácidos nucleicos (ADN y ARN).
2. Número de anillos en una purina: dos.
3. Componentes de los cromosomas: ADN e histonas.
4. Nombre de las bases nitrogenadas formadas por un anillo hexagonal: pirimidinas (uracilo y timina).
5. Número de puentes de hidrógeno entre guanina y citosina: tres.
6. Nombre de los compuestos cíclicos que forman parte de los ácidos nucleicos: bases nitrogenadas.
7. Número de anillos en una pirimidina: uno.
8. Azúcar del ADN: desoxirribosa.
9. Nombre de las bases nitrogenadas formadas por un anillo pentagonal y uno hexagonal: purinas.
10. Número de puentes de hidrógeno entre adenina y timina: dos.

Cuadro Resumen

Característica	ADN	ARN
Número de cadenas	2	1
Bases nitrogenadas	G, T, C, A	A, C, U, G
Pares de bases	A-T, T-A; C-G, G-C	A-U, U-A; G-C, C-G
Pentosa	Desoxirribosa	Ribosa
Longitud	Millones de pares de bases	1 gen = 18 nm
Ubicación	Núcleo	Núcleo y citoplasma