Replicación de ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Genética molecular. Duplicación semiconservativa. Experimento de Meselson y Sthal. Modelos para el mecanismo de la replicación

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Experimento de la duplicación

semiconservativa del ADN

Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento de cultivar la bacteria Escherichia coli en un medio que contenga un isótopo de nitrógeno pesado (15Nitrógeno) más que el isótopo común (14Nitrógeno), para determinar el método de la “REPLICACIÓN del ADN”. Tres modelos de replicación eran plausibles.

En el siguiente informe se pretenderá describir puntualmente el experimento de estos dos famosos científicos siguiendo una serie de pasos para observar y analizar sus métodos de trabajo.

Desarrollo

El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado ADN, es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y el funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus. El papel principal de moléculas de ADN es el de ser portador y transmisor entre generaciones de información genética. El ADN a menudo es comparado a un manual de instrucciones, ya que este contiene las instrucciones para construir otros componentes de las células, como moléculas de ARN y proteína. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética se llaman genes, pero otras secuencias de ADN tienen funciones estructurales, o están implicadas en la regulación del empleo de esta información genética.

Químicamente, el ADN es un largo polímero de unidades simples llamadas nucleótidos, con un armazón hecho de azúcares y grupos de fosfato unidos alternativamente entre sí mediante enlaces de tipo éster. Conectado a cada azúcar está cada uno de los cuatro tipos de moléculas llamadas bases nitrogenadas. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena es la que codifica la información. Esta información es leída usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas. El código es interpretado copiando los tramos de ADN en un ácido nucleico relacionado, el ácido ribonucleico (ARN), en un proceso llamado trascripción.

Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas. Estos cromosomas se duplican antes de que las células se dividan, en un proceso llamado replicación de ADN.

'Replicacin de {ADN}'

Reaplicación del ADN:

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse. Esta duplicación del material genético recibe el nombre de replicación semiconservativa debido a que las dos cadenas complementarias del ADN parental, al separarse, sirven de molde a su vez para la síntesis de una nueva cadena, complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN parental. Gracias a la complementariedad entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

La replicación empieza en puntos determinados: los orígenes de replicación. Las proteínas iniciadoras reconocen secuencias de nucleótidos específicas en esos puntos y facilitan la fijación de otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación. Un gran número de enzimas y proteínas intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando el llamado complejo de replicación o replisoma. Estas proteínas y enzimas son homólogas en eucariotas y arqueas, pero difieren en bacterias.

'Replicacin de {ADN}'

Semiconservativa:

Se consideraron tres posibles modelos de replicación, de los cuales se pudo demostrar que la reaplicación es SEMICONSERVATIVA.

- Semiconservativa (correcta). En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas parentales.

- Conservativa. Se sintetiza una molécula totalmente nueva.

- Dispersiva. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y fragmentos de la nueva.

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'Replicacin de {ADN}'

Experimento de Meselson y Sthal:

'Replicacin de {ADN}'

Meselson y Stahl (1957) diseñaron un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la replicación del ADN en E. coli, es decir, la pregunta que se plantearon fue:

¿Qué modelo de replicación del ADN sigue E. coli, semiconservativo, conservativo o dispersivo?

Para contestar a esta pregunta, diseñaron un experimento donde hicieron crecer células de Escherichia coli en presencia de Nitrógeno-15, un isótopo del nitrógeno más pesado de lo habitual (Nitrógeno-14). En consecuencia, el isótopo se adhirió a las cadenas de ADN, haciéndolas más pesadas.

Una vez conseguido el primer objetivo, las células fueron transferidas a un medio que contenía Nitrógeno-14, es decir, un medio más ligero, y se les dejó replicarse. El ADN fue extraído para hacer una centrifugación en gradiente de cloruro de cesio, en donde hay más densidad en el fondo del tubo que en la parte media del mismo.

En la primera generación (figura 2.b) se obtuvo una única banda de ADN con densidad intermedia. En la segunda generación (figura 2.c) se obtuvieron dos bandas, una con densidad ligera y otra con densidad intermedia o semihíbrida. En la tercera generación se obtuvieron dos bandas, una ligera (que ocupaba el 75%) y otra intermedia (que ocupaba el 25% restante).

La banda intermedia o híbrida representa una molécula de ADN que contiene una cadena pesada (parental) y otra ligera (recién sintetizada). Las cadenas ligeras representan una molécula de ADN en la que las dos cadenas han sido sintetizadas (no estaban cuando las células se pusieron en presencia de nitrógeno-15.

El hecho de que cada vez haya más cadenas ligeras y se mantenga el número de cadenas intermedias demuestra que la replicación del ADN es semiconservativa. Si fuera conservativa, aparecería siempre una banda pesada y el resto ligeras (figuras 1.a, 1.b, 1.c) . Si fuera dispersiva sólo aparecerían bandas híbridas de densidad intermedia en todas las generaciones.[1]

'Replicacin de {ADN}'

Conclusión:

El experimento de Meselson y Sthal concluyo en que la replicación del ADN es un proceso semiconservativo

En el que cada una de las moléculas hija contiene una hebra de la molécula original y otra neoformada.

Los resultados demuestran que después de una generación, el ADN es mitad pesado (la hebra progenitora) y mitad ligero (la hebra recién sintetizada). Esto significa que el 100% de las moléculas bicatenarias son de densidad intermedia. 

Después de la segunda generación, la mitad de las hebras nuevas son ligeras (con 14N-ADN del progenitor y 14N-ADN sintetizado) y la mitad son de densidad intermedia (con 15N-ADN del progenitor y 14N-ADN de nueva síntesis). Este resultado es el predicho por la replicación semiconservadora.

Bibliografía:

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm

http://www.hiperbiologia.net/adn/adntema1.htm

http://www.biologia.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/nucleic_acids/06t.html

Libro: Biología, quinta edición. (Salomón Berg Martín).

Encarta 2003.

Dibujo 1.

Ácido desoxirribonucleico

Dibujo 2.

Reaplicación del ADN

Dibujo 3.

Experimento Meselson y Sthal