INDICE

TITULOS PAGINAS

Introducción 3

Objetivos

Preguntas:

Investigar la composición química de los ácidos nucleicos. 4 y 5• Explique los tipos de ácidos nucleicos.•

Y realice una comparación entre ellos. 6 −7

3) Compare ácidos nucleicos de células eucarióticas y procarióticas. 7

4) Explique experimentos sobre la importancia del ADN. 8−11

5) Esquematice y explique la duplicación del ADN y su control. 11−17

6) ¿ Que es el código genético?. Explique y dibuje el proceso de 17−22

síntesis de proteínas .

7) Explique las consecuencias a nivel de célula y organismo la 23−25

alteración e el código genético .

8) Analice y responda pág. 24 del libro santillana biología plan

electivo III Y IV medio. 26 −29

Conclusión 30

Bibliografía 31

INTRODUCCIÓN

Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de suma importancia biológica, ya que todos losorganismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico(ARN). Sin embargo; algunos virus sólo contienen ARN, mientras que otros sólo poseen ADN.

Se les denomina así porque fueron aislados por primera vez del núcleo de células vivas. No obstante, ciertosácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular.

Sin duda alguna, los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales de los seres vivos, y se cree queaparecieron hace unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida máselementales. Y los investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas moléculases muy cercano al tiempo del origen de vida en la Tierra. Por ello, es que gracias al arduo trabajo realizado

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por los científicos, han conseguido descifrarlo, es decir, determinar la forma en que la secuencia de los ácidosnucleicos dicta la estructura de las proteínas. Determinando así que, tanto la molécula de ARN como lamolécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Y que la secuencia de estas moléculas a lo largode la cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célulacómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia.

Por tanto, se han identificado al menos dos funciones fundamentales de los ácidos nucleicos: transmitir lascaracterísticas hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas.

El modo en que los ácidos nucleicos realizan estas funciones es el objetivo de algunas de las másprometedoras e intensas investigaciones actuales.

OBJETIVOS

Identificar e investigar la composición química de los ácidos nucleicos.•

Recocer e identificar los tipos de ácidos nucleicos y conocer las principales diferencias existentesentre estas moléculas.

•

Conocer las principales funciones de los ácidos nucleicos y su importancia en organismos eucariotes yprocariotes haciendo énfasis en las diferencias entre los ácidos nucleicos de ambos organismos.

•

Conocer como se efectúa, y la importancia del proceso de replicación o duplicación de uno de losácidos nucleicos, el ADN.

•

Reconocer y comprender la importancia del código genético y la síntesis de proteínas. Además deconocer la o las relaciones entre este proceso (síntesis de proteínas) y el código genético.

•

Comprender las consecuencias que tendrían las alteraciones del código genético a causa de lasdiversas enfermedades que lo puedan afectar.

•

1)

Los ácidos nucleicos están formados por un azúcar (pentosa), bases nitrogenadas (purinas o pirimidinas) yácido fosfórico.

La hidrólisis completa de ADN ( o ARN) da:

Pentosa −desoxirribosa (ribosa).• Bases Nitrogenadas: Purinas : Adenina y Guanina.•

Pirimidinas: Citosina y Timina (Uracilo)

Ácido Fosfórico H3PO4•

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Una molécula de ácido nucleico es un polímero lineal en el cual los monómeros (nucleótidos) están unidospor medio de puentes o uniones fosfodiéster. Estos puentes unen el carbono 3´ en la pentosa de un nucleótidoal carbono 5´ en la pentosa del nucleótido adyacente.

En consecuencia, el eje de ácido nucleico está formado por fosfatos y pentosas alternados. Las basesnitrogenadas están unidas a los azúcares de este eje.

El ácido fosfórico utiliza dos de sus tres grupos ácidos en las uniones 3´, 5´− diéster. El grupo restanteconfiere al poli nucleótido sus propiedades ácidas y permite que la molécula forme uniones iónicas conproteínas básicas. Éste grupo ácido libre hace también que los ácidos nucleicos sean intensamente basófilos,es decir, que se colorean fácilmente con colorantes básicos.

Una hidrólisis moderada fragmenta el ácido nucleico en los nucleótidos que se forman por la unión covalentede un fosfato y una base heterocíclica a la pentosa.

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Las pentosas son de dos tipos: Ribosa en el ARN, y desoxirribosa en el ADN. La única diferencia entre estosdos azúcares es que la desoxirribosa tiene un átomo menos de oxígeno.

Las bases nitrogenadas que se encuentran en los ácidos nucleicos son anillos heterocíclicos compuestosademás de carbono e hidrógeno por nitrógeno. Son de dos tipos fundamentales: las bases Purinas (por serderivadas de la purina, de dos anillos heterocíclicos) y las bases Pirimidinas (por ser derivadas de lapirimidina de un solo anillo).

Dichas bases son cinco, pero en realidad solamente cuatro aparecen en el ADN. Las bases purinas presentesson: la adenina y guanina. Y las bases pirimidinas son: la citosina y la timina (el uracilo es característico delARN).

Sin embargo, es útil recordar que existen dos diferencias fundamentales entre el ADN y ARN: el ADN tieneuna desoxirribosa y el ARN una ribosa. También el ADN contiene timina y el ARN uracilo. La diferencia delas bases pirimidicas hizo posible que los investigadores en biología celular usaran timidina radiactiva comomarcador específico del ADN, y uridina radiactiva para el ARN.

Dichas bases se hallan unidas a un monosacárido simple, la desoxirribosa (una pentosa que se diferencia de laribosa por la ausencia de un grupo oxidrilo). Se une a la base por medio de su carbono 1 (el primero del ciclo),correlacionándose con una de las moléculas de Nitrógeno de la base. La unión del azúcar y la base forma loque denominamos nucleósido (Ej: Desoxiadenosína,).

A la pentosa y por medio de su carbono 5 (el último del ciclo) se une un grupo fosfato, por enlace covalenteconstituyendo el nucleótido, junto al azúcar y la base.

Si bien para la constitución del ADN se unifica a un solo grupo fosfato, existen en las células una serie denucleótidos de singular importancia en el metabolismo celular. Estos producen enlaces muy ricos de energía ylos di− y tri− nucleótidos como el adenosin−tri−fosfato (ATP) son los encargados de muchos procesosmetabólicos.

POLINUCLEÓTIDO

2) Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ARN y el ADN

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Ácido desoxirribonucleico o ADN: fue descubierto por el químico suizo Friedrick Miescher en 1868. Sinembargo, esta macromolécula no logró identificarse químicamente hasta muchos años más tarde, en la décadadel 50. Hoy sabemos que el ADN está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos, cuyasecuencia actúa como un alfabeto molecular almacenando toda la información genética del individuo.

En las células procariontes hay una sola molécula de ADN, que suele adoptar la forma de un circulo cerrado.En las células eucariontes, en cambio, hay varias moléculas diferentes, con una longitud mucho mayor que ladel ADN procariótico. Por esta razón, el ADN eucariótico se organiza de una manera más compleja, para quepueda ser contenido en el interior del núcleo celular.

Durante mucho tiempo se hicieron investigaciones para entender cómo estaba estructurado el esqueleto de lamolécula de ADN: aunque se conocía la composición química de sus unidades básicas, no se comprendíacómo se organizaban en esta importante macromolécula. Estudios bioquímicos mostraron que los nucleótidosse unían a través de un enlace llamado fosfodiester. En este enlace participa un grupo OH (hidroxilo) delcarbono número tres de la desoxirribosa, con el hidroxilo del carbono cinco de la desoxirribosa del nucleótidosiguiente, actuando el fosfato como puente entre ellas.

Sin embargo, solo en 1953 se logró conocer el modelo del ADN. Ese año, James Watson y Francis Crick,dedujeron la estructura tridimensional de la molécula de ADN conocida como ADN−B.

La investigación con respecto a la estructura del ADN continuó, gracias al trabajo de numerososinvestigadores, entre los que destaca Richard Dickerson, quien demostró que el ADN es una moléculadinámica, que puede adoptar diversas formas. Así, se reconoció la existencia de otras dos ordenacionestridimensionales, conocidas como ADN−A y ADN−Z las cuales tienen algunas diferencias con el ADN−Bson más anchas y al forma Z más angosta que la B. Finalmente el ADN−Z se enrolla hacia la izquierda,mientras que las formas A y B lo hacen hacia la derecha.

El ADN es por lo común el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las célulaseucariónticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos. En los procariontesforma el nucloide (que a diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas, es desnudo) y en los virus(DNA virus) que lo poseen constituyen el virión o elemento infestante.

Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha (ß−ADN,dextrogiro) que es la formamás estable y ocasionalmente posee giro ha la izquierda (z−ADN,levógiro)

Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %). Existendiferentes tipos que los podemos dividir en:

−ADN de copia única (el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares denucleótidos longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes.

−ADN repetitivo (20 %) son unidades de aproximadamente 300 pares de nucleótidos que se repiten en elgenoma unas 105 veces(Unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de copia única.

−ADN satélite (altamente repetitivo: 28 %)son unidades cortas de pares de nucleótidos que se repiten en elgenomio. Son característicos en cada especie y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen laheterocromatina y no se le conoce función.

Los porcentajes indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones serían las mismas en otras especies.

Ácido ribonucleico o ARN: esta macromolécula representa alrededor del 7% del peso de una célula. Estaconstituida por largas cadenas de ribonucleotidos, unidos por enlaces fosfodiester.

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El ADN y el ARN tienen diferencias. Por ejemplo, la pentosa del ARN es la ribosa; en el ADN es ladesoxirribosa. Este hecho determina que el ADN sea resistente al tratamiento con bases fuertes (álcalis), adiferencia del ARN que se degrada por la acción de estas sustancias. Otra diferencia es que el ARN es unamonohebra y no una cadena doble, como ocurre en el ADN. Finalmente, el ADN incluye las basesnitrogenada A,G,C y T; en el ARN, en cambio, la timina es remplazada por el uracilo.

Hay al menos tres tipos de ARN:

ARN mensajero: ácido nucleico que contiene la información para dirigir la síntesis de una o más proteínasespecíficas. La información se encuentra contenida en grupos de tres nucleótidos llamados codones, loscuales determinan el aminoácido que debe incorporarse en la proteína que se va a sintetizar. El nombremensajero deriva de su papel el intermediario: actúa como vehículo de transporte de información genéticaentre el ADN y las proteínas.

•

ARN de transferencia: son moléculas relativamente pequeñas que intervienen en la síntesis de proteínas,complementando la función del ARN mensajero. Contienen entre 75 y 90 nucleóditos dispuestos en formade trébol. Cada ARN tiene una secuencia de tres nucleóditos llamada anticodón. La cual resulta clave parala síntesis de proteínas.

•

ARN ribosomal: es el ARN más abundante en las células; desempeña una función estructural comocomponente de un importante complejo supramolecular llamado ribosoma. Los ribosomas, formados porproteínas y ARN ribosomal y participan activamente en la lectura de la molécula de ARN mensajero parasintetizar las proteínas contenidas en la secuencia de codones del ARN mensajero.

•

3)

La similitud más señalada entre ácidos nucleicos procariontes y eucariontes, es que comparten sólo lasestructuras: primarias y secundarias. Y discrepan totalmente en su estructura terciaria, la cual es la forma enque se almacena el ADN en un volumen reducido.

En el caso de las bacterias (células procariontes), contienen sólo una molécula bicatenaria (doble hélice)circular cerrada, no asociada a proteínas, por tanto se le denomina ADN desnudo. A pesar de no poseerproteínas asociadas, sólo tienen proteínas que controlan la transcripción y replicación. Para empaquetarse sepliegan como una superhélice, que consiste en plegamiento de la doble hélice, algo así como un trenzamiento.

Este cromosoma no se encuentra separado por ninguna membrana, así que no presenta un núcleo verdadero uorganizado, sino sólo una zona nuclear o nucleoide, dispersa en el citoplasma. El cromosoma procariontegeneralmente está conectado al mesosoma.

No obstante, muchas bacterias poseen también, pequeñas moléculas de ADN circulares llamados plásmidos,que llevan información genética, pero, la mayoría de las veces, no resultan esenciales en la reproducción.

Por su parte en las células eucariontes, las moléculas de ADN se encuentran asociadas a proteínas, las cualesestán organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Estos tipos de proteínaspueden ser de dos tipos: histonas y proteínas cromosómicas (no histónicas).

El material genético de ésta célula a diferencia de la procariótica se encuentra delimitado por un núcleo.

En conclusión, los ácidos nucleicos son la base química de la herencia en cualquier tipo de célula,encontrándose al interior de cada cromosoma, siendo una molécula única, muy larga y enrrollada que contienesecuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de lasmoléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.

4)

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Hasta Dónde Hemos Llegado

Según la perspectiva histórica, el Lupus de la piel, Lupus Discoide fue denominado en 184O. A fines del sigloXIX se describió el Lupus Sistémico en aquellos pacientes que tenían complicaciones en otros órganosdiferentes de la piel.

La célula LE, primera evidencia de la presencia de autoanticuerpos en el Lupus fue hecha en 1948, y laprimera observación de anticuerpos contra el DNA ocurrió en 1957. Sólo en 1965 los investigadoresdescubrieron la presencia de inmunocomplejos formados por DNA y anti DNA, que fue tan importante ennuestro conocimiento de los mecanismos de daño tisular en el Lupus.

Hoy en día se entiende la importancia de las células T y las células B en el sistema inmunológico. Estascélulas fueron identificadas por primera vez como subclases de linfocitos o células blancas en 1969. Eldescubrimiento de las células reguladoras supresoras y de ayuda en el sistema inmunológico, así como elconocimiento de que estas células funcionan mediante la secreción de ciertos factores solubles, ha sidoadquirido más recientemente, en la década del setenta. Al mismo tiempo los investigadores comenzaron aconsiderar que los pacientes con Lupus tienen un problema en la regulación inmunológica, hecho verificadomuy recientemente.

En resumen, la historia documentada de la biología tiene más de cuatro mil años. Lo que se sabe del Lupus seha aprendido en los últimos cuarenta años y la mayor parte de ello, en los últimos quince años.

En nuestros días, un nuevo campo llamado psiconeuroinmunología parece estar abriéndose rápidamente. Loscientíficos en el campo de la medicina están examinando las interacciones del sistema inmulógico, del aparatoendocrino y el sistema nervioso.

Sus estudios nos dan a conocer conceptos tales como la importancia de la disposición de ánimo del pacienteen varias enfermedades. Se sabe hoy en día que existen conexiones nerviosas directas entre el cerebro, el timoy el bazo. Estudios recientes en individuos afligidos indican que la tensión de la pena afecta la reacción delsistema inmunológico. Y en experimentos con animales, lesiones en ciertas partes del cerebro también tienenun efecto notable en dicho sistema.

También se ha descubierto que por lo menos algunos linfocitos tienen receptores para un número desubstancias químicas, que tanto el cerebro como el sistema endocrino usan como medios de comunicación,tales como estrógenos, adrenalina y endorfinas. Investigadores han demostrado que la predisposiciónpsicológica, en experimentos con animales, provoca ya sea omisión o aumento en las reaccionesinmunológicas, de acuerdo con las circunstancias.

Estos avances mantienen la promesa de que rápidamente nos estamos acercando al entendimiento de cómo losfactores psicológicos y las hormonas influyen en las enfermedades como el Lupus.

PRÁCTICA VIA: SERVIDORES Y PROGRAMAS PARA ANÁLISIS DE DNA−CHIPS

Ya te han hablado de las enormes posibilidades que ofrece la tecnología de los DNA−chips yDNA−microarrays (DNA−arrays, en general) pero... si tuvieses que montar todo lo necesario para realizarlosen un laboratorio, ¿por donde empezarías? ¿Cómo podrías saber que hardware y que software se encuentradisponible? La respuesta mas inmediata a estas cuestiones se encuentra en Internet; dado que esta técnica hasurgido en pleno auge de La Red, la gran mayoría de los centros que llevan a cabo experimentos de este tipohacen públicos sus resultados a través de ella.

Aunque el número de estudios basados en DNA−arrays empieza a ser considerable, los centros de

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investigación capaces de realizarlos son todavía poco numerosos. Esto es debido a que hoy en día, es muycaro contar con todo el equipamiento necesario para llevar a cabo este tipo de experimentos y a que escasea elpersonal especializado. Ante este panorama, unas pocas empresas comercializan DNA−arrays ya fabricados obien, los elaboran a medida para laboratorios con requerimientos muy concretos. Así, es posible comprarchips o membranas tapizadas de genes humanos de distintos tejidos, e incluso con el genoma completo deSaccharomices cerevisiae, listas para ser hibridadas.

EMBRIOLOGÍA

Seguramente, si al pasear con el coche por el campo se cruzase con un grupo de ovejas clónicas −o sea,exactamente iguales genéticamente− pastando en una montaña no se daría ni cuenta. Otra cosa muy distintasería, por ejemplo, entrar a un vagón de metro y encontrarse consigo mismo, con su alter ego, una personaexactamente igual que usted. Una y otras situaciones son posibles, en teoría, desde el momento en el que elequipo de científicos del Instituto Roslin de Edimburgo presentó oficialmente el pasado sábado en sociedad ala primera oveja clónica obtenida por trasplante nuclear desde un animal adulto de seis años de edad. Todo elmundo la conoce ya. La foto de la oveja Dolly ha dado la vuelta al mundo y ha estado apareciendo en todoslos rotativos desde hace días. Dolly nació el pasado mes de julio, pero sus creadores, los que la fabricaron enel laboratorio, han sabido mantenerla en secreto hasta el sábado pasado, justo el tiempo necesario parapatentar el revolucionario descubrimiento. El animal es, o parece ser, absolutamente normal en todo salvo enla forma en la que fue concebido. Esta es la primera vez que se logra clonar un animal adulto, lo cual va asuponer sin duda una revolución en la biomedicina. El éxito de este experimento científico tiene unadimensión tal y ha sido tan inesperado, incluso para la comunidad científica, que algunos expertos empiezan apensar que en un futuro no muy lejano quizá se debería cambiar el nombre que designa a un grupo de ovejas(rebaño) por el de clon. El éxito del equipo británico, liderado por el doctor Ian Wilmut significa un paso degigante para la Ciencia. Y hay quien cree que cuando se escriban los libros de historia en el futuro, se hablaráde la segunda mitad del siglo XX como la etapa en la que se logró la clonación de animales, del mismo modoque ahora se conoce a la mitad del siglo XIX por la Revolución Industrial.

El logro de los científicos con la oveja Dolly que se publica hoy en Nature nada tiene que ver con los intentosde clonar animales realizados hasta ahora: el equipo de Wilmut ha reemplazado el material genético del óvulode una oveja por el DNA de otro animal adulto y, de esta manera, se ha logrado crear una oveja −Dolly− quees un clon de un adulto. Los experimentos anteriores para clonar animales adultos se habían limitado a dividirlos embriones en un estadio inicial, poco después de que el óvulo es fecundado por el espermatozoide. Por esose cree que Wilmut es el primero que ha creado un clon utilizando el DNA de un adulto. Y es que, hastaahora, los científicos creían que una vez que las células se habían diferenciado hasta convertirse en células deun ojo, o de la piel o, en el caso del experimento de Wilmut, del tejido mamario− su DNA ya no serviría paraformar otro organismo desde cero. Ahora, mirando hacia atrás con perspectiva, parece que la técnica deWilkin es sencilla, pero a nadie se le había ocurrido. Sin embargo, para entender el proceso, su importancia ylas diferencias con las técnicas anteriores, bien merece la pena repasar los pasos que han recorrido losinvestigadores a lo largo de la historia en su intento de clonar animales.

La historia de la clonación

La palabra clon ha ido adquiriendo nuevos usos con el tiempo. Al principio se utilizaba para designar unapoblación de células u organismos obtenida por reproducción vegetativa (asexual) de una sola célula uorganismo, de modo que todos los miembros de un clon tienen la misma constitución genética. Más tarde,cuando la ingeniería genética permitió multiplicar un gen o un fragmento de DNA en las bacterias, se extendióel término a la clonación de genes. Pero, con los animales superiores, la idea de la clonación se hacía difícil yaque no se pueden reproducir asexualmente. Así, para clonarlos hay que eliminar quirúrgicamente el núcleo deuna célula fecundada (cigoto) y sustituirla por el núcleo entero de otro animal. Los primeros experimentos deeste tipo se hicieron con anfibios. Se eligieron los óvulos de rana porque esta célula es grande, sencilla deobtener y bastante fácil de manipular. Finalmente, estos estudios obtuvieron un éxito relativo y se lograron

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crear ranas clónicas, exactas unas a las otras, con la misma dotación genética. Para ello se cogieron unosóvulos de rana y se les quitó el núcleo. Y, por otro lado, se extrajo el núcleo de células embrionarias todavíatotipotentes (es decir, que estaban en un estadio del desarrollo inicial desde el que podían derivar a cualquiertipo de célula).

El núcleo de las células embrionarias se introdujo en los óvulos enucleados (sin núcleo). O, dicho de otraforma, se trasplantó el núcleo de las células de una rana al óvulo sin núcleo de otra rana, y, como resultado, sedesarrollaron ranas adultas. Sin embargo, cuando se intentó el mismo experimento con núcleos extraídos defases más evolucionadas −renacuajos o ranas adultas− el experimento falló y los embriones resultantes nollegaron a vivir mucho tiempo. Este estudio sirvió para descubrir que algo debía ocurrir con los núcleos de lascélulas donantes más desarrolladas que los hacía incompatibles con el citoplasma en el que eran implantados.El nuevo núcleo era incapaz de sustituir al de la célula embrionaria. Ese algo −la función del núcleo que llevael material genético con las órdenes pertinentes para estructurar el desarrollo de un ser vivo, (para hacer, porejemplo, que la cabeza crezca en una parte y sólo ahí)− ha sido un gran misterio para la ciencia desde que eldoctor Spemann se lo planteó por primera vez, hace 60 años: ¿Son los núcleos celulares equivalentes? ¿Es elgenoma continuo durante el desarrollo? O, dicho de otra forma, ¿es viable un animal si se cambia un núcleode un animal por el núcleo del óvulo de otro? ¿Se pueden clonar seres adultos? En 1952 se logró el primeréxito al clonar las ranas, pero quedaba pendiente la duda de si sería posible dar el mismo paso con animalessuperiores, con mamíferos, y, sobre todo, si sería posible implantar el núcleo de un animal adulto en un óvuloenucleado.

Así que, los científicos se pusieron manos a la obra y lo intentaron con ratones. Corrían los años 80. Pero elfracaso fue rotundo. Se siguió exactamente el mismo protocolo, pero los ratones se desarrollaban conmúltiples malformaciones y no pasaban de embriones. Sin embargo, después de esos intentos fallidos, otrosexperimentos con otro tipo de mamíferos −vacas y ovejas− han resultado más esperanzadores. Esa esprecisamente la tarea que ha ocupado la vida de los investigadores escoceses del Instituto de Edimburgo,creadores de Dolly, desde hace décadas. El primer mamífero que se logró clonar fue una oveja. Los núcleosdonantes, en este caso, provenían de un estado inicial del desarrollo del embrión (cuando la mórula, que así sellama a esta fase, tenía sólo unas 8−16 células). También fue Wilmut y su equipo del Instituto de Edimburgoel que logró clonar la primera oveja. El artículo salió en Nature el año pasado. Pero, Wilmut y suscolaboradores han guardado un as en la manga desde el pasado julio: el estudio del Nature de hoy muestra porprimera vez que se pueden obtener animales clónicos con el mismo procedimiento que hasta ahora pero apartir de núcleos de embriones más maduros. Y, lo más importante, es que una de las ovejas producidas por suexperimento −la estrella, Dolly− procede de una línea celular que cogió su fuente de material genético a partirde las células de la glándula mamaria de una oveja de seis años de edad.

¿Pero qué es lo que ha hecho viable a Dolly, y qué es lo que falló en los anteriores intentos de trasplantarnúcleos de células adultas? Parece que la clave del éxito está en la compatibilidad entre el núcleo implantadoy el citoplasma del óvulo receptor. Wilmut pensó que si las células donantes estuviesen fuera del ciclo celular,es decir, en fase G0, o, para entendernos semi−dormidas, quizás, al implantar el núcleo en el óvulo receptor sesincronizaría el desarrollo y se formaría un embrión viable y sin defectos genéticos. Y así fue. Wilmut colocóa las células en un cultivo, y manipuló su DNA hasta dejarlo en la fase quiescente. Después, sacó el núcleo deun óvulo que había sido extraído de otra oveja e introdujo el material genético de la oveja adulta en el óvuloenucleado. Cuando el material de las dos células (citoplasma del óvulo y núcleo de la célula del tejidomamario) se fundió, empezó a crecer con normalidad y Wilmut implantó el embrión en desarrollo en unatercera oveja que hizo de madre de alquiler. Este tercer animal es el que trajo al mundo a Dolly el pasado mesde julio. Este experimento ha demostrado que el mayor problema en el trasplante de ovocitos era laincompatibilidad del ciclo celular, y que al no tener esto en cuenta hasta ahora se creaban anormalidadescromosómicas una vez que se iniciaba el desarrollo del embrión. Estos resultados tienen una importanciaradical. No sólo resuelve las dudas sobre la continuidad del genoma sino que se va a revolucionar el mundo dela ingeniería genética, la manipulación de animales para convertirlos en fábricas de fármacos, o para estudiar,por ejemplo, el envejecimiento.

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5) REPLICACIÓN DEL ADN

Años después de su elaboración, el modelo de Watson y Crick recibió un fuerte apoyo experimental de variasfuentes. Arthur Kornberg y sus colegas aislaron en 1957 la enzima de ADN polimerasa, de bacterias. Estocataliza la síntesis de ADN y requiere como substratos los tritosfatos de los cuatrodesoxirribonucleósidos(abreviadamente dATP, dGTP, dCTP, y dTTP). El sistema de reacciones requiereademás iones de magnesio(Mg ++) y una pequeña cantidad de ADN de alto peso molecular para que sirva decebo o plantilla para la reacción. El producto de la reacción es más polímero ADN y una molécula dedesoxirribonucleótido incorporado.

ADN

dATP Mg+ +

dGTP

dCTP ADN + nPPi

dTTP n ADN polimerasa

El nucleósido tritosfato ataca al 3'− hidroxilo libre de la última desoxirribosa de la cadena y forma un enlacede éster, liberando una molécula de pirofosfato (figura1). Cuando se titularon los desoxirribonucleótidostritosfatos con 14C, el polímero ADN producido contenía 14C, dando a entender que los nucleótidos tituladoshabían sido incorporados a la cadena ADN. Mediante apropiados experimentos con los nucleótidos rotulados14C, Kornberg pudo demostrar que las razones de A: T y de G: C en el ADN sintetizado eran iguales a lascorrespondientes razones de ADN usado como cebo.

Esto sugirió que el ADN producido es una copia de la plantilla ADN, predicha por el modelo de Watson yCrick.

Diagrama del enlace de hidrogeno entre los pares básicos de adenina y timina (arriba)

Y de guanina y citosina (abajo ) en el ADN. El par A−T tiene dos enlaces de hidrogeno y el par G−C tienetres.

La polimerasa del ADN, procedente de Escherichia coli usará plantilla de ADN, aislada de cualquiera de unagran variedad de fuentes(bacterias, virus, células de mamífero y células vegetales) y producirá ADN con unarazón de nucleótidos comparable a la de la plantilla usada. Así, la serie de nucleótidos del producto la dicta elorden del cebo ADN, y no a las propiedades de la polimerasa, ni a la razón de las moléculas de substratopresentes en la mezcla reactiva. Usando una enzima más purificada, Kornberg pudo sintetizar biológicamente,en 1968, ADN viral activo, usando ADN viral como cebo. El ADN producido infectaría bacterias de igualmodo que los virus "vivos".

Khorana y sus colegas sintetizaron algunos polímeros de desoxirribonucleótidos que contienen ácidosadenílico y citidílico, y otros polímeros que contienen ácidos timidílico y guanílico alternativamente. Ningunode estos polímeros solo sirvió de plantilla en el sistema polimerasa de ADN; sin embargo, una mezcla de losdos, que forma una hélice sintética de doble tira con emparejamiento Watson y Crick ordinario de las bases,puede servir de plantilla.

La plantilla de ADN tiene dos funciones en el sistema de polimerasa de ADN; La primera proporciona grupos3`− H libres para servir de extremo en el crecimiento del polímero de ADN. La segunda plantilla de ADNproporciona información codificada. Se requiere una molécula de doble tira porque cada tira del par sirve de

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plantilla para la extensión. El polímero semejante a ADN que es producido por la acción de la polimerasa delADN en presencia de una plantilla de tira doble es también de tira doble. Tiene la misma composición básicaque la plantilla de ADN. Las razones de las bases en el producto son las predichas por el modelo Watson yCrick.

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La síntesis de ADN se produce en las células de organismos superiores sólo durante la interfase cuando loscromosomas están en su forma extendida y no son fácilmente visibles. Así, si un sistema enzimático similar ala polimerasa del ADN, de Kornberg, cataliza la síntesis de ADN in vivo, debe haber cierta clase de señalbiológica que iniciará la síntesis del ADN en este momento y la terminará en otro. Parece que la enzima, lapolimerasa del ADN y los substratos dATP, dGTP, dCTP, y dTTP están presentes en todo momento. Laexplicación más plausible en la actualidad es que cierta clase de cambio en la plantilla de ADN inicia lasíntesis de ADN en el momento apropiado del ciclo celular, y luego la termina.

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DUPLICACIÓN SEMICONSERVADORA.

Durante la duplicación del ADN, se forman dos nuevas tiras, cada una de las cuales es complementaria de lastiras de ADN existentes en la espiral de doble tira. La espiral de doble tira se desenrolla; una tira proporcionauna plantilla para una nueva tira, y la otra tira original proporciona una plantilla para la segunda nueva tira.Esto se conoce como duplicación o replicación semiconservadora: donde las dos tiras originales de ADN sonretenidas o conservadas en el producto, una en cada una de las dos espirales hijas.

Importantes datos experimentales confirman la idea de que cada cromosoma eucariótico es una sola moléculade ADN. Las moléculas de ADN de la mosca de la fruta Drosophila, está comprobado que tienen 2.1 cm. delongitud, precisamente la longitud del cromosoma más largo.

Para que una célula eucariótica pueda duplicar una molécula tan enorme durante el tiempo que toma un ciclocelular, la duplicación no empieza simplemente en un extremo de la molécula y prosigue hasta el otro. Por elcontrario, empieza a diversos niveles a todo lo largo del cromosoma y prosigue en ambas direcciones desde elorigen con ritmo aproximadamente igual, de un micrómetro por minuto.

En el experimento clásico de Meselson y Stahl se usó nitrógeno pesado, para distinguir moléculas "viejas" y"nuevas" de ADN y proporcionar pruebas de que la duplicación del ADN se efectúa realmente por un procesosemiconservador, por lo menos en las bacterias. Bacterias cultivadas durante varias generaciones en un medioque contenía nitrógeno pesado tenían ADN que fue titulado con 15N. Cuando se aisló una muestra de ADN y

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se centrifugó en un tubo que contenía un gradiente de densidad de cloruro de cesio, el ADN se recogió en unnivel del tubo que refleja su mayor densidad, debido a la presencia de átomos de nitrógeno pesado.

Las bacterias fueron transferidas entonces del medio 15N a un medio que contenía nitrógeno ordinario, 14N, yse dejó que se dividiera una vez más en este medio. Cuando se aisló y centrifugó el ADN procedente de estageneración de bacterias, todo el ADN fue más ligero, con una densidad esperada si tenía la mitad de átomosde 15N que el ADN de la generación progenitora. SI la teoría de Watson y Crick es correcta y la duplicaciónes semiconservadora, podría esperarse este resultado, porque una tira del ADN de doble tira en cadaorganismo sería rotulada con 15N y la otra sólo contendría 14N.

Cuando se dejó dividir estas bacterias una segunda vez en el medio 14N, cada molécula de ADN de laprogenie recibió una vez más una tira progenitora y una nueva tira que sólo contenía 14N, y apareció comoADN ligero en la centrifugación. Las tiras progenitoras que contienen 15N produjeron tiras complementariasque contienen 14N, que se sedimentaron por centrifugación con una densidad característica del estado deespiral doble mitad 15N, mitad 14N. Así, las tiras progenitoras originales de ADN no se dispersan o dividendurante el proceso de duplicación, sino que se conservan y pasan a la siguiente generación de células. Cadatira de la espiral doble progenitora es conservada en una célula hija diferente, por lo que el proceso sedenomina semiconservador.

Si la duplicación de las tiras comienza al iniciarse el desenrollamiento de las tiras, serán evidentes moléculasde ADN en forma de Y durante el proceso de duplicación. Esas regiones en forma de Y han sido halladas porautorradiografía de cromosomas de Escherichia coli titulados con 3 H− timidina.

Como resumen podemos mencionar que la duplicación o replicación del ADN es un procesosemiconservativo, es decir cada doble hélice contiene una cadena antigua y otra recién sintetizada. En elmodelo de Watson y Crick se reconoce que las dos cadenas de ADN están enrolladas una en la otra, como loshilos de una cuerda ADN helicasas que recorren la hélice desenrollando las cadenas a medida que avanzan.Luego proteínas desestabilizantes de la hélice que impiden que se forme la doble hélice mientras se copian lascadenas. Las topoisomerasas mantienen la estabilidad necesaria para cada copia.

La enzima encargada de copiar los moldes de ADN o hebras es la ADN polimerasa que agrega los nucleótidossólo en el extremo 3`. La enzima es la encargada de unir los nucleótidos en forma complementaria y la cadenanueva siempre crece en el sentido 5` a 3`.

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La ADN polimerasa sólo agrega nucleótidos al extremo 3`de una cadena polinucleótida ya existente. Entoncesal principio se fábrica un segmento pequeño de ARN, llamado ARN cebador o ARN primer y permite elinicio de la duplicación. Luego de esto la ADN polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3`de ARN cebador.

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Posteriormente este ARN es degradado y su espacio ocupado por ADN.

La duplicación de ADN comienza en sitios específicos denominados orígenes de duplicación y ambas cadenasse duplican al mismo tiempo en una estructura con forma de Y que se conoce como horquilla de duplicación.Una de las hebras del ADN, la 3´ a 5`, se copia con facilidad en el sentido 5` a 3`, es la cadena continua. Laotra cadena es discontinua porque se va sintetizando en fragmentos cortos, que se denominan:

Fragmentos de Okasaki: Cada fragmento de Okasaki es iniciado por un ARN cebador. Cuando un fragmentoen crecimiento llega a otro ya sintetizado, una parte de la ADN polimerasa es degradada al ARN cebadorprevio permitiendo que la ADN ligasa una los extremos de un fragmento y otro.

La mayor parte de la síntesis de ADN es bidireccional. Una vez que se abre el ADN se forman dos horquillasde replicación.

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6) CÓDICO GENÉTICO

Desde que se demostró, que las proteínas eran producto de los genes, y que cada gen estaba formado porfracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron a la conclusión de que, debe haber un código genético,mediante el cual, el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN, podría determinar la secuencia deaminoácidos en la formación de polipéptidos. En otras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las

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bases nitrogenadas transmitan la información que dicta la síntesis de proteínas. Este proceso podría explicarcómo los genes controlan las formas y funciones de las células, tejidos y organismos. Como en el ADN sólohay cuatro tipos de nucleótidos, y, sin embargo, las proteínas se constituyen con 20 clases diferentes deaminoácidos, el código genético no podría basarse en que un nucleótido especificara un aminoácido. Lascombinaciones de dos nucleótidos sólo podrían especificar 16 aminoácidos (42 = 16), de manera que elcódigo debe estar formado por combinaciones de tres o más nucleótidos sucesivos. El orden de los tripletes, ocomo se han denominado, codones, podría definir el orden de los aminoácidos en el polipéptido. Diez añosdespués de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el código genético fue descifrado yverificado. Su solución dependió en gran medida de las investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo deácidos nucleicos, los ácidos ribonucleicos (ARN). Se observó que la obtención de un polipéptido a partir delADN se producía de forma indirecta a través de una molécula intermedia conocida como ARN mensajero(ARNm). Parte del ADN se desenrolla de su empaquetamiento cromosómico, y las dos cadenas se separan enuna porción de su longitud. Una de ellas actúa como plantilla sobre la que se forma el ARNm (con la ayuda deuna enzima denominada ARN polimerasa).

Universalidad del código genéticoTres décadas han pasado ya desde que fue descifrado el código genético, y muchas son las proteínas, RNAMy DNA que se han estudiado. Las pruebas son ahora abrumadoras: el código genético es universal paraprácticamente todos los seres vivos, desde la Escherichia coli al Homosapiens. UUA, por ejemplo, codificapara el aminoácido leucina, no sólo en los procariotas, sino también en protistas, hongos, plantas y animales.El 1 código genético, desde sus orígenes se ha mantenido constante y es la prueba fehaciente de la unidad detodos los seres vivos.Sin embargo, se han hallado algunas excepciones en el código genético .La mayoría de ellas se refieren a lasmitocondrias, las cuales contienen su propio DNA, transcriben sus propios RNA y conducen la síntesis dealgunas proteínas. En algunos casos, el código mitocondrial es distinto de los cromosomas de procariotas yeucariotas.

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El código genético tiene una serie de características:

− Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unospocos tripletes en bacterias.

− No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado

− Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura.

− Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos.

− Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.

Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´−3´. •

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La traducción del ARNm

El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteinas , es decir, determina el orden enque se unirán los aminoácidos.

La síntesis o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos sontransportados por el ARN de transferencia (ARNt) , específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta elARN mensajero (ARNm), dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, porcomplementariedad de bases, y de ésta forma se situa en la posición que les corresponde.

Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. Dehecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, unamisma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.

Los ARNt desempeñan un papel central en la síntesis de las proteínas :La síntesis proteica tiene lugar en elribosoma, que se arma en el citosol a partir de dos subunidades riborrucleoproteicas provenientes delnucléolo. En el ribosoma el ARN mensajero (ARNm) se traduce en una proteína, para lo cual se requieretambién la intervención de los ARN de transferencia (ARNt). El trabajo de los ARNt consiste en tomar delcitosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, queson los moldes del sistema

La síntesis de las proteínas comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado denuevos aminoácidos de a uno por vez en uno extremos de la cadena.

Como se sabe la clave de la traducción reside en el código genético, compuesto por combinaciones de tresnucleótidos consecutivos o tripletes en el ARNm. Los distintos tripletes se relacionan específicamente contipos de aminoácidos usados en la síntesis de las proteínas.Cada triplete constituye un codón: existen en total64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción. Talcantidad deriva de una relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G)se combinan de a tres, por lo que pueden generarse 64 (43).Dado que existen más codones, (61) que tipos de aminoácidos (20), casitodos pueden ser reconocidos por más de un codón, por lo que algunos tripletes a como "sinónimos".Solamente el triptófano y la metionina dos de los aminoácidos menos frecuentes en las proteínas soncodificados, cada uno, por un solo codón.

Fig. A−1. Los dibujos ilustran cuatro de los seis codones que codifican al aminoácido leucina (Leu). Los dos

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de la izquierda se aparean con un mismo anticodón, igual que el par de codones de la derecha. Ello es posibleporque la tercera base de los codones suele ser adaptable , es decir, puede establecer uniones con una base nocomplementaria.

Los aminoácidos se ligan por medio de uniones peptídicas: La unión de los aminoácidos entre sí paraconstruir una proteína se produce de modo que el grupo carboxilo de un aminoácido se combina con el grupoa amínoácido siguiente, con pérdida de una molécula de agua H2O y recordemos que esa combinación sellama unión peptídica.

Cualquiera que sea su longitud, la proteína mantiene el carácter anfotérico de los aminoácidos aislados, ya quecontiene un grupo amino libre en uno de sus extremos y un grupo carboxilo en el otro extremo. La proteína sesintetiza a partir de extremo que lleva el grupo amino libre. Ello se corresponde con la dirección 5´ � 3´ usadapara la traducción del ARNm, la misma con que el ADN se transcribe .

Los ARNm arribados al citoplasma se conectan con ríbosomas :Los transcriptos primarios de los ARNm sehallan combinados con diversas proteínas, con las que forman las nueleoproteínas heterogéneas nucleares oRNPhn.. Los ARNm salen hacia el citoplasma por los poros de la envoltura nuclear. Ya en el citosol, cadaARNm se combina con nuevas proteínas y con ribosomas, lo que lo habilita para ejercer su funcióncodificadora durante la síntesis proteica. Entre las proteínas se encuentra la llamada CBP, que se combina conel cap en el extremo 5´ del ARNm. Su papel será analizado más adelante.Algunos ARNm se localizan ensitios prefijados en el citoplasma, de modo que las proteínas que codifican se sintetizan y se concentran enesos sitios.

Las moléculas de los ARNt adquieren una forma característica : Así la función básica de los ARNt es alinear alos aminoácidos siguiendo el orden de los codones para poder cumplir con sus funciones, los ARNt ,adquierenuna forma característica semejante a un trébol de cuatro hojas .Los cuatro brazos se generan por la presenciaen los ARNt de secuencias de 3 a 5 pares de nuelcótidos complemen-tarios, los cuales se aparean entre sícomo los nucleótidos de las dos cadenas del ADN.

En la punta de uno de los brazos confluyen los extremos 5' y 3´ del ARNt. El extremo 3´ es más largo, demodo que sobresale el trinucleótido CCA que fue incorporado durante el procesamiento. Este brazo se llamaaceptador porque a él se liga el aminoácido, que se une a la A del CCA.Los tres brazos restantes poseen en susextremos secuencias de 7 a 8 nucleótidos no apareados, con forma de asas, cuyas denominaciones derivan delos nucleótidos que las caracterizan.

Las etapas de la síntesis de proteínas:

1) La etapa de iniciación es regulada por proteínas citosólicas denominadas factores de iníciación (IF), queprovocan dos hechos separados pero concurrentes , uno en el extremo 5´del ARNm y otro en la subunidadmenor del ribosoma

El primer proceso involucra al cap y a una secuencia de nucleótidos aledaña, localizada entre el cap y el codónde iniciación . Estas partes reconocidas por el factor IF−4, que se liga a ellas sí al ARNm se proteína CBP . Laconexión del IF−4 con el ARNm insume energía que es provista por un ATP.En el segundo proceso, elmetioníl−ARNt[i]met se coloca en el sitio P de la subunidad menor del ribosoma, reacción que requiere elfactor IF−2 y la energía de un GTP. Logrados ambos acondicionamientos, otro factor de iniciación, el IF−3,con la ayuda del IF−4 coloca el extremo 5´ del ARNm sobre una de las caras de la unidad menor delribosoma, la que posee los sitios P y A. De inmediato la subunidad menor se desliza por el ARNm y detecta alcodón de AUG de iniciación, que se coloca,- en el sitio P . Como es lógico , el segundo codón del ARNmqueda colocado al lado, es decir en el sitio A. Entre tanto, el metioril−ARNt[i]met ,' ubicado en el sitio P de lasubunidad menor, se une al codón AUG de iniciación mediante su anticodón CAU (UAC� ). El acoplamientocorrecto entre estos dos tripletes es imprescindible para asegurar el encuadre normal de los siguientes codones

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del ARNm en los sitios P y A del ribosoma. La etapa de iniciación concluye cuando la subunidad menor secombina con la subunidad mayor y se forma el ribosoma. En él se encuentran los primeros dos codones delARNm: en el sitio P el codón AUG de iniciación −unido al metionilARNt[i]met− y en el sitio A el codón quele sigue.

La unión entre sí de las dos subunidades ribosómicas se produce luego del desprendimiento del IF−2 y delIF−3, lo cual es mediado por el factor IF−5.

2) La etapa de alargamiento comienza cuando al sitio A del ribosoma se acerca otro aminoacil−ARNtAA,compatible con el segundo codón del ARNm, con el cual se une. La reacción es mediada por un factor deelongación llamado EF−1 y consume energía, que es aportada por un GTP.Al quedar el aminoacil−ARNtAAcerca del metionil−ARN[t]met. la metionina localizada en el sitio P, al tiempo que se desacopla del. ARNt[i],se liga − mediante una unión peptidica − al aminoácido ubicado en el sitio A. Se forma así undipeptidil−ARNt, que continúa ubicado en el sitio A. Su permanencia en este sitio es breve.

La unión peptídica es catalizada por la subunidad mayor del ribosoma. Debe agregarse que la energíarequerida para consumar esa unión proviene de la ruptura de otra unión química , aquella que liga alaminoácido con la adenina en el brazo aceptador del ARNt. Como en el caso del metionil − ARNt [i]met, laruptura química tiene lugar siempre en el sitio P.

Entre tanto, fuera del ribosoma, esperando para ingresar, se encuentra el tercer codón del ARNm. Aborda elribosoma cuando el ARNm se corre tres nucleótidos en dirección de su extremo 5´. Este proceso llamadotraslocación es mediado por el el factor de elongación EF−2 y también consume energía ahora aportada por unGTP. Como vemos, desde el punto de vista energetico la sintesis proteica es bastante costosa, ya que por cadaaminoácido que se incorpora se consume dos GTP y un ATP, el último gastado durante 1a síntesis delaminoacil−ARNtAA. El corrimiento del ARNm hace que el codón de iniciación sea desalojado del sitio Psitio P y, por consiguiente, del ribosoma el segundo codón se mude del sitio A al sitio P y el tercer codóningrese en el sitio A vacante. Lógicamente el corrimiento de los codones desplaza también a los ARNt , por loque el ARNt[i] sale del ribosoma −no tarda en desprenderse del codón de iniciación y el dipéptido pasa delsitio A al sitio P. Mientras tanto, un tercer aminoacil−ARNtAA ingresa en le ribosoma , se acomoda en el sitioA y su anticodón se une al tercer codón de ARNm, otra vez por la intervención del EF−1. Debe señalarse queel EF−1 actúa después que el EF−2 se retira del ribosoma, y viceversa. El paso siguiente comprende laformación de una unión peptídica entre el dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil −ARNt AA. Estaunión peptídica, ahora entre e dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil−ARNtAA. Esta unión peptídicagenera un tripeptidil AARNt, que permanece en el sitio P hasta la próxima translocación del ARNm.

Los procesos citados se repiten de forma sucesiva codón tras codón ; así , en el cuarto paso se forma untetrapeptidil ARNt y luego peptidil − ARNt cada vez más largos , que se traslocan del sitio A al P conforme seproducen las uniones peptídicas. Se calcula que se agregan a la cadena, en promedio, cinco aminoácidos porsegundo.Debido a que con cada traslocación se corren tres nucleótidos del ARNm , su extremo 5´se alejaprogresivamente del ribosoma y su extremo 3´se acerca a él en igual medida. Cuando el ribosoma se haalejado del extremo 5´del ARNm unos 90 nucleótidos, en el codón de iniciación se acomoda un nuevoribosoma, lo cual da inicio a la síntesis de otra cadena proteica. Esto se repite varias veces

3) La etapa de terminación determina la conclusión de la síntesis de la proteína cuando el sitio A del ribosomaes abordado por el codón de terminación del ARNm (UUA, UGA o UAG, indistintamente). Ello deja al sitioA sin el esperado aminoacil−ARNtAA, aunque pronto es ocupado por un factor de terminación llamado eRF(eucaryotic releasing factor), que sabe reconocer a los tres codones de terminación. En síntesis la terminaciónde la cadena polipeptídica está señalada por el ARNm mediante un codón que no especifica la incorporaciónde ningún aminoácido. Ese codón de terminación puede ser UUA, UGA o UAG, y sobre él no se une ningúnARNt. En cambio, es reconocido por dos proteínas llamadas factores de liberación (eRF). Cuando estosucede, la proteína terminada se libera del último ARNt, que también se separa del ARNm. Por último

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también se disocian las subunidades ribosómicas.

7) ANOMALÍAS GENÉTICAS

Son producidas como consecuencia de anomalías hereditarias de la estructura genética. También se puedendar por influencias ambientales.

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Son más conocidas como enfermedades cromosómicas, se expresan por alteraciones fenotípicas múltiples ygraves. La mayoría de las alteraciones en el número de cromosomas son letales, se expresan como abortos.Generalmente cuanto más grande es el cromosoma alterado o la masa de cromatina involucrada, más gravesson los efectos en el fenotipo del individuo. Por eso las pocas alteraciones cromosómicas viables seencuentran en cromosomas pequeños.

Podemos clasificarlas en dos tipos:

1) Alteraciones en el número de cromosomas

Estas alteraciones pueden ser del conjunto de cromosomas completo o de un cromosoma en particular.

a) Alteraciones numéricas en estructuras completo:

Poliploidía: variación en el número de la serie haploide de cromosomas (23 en humanos)

−Triploidía: con dotación 69 XXY, 69 XXX, 69 XYY...

−Tetraploidía: con dotación XXXX, XXYY...

b) Alteraciones numéricas en estructuras parciales.

−Aneuploidía: les falta o tienen exceso de cromosomas, pero pequeño, puesto que si les falta o les sobra enexceso en gran cantidad, no sería viable.

Este fenómeno es debido a la no disyunción meiótica ocurrida en la primera o segunda división meiótica.

Existen aneuploidías autosómicas y sexuales:

Aneuploidías autosómicas:

Trisomía 21 o Síndrome de Down :

La trisomía 21 es la cromosomopatía más frecuente y la primera causa de retraso mental. Las alteracionesmorfológicas del síndrome de Down o trisomía 21 son muy características, siendo fácil el diagnóstico clínico.Estas alteraciones incluyen hipotonía, braquicefalia, hipertelorismo, epicanto, presencia de manchas deBrushfield, protrusión lingual, paladar ojival, entre otras. Otras complicaciones que presentan son atresiaduodenal, epilepsia, mayor susceptibilidad a infecciones y leucemia. El retraso mental es la complicación másimportante del síndrome. Los pacientes tienen un coeficiente intelectual inferior a 50. El 95% de los casos desíndrome de Down tienen una trisomía 21 regular con cariotipo 47, +21. Alrededor del 1% de los pacientescon síndrome de Down son mosaicos, con la coexistencia de una línea normal de 46 cromosomas y una líneatrisómica de 47, +21. El 4% de los casos de síndrome de Down tienen una alteración no equilibrada cuyoorigen es una translocación robertsoniana ya sea parental o de novo. Estas translocaciones afectanprincipalmente los cromosomas 14, 22 y 21, que se fusionan con el cromosoma 21. La edad materna superiora 35 años y la existencia de antecedentes familiares y/o de cromosomopatía son indicaciones de diagnósticoprenatal. El 95% de los casos de síndrome de Down se deben a ausencia de disyunción cromosómica durantela meiosis. Los marcadores polimórficos del DNA han permitido determinar en qué progenitor se haproducido la alteración y en qué etapa de la meiosis ha sucedido. El 80% de los casos se deben a una nodisyunción durante la primera división meiótica y el 75% es de origen materno, guardando relación con lamayor edad de la madre. La existencia de casos raros con trisomías muy parciales ha permitido localizar laregión q22.2−q22.3 como la responsable directa de las alteraciones presentes en el síndrome de Down.

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Trisomía 18 o Síndrome de Edwards :

La incidencia de esta alteración es de uno de cada 8.000 nacimientos, con un exceso en el sexo femeninorespecto al masculino (4:1). La incidencia real es probablemente mucho mayor, ya que el 95% de los fetosafectos son abortados de forma espontánea. El 90% de los afectados mueren durante el primer año. Lasmalformaciones características del síndrome incluyen retraso de crecimiento, frente ancha, occipucioprominente, micrognatia, esternón corto y pelvis estrecha, entre otros. El aspecto de las manos es muycaracterístico con los dedos siempre en la misma posición. Los pacientes presentan malformaciones renales,cardíacas y de otros órganos. El retraso mental es muy profundo. La mayoría de los casos se deben a unatrisomía regular por no disyunción durante la primera o la segunda división meiótica, mientras que el 10% delos casos corresponden a mosaicismos.

Trisomía 13 o Síndrome de Patau :

La incidencia se calcula entre uno de cada 4.000 a 10.000 recién nacidos. Sólo el 10% sobrevive al año devida. La mayoría de los pacientes padecen ceguera, sordera y crisis epilépticas, presentando la totalidadretraso mental muy profundo. Algunas de las principales características son microcefalia, microftalmía, orejasmalformadas, paladar y labio hendidos y polidactilia. Las malformaciones congénitas afectan el cerebro, losriñones y el corazón. El 75% de los casos se deben a no disyunción meiótica y, por lo tanto, muestran unatrisomía regular con la consiguiente influencia de la edad materna; el 20% se debe a la presencia de unatranslocación robertsoniana, fundamentalmente t(13q14q) en uno de los padres, y el resto es causado portranslocaciones de novo. En alrededor del 5% de los casos existe mosaicismo.

Monosomías: pérdida de un cromosoma.

Aneuploidías sexuales:

Síndrome de Klinefelter, XXY :

El síndrome de Klinefelter puede definirse como varones con hipogonadismo que poseen como mínimo doscromosomas X y uno Y. La incidencia es de uno de cada 1.000 varones recién nacidos. Es la causa másfrecuente de hipogonadismo y esterilidad en varones (10%). En general son de elevada estatura, presentanhipoplasia testicular y producen concentraciones bajas de testosterona, con lo que el desarrollo de los rasgossexuales secundarios es escaso, apareciendo ginecomastia en el 40% de los casos. El coeficiente intelectual esalgo inferior al normal. El cariotipo es 47,XXY, siendo raras las anomalías estructurales, y en el 10% de loscasos se detectan mosaicismos. Se describen también polisomías X (48,XXXY o 49,XXXXY) que puedenformar parte de mosaicos con líneas normales de 46,XY o 47,XXY. El cromosoma X extra es de origenmaterno en el 60% de los casos y se produce por ausencia de disyunción en la división meiótica.

Síndrome de Turner, XO :

Turner describió un síndrome en mujeres de talla baja (130−150 cm), con disgenesia gonadal, Pterygium colliy Cubitus valgus. Manifestaciones clínicas frecuentes son amenorrea primaria, linfedema en las reciénnacidas, coartación aórtica y acortamiento del cuarto metacarpiano. El desarrollo intelectual es normal en lamayoría de las pacientes. Las manifestaciones clínicas son variables debido a que el síndrome englobaalteraciones distintas en el cariotipo, siendo la más típica (40−60% de los casos) la monosomía delcromosoma X (45,X). Otras alteraciones incluyen: 46,X,i(Xq) isocromosoma de brazos largos, que suponeuna monosomía para los cortos y una trisomía para los largos; 46,X,del Xp, deleción de brazos cortos;46,X,del Xq, deleción de brazos largos, y otras alteraciones estructurales del cromosoma X, como uncromosoma X en anillo 46,X,r(X), 46,X,i(Xp) isocromosoma de brazos cortos, translocaciones delcromosoma X a un autosoma e inversiones. Los mosaicismos son también frecuentes.

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2) Alteraciones estructurales :

Las alteraciones estructurales son muy variadas y sus efectos son más complejos. Afectan a varioscromosomas. A continuación se muestran algunas de las causas de estas alteraciones

−Delecciones:

Las roturas cromosómicas pueden producir la pérdida de parte de un cromosoma. Si la parte que se pierde esgrande, la situación es incompatible con la vida. La mayoría de las deleciones ocurren de novo y alrededor del15% se deben a un reordenamiento equilibrado en uno de los padres, con lo que estas deleciones representanuna monosomía o trisomía parciales; las deleciones verdaderas constituyen el 85% de los casos. Algunos delos fenotipos se asocian a una región cromosómica específica; uno de los más típicos es el síndrome delmaullido de gato, que se asocia a una deleción en el cromosoma 5: del(5)(p15pter).

−Duplicaciones: repetición de un segmento del cromosoma.

−Translocaciones:

Las translocaciones recíprocas son bastante frecuentes, calculándose que uno de cada 1.000 individuos esportador de una translocación equilibrada recíproca, la cual puede dar lugar, en la meiosis, a gametosduplicados o delecionados, a gametos normales y a gametos equilibrados, iguales a los originales. Un tipoparticular de translocaciones lo constituyen las robertsonianas, cuya relación con los síndromes de Down y dePatau les confiere una mayor relevancia clínica. El origen de las translocaciones está en la fusión céntrica dedos cromosomas acrocéntricos, de forma que quedan los dos brazos largos unidos entre sí, mientras que losdos cortos se pierden sin aparente repercusión clínica.

−Inversiones: cambio de orden del segmento de un cromosoma.

−Cambios robertsonianos:

Fisión: fragmentación del cromosoma.

Fusión: unión de dos cromosomas acrocéntricos en uno solo.

−Lugares cromosómicos frágiles:

Síndrome del cromosoma X frágil

El síndrome del cromosoma X frágil se transmite como un trastorno mendeliano de tipo dominante ligado alcromosoma X, con una penetrancia incompleta (80% para varones y 30% para mujeres) y una expresividadvariable. El grado de afectación clínica es muy variable, siendo la tríada más característica el retraso mental,la facies dismórfica y el macrorquidismo en varones. El nombre del síndrome se debe a que los individuosafectos muestran una fragilidad citogenética en el cromosoma X, en la banda Xq27.3, cuando se exponen lascélulas a condiciones de cultivo pobres en ácido fólico. Dicho punto frágil se denomina FRAXA (retrasomental ligado al cromosoma X frágil tipo A). La alteración molecular responsable del síndrome delcromosoma X frágil, afecta a un gen, al que se ha denominado FMR−1.

8)

1− ¿Cuáles son, a tu juicio, los puntos fuertes y débiles de cada una de la hipótesis planteadas?

Una de las hipótesis plantea al DNA como molécula precursora de todo organismo vivo, esto se puede

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fundamentar en el hecho de que en esta macromolécula es donde se almacena el código genético y es la quedetermina la síntesis de las enzimas proteicas necesarias para el metabolismo y consecuentemente, para lavida. Sin embargo, no se pudo establecer qué habría surgido primero , las proteínas o los ácidos nucleicos, yaque la existencia del DNA es primordial pero las proteínas son las que mediante las enzimas mantienen lasreacciones metabólicas claves para la materia viva. Es así como surgió la teoría del RNA ya que este posee lacapacidad de replicarse y ejecutar las instrucciones, o sea este hubiera contado con capacidad de replicarse sinayuda de proteínas y capacidad de catalizar cada etapa de la síntesis proteica, facultades de las que hoy carece,habría podido existir un mundo de ARN donde éste catalizara todas las reacciones necesarias para lasupervivencia y reproducción , contaba con la capacidad de unir aminoácidos y formar proteínas. También sehablo de que el ARN podía autorreplicarse sin la ayuda de proteínas, es decir, se autofragmentaba en dos yposteriormente se volvía a unir, actuando de gen y catalizador al mismo tiempo. De esta manera una moléculapequeña de RNA habría dirigido la síntesis de los primeros péptidos y supuestamente estos péptidos ayudaríanque este proceso de autorreplicación se realizara de manera más eficiente. Es así como más tarde el RNAsufrió modificaciones que le permitió dirigir la síntesis de una molécula de ácidos nucleico más activa yestable, dio origen al ADN, molécula que en la actualidad es la principal depositaria de la informaciónhereditaria. Esta hipótesis es totalmente factible bajo las bases planteadas pero en esta teoría la falla es laincógnita del origen del ARN,¿Cómo se originó el primer ARN?. Pues bien, acerca de este tema existen variasteorías pero problema persiste ya que no se han podido comprobar experimentalmente, por lo tanto no sepueden dar como ciertas.

Esto se debe fundamentalmente a que la macromolécula ARN pese a que fue recibida con mucha alegría porlos evolucionistas prebióticos porque daba esperanza de disminuir la necesidad de fabricar proteínas en laprimera célula. La misma fue llamada "ribozima" y probó ser incapaz de responder a la situación debido a dosfactores: ella esta muy limitada porque no es capaz de producir los precursores de ARN por cualquiermecanismo prebiótico considerado hasta ahora .

La ribozima pretende resolver:

1) Mientras que una ribosa puede ser producida bajo las condiciones pre−bioticas simuladas a través de lareacción de formosa, esta es un azucar raro en los polímeros de formaldeído (mecanismo pre−biotico que seacredita dar origen a los azucares). A demás de la prersencia de sustancias de nitrogeno dichos aminoácidosen la mezcla de reacción podrian prevenir la sintesis de azucares (Shapiro, 1988).

2) Cuando una ribosa es producida y condensada con una base nucleotica, tenemos una mexcla de isomerosópticos, y por lo tanto solo uno es relevante a los estudios pre−bioticos.

3) La polimerización de los nucleotidos es inhibida por la incorporación de tal enantiomorfo.

4) Mientras que solo los polimeros 3'−5' ocurren en los sistemas biologicos, polimeros 5'−5' y 2'−5' sonfavorecidos en las reacciones sinteticas de tipo prebiológico (Joyce and Orgel, 1993).

5) Ninguna de las 5 bases presentes en DNA/RNA son producidas durante la oligomerización HCN ensoluciones diluidas (el mecanismo pre−biotico que se cree que dió origen a las bases nucleotídicas). Muchasotras bases no codificadoras competirian durante la polimerización en mayores concentraciones de HCN.

Además de los problemas de síntesis de los precursores y de las reacciones de polimerización, todo elbosquejo depende en la habilidad para sintetizar una molécula de RNA la cual es capaz de hacer una copia desi misma, una hazaña que hasta ahora ha eludido esfuerzos extremados. La molécula debe también realizaralguna función vital para iniciar la fuerza de la vida. Hasta ahora toda esta conversación de un " Mundo deRNA" permanece en nuestros deseos mejor categorizada como ficción. El punto más desbastador de esteesquema es que no ofrece pistas de como llegar desde este bosquejo del mecanismo de las proteínas deADN−ARN de todas las células vivas. El hecho de que algunos científicos deciden exhibir tal entusiasmo por

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este esquema, revela que poca fe tienen en los otros escenarios del origen de la vida.

2− ¿ Qué relaciones puedes establecer entre el mecanismo de reproducción del virus del sida, cuyo materialgenético es ácido ribonucleico y la hipótesis del RNA?

Primeramente debemos indicar que todos los genomas de retrovirus, de 10 Kb aproximadamente, consistenen dos moléculas de RNA, las cuales son de cadena simple y sentido positivo. Además poseen un cap en 5' yuna cola de poly−A en 3'. Los retrovirus tienen cuatro propiedades:

−Son los únicos virus realmente diploides.−Son los únicos virus RNA cuyo genoma es producido por la maquinaria transcripcional de la célula.−Son los únicos virus cuyo genoma requiere un tRNA para la replicación.−Son los únicos RNA de sentido (+) cuyo genoma no funciona como mRNA directamente después de lainfección.

El RNA es la parte del VIH que puede hacer que se produzca más virus.

Los Retrovirus

El Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH) es un "Retrovirus". Los retrovirus son una familia de virusARN (familia retroviridae), capaces de integrarse ("unirse") en el genoma de la célula (ADN de la célula) queinfectan. Esta integración la realizan en forma de ADN, y desde el genoma de la célula infectada dirigen sureplicación (multiplicación).

Si los retrovirus contienen ARN y se integran como ADN, antes de la integración (unión) tendrán queconvertir el ARN en ADN. De hecho, la propiedad fundamental de su replicación es la transcripción inversa,es decir, la formación de ADN a partir de ARN; de ahí la denominación de retrovirus (retrotranscripción).

Este fenómeno se produce en el citoplasma celular por acción de la enzima viral transcriptasa inversa oretrotranscriptasa. Cuando el ARN viral se ha convertido en un ADN ya se encuentra en condiciones depenetrar en el núcleo celular y de integrarse en su genoma.

Cuando un retrovirus infecta a una célula huésped, el ARN retroviral se convierte en ADN por acción de latranscriptasa inversa. El ADN retroviral (provirus) se integra en el genoma de la célula infectada y desde estaposición, y a través de diversos ARN mensajeros codificados por los diferentes genes, va a dirigir la síntesisde nuevos elementos virales. Estos elementos se ensamblan ("se unen") y abandonan la célula huésped

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adquiriendo de la misma parte de la envoltura, generando un nuevo virion.

Por las características dadas de la definición del VIH podemos concluir con respecto del ARN que en ambostienen una ordenación codificada las cuales le da su ordenamiento de activación, ambas se integran a lascélulas como ADN , la transcripción es por medio de un enzimas. Son monocatenario al igual que el ARN . ElVIH y el ARN se integra en el genoma celular lo hace de por vida y permanecerá integrado mientras la célulaesté viva.

Concluimos que el VIH es capaz de revertir el sentido de flujo normal de información genética, es decir, laque va de la molécula de ADN a la de ARN, como ocurre en la síntesis de proteínas común. El materialgenético de los retrovirus no es el ADN, si no que es el ARN, a partir del cual es capaz de sintetizar moléculasde ADN, mediante la acción de una enzima que contiene el virus, llamada retrotranscriptasa. El ADN víricosintetizado es capaz de incorporarse en el ADN de la células que infecta y desde allí dirigir las operacionespara producir nuevos virus.

Análisis de la hipótesis ARN y VIH:

Hipótesis ARN VIH

Intermediario de la información genética del ADN ycomo enzima.

También transmite su información genética alADN.

Tuvo capacidades de autoduplicarse. Es capaz de autoduplicarse

Rápido proceso de autoduplicación Rápido proceso de autoduplicación.

Permanece en la célula hasta su muerte Permanece en la célula hasta su muerte

3− ¿ Por qué no resulta sencilla la investigación científica que permite evaluar la hipótesis del RNA?

La investigación científica no resulta sencilla por el hecho de que para comprobar esta hipótesis se requierecrear un ambiente idéntico al que generaría la macromolécula de RNA.

Hay que tomar en cuenta que todos los intentos experimentales de formar las cadenas tanto del ADN como delARN, en condiciones supuestamente similares a la Tierra primitiva, han fracasado. El "mundo pre−ARN" delque se viene hablando en los últimos años, y que explicaría en definitiva el comienzo de una actividadpropiamente biológica, no pasa de ser más que un mundo complejo y enigmático, entramado a base desuposiciones y conjeturas de muy difícil solución.

4− ¿ Qué beneficios tiene para la sociedad conocer la macromolécula responsable para el origen de la vida?

La cantidad de teorías existentes demuestran que el misterio del origen de la vida sobre la Tierra, aun en elpresente, con todos los adelantos en la ciencia, sigue siendo tan difícil de entender como lo fue para losprimeros hombres que se cuestionaron sobre el tema. Sin embargo, las investigaciones continúan y el hombreno se dará por vencido hasta que resuelva el problema.

La aspiración de explicar de modo coherente el problema del origen de la vida es no sólo un reto apasionante,sino también una aventura en sí misma legítima. Pero querer hacerlo partiendo sólo de planteamientoscientíficos, es, hoy por hoy −y lo ha sido a lo largo de la historia reciente−, una de las mayores utopías quepuede pretender el hombre moderno.

El origen de la vida sigue siendo, después de todo, un misterio rodeado, eso sí, de un buen número defantásticos escenarios virtuales. Es cierto, a la vez, que las investigaciones realizadas hasta la fecha haninducido importantes avances en numerosos campos de investigación. En este sentido, cabe esperar que labúsqueda de los orígenes de la vida contribuya a conocerla mejor.

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Su generalidad como molécula es múltiple, pero también es una amenaza para la sociedad.

El tratar de investigarla cada vez más nos ha traído muchos problemas ,como también muchas beneficios. Elconocerla nos da la posibilidad de imaginar como fue la combinación de nuestros progenitores, cual fue el quemas domino, que gen recesivo participo, etc. hay tantas preguntas envase a esta macromolécula que es muyinteresante conocerla. La sociedad tiene una gran confianza en esta macromolécula , ya que se cree que alintervenirla o al cambiar su estructuración puede ser la solución de las enfermedades hereditarias.

CONCLUSIÓN

La información que los progenitores transmiten a sus descendientes se halla en los grandes ácidos nucleicos,los cuales son los depósitos de información genética.

El ADN se localiza fundamentalmente en el núcleo (cromosomas), pero también se le encuentra en pequeñascantidades en mitocondrias y cloroplastos. Y en células procariontes dispersa en el citoplasma por carencia denúcleo.

Los ácidos nucleicos están formados por una pentosa, ácido fosfórico y bases púricas (adenina y guanina) ypirimídicas (timina , citosina y uracilo).

En general, la información del ácido desoxirribonucleico (ADN) se transcribe en los ácidos ribonucleicos(ARN), y éstos participan en la traducción en proteínas, es decir, de la siguiente manera:

ADN ARN PROTEÍNAS

De tal manera que el ADN contiene el original de la información hereditaria, y el ARN es una especie decopia de la información que existe en el ADN. Por lo tanto, encontramos ARN formando parte de la estructurade los organelos celulares que fabrican proteínas, los cuales son los ribosomas.

Las anomalías genéticas hereditarias producen las llamadas enfermedades cromosómicas, las cuales sonalteraciones del código genético, algunas veces, se deben a condiciones ambientales nocivas, como porejemplo habitar en zonas agrícolas, las cuales se encuentran constantemente expuestas a pesticidas nocivospara la salud.

BIBLIOGRAFÍA

Santillana biología III Y IV medio plan electivo

Pág. 24 y material ADN y ARN.

Encarta 2001− ácidos nucleicos

Biología General Claude Ville 8° ed.

Capítulo II

Anatomía y Fisiología − Enfermedades Código Genético

Específica de Biología

Universidad Católica

31

Biología General Elena Curtis

Biología Molecular Robertis

Capítulo II

www.geocities.com− biología − genética

www.google.com. Síntesis de proteínas

www.arrakis.com. ADN y ARN

CD− Medicina interna − anomalías

Ferreras

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