Conoer Ciencia - Vida y Reproducción VII

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Vida y ReproducciónVida y Reproducción

-Séptima Parte--Séptima Parte-

Enzimas, síntesis de proteínasEnzimas, síntesis de proteínas

¿Qué hacen las proteínas en una ¿Qué hacen las proteínas en una célula?célula?

En primer lugar, la mayor parte de En primer lugar, la mayor parte de las proteínas son enzimas.las proteínas son enzimas.

EnzimasEnzimas

Las enzimas son proteínas que Las enzimas son proteínas que separan o separan o unenunen a otras moléculas. a otras moléculas.

EnzimasEnzimas

Una enzima está a la espera de que Una enzima está a la espera de que lleguen moléculas adecuadas (sustrato).lleguen moléculas adecuadas (sustrato).

EnzimasEnzimas

La enzima junta a las pequeñas moléculas La enzima junta a las pequeñas moléculas y las combina en una nueva molécula.y las combina en una nueva molécula.

EnzimasEnzimas

La nueva molécula queda libre. La enzima La nueva molécula queda libre. La enzima permanece sin modificaciones durante permanece sin modificaciones durante este proceso.este proceso.

EnzimasEnzimas

De esta manera las enzimas digestivas De esta manera las enzimas digestivas rompen las grandes moléculas.rompen las grandes moléculas.

EnzimasEnzimas

Por ejemplo, varios tipos de enzimas Por ejemplo, varios tipos de enzimas separan a los azúcares de los separan a los azúcares de los polisacáridos.polisacáridos.

EnzimasEnzimas

Estas proteínas son muy importantes, ya Estas proteínas son muy importantes, ya que casi todas las reacciones químicas de que casi todas las reacciones químicas de los seres vivos entrañan la participación los seres vivos entrañan la participación de alguna enzima.de alguna enzima.

EnzimasEnzimas

Volvamos al Volvamos al ejemplo del ejemplo del plátano y el plátano y el chimpancé.chimpancé.

EnzimasEnzimas

Cuando las sustancias química suben por Cuando las sustancias química suben por las raíces del platanero las las raíces del platanero las enzimas enzimas de la de la planta las transforman en los planta las transforman en los constituyentes de un plátano.constituyentes de un plátano.

EnzimasEnzimas

Después cuando el chimpancé se come el Después cuando el chimpancé se come el plátano, las plátano, las enzimasenzimas de este primate de este primate digieren loa fruta y la transforman en digieren loa fruta y la transforman en parte del primate.parte del primate.

EnzimasEnzimas

Y lo mismo ocurre en E. Coli que tiene sus Y lo mismo ocurre en E. Coli que tiene sus propias enzimas.propias enzimas.

En otras palabras:En otras palabras:

En otras palabras:En otras palabras:

Un organismo está hecho por sus Un organismo está hecho por sus enzimas.enzimas.

EnzimasEnzimas

¿Y de dónde creen ustedes que surgen las ¿Y de dónde creen ustedes que surgen las enzimas?enzimas?

Genes y enzimasGenes y enzimas

La relación entre los genes y las enzimas La relación entre los genes y las enzimas se aclaró por primera vez en la década de se aclaró por primera vez en la década de 1940, gracias a los experimentos 1940, gracias a los experimentos realizados por realizados por George Beadle y Edward George Beadle y Edward Tatum.Tatum.


Beadle y Tatum descubrieron esto: Beadle y Tatum descubrieron esto: la la mutación de un solo gen origina la falta de mutación de un solo gen origina la falta de una sola enzima. una sola enzima. ¿Qué significa esto?¿Qué significa esto?


La función metabólica de los genes es la La función metabólica de los genes es la producción de enzimas, y cada gen es producción de enzimas, y cada gen es responsable de una sola enzima responsable de una sola enzima específica.específica.

En pocas palabras: En pocas palabras: ¡Un gen, una enzima!¡Un gen, una enzima!

El proceso de la herenciaEl proceso de la herencia

Bien, llegamos a 1940 y los biólogos aún Bien, llegamos a 1940 y los biólogos aún no tenían muy claro como se desarrollaba no tenían muy claro como se desarrollaba el proceso de la herencia.el proceso de la herencia.

El proceso de la herenciaEl proceso de la herencia

Creían que el material hereditario se Creían que el material hereditario se encontraba en las proteínas. ¡Y no era sí!encontraba en las proteínas. ¡Y no era sí!

Avery y el ADNAvery y el ADN

Oswald Avery Oswald Avery trabajaba en el trabajaba en el Hospital del Hospital del Instituto Instituto Rockefekker de NY.Rockefekker de NY.


En 1944, En 1944, Oswald Oswald AveryAvery descubre descubre que la herencia que la herencia está contenida en está contenida en el ADN.el ADN.


A los científicos de A los científicos de la época les la época les parecía muy raro parecía muy raro que la herencia que la herencia estuviese estuviese contenida en esa contenida en esa molécula. Pocos le molécula. Pocos le creyeron.creyeron.

ADNADN

Hasta hace poco, los científicos habían Hasta hace poco, los científicos habían prestado poca atención al ADN.prestado poca atención al ADN.

ADNADN

Sabían que contenía Sabían que contenía (1)(1) el azúcar el azúcar (desoxirribosa), (desoxirribosa), (2)(2) fosfatos y fosfatos y (3)(3) cuatro cuatro bases.bases.

BasesBases

A las cuatro bases se les conoce como A las cuatro bases se les conoce como A, A, C, G y T.C, G y T.

BasesBases

AdeninaAdenina TiminaTimina CitosinaCitosina GuaninaGuanina

BasesBases

Se supuso que Se supuso que estaban presentes estaban presentes en proporciones en proporciones iguales.iguales.

Sin embargo, después de Avery, los Sin embargo, después de Avery, los científicos comenzaron a estudiar más de científicos comenzaron a estudiar más de cerca el ADN.cerca el ADN.

ChargaffChargaff

Erwin ChargaffErwin Chargaff encontró dos cosas encontró dos cosas interesantes:interesantes:

ChargaffChargaff

1.1. La composición La composición de ADN varia de de ADN varia de una especie a otra.una especie a otra.

ChargaffChargaff

2.2. En cualquier En cualquier ADN el número de ADN el número de las las A A es el mismo es el mismo que el de lasque el de las T T......

ChargaffChargaff

Del mismo modo, Del mismo modo, el número de las el número de las CC es igual al número es igual al número de las de las GG......

FranklinFranklin

Estudiando Estudiando radiografías de radiografías de ADN, ADN, Rosalind Rosalind FranklinFranklin pudo pudo demostrar que la demostrar que la molécula de ADN...molécula de ADN...

FranklinFranklin

...tiene la forma de ...tiene la forma de un sacacorchos o un sacacorchos o un tirabuzón, con un tirabuzón, con dos o tres cadenas.dos o tres cadenas.

FranklinFranklin

Pero, ¿eran dos o Pero, ¿eran dos o tres cadenas?tres cadenas?

Watson y CrickWatson y Crick

En 1952, En 1952, James Watson y Francis CrickJames Watson y Francis Crick solucionaron el enigma.solucionaron el enigma.


Jugando con átomos en modelos a escala, Jugando con átomos en modelos a escala, observaron que...observaron que...


La adenina se ajusta a la timina, al tiempo La adenina se ajusta a la timina, al tiempo que la guanina se aparea naturalmente que la guanina se aparea naturalmente con la citosina. con la citosina.


Cada par de bases estaría unido por un Cada par de bases estaría unido por un puente de hidrógeno. puente de hidrógeno.


Resultó también evidente que A no se Resultó también evidente que A no se ajusta a C, ni la G lo hacia con la T.ajusta a C, ni la G lo hacia con la T.


Cada uno de estos Cada uno de estos pares es casi pares es casi plano. Watson y plano. Watson y Crick propusieron Crick propusieron aplicarlos uno aplicarlos uno sobre otro, a sobre otro, a manera de manera de escalones.escalones.


Dos tiras de fosfato Dos tiras de fosfato y azúcar se y azúcar se enroscarían enroscarían alrededor de las alrededor de las bases.bases.


Una complicación: las dos tiras se Una complicación: las dos tiras se enroscan en direcciones opuestas: los enroscan en direcciones opuestas: los azúcares de una de ellas están “de azúcares de una de ellas están “de cabeza”, en comparación con los de la cabeza”, en comparación con los de la otra tira.otra tira.


Este modelo explica la observación de Este modelo explica la observación de Chargaff: el número de las T es igual al Chargaff: el número de las T es igual al número de las A. ¡Estas dos bases siempre número de las A. ¡Estas dos bases siempre se aparean! se aparean!


Este es el principio de la Este es el principio de la complementariedad: cada base puede complementariedad: cada base puede aparearse sólo con otra, a la que se le da aparearse sólo con otra, a la que se le da el nombre de complemento.el nombre de complemento.


¡Watson y Crick ¡Watson y Crick habían resuelto el habían resuelto el caso! Escribieron:caso! Escribieron:


““El apareamiento El apareamiento nos hace pensar nos hace pensar inmediatamente en inmediatamente en un posible un posible mecanismo de mecanismo de copiado del copiado del material genético”material genético”

Funciones del genFunciones del gen

De hecho, esta es la clave de las funciones De hecho, esta es la clave de las funciones principales del gen:principales del gen:

La duplicaciónLa duplicación La síntesis de proteínasLa síntesis de proteínas

La duplicaciónLa duplicación

El copiado de genes, o duplicación del El copiado de genes, o duplicación del ADN, es sencillo en un principio.ADN, es sencillo en un principio.


Cada cadena de la doble hélice contiene la Cada cadena de la doble hélice contiene la información necesaria para la producción información necesaria para la producción de su cadena complementaria.de su cadena complementaria.


Cuando el ADN está listo para Cuando el ADN está listo para multiplicarse, se separan sus dos cadenas.multiplicarse, se separan sus dos cadenas.


A lo largo de cada una de ellas, se forma A lo largo de cada una de ellas, se forma una nueva cadena en la única manera una nueva cadena en la única manera posible:posible:


Y después se enroscan las dos copias del Y después se enroscan las dos copias del original.original.


En la práctica, el proceso de duplicación es En la práctica, el proceso de duplicación es bastante más complejo. La idea que bastante más complejo. La idea que tenemos es apenas un bosquejo.tenemos es apenas un bosquejo.


Por ejemplo, el desenroscamiento de las Por ejemplo, el desenroscamiento de las dos cadenas de la doble hélice se realiza a dos cadenas de la doble hélice se realiza a velocidades superiores a las 8 000 velocidades superiores a las 8 000 revoluciones por minuto. Todavía no se revoluciones por minuto. Todavía no se comprende bien como ocurre esto.comprende bien como ocurre esto.

Fabricación de proteínasFabricación de proteínas

Las enzimas y otras proteínas están Las enzimas y otras proteínas están presentes en muchas formas pero en un presentes en muchas formas pero en un aspecto importante todas se asemejan.aspecto importante todas se asemejan.


Si se desenrolla una proteína cualquiera, Si se desenrolla una proteína cualquiera, se encontrará que es simplemente una se encontrará que es simplemente una cadena de aminoácidos.cadena de aminoácidos.


Al soltar los extremos la proteína se Al soltar los extremos la proteína se plegará sobre si misma de nuevo debido a plegará sobre si misma de nuevo debido a la atracción mutua de sus componentes.la atracción mutua de sus componentes.


Es decir la secuencia determina la Es decir la secuencia determina la estructura.estructura.


Existe una relación entre los genes y las Existe una relación entre los genes y las proteínas.proteínas.


Ello hace pensar que la secuencia del ADN Ello hace pensar que la secuencia del ADN de alguna manera es paralela a la de alguna manera es paralela a la secuencia de la proteína.secuencia de la proteína.


La secuencia de los pares de bases ha de La secuencia de los pares de bases ha de considerarse como una serie de considerarse como una serie de “palabras”, por lo tanto la vida se escribe “palabras”, por lo tanto la vida se escribe con cuatro letras: con cuatro letras: A, T, C y G.A, T, C y G.


Estas “palabras” especifican el orden de Estas “palabras” especifican el orden de los aminoácidos en cada proteína.los aminoácidos en cada proteína.


Por lo tanto sólo hay que “traducir” las Por lo tanto sólo hay que “traducir” las palabras del ADN en aminoácidos, ¿cómo palabras del ADN en aminoácidos, ¿cómo se realiza esta “traducción”?se realiza esta “traducción”?


Aquí entra en acción el otro ácido Aquí entra en acción el otro ácido nucleico: el ARN (ácido ribonucleico).nucleico: el ARN (ácido ribonucleico).

El ARNEl ARN

El ARN se asemeja al ADN: una columna El ARN se asemeja al ADN: una columna vertebral de azúcares y fosfatos, a la cual vertebral de azúcares y fosfatos, a la cual se unen una serie de bases.se unen una serie de bases.

El ARNEl ARN

El azúcar es la ribosa en vez de la El azúcar es la ribosa en vez de la desoxirribosa. El ARN usualmente es de desoxirribosa. El ARN usualmente es de una sola cadena y es mucho más corto.una sola cadena y es mucho más corto.

El ARNEl ARN

El ARN tiene apenas de 50 a 1 000 El ARN tiene apenas de 50 a 1 000 nucleótidos, ¡en comparación con el millón nucleótidos, ¡en comparación con el millón o más del ADN!o más del ADN!

El ARNEl ARN

Finalmente, al tiempo que las bases A, C y Finalmente, al tiempo que las bases A, C y G del ADN se conservan en el ARN, este G del ADN se conservan en el ARN, este último tiene en lugar de la T otra base a la último tiene en lugar de la T otra base a la que se le da el nombre de que se le da el nombre de uracilouracilo (U). (U).

El ARNEl ARN

El cual, a semejanza de la timina, es El cual, a semejanza de la timina, es complementario con la adenina.complementario con la adenina.

ADN = A, T, C, GADN = A, T, C, G ARN = A, ARN = A, U,U, C, G C, G

¿Cómo funciona el ARN?¿Cómo funciona el ARN?

Primero tenemos una sección de ADN.Primero tenemos una sección de ADN.


La síntesis de proteínas comienza cuando La síntesis de proteínas comienza cuando se separa una región del ADN.se separa una región del ADN.


Y se inicia la formación de la molécula del Y se inicia la formación de la molécula del ARN a lo largo de una de las cadenas del ARN a lo largo de una de las cadenas del ADN.ADN.


El ARN se forma gracias a una enzima (la El ARN se forma gracias a una enzima (la polimerasa). Este proceso se llama polimerasa). Este proceso se llama transcripción.transcripción.


Este fenómeno ocurre en igual forma que Este fenómeno ocurre en igual forma que la duplicación del ADN...la duplicación del ADN...


Cada base de ARN es complementaria Cada base de ARN es complementaria respecto de la base correspondiente de respecto de la base correspondiente de ADN.ADN.


Este ARN recibe el nombre de ARN Este ARN recibe el nombre de ARN mensajero o ARNm, ya que transporta el mensajero o ARNm, ya que transporta el mensaje genético desde el ADN hasta la mensaje genético desde el ADN hasta la fabrica de proteínas.fabrica de proteínas.


Bien, entonces el ARNm es el mensajero, y Bien, entonces el ARNm es el mensajero, y ¿qué hay del mensaje?¿qué hay del mensaje?

CodónCodón

Las “palabras” del mensaje son tripletas Las “palabras” del mensaje son tripletas de bases:de bases:

A – G – UA – G – U A – C – A A – C – A Etc.Etc.

CodónCodón

El nombre técnico El nombre técnico para cada una de para cada una de estas tripletas es el estas tripletas es el de de codón.codón.

CodónCodón

Cada codón de tres Cada codón de tres bases corresponde bases corresponde a un solo a un solo aminoácido,aminoácido, y la y la cadena entera de cadena entera de ARNm codifica una ARNm codifica una proteína.proteína.

CodónCodón

1 codón (tres bases) = 1 aminoácido1 codón (tres bases) = 1 aminoácido

1 cadena de ARN1 cadena de ARN = 1 proteína (o varias = 1 proteína (o varias proteínas)proteínas)

¡Es algo semejante a un mensaje en ¡Es algo semejante a un mensaje en código!código!

NirenbergNirenberg

El desciframiento El desciframiento de este código de este código comenzó en 1961, comenzó en 1961, con los trabajos de con los trabajos de Marshall Nirenberg.Marshall Nirenberg.

NirenbergNirenberg

Empezó estudiando Empezó estudiando el uracilo, base que el uracilo, base que sólo se presenta en sólo se presenta en el ARN.el ARN.

NirenbergNirenberg

Descubrió que Descubrió que UUUUUU es el codón de la es el codón de la fenilalanina.fenilalanina.

NirenbergNirenberg

Fue el primer paso Fue el primer paso para crear para crear el el código genético.código genético.

El código genéticoEl código genético

Hay 64 codones posibles y 20 Hay 64 codones posibles y 20 aminoácidos. Hay señales de alto (stop), aminoácidos. Hay señales de alto (stop), estos codones no codifican a ningún estos codones no codifican a ningún aminoácido. Estos codones sirven para aminoácido. Estos codones sirven para terminar los mensajes.terminar los mensajes.

El ADNEl ADN

En resumen: el ADN tiene las instrucciones En resumen: el ADN tiene las instrucciones para crear proteínas, pero estas para crear proteínas, pero estas instrucciones están “en código”.instrucciones están “en código”.

El ARNEl ARN

Entonces el ARN entra en escena y Entonces el ARN entra en escena y “transcribe” el código y lo lleva los “transcribe” el código y lo lleva los ribosomas.ribosomas.

RibosomasRibosomas

Todas las células de los organismos vivos Todas las células de los organismos vivos contienen contienen ribosomas,ribosomas, que son pequeñas que son pequeñas estructuras distribuidas por todo el estructuras distribuidas por todo el citoplasma citoplasma

RibosomasRibosomas

Los ribosomas son el sitio donde se Los ribosomas son el sitio donde se fabrican las proteínas (síntesis de fabrican las proteínas (síntesis de proteínas), proteínas), hipótesis confirmada en 1955 hipótesis confirmada en 1955 por Paul Zamecnik.por Paul Zamecnik.

ProteínasProteínas

Cada proteína es creada mediante un Cada proteína es creada mediante un arreglo particular de los 20 aminoácidos arreglo particular de los 20 aminoácidos comunes.comunes.

ProteínasProteínas

Esto significa que para crear una Esto significa que para crear una combinación de tan sólo 6 aminoácidos, combinación de tan sólo 6 aminoácidos, ¡existen más de 100 millones de posibles ¡existen más de 100 millones de posibles combinaciones!combinaciones!

Finalmente: El ADN es el plano para Finalmente: El ADN es el plano para armar todas las partes armar todas las partes indispensables de la célula.indispensables de la célula.

http://learn.genetics.utah.edu/es/units/basics/transcribe/

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