Unidad Didáctica: Genética molecular y reproducción celular Propuesta Didáctica: El ADN, más que un hilo conductor

- Genética molecular y biotecnología
- De Mendel a la genética molecular
- El ADN: relación entre compoisición, estructura y función
- La transmisión de la información genética
- Todos nos equivocamos
- Jugando con el ADN
- Créditos

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# De Mendel a la genética molecular

## Objetivos

En esta parte de la unidad aprenderás algunos hechos importantes sobre el proceso histórico que llevó al descubrimiento del papel del ADN en la transmisión de la información genética y conocerás algunos de los experimentos clásicos de la historia de la Biología, relacionados con este descubrimiento. Se espera que estas actividades te ayuden a comprender que el conocimiento científico es el resultado del trabajo cooperativo y complementario de diferentes grupos de científicos y la importancia de que los resultados de cada investigación sean conocidos por el resto de la comunidad científica.

## Del color de los guisantes a los cromosomas

El primer científico que tuvo cierto éxito al tratar de explicar cómo se transmiten las características genéticas de una generación a otra fue Mendel. Sin embargo, este investigador no tenía ninguna idea de cuál podía ser la base física del mecanismo de transmisión cuyo funcionamiento explicó. A lo largo de los siglos XIX y XX se fueron acumulando las evidencias que demostraban que los cromosomas, observados en el interior de las células durante algunas partes de su vida, tenían un papel importante en la reproducción.

A continuación tienes un texto (en inglés) sobre la historia del proceso de investigación científica que llevó desde las ideas de Mendel hasta el concepto actual de gen. Léelo atentamente y responde a las preguntas que se plantean a continuación:

- ¿En qué se diferenciaba la idea de los caracteres heredables propuesta por Mendel y la defendida por Darwin? ¿Quién estaba más cerca de tener razón?
- ¿Quién relacionó el comportamiento de los cromosomas durante la formación de los gametos con las ideas de Mendel?
- ¿Qué descubrió Walther Flemming?
- ¿Cómo pudo Boveri descubrir la meiosis? (qué tipo de organismo observó, qué ventajas tenía, qué hizo posible observar el mecanismo...)
- ¿Quién proporcionó por primera vez una explicación, basada en los procesos que tienen lugar en las células, para las leyes de Mendel?
- Analicemos el experimento de Morgan que le permitió comprobar experimentalmente la teoría cromosómica de la herencia:
  - ¿Con qué organismo trabajaba Morgan? ¿Cómo está determinado el sexo en este animal?
  - ¿Qué mutación descubrió Morgan? Descríbela señalando el fenotipo que provoca, su determinación genética y características de su trasmisión, de acuerdo con lo que ya sabes de genética mendeliana.
  - ¿Qué cruzamiento producía en ocasiones resultados anómalos, aparentemente incompatibles con la teoría cromosómica? Escríbelo utilizando la notación correcta.
  - ¿Qué error genético presentaban las moscas que parecían no responder a la teoría cromosómica? Escribe correctamente su genotipo y trata de escribir el cruzamiento que puede dar lugar a su nacimiento, teniendo en cuenta que es un cruzamiento en el que interviene un número anormal de cromosomas.
  - ¿Por qué el experimento de Morgan confirmó que las características genéticas se encuentran localizadas en los cromosomas?

## El ADN, la molécula de la herencia

Desde el siglo XIX los investigadores sabían que el ADN era una molécula que parecía tener una gran importancia en la vida de la célula, pero se desconocía cuál era su papel. En 1928 Frederick Griffith realizó un famoso experimento que demostró que el ADN interviene en los procesos de transmisión de la información genética. A continuación tienes una animación que muestra ese experimento. Obsérvala y contesta a las siguientes preguntas sobre ella:

- Haz una tabla que resuma el experimento, describiendo las pruebas realizadas por Griffith (qué inyectaron en cada caso y cuáles fueron los resultados que obtuvieron al hacerlo).
- ¿Qué demuestra explícitamente este experimento? Es decir, ¿cuál es la conclusión inmediata que pudo obtener Griffith de su experimento?
- ¿Demuestra el trabajo de Griffith que el ADN es el responsable de este resultado?¿Por qué?

## El experimento de Hersey y Chase

Algunos años más tarde, en 1952, cuando ya se conocía la estructura de la molécula de ADN, Alfred Hersey y Martha Chase diseñaron un nuevo experimento que confirmó el papel del ADN en la transmisión de la información genética. Observa la siguiente animación sobre dicho experimento y contesta a las preguntas correspondientes.

- Hersey y Chase utilizaron un fago o bacteriófago para realizar sus experimentos. ¿Qué es un fago?
- ¿Qué ventajas crees que tiene utilizar un fago en lugar de cualquier otro sistema biológico?
- En el experimento, los dos investigadores marcaron radiactivamente el fago, lo que les permitía observar la presencia de las sustancias que habían marcado. ¿Por qué utilizaron dos isótopos radiactivos para marcar los virus? ¿Qué consiguieron al utilizar el azufre y el fósforo?
- ¿Por qué los resultados del experimento de Hersey y Chase demuestran que el ADN transmite la información genética?

## Pero, ¿qué es un gen?

Hasta el momento hemos observado que el ADN, una molécula que está presente en todas las células y en los virus, pasa de una generación de células a las siguientes, y que su presencia proporciona a los organismos ciertas características que pueden pasar de unas células a otras. Pero un organismo vivo tiene muchas características hereditables, desde luego muchas más que moléculas de ADN hay en su núcleo. ¿Qué relación hay, entonces, entre las moléculas de ADN y cada una de esas unidades de información necesarias para determinar las diferentes características, a las que llamamos genes?

A continuación tienes un texto que puedes encontrar en el blog "La Ciencia y sus Demonios" en el que se describe el desarrollo de una teoría clásica en la genética que te ayudará a entender esto. Se llama la hipótesis "un gen, una proteína". Lee el artículo y contesta a las siguientes preguntas Ten en cuenta la siguiente información:

Una "ruta metabólica" es un conjunto de reacciones químicas coordinadas que ocurren en el interior de una célula y que da lugar a la obtención de algún producto necesario para el funcionamiento celular. Las reacciones químicas de una ruta metabólica están catalizadas por proteínas específicas llamadas enzimas, es decir, que esas enzimas controlan la velocidad con la que ocurren las reacciones. Eso significa que para que ocurra cada reacción la célula necesita tener la enzima (la proteína) que la cataliza.

- Beadle y Tatum provocaron mutaciones en el hongo que utilizaron como sistema experimental (Neurospora crassa). ¿Qué es una mutación? ¿A qué tipo de molécula afecta?
- Los mutantes obtenidos por estos autores tenían afectadas las rutas metabólicas. ¿Confirma esto la hipótesis de que el ADN es el portador de la información genética?
- Los investigadores pusieron a los mutantes a crecer en varios medios de cultivo. ¿Cuáles de ellos les servían de control en el experimento? (utilizaron dos controles: uno negativo y otro positivo).
- ¿Qué relación entre mutantes y rutas metabólicas descubrieron Beadle y Tatum con este experimento?
- ¿Cuál fue la conclusión que se obtuvo de este experimento?
- ¿Quién descubrió que la relación entre el ADN y la proteína era "informacional"? ¿Por qué llegó a esta conclusión?

## Cuestión de escala

Ahora sabemos que tenemos un gran número de genes, mientras que el número de cromosomas es bastante pequeño, de modo que cada gen debe corresponder solo a un fragmento de cromosoma. Se puede calcular que un gen tiene un tamaño medio de unos 20.000 a 30.000 nucleótidos, mientras que el tamaño de un cromosoma humano "medio" puede ser aproximadamente de unos 150.000.000 de nucleótidos.

- Teniendo eso en cuenta, ¿cuántos genes podría contener, por término medio, un cromosoma humano?
- Para comparar los tamaños de un gen y de un cromosoma vamos a suponer que un gen de 30.000 nucleótidos mide 15 cm, aproximadamente el tamaño de un lápiz. ¿Cuánto mediría entonces un cromosoma de tamaño medio? ¿Con qué objeto podrías compararlo para hacerte una idea de su tamaño?
- En la molécula real, los nucleótidos que forman el ADN están separados entre sí por una distancia de 0,34 nm . ¿Cuánto mide, en realidad, un cromosoma "medio" formado por esos 150.000.000 de nucleótidos?
- Sin embargo, debido a su pequeño diámetro, los cromosomas no pueden observarse con el microscopio óptico salvo durante la división celular, momento en el que están muy enrollados, lo que los hace mucho más gruesos y cortos. En este momento, el tamaño medio de un cromosoma es de unos 4μm. Antes has calculado el tamaño que tendría un cromosoma si un gen midiera unos 10 cm. Manteniendo esa misma proporción, ¿qué longitud tendría un cromosoma una vez contraído para dividirse? ¿Con qué objeto lo podrías comparar?

Completa la siguiente tabla con los datos que has calculado

| Nº nucleótidos | Longitud real | Longitud en el modelo
Gen | ≈ 30.000 |  | 15 cm
Cromosoma no condensado | ≈ 150.000.000 |  |
Cromosoma condensado |  |

## Algo más que genes

En realidad, nuestros cromosomas no solo están formados por genes. Nuestro genoma incluye entre 20.000 y 25.000 genes que dan lugar a proteínas, lo que deja una buena proporción de los cromosomas ocupados por ADN con otras funciones distintas, en algunos casos conocidas pero en otros aún sin identificar. La proporción de los distintos tipos de ADN en el genoma humano es la que se recoge en el siguiente esquema:

Utiliza los datos del esquema para representar el porcentaje de cada tipo de ADN sobre el siguiente esquema simplificado y graduado de un cromosoma.

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