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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# El ADN: relación entre compoisición, estructura y función

## Objetivos

Con esta parte de la unidad se espera que conozcas la estructura de la molécula de ADN y que seas capaz de relacionar esa estructura con sus características químicas y con las funciones que realiza esa molécula en la utilización y la transmisión de la información genética.

## Descifrando la estructura

A partir de los años 40' del siglo XX, cuando ya se sabía que el ADN era la molécula responsable de llevar la información genética, se desató una especie de competición científica por descubrir cuál era la estructura de esta molécula, es decir, la forma en la que están ordenados sus componentes en el espacio.

Se conocían algunos datos de esa estructura, que no hacían más que confundir a los investigadores. Por ejemplo, Erwin Chargaff había descubierto en 1950 una extraña proporción que cumplían las moléculas de todos los organismos vivos: la cantidad de Adenina (uno de los componentes del ADN) siempre era igual que la de Timina, mientras que la cantidad de Citosina era siempre la misma que la de Guanina. Estas reglas parecían limitar las posibilidades ordenación de los elementos dentro de la molécula de ADN. Por otra parte, Rosalind Franklin había conseguido hacer una famosa fotografía (la fotografía 51) utilizando la técnica de difracción de rayos X que demostraba que la molécula de ADN tiene una estructura geométrica regular, concretamente forma helicoidal.

A continuación tienes algunos vídeos sobre este tema. En el primero se explican las reglas de Chargaff, mientras que en el segundo Francis Crick, uno de los investigadores que consiguieron establecer cuál era la estructura del ADN. Observa los vídeos y trata de responder a las siguientes preguntas:

- ¿Consigue explicar el modelo de estructura de Watson y Crick la fotografía 51? ¿Cómo?
- ¿Explica las reglas de Chargaff? ¿Cuál es el elemento del modelo que lo explica?
- Watson y Crick presentaron sus resultados en un artículo que no llegaba a las tres páginas, por el que recibieron el premio Nobel. En su artículo afirmaban que su modelo permitía explicar el modo en que la información de una molécula de ADN puede dar lugar a otra idéntica a ella. ¿Puedes proponer tú un mecanismo que lo explique?

Las reglas de Chargaff en una animación del DNA Learning Center.

Y ahora, Francis Crick hablando de su descubrimiento, también para el DNA Learning Center.

## Un pequeño paso para el hombre...

...pero un gran salto para la humanidad.

Esa fue la frase que pronunció Neil Armstrong cuando pisó la Luna por primera vez, pero también podría haberse escrito al pie del artículo de la revista Nature en el que Watson y Crick proponían una estructura para explicar la molécula del ADN. Si quieres, puedes leer el artículo original en inglés en esta página de Nature, pero también puedes leerlo traducido en la página de BioXeo. De cualquiera de las dos formas, léelo y contesta a las siguientes preguntas:

- ¿Qué otras estructuras habían sido propuestas para la molécula de ADN antes de que Watson y Crick publicaran su trabajo?
- Describe el modelo de ADN tal y como lo hacen estos autores, pero utilizando tu propio lenguaje: qué elementos forman la molécula, cómo están ordenados en el espacio...
- ¿Cuál es, según los autores, el aspecto más original de su modelo, respecto a los otros propuestos?

## Modelo de ADN

Construye tu propio modelo de ADN en papel siguiendo las instrucciones que tienes en el siguiente archivo, que puedes descargar desde el sitio web del Protein Data Bank.

## El ADN "se expresa"

En el lenguaje habitual decimos que alguien "se expresa" para indicar que "manifiesta lo que quiere decir". En biología hablamos de que la información genética "se expresa" para decir que se hace funcional, que sus instrucciones se ponen en funcionamiento en la célula.

Los elementos que realizan la mayor parte de las funciones celulares son las proteínas. Como ya hemos visto, hay una relación entre genes y proteínas, de forma que cada gen da lugar a una proteína. El proceso mediante el cual la información genética "se expresa", esto es, "manifiesta lo que quiere decir" recibe el nombre de traducción.

Sin embargo, el ADN no es utilizado directamente en el proceso de producción de una proteína. Antes de traducirse, el ADN se copia a sí mismo en una molécula parecida, el ARN. El conjunto de los que permiten que la información almacenada en el ADN "se manifieste" mediante la producción de una proteína recibe el nombre de dogma central de la biología molecular, y puedes verlo en la siguiente animación del DNA Learning Center.

- ¿Qué nombre recibe el proceso mediante el cual el ADN se copia para dar lugar a una molécula de ARN?
- ¿Qué relación existe entre la molécula de ARN formada en este proceso y la que le sirve de molde?
- ¿Qué le ocurre a esta molécula de ARN antes de ser utilizada para producir una proteína?
- ¿Cómo se llama el proceso mediante el cual la molécula de ARN da lugar a una molécula de proteína?
- ¿En qué orgánulo de la célula tiene lugar este proceso?

## Del lenguaje del ADN al lenguaje de las proteínas

El problema de transferir la información de los ácidos nucleicos a las proteínas es que los dos tipos de moléculas utilizan "lenguajes" distintos (lo que explica el nombre del proceso". Los ácidos nucleicos la traducción es que el ADN contiene la información mediante un "lenguaje" con cuatro caracteres, los diferentes nucleótidos que lo forman, mientras que las proteínas utilizan un lenguaje distinto, de veinte caracteres.

Los elementos de los ácidos nucleicos (los nucleótidos) y de las proteínas (los aminoácidos) pueden compararse con las "letras" de un lenguaje. Hay algunos lenguajes, los ideográficos como el jeroglífico egipcio o el chino, que utilizan un único carácter para designar cada concepto, pero la mayor parte de los idiomas son fonéticos: utilizan combinaciones de caracteres (palabras) .

Idioma ideográfico | Idioma fonético
| Serpiente Gusano

- Las proteínas utilizan un lenguaje "ideográfico", mientras que el lenguaje de los ácidos nucleicos es "fonético". Teniendo en cuenta esto, trata de seguir con la analogía y completar la siguiente tabla:

Lenguaje ordinario | "Lenguaje" genético
Lenguaje ideográfico | Proteínas
Ideograma |
Lenguaje fonético | Ácidos nucleicos
Palabra |
Letra |

- Hay dos diferencias significativas entre el lenguaje ordinario y el lenguaje genético. La primera es que el lenguaje genético utiliza un reducido número de "ideogramas": las proteínas utilizan solo veinte aminoácidos diferentes. La segunda diferencia es que las "palabras" tienen siempre el mismo número de letras. ¿Cuántas "letras" debería tener una "palabra" escrita en el lenguaje de los ácidos nucleicos para poder expresar todos los "ideogramas" de las proteínas?
- En la imagen del jeroglífico que tienes más arriba, un mismo ideograma corresponde a dos palabras. ¿A qué equivaldría eso en el "lenguaje genético"?

## El código genético

La relación entre los dos lenguajes tiene lugar mediante una "tabla de equivalencias" que se denomina "código genético". Para poder expresar los veinte aminoácidos de las proteínas, los nucleótidos deben leerse de tres en tres. Traduce el fragmento de ácido nucleico que tienes a continuación utilizando el código genético, que aparece en la animación de la Universidad de Utah.

## Extracción de ADN

Para terminar esta parte del tema, una práctica de laboratorio: puedes extraer ADN de una gran variedad de productos naturales utilizando "reactivos" y materiales que están al alcance de cualquiera. A continuación tienes un enlace al blog "Prácticas de Biología y Geología", donde utilizan la cebolla como material del que extraer el ADN, pero en internet puedes encontrar un gran número de variantes de este protocolo, adaptado a otras fuentes de ADN.

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