Biologia Genetica
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Matthew Meselson y Franklin Stahl demostraron en 1958 la replicación semiconservativa del ADN usando E. coli cultivada en medios con nitrógeno pesado y normal, confirmando la hipótesis de Watson y Crick. Su experimento consistió en medir la densidad del ADN tras generaciones de cultivo, evidenciando que cada molécula de ADN contenía una hebra parental y una nueva. Este hallazgo fue crucial para entender la transmisión de información genética y marcó un hito en la biología molecular.
Biologia Genetica
- 1. Meselson y Stahl Nacidos respectívamente en 1930 y 1929, estos dos doctores descubrieron la replicación semiconservativa del ADN mediante un experimento muy bien reconocido. Cultivaron E. coli en un medio con 15 N, isótopo pesado del Nitrógeno. Despues de varias generaciones se midió la densidad del ADN bacteriano a traves de una centrifugación en gradiente de densidad con CsCl.Desde el punto de vista genético, la característica más sobresaliente de la hipótesis de Watson y Crick acerca de la estructura en doble hélice del ADN, era que las dos hebras del ADN eran complementarias, y que la replicación de cada una de ellas da lugar a dos moléculas de ADN dúplex, cada una de las cuales contiene una hebra del ADN progenitor. Es lo que denominamos replicación semiconservadora. Meselson y Stahl En (1958) demostraron que el DNA de E. coli se replica de forma semiconservativa, tal como habían propuesto Watson y Crick (1953) al elaborar el modelo molecular del DNA y tal como podía deducirse de los experimentos realizados previamente por Taylor (1957) sobre la síntesis de DNA en eucariotas. El experimento de Meselson y Stahl está basado en la variación de la densidad de flotación del DNA derivada de la utilización del isótopo pesado del nitrógeno (N15) y el análisis de dicha variación mediante la técnica de Ultracentrifugación en gradiente de Cloruro de Cesio. El experimento de Meselson-Stahl fue un experimento realizado en 1957 por Matthew Meselson y Franklin Stahl en el que se demostró que la replicación de ADN era semiconservadora. Una replicación semiconservadora es aquella en que la cadena de dos filamentos en hélice del ADN se replica de forma tal que cada una de las dos cadenas de ADN formadas consiste en un filamento proveniente de la hélice original y un filamento nuevo sintetizado. Hicieron crecer cultivos de E. Coli, en un medio con nitrógeno radiactivo N15; después de lavar, se dejó que continuara el crecimiento en un medio normal con N14. El momento adecuado, se añadió el ADN aislado a una solución densa de CsCl. Meselson y Stahl trabajaron con E. coli y demostraron que su ADN se replicaba por el mecanismo semiconservador propuesto por Watson y Crick: 1) Cultivaron E. coli (varias generaciones) en un medio cuya única fuente de N era NH4Cl marcado con el isótopo pesado N15. 2) Continuaron el cultivo de esas E. coli marcadas con N15 en un medio con N14-NH4Cl normal como única fuente de N (varias generaciones). 3) Extrajeron ADN de las muestras y determinaron la densidad de flotación por centrifugación en gradientes de densidad de CsCl. El tubo se colocó en una centrifuga, haciéndola funcionar a velocidades suficientemente altas como para producir la sedimentación parcial del CsCl, formándose un gradiente de densidad más denso en el fondo y menos denso arriba. En este gradiente, el ADN forma bandas en el nivel
- 2. donde tiene la misma densidad que la solución salina. Después de una generación de crecimiento en el medio normal el ADN aislado forma una banda que se encuentra a mitad de camino entre el punto de igual densidad para el ADN totalmente marcado con N15 y la posición esperada para el ADN liviano normal (N14). Después de una generación de crecimiento, entonces, cada molécula de ADN tenía una mitad vieja y una mitad nueva. Calentando el ADN para separar las cadenas y luego recentrifugandolas, se hizo evidente que las moléculas hibridas tenían una cadena de polinucleótidos parental (enteramente con N15) y otra recién sintetizada (completamente con N14). En otras palabras, el ADN se replica en forma semiconservativa. Modelo o hipotesis dispersora: Modelo o hipotesis conservadora: Modelo o hipotesissemiconservadora:
- 3. James Watson y Francis CrickTransformaron la biología con su descubrimiento del ADN en 1953, y dieron el primer paso para lo que serían después los avances del genoma humano y la clonación de organismos. Pero la historia de la doble hélice esconde mucho más que el trabajo arduo de dos científicos. La histeria de la Guerra Fría y el chauvinismo masculino también jugaron su papel. Ninguno de los dos científicos era biólogo. Watson, era un zoólogo estadounidense, mientras Crick era un físico inglés. Para 1951, ambos impetuosos, arrogantes y altamente competitivos, decidieron trabajar juntos en el Cavendish Laboratory (Cambridge, Inglaterra), para resolver uno de los problemas clave en la biología de aquella época: el ADN y su capacidad para codificar la información. Watson y Crick hicieron su mejor esfuerzo para no dejarse ganar la carrera por el famoso químico estadounidense Linus Pauling. La era del McCarthismo les compró tiempo. Pauling estaba a punto de abordar un avión a Inglaterra en mayo del 52 para lograr acceso a rayos X detallados del ADN, cuando el gobierno de Estados Unidos le retuvo el pasaporte argumentando sus actividades antiamericanas. Las imágenes de rayos X habían sido creadas por Maurice Wilkins y Rosalind Franklin. Estos científicos ayudaron a descifrar el código, pero su aversión mutua bloqueó la colaboración. Franklin, una de las pocas mujeres en investigación, fue tan relegada que decidió retirarse. Wilkins le mostró a Watson una de las imágenes del ADN de Franklin sin su aprobación y ese fue el momento de la iluminación: Watson se dio cuenta de que los patrones formados en cruz en la fotografía tenían que estar formados como una hélice. Así, conjuntamente con Crick, construyó un modelo de metal de dos hélices unidas entre sí por pares de cuatro moléculas. El reporte sobre el modelo en la publicación Nature, en 1953, dio a ambos, Watson y Crick, conjuntamente con Wilkins, el premio Nóbel de Medicina en 1962. Franklin, olvidada, murió de cáncer en 1958. Watson continúa su trabajo en el Cold Spring Harbor Laboratory en Long Island, Nueva York. Mientras Crick lleva a cabo investigaciones genéticas en el SalkInstitute en San Diego. En un artículo en Nature, de 1974, este científico escribió: "Más que creer que Watson y Crick hicieron la estructura del ADN, diría más bien que la estructura hizo a Watson y Crick". Johan Friedrich Miescher (1844 – 1895) Fue un biólogo suizo, fue el primero en descubrir lo que hoy llamamos ADN. Aisló varias moléculas ricas en fosfatos, a las cuales llamó nucleínas (actualmente ácidos nucleicos), a partir del
- 4. núcleo de los glóbulos blancos en 1869, preparando el camino para su identificación como los portadores de la información hereditaria, el ADN ( ácidodesoxirribnucleico). Este descubrimiento, que se publicó por primera vez en 1871, al principio no pareció relevante, hasta que AlbrechtKossel hizo sus primeras investigaciones en su estructura química. Miescher era estudiante de medicina y en el laboratorio de Hoppe-Seyler, su maestro, comenzó a analizar los restos de pus de los desechos quirúrgicos, aislando los núcleos de los glóbulos blancos y extrayendo una sustancia ácida y cargada de fósforo a la que denominó "nucleína" (hoy sabemos que esta sustancia es la nucleoproteína). Después de tratar las células con soluciones salinas, alcohol, soluciones ácidas y soluciones alcalinas, vio que las células tratadas con una solución salina daban un precipitado gelatinoso y que las células tratadas con una solución salina daban un precipitado cuando se acidificaba la solución. Miescher supuso que el precipitado podría estar asociado con el núcleo celular. Para ensayar esta posibilidad se dedicó a aislar núcleos. Cuando trato los núcleos aislados con una solución alcalina y luego la acidifico, observo un precipitado. El análisis de este precipitado mostró que se trataba de un material complejo que contenía entra otras cosas nitrógeno y fósforo. Las proporciones eran diferentes a cualquier otro material biológico estudiado por lo que concluyo que había aislado un componente biológico no descrito previamente, asociado casi exclusivamente con el núcleo. En 1874, Miescher, que se había trasladado a Basilea, comenzó sus investigaciones con el esperma de los salmones, y descubrió la presencia de una serie de sustancias, una ácida (ácido nucleico o "nucleína") y una fuertemente básica, a la que denominó "protamina" y que se identifica con las histonas. Los estudios de Miescher fueron un papel muy importante en la biología molecular, que abrió las puertas a numerosas pruebas y experimentos que realizaron varias personalidades diferentes, aunque en su época el término nucleína era muy poco conocido y el nunca lo propuso como el ADN que conocemos hoy. ¿Son la hemoglobina y la insulina proteínas? R: Si Las proteinas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las proteinas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones, etc...Todas las proteinas realizan su función de la misma manera: por unión selectiva a moléculas. Las proteinas estructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteina para originar una estructura mayor. Sin embargo,otrasproteinas se unen a moléculas distintas: los anticuerpos a los antígenos específicos, la hemoglobina al oxígeno, las enzimas a sus sustratos, los reguladores de la expresión génica al ADN, las hormonas a sus receptores específicos, etc... A continuación se exponen algunos ejemplos de proteinas y las funciones que desempeñan: Función HORMONAL: Algunas hormonas son de naturaleza protéica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio). Función de TRANSPORTE: La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.