Concepts of Biology – 1st Canadian Edition (Español)

en la década de 1950, Francis Crick y James Watson trabajaron juntos en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, para determinar la estructura del ADN. Otros científicos, como Linus Pauling y Maurice Wilkins, también estaban explorando activamente este campo., Pauling había descubierto la estructura secundaria de las proteínas usando cristalografía de rayos X. La cristalografía de rayos X es un método para investigar la estructura molecular mediante la observación de los patrones formados por rayos X disparados a través de un cristal de la sustancia. Los patrones proporcionan información importante sobre la estructura de la molécula de interés. En el laboratorio de Wilkins, la investigadora Rosalind Franklin estaba usando cristalografía de rayos X para entender la estructura del ADN. Watson y Crick fueron capaces de armar el rompecabezas de la molécula de ADN utilizando los datos de Franklin (figura 9.2)., Watson y Crick también tenían piezas clave de información disponible de otros investigadores, como las reglas de Chargaff. Chargaff había demostrado que de los cuatro tipos de monómeros (nucleótidos) presentes en una molécula de ADN, dos tipos estaban siempre presentes en cantidades iguales y los dos tipos restantes también estaban siempre presentes en cantidades iguales. Esto significaba que siempre estaban emparejados de alguna manera. En 1962, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins fueron galardonados con el Premio Nobel de Medicina por su trabajo en la determinación de la estructura del ADN.,

ahora consideremos la estructura de los dos tipos de ácidos nucleicos, ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Los bloques de construcción del ADN son nucleótidos, que se componen de tres partes: una desoxirribosa (azúcar de 5 carbonos), un grupo fosfato y una base nitrogenada (figura 9.3). Hay cuatro tipos de bases nitrogenadas en el ADN., Adenine (A) and guanine (G) are double-ringed purines, and cytosine (C) and thymine (T) are smaller, single-ringed pyrimidines. The nucleotide is named according to the nitrogenous base it contains.

el grupo fosfato de un nucleótido se une covalentemente con la molécula de azúcar del siguiente nucleótido, y así sucesivamente, formando un polímero largo de monómeros de nucleótido. Los grupos azúcar-fosfato se alinean en una «columna vertebral» para cada hebra individual de ADN, y las bases de nucleótidos sobresalen de esta columna vertebral. Los átomos de carbono del azúcar de cinco carbonos están numerados en el sentido de las agujas del reloj desde el oxígeno como 1′, 2′, 3′, 4′, y 5′ (1′ se lee como «un primo»)., El grupo fosfato está unido al carbono 5′ de un nucleótido y al carbono 3′ del siguiente nucleótido. En su estado natural, cada molécula de ADN está realmente compuesta de dos hebras individuales mantenidas juntas a lo largo de su longitud con enlaces de hidrógeno entre las bases.

Watson y Crick propusieron que el ADN se compone de dos hebras que se retuercen entre sí para formar una hélice diestra, llamada doble hélice. El emparejamiento de bases tiene lugar entre una purina y pirimidina: es decir, pares A con T, y pares G con C., En otras palabras, la adenina y la timina son pares de bases complementarias, y la citosina y la guanina también son pares de bases complementarias. Esta es la base de la regla de Chargaff; debido a su complementariedad, hay tanta adenina como timina en una molécula de ADN y tanta guanina como citosina. La adenina y la timina están conectadas por dos enlaces de hidrógeno, y la citosina y la guanina están conectadas por tres enlaces de hidrógeno., Los dos filamentos son anti-paralelos en naturaleza; es decir, un filamento tendrá el carbono 3′ del azúcar en la posición» hacia arriba», mientras que el otro filamento tendrá el carbono 5′ en la posición hacia arriba. El diámetro de la doble hélice del ADN es uniforme en todas partes porque una purina (dos anillos) siempre se empareja con una pirimidina (un anillo) y sus longitudes combinadas son siempre iguales. (Figura 9.4).

hay un segundo ácido nucleico en todas las células llamado ácido ribonucleico, o ARN. Al igual que el ADN, el ARN es un polímero de nucleótidos. Cada uno de los nucleótidos en el ARN se compone de una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y un grupo fosfato. En el caso del ARN, el azúcar de cinco carbonos es ribosa, no desoxirribosa., La ribosa tiene un grupo hidroxilo en el carbono 2′, a diferencia de la desoxirribosa, que tiene solo un átomo de hidrógeno (figura 9.5).

nucleótidos del ARN contienen las bases nitrogenadas adenina, citosina y guanina., Sin embargo, no contienen timina, que es reemplazada por uracilo, simbolizado por una «u». el ARN existe como una molécula de una sola cadena en lugar de una hélice de doble cadena. Los biólogos moleculares han nombrado varios tipos de ARN sobre la base de su función. Estos incluyen ARN mensajero( ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr), moléculas que participan en la producción de proteínas a partir del código de ADN.,

cómo se organiza el ADN en la célula

El ADN es una molécula de trabajo; debe ser replicado cuando una célula está lista para dividirse, y debe ser «leído» para producir las moléculas, como las proteínas, para llevar a cabo las funciones de la célula. Por esta razón, el ADN está protegido y empaquetado de maneras muy específicas. Además, las moléculas de ADN pueden ser muy largas. Estirado de extremo a extremo, las moléculas de ADN en una sola célula humana llegarían a una longitud de aproximadamente 2 metros., Por lo tanto, el ADN de una célula debe ser empaquetado de una manera muy ordenada para encajar y funcionar dentro de una estructura (la célula) que no es visible a simple vista. Los cromosomas de los procariotas son mucho más simples que los de los eucariotas en muchas de sus características (figura 9.6). La mayoría de los procariotas contienen un solo cromosoma circular que se encuentra en un área del citoplasma llamada nucleoide.

El tamaño del genoma en uno de los procariotas más estudiados, Escherichia coli, es de 4,6 millones de pares de bases, lo que extendería una distancia de aproximadamente 1,6 mm si se estirara. Entonces, ¿cómo encaja esto dentro de una pequeña célula bacteriana? El ADN está retorcido más allá de la doble hélice en lo que se conoce como superenrollado., Se sabe que algunas proteínas están involucradas en el superenrollado; otras proteínas y enzimas ayudan a mantener la estructura superenrollado.

los eucariotas, cuyos cromosomas consisten cada uno de una molécula de ADN lineal, emplean un tipo diferente de estrategia de empaquetamiento para encajar su ADN dentro del núcleo. En el nivel más básico, el ADN se envuelve alrededor de proteínas conocidas como histonas para formar estructuras llamadas nucleosomas. El ADN se envuelve firmemente alrededor del núcleo de la histona. Este nucleosoma está unido al siguiente por una cadena corta de ADN que está libre de histonas., Esto también se conoce como la estructura de «cuentas en una cuerda» ; los nucleosomas son las » cuentas «y las longitudes cortas de ADN entre ellos son la «cadena».»Los nucleosomas, con su ADN enrollado alrededor de ellos, se apilan de forma compacta unos sobre otros para formar una fibra de 30 nm de ancho. Esta fibra se enrolla aún más en una estructura más gruesa y más compacta. En la etapa metafase de la mitosis, cuando los cromosomas están alineados en el Centro de la célula, los cromosomas están en su punto más compacto. Tienen aproximadamente 700 nm de ancho, y se encuentran en asociación con proteínas de andamio.,

en interfase, la fase del ciclo celular entre mitosis en la que los cromosomas son descondensados, los cromosomas eucariotas tienen dos regiones distintas que se pueden distinguir por tinción. Hay una región bien empaquetada que se tiñe de manera oscura, y una región menos densa. Las regiones de tinción oscura generalmente contienen genes que no son activos, y se encuentran en las regiones del centrómero y telómeros. Las regiones ligeramente manchadas generalmente contienen genes que son activos, con ADN empaquetado alrededor de nucleosomas pero no más compactado.,

Section Summary

The model of the double-helix structure of DNA was proposed by Watson and Crick., La molécula de ADN es un polímero de nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa) y un grupo fosfato. Hay cuatro bases nitrogenadas en el ADN, dos purinas (adenina y guanina) y dos pirimidinas (citosina y timina). Una molécula de ADN se compone de dos hebras. Cada hebra está compuesta de nucleótidos unidos covalentemente entre el grupo fosfato de uno y el azúcar desoxirribosa del siguiente. De esta columna vertebral extienden las bases. Las bases de una hebra se unen a las bases de la segunda hebra con enlaces de hidrógeno., La adenina siempre se une a la timina, y la citosina siempre se une a la guanina. La unión hace que las dos hebras se formen en espiral una alrededor de la otra en una forma llamada doble hélice. El ácido ribonucleico (ARN) es un segundo ácido nucleico que se encuentra en las células. El ARN es un polímero monocatenario de nucleótidos. También difiere del ADN en que contiene el azúcar ribosa, en lugar de desoxirribosa, y el nucleótido uracilo en lugar de timina. Varias moléculas de ARN funcionan en el proceso de formación de proteínas a partir del código genético en el ADN.

los procariotas contienen un solo cromosoma circular de doble cadena., Los eucariotas contienen moléculas de ADN lineal de doble cadena empaquetadas en cromosomas. La hélice del ADN se envuelve alrededor de las proteínas para formar nucleosomas. Las bobinas de proteínas se enrollan aún más, y durante la mitosis y la meiosis, los cromosomas se enrollan aún más para facilitar su movimiento. Los cromosomas tienen dos regiones distintas que pueden distinguirse por tinción, reflejando diferentes grados de Empaquetado y determinado por si el ADN en una región está siendo expresado (eucromatina) o no (heterocromatina).,