Ácidos nucleicos: ADN y ARN

Propósitos generales

• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

Los ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN porta la información genética que comanda la formación de un organismo completo y, junto con el ARN, determinan las bases del funcionamiento celular a través de la expresión de la información que contienen.

Actualmente no se sabe con certeza cuál es la macromolécula más antigua, si el ADN, el ARN o las proteínas que constituyen el producto de expresión de estos. De hecho, uno de los mayores desafíos es dilucidar la historia posible de cómo el ADN, el ARN y las proteínas aparecieron y se vincularon entre sí.

Tanto el ADN como el ARN son moléculas orgánicas (las moléculas orgánicas poseen en su estructura C y por lo menos un átomo de H). En las células procariotas, el ADN se encuentra en una región denominada nucleoide y en las células eucariotas, en el interior del núcleo celular.

La posición del ARN en la célula depende de la variedad de la que se trate, así hay tres tipos de ARN: mensajero, de transferencia y ribosomal.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

• comprendan el origen, la estructura y las funciones del ADN y ARN;
• realicen la extracción de una molécula de ADN en levaduras.

Actividad 1:

El ADN se encuentra constituido por nucleótidos, que son moléculas orgánicas compuestas a su vez por una base nitrogenada, un azúcar (la desoxirribosa) y un grupo fosfato. La información genética en el ADN posibilita la síntesis del ARN y este, a su vez, la síntesis de proteínas, que se constituyen como los productos de expresión de la información genética. Estas proteínas pueden tener una función estructural o enzimática. Si tienen una función estructural, formarán parte de alguna de las estructuras de la célula, como la membrana plasmática, la envoltura nuclear, las mitocondrias, etc. Ahora bien, si poseen una función enzimática, las proteínas habrán de catalizar reacciones químicas específicas en las células.

1. Realicen una búsqueda en la web y el material bibliográfico de referencia sobre la estructura del ADN y respondan el siguiente cuestionario:
   • ¿Qué es un nucleótido? ¿Cuáles son sus componentes?
   • ¿Cuáles son los nucleótidos que forman parte del ADN?
   • ¿Qué es un polímero? ¿El ADN es un polímero? ¿Por qué?
2. Sobre la base del siguiente esquema de las bases nitrogenadas que conforman el ADN, especifiquen brevemente cuáles son las diferencias en sus estructuras químicas.
   
3. Realicen una búsqueda en la web y el material bibliográfico de referencia sobre la función del ADN. Completen un mapa conceptual como el siguiente utilizando los siguientes conectores: es, duplicación, transcripción, traducción, formado, contiene, síntesis.
   

   Estructura molecular del ADN

   A comienzos de la década de 1950, el biólogo estadounidense James Watson y el físico inglés Francis H. Crick comenzaron a estudiar el problema de la estructura molecular del ADN. A partir de los resultados de estudios anteriores, estos investigadores se abocaron a construir un modelo de la molécula de ADN que concordara con los datos previamente conocidos y explicara su papel biológico. Para ensayar dónde podía encajar cada pieza en el rompecabezas tridimensional, armaron modelos de las moléculas con alambre y hojalata. Sin bien había muchos investigadores interesados en descubrir la estructura molecular del ADN, Watson y Crick fueron los primeros en lograrlo. En 1962, recibieron el Premio Nobel por los descubrimientos concernientes a la estructura molecular de los ácidos nucleicos y su importancia en la transferencia de información en la materia viva.

4. A partir de la lectura del texto "Rosalind Franklin y la estructura del ADN", respondan las siguientes preguntas:
   • ¿Cuál fue la importancia del trabajo de Rosalind Franklin en el descubrimiento de la estructura molecular del ADN?
   • ¿A qué atribuyen el hecho de que Rosalind Franklin no haya sido reconocida como una investigadora clave en el descubrimiento de la estructura molecular del ADN? ¿Consideran que la condición de género influye en la actividad científica? Discutan sobre este tema en clase.

Actividad 2:

El ácido ribonucleico o ARN se sintetiza a partir de la información genética presente en el ADN. Al igual que este, se trata de un polímero formado por nucleótidos que se diferencian de los que constituyen el ADN por una base nitrogenada. Existen tres tipos de ARN: uno lleva la información genética que dicta los aminoácidos que formarán la proteína a sintetizar y los otros dos forman parte de la maquinaria a utilizarse en la síntesis proteica.

1. Realicen una investigación tomando el material sugerido en la bibliografía y la webgrafía como referencia para responder las siguientes preguntas:

• ¿Cuál es la estructura del ARN? ¿Qué bases nitrogenadas y azúcares lo conforman? ¿Es de cadena doble o simple?
• ¿Cuáles son los diferentes tipos de ARN que existen? ¿Qué función cumplen?
• ¿Qué es la transcriptasa inversa? ¿En qué proceso participa?
• ¿Cuál es el producto del proceso de duplicación y cuál el de transcripción?

1. Sobre la base de lo trabajado de la estructura del ADN y las respuestas de la actividad anterior, copien estas columnas al procesador de textos e imprímanlas para luego unirlas con flechas según corresponda.

1. El ADN está conformado por 2. La transcriptasa inversa 3. ARNm, ARNt y ARNr nucleicos 4. Transcripción citosina 5. Ribosa y desoxirribosa 6. Duplicación 7. El ARN está conformado por 8. "Dogma central"

El flujo de información es ADN-ARN-proteína. sintetiza ADN a partir de ADN. son los azúcares de los ácidos. adenina, guanina, uracilo, citosina. adenina, guanina, timina, citosina. variedades de ARN. sintetiza ARN a partir de ADN. interviene en la síntesis de ADN a partir de ARN.

Actividad 3:

1. Sobre la base de lo trabajado con relación a la estructura y la función de los ácidos nucleicos, respondan si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). Argumenten todas sus respuestas. Pueden escribir las respuestas en el procesador de textos de sus equipos portátiles.

• La única diferencia en la estructura del ADN y ARN radica en las bases nitrogenadas que los componen.
• El ADN no puede sintetizarse a partir de la información presente en el ARN sino a la inversa.
• El ARN mitocondrial porta la misma información que el ARN mensajero.
• Los codones son los elementos que constituyen la estructura de las proteínas.
• Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) están conformados por cadenas dobles.
• La traducción es la conversión de la secuencia de nucleótidos del ARN en la secuencia de aminoácidos de una proteína.

Actividad de cierre: Extracción de ADN de levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae)

1. Realicen la siguiente experiencia en el laboratorio.

   Materiales

   • 80 g de levadura de panadería
   • Vaso de precipitados
   • Agua
   • Varilla de vidrio o cucharita
   • Sal
   • Jugo de medio limón
   • Embudo de vidrio
   • Papel de filtro
   • Tela delgada
   • Cuchara de metal
   • Alcohol
   • Detergente
   • Aguja de disección
   • Microscopio óptico

   Procedimiento

   1. Coloquen 80 g de levadura de panadería en un vaso de precipitados y agregar 150 ml de agua fría. Mezclen con la ayuda de una varilla de vidrio o cucharita hasta disolver la levadura.
   2. Agreguen a la mezcla 1/3 de cucharadita de sal y 3 chorros de jugo de limón (para esto, previamente se debe cortar un limón en 2 y exprimir una de las mitades sobre el vaso de precipitados evitando dejar caer en el mismo pulpa o semillas). Mezclen bien.
   3. Filtren el preparado utilizando un embudo de vidrio cubierto de un papel de filtro y una tela delgada.
   4. Recojan los restos presentes en la tela con la ayuda de una cuchara de metal y colóquenlos en un vaso de precipitados. Desechen el filtrado.
   5. Agreguen al vaso de precipitados 150 ml de agua fría, 1/3 cucharadita de sal, 3 cucharaditas de alcohol y 2 gotas de detergente. Mezclen bien durante 20 minutos.
   6. Agreguen a la mezcla 3 cucharaditas de sal y mezclen bien durante 10 minutos más.
   7. Dejen reposar la mezcla 24 hs.: se observará un precipitado de levaduras. Deséchenlo y guarden el líquido. Diluyan el líquido con 3 veces su volumen en alcohol. Se observará un precipitado de levaduras donde encontrarán una maraña de fibras de ADN de color transparente. Extráiganla con una aguja de disección.
   8. Coloquen la maraña de fibras de ADN en un portaobjeto y observen al microscopio óptico. Intenten separar las fibras con la ayuda de una aguja de disección para facilitar su observación.

   Enlaces de interés y utilidad para el trabajo

   • Estructura del nucleótido
   • Ácidos Nucleicos
   • El ADN
   • Ácidos nucleicos: el ADN y el ARN

   Bibliografía sugerida

   • H. Curtis, S. N. Barnes, A. Schnek, A. Massarini. Biología. Buenos Aires, Editorial Panamericana, 2008.
   • D. Aljanati, E. Wolovelsky. La vida en la Tierra. Biología I. Buenos Aires, Ediciones Colihue, 1995.
   • D. Aljanati, E. Wolovelsky, C. Tambussi. Los caminos de la evolución. Biología II. Buenos Aires, Ediciones Colihue, 2004.
   • D. Aljanati, E. Wolovelsky, C. Tambussi. Los códigos de la vida. Biología III. Buenos Aires, Ediciones Colihue, 2005.

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   Rosalind Franklin y la estructura del ADN

   

   Rosalind Franklin nació en Inglaterra el 25 de julio de 1920. Se graduó de la Universidad de Cambridge en 1941, no sin antes salvar la oposición paterna.

   Hizo estudios fundamentales de microestructuras del carbón y del grafito, y este trabajo fue la base de su doctorado en química física, que obtuvo en la Universidad de Cambridge en 1945.

   Después de Cambridge, pasó tres años productivos (1947-1950) en París, en el Laboratoire de Services Chimiques de L'Etat, donde estudió las técnicas de la difracción de la radiografía. En 1951 volvió a Inglaterra como investigadora asociada en el laboratorio de John Randall en King's College, Cambridge.

   Para Rosalind era la oportunidad de aplicar sus conocimientos a la biología. En el laboratorio de Randall se cruzó su trabajo con el de Maurice Wilkins, ambos referidos al ADN. Lamentablemente, la misoginia y la competencia llevaron la relación a un conflicto permanente con Wilkins. Este llevaba largo tiempo trabajando en el ADN y había tomado la primera fotografía relativamente clara de su difracción cristalográfica. Wilkins había sido el primero en reconocer en esta los ácidos nucleicos y no estaba dispuesto a la competencia interna.

   Rosalind Franklin obtuvo una fotografía de difracción de rayos X que reveló, de manera inconfundible, la estructura helicoidal de la molécula del ADN. Esa imagen, conocida hoy como la famosa "Fotografía 51", fue un respaldo experimental crucial para que el investigador estadounidense James Watson y el británico Francis Crick establecieran, en 1953, la célebre hipótesis de la "doble hélice" que es característica de la estructura molecular del ADN, por la que en 1962, junto con Maurice Wilkins, se les concedió el Premio Nobel en Fisiología y Medicina.

   Watson había tenido ocasión de asistir a la clase que dio Franklin en noviembre de 1951 sobre el avance de sus investigaciones. Rápidamente, con Francis Crick se pusieron a la tarea de imaginar su estructura y, para ello, trabajaron principalmente con modelos atómicos a escala. Este primer intento terminaría en un fracaso rotundo. Watson y Crick invitaron a Franklin y Wilkins a Cambridge para darles a conocer su propuesta. Rosalind Franklin pulverizó sus argumentos.

   A principios de 1953 Wilkins mostró a Watson uno de las fotografías cristalográficas de Rosalind de la molécula de ADN. Cuando Watson vio la foto, la solución llegó a ser evidente para él y los resultados fueron publicados en un artículo en Nature casi inmediatamente. Sin autorización de Rosalind, Wilkins se las mostró primero a James Watson y, posteriormente, un informe de Rosalind Franklin a sir John Randall fue entregado a Watson y Crick.

   Considerado como el logro médico más importante del siglo XX, el modelo de la doble hélice del ADN abrió el camino para la comprensión de la biología molecular y las funciones genéticas, antecedentes que han permitido llegar al establecimiento, en estos días de la secuencia "completa" del genoma humano.

   Rosalind murió en Londres el 16 de abril de 1958.

   En 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el Premio Nobel por el descubrimiento de la estructura del ADN. Este galardón no se concede con carácter póstumo ni tampoco se comparte entre más de tres personas. ¿Qué habría pasado si la científica hubiera estado aún viva en ese momento?