ÁCIDOS NUCLEICOS
Objetivo:
Identificar la formación de las moléculas básicas de la vida a través de los procesos de replicación, , transcripción y traducción de la molécula de ADN.
En este video se explica la importancia de cada una de las partes del núcleo de acuerdo con la función que desempeñan, como por ejemplo los poros nucleares que permiten una constante comunicación entre las sustancias del núcleo y del citoplasma; las proteínas del los ribosomas se forman en el núcleo y se dirigen hacia el citoplasma, las histonas se forman en el citoplasma y de allí se dirigen al núcleo. se habla de la cromatina como un complejo de ADN y por consiguiente de la importancia de esta sustancia.
El proceso de división celular permite identificar las fases haploide y diploide de la información genética, así como la forma como el material genético es recombinado para permitir la diferenciación entre especies. Por ello es importante tener conceptos claros a este respecto.
Con el fin de aclarar algunos aspectos se presentan a continuación cada una de las fases de la división celular.
Los pasos preparatorios que conducen a la meiosis son idénticos en patrón y nombre a la interfase del ciclo mitótico de la célula. La interfase se divide en tres fases:
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Fase G1: caracterizada por el aumento de tamaño de la célula debido a la fabricación acelerada de orgánulos, proteínas y otras materias celulares.
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Fase S: se replica el material genético, es decir, el ADN se replica dando origen a dos cadenas nuevas, unidas por el centrómero. Los cromosomas, que hasta el momento tenían una sola cromátida, ahora tienen dos. Se replica el 98 % del ADN, el 2 % restante queda sin replicar.
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Fase G2: la célula continúa aumentando su biomasa.
Meiosis II
La meiosis II es similar a la mitosis. Las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con n cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.
Profase II
Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centriolos, que se han desplazado a los polos de la célula mientras se cortan las líneas sanguíneas del sistema inmune.
Metafase II
Las fibras del huso se unen a los centrómeros de los cromosomas. Estos últimos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las cromátidas se disponen en haces de cuatro (tétrada) y en la metafase II lo hacen en grupos de dos (como en la metafase mitótica)
Anafase II
Las cromátidas se separan de sus centrómeros, y un grupo de cromosomas se desplaza hacia cada polo. Durante la Anafase II las cromátidas, unidas a fibras del huso en sus cinetocoros, se separan y se desplazan a polos opuestos, como lo hacen en la anafase mitótica. Como en la mitosis, cada cromátida se denomina ahora cromosoma.
Telofase II
En la telofase II hay un miembro de cada par homólogo en cada polo. Cada uno es un cromosoma no duplicado. Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático, los cromosomas se alargan en forma gradual para formar hilos de cromatina, y ocurre la citocinesis.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son un tipo importante de macromoléculas presentes en todas las células y virus, es utilizado para describir unas moléculas específicas y grandes en la célula.
Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas compuestas siempre de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Se definen químicamente como polinucleótidos, ya que están formados por la repetición de unidades moleculares llamadas nucleótidos.
Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).
En realidad están hechas de cadenas de unidades de compuestos químicos llamados polímeros que se repiten. Las funciones de los ácidos nucleicos tienen que ver con el almacenamiento y la expresión de información genética. El ácido desoxirribonucleico (ADN) tiene la información que la célula necesita para fabricar proteínas.
Cuando el ADN se convierte en ARN mensajero a través del proceso llamado TRANSCRIPCIÓN, el ácido ribonucleico (ARN), tiene la capacidad de fabricar las proteínas que requiere cualquier ser vivo para poder realizar sus funciones vitales.
Estas moléculas que poseen todos los organismos, dirigen y controlan la síntesis de proteínas, proporcionando la información que determina su especificidad y características biológicas y contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos vitales y son los responsables de todas las funciones básicas de los seres vivos. Podría decirse que lo que un organismo es o puede llegar a ser, en términos biológicos, aparece “programado” en estas moléculas. O dicho de otro modo, su función está relacionada con el almacenamiento y la transmisión de la información genética constituyendo la base molecular de la herencia.
El descubrimiento de la sustancia que luego se llamó ADN fue realizado en 1869 por Miescher, quien comenzó el estudio con leucocitos obtenidos del pus de los vendajes y después con espermatozoides de salmón. Obtuvo una sustancia que contenía C, H, O, N y un alto porcentaje de P, a la que llamó nucleína, por proceder del núcleo de dichas células. Años más tarde fragmentó esta nucleína y separó el componente proteico, de naturaleza básica. El grupo prostético reveló su carácter ácido y se le llamó ácido nucleico.
NUCLEOTIDOS
Los nucleótidos son las unidades que forman los ácidos nucleicos. En este sentido, equivalen a los monómeros que constituyen las otras macromoléculas biológicas.
Cada nucleótido es una molécula relativamente compleja, compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido (una pentosa), una base nitrogenada y uno o varios grupos fosfato. Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato se encuentran unidos a la pentosa.
En las siguientes imágenes, observamos la molécula de ADN y ARN, la molécula de ADN es doble y dentro se aprecian en colores las bases nitrogenadas citosina, guanina, adenina y timina, unidas por un azúcar y un grupo fosfato.
En esta misma imagen se encuentra un segmento de ARN que formó parte del ADN.
En la imagen del lado derecho se encuentra cada una de las bases nitrogenadas que forman parte del ADN y el ARN. Cada base nitrogenada tiene una fórmula química única que se encuentra debajo de cada nombre y tienen forma de anillos unidos a grupos químicos definidos en cada una de las bases. Es decir que en el gráfico cada color de una base nitrogenada corresponde a un compuesto químico específico.
La composición química del ARN cambia la base nitrogenada TIMINA y la reemplaza por URACILO, este ARN es rico en oxígeno. Observa la imagen y los compuestos químicos del ADN y el ARN.
NUCLEOTIDOS
Los nucleótidos son las unidades que forman los ácidos nucleicos ADN y ARN. En este sentido, equivalen a los monómeros que constituyen las otras macromoléculas biológicas.
Cada nucleótido es una molécula relativamente compleja, compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido (una pentosa), una base nitrogenada y uno o varios grupos fosfato. Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato se encuentran unidos a la pentosa.
En la imagen se aprecia la composición química de un nucleótido formada por:
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En amarillo el GRUPO FOSFATO, unido por un enlace químico a un tipo de azúcar.
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Este azúcar es la PENTOSA, unido por otro enlace químico a la base nitrogenada que puede ser:
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ADENINA, TIMINA GUANINA O CITOSINA en el ADN.
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URACILO, ADENINA, GUANINA O CITOSINA En el ARN.
FUNCIONES DE LOS NUCLEOTIDOS.
Los nucleótidos son moléculas que poseen un gran interés biológico, ya que, además de constituir los ácidos nucleicos (función estructural), llevan a cabo algunas funciones básicas para los seres vivos, cuando se encuentran libres en la célula. Entre las principales funciones tenemos:
Moléculas acumuladoras y donantes de energía:
Ciertas reacciones bioquímicas propias de los seres vivos tienen como finalidad la producción de energía. Si esta energía se desprendiera libremente apenas tendría utilidad para el organismo. Resulta más eficaz disponer de un sistema capaz de acumular la energía liberada, de manera que pueda ser utilizada con posterioridad en la cantidad y en el momento precisos. Algunos nucleótidos (fundamentalmente de adenosina y, en menor medida, también de guanosina) con más de un grupo fosfato desempeñan esta función.
Cuando existe energía disponible, una molécula de adenosín difosfato (ADP) la emplea en unir un tercer grupo fosfato a los otros dos para obtener adenosín trifosfato (ATP), molécula que guarda energía para ser liberada cuando se requiera.
El enlace así constituido es altamente energético, lo que quiere decir que para su formación se requiere una cantidad considerable de energía (7 kcal/mol). Resulta evidente que la rotura de este enlace liberará la misma cantidad de energía.
La molécula de ADN es muy estable en condiciones fisiológicas normales, debido a los numerosos enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y las interacciones hidrofóbicas (no les gusta el agua), entre los anillos aromáticos y los radicales -CH3 de las bases nitrogenadas.
Sin embargo, la estructura en doble hélice del ADN se puede perder, separándose las dos hebras, cuando se alteran las condiciones de pH (se incrementa por encima de 13) o se calienta a temperaturas en torno a los 100 °C. Luego uno de los agentes físicos que puede producir la separación de las dos hebras de la doble hélice de ADN es la temperatura.
Al fenómeno de separación de las dos hebras de la doble hélice de ADN se denomina desnaturalización.
Los enlaces que se ven afectados y cuya rotura por agentes físicos provoca la separación de las dos hebras de la doble hélice de ADN son, fundamentalmente, los enlaces de hidrógeno que existen entre las bases nitrogenadas: dos enlaces de hidrógeno entre la adenina y la timina, y tres entre la guanina y la citosina.
La desnaturalización del ADN es un proceso que durante varios años se consideró irreversible, pero en los años sesenta se comprobó que si las hebras complementarias se mantenían a una temperatura en torno a los 65 °C durante un periodo de tiempo prolongado, formaban una nueva hélice con total funcionalidad.
La desnaturalización es, por tanto, reversible y el proceso inverso, por el que se recupera la doble hélice, se denomina renaturalización o hibridación del ADN
En esta imagen de la molécula de ADN empezando su proceso de REPLICACIÓN, se muestran las bases nitrogenadas Adenina, timina, Guanina y Citosina en colores, proteínas como la helicasa ayudan en la separación de las dos hebras, la enzima polimerasa colabora en la formación de la nueva cadena utilizando nucleótido libres obteniendo dos hebras idénticas, una de ellas se llamará ARN mensajero y será el encargado de salir del núcleo hacia el ribosoma de la célula para iniciar el proceso de la TRANSCRIPCIÓN de la información contenida en la hebra inicial donde se producirán los compuestos químicos llamados genes y que contienen una característica física como el color de los ojos o química como la expresión de una enfermedad.
Los pares de bases nitrogenadas en el ADN son:
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ADENINA ------ TIMINA
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TIMINA---------ADENINA
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GUANINA-------CITOSINA
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CITOSINA------GUANINA
En el proceso de TRANSCRIPCIÓN, la molécula de ARNm sale del núcleo hacia el ribosoma para empezar la fase de TRADUCCIÓN, en esta nueva fase las bases nitrogenadas tendrán las siguientes parejas:
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ADENINA ------ URACILO
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TIMINA --------- ADENINA
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GUANINA------ CITOSINA
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COTOSINA------GUANINA
El cambio se hace en que la Adenina no se une con Timina sino con Uracilo.
El ARNm ya en el ribosoma, empieza el proceso de producción de proteínas que forman un gen determinado. El ARNm debe empezar entonces a encontrar una serie de compuestos químicos llamados aminoácidos que son las unidades que forman las proteínas con el fin de realizar el proceso de TRADUCCIÓN teniendo como base el ARNm que contiene Uracilo.
En el proceso de traducción cada tres bases nitrogenadas forman una sustancia llamada codón que permite que se pueda unir con pares anticodones con 64 posibilidades, esto lo hace con el fin de formar aminoácidos que formen diferente tipo de proteínas que ayudan a que el organismo tenga todas sus funciones vitales.
Las principales funciones de los aminoácidos son ayudar a descomponer los alimentos, contribuir con el crecimiento y reparar los tejidos corporales. Además, los aminoácidos son los encargados de transmitir la contracción muscular o mantener el equilibrio de ácidos y bases en el organismo.
Así pues, en este nuevo segmento de ARNm se necesita otro ARN pero de transferencia para que ubique las bases nitrogenadas que correspondan a la formación de aminoácidos y en consecuencia se formen las proteínas.
Imagen de un anticodón ARNt que se une con la cadena de ARNm.
El siguiente video explica los procesos mencionados anteriormente, obsérvalo y analízalo para mayor comprensión del tema.
TALLER DE APRENDIZAJE
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Explica la importancia del núcleo celular en el proceso de la formación de los ácidos nucleicos.
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En el proceso de meiosis por qué crees que es importante que los cromosomas realicen el proceso de recombinación genética?
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Realiza un mapa conceptual acerca de la importancia y composición de los ácidos nucleicos.
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Realiza un mapa mental de los procesos de replicación, y transcripción de los ácidos nucleicos.
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Realiza con diferentes materiales que tengas en casa un nucleótido con todas sus partes.
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utiliza los siguientes videos para realizar la extracción del ADN de unas fresas y de un tomate, graba un video de este experimento utilizando bata de laboratorio.
7. Realiza un crucigrama con 12 palabras para entender el tema. Para ello debes realizar las doce preguntas que quedarán en el crucigrama y la cuadrícula correspondiente. Estas preguntas deben ser lo suficientemente claras para que la respuesta sea sólo una.