Investigación genetica.

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Johann Friedrich Miescher fue el primer científico que consiguió aislar el núcleo en 1869. Para ello, separó la membrana celular [2]y el citoplasma [3] de las células del esperma de salmón y de pus de heridas abiertas. La sustancia obtenida constituía el núcleo y se denominó nucleínas. Posteriormente, Richard Altmann identificó estas nucleínas como ácidos y las denomino ácidos nucleicos.[4] (Curtis, 2000)

Años más tarde, Robert Feulgen describió en 1914 una tinción[5] concreta para el núcleo celular. Esto permitió comprobar que todas las células eucariotas[6] tienen núcleo.

En los años 20, el bioquímico ruso-estadounidense Phoebus A. Levene investigó los componentes del ADN. Llegó a la conclusión de que estaba compuesto por cuatro bases nitrogenadas: citosina y timina (pirimidinas) y guanina y adenina (purinas); azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato. También demostró que se encuentran unidos en el orden fosfato-azúcar-base formando un nucleótido.[7]

Posteriormente, Frederick Griffith un bacteriólogo de salud pública de Inglaterra, estaba estudiando la posibilidad de desarrollar vacunas contra Streptococcus pneumoniae, en 1928 estableció la existencia de un factor de transformación que es el ADN; tras su investigación sobre diferentes cepas[8] de la neumonía.

En 1952, un conjunto de experimentos simples, pero ingeniosos, fueron llevados a cabo por los bioquímicos estadounidenses Alfred Hershey y Martha Chase realizaron un experimento con bacteriófagos[9], el cual permitió comprobar que el ADN es la base del material genético, y no las proteínas como se pensaba anteriormente. (Curtis, 2000)[pic 2]

Un año después, se publicó el trabajo de Watson y Crick en el que establecían un modelo del ADN basándose en los hallazgos previos de Franklin y Wilkins. [pic 3][pic 4]

Tomados en conjunto, todos los estudios realizados hasta ese momento suministraban evidencias convincentes de que el ADN era el material genético. A pesar de ello, quedaba sin respuesta una pregunta crítica: ¿De qué manera está contenida la información en el ADN? La respuesta a esta pregunta iba a ser hallada en la estructura de la propia molécula de ADN, que sería develada por James Watson y Francis Crick. En su trabajo publicado, Watson y Crick escribieron: "No escapa a nuestro conocimiento que el apareamiento específico que hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copiado del material genético" (Crick, 1974. Pp. 766-769).

En esa época sólo se conocía la forma deshidratada de la molécula y Watson y Crick comenzaron a imaginar modelos moleculares a escala del ADN; el primer modelo que lograron construir era una triple hélice, pero resultó difícil de compatibilizar con los datos conocidos. En 1953, publicaron en la revista Nature el famoso trabajo que describe la estructura del ADN como una doble hélice con dos cadenas anti-paralelas unidas por puentes de hidrógeno[10] entre los nucleótidos (representados por las letras A, T, G y C) y con los grupos fosfato y azúcares hacia el lado de afuera de las cadenas (Fig. 1). En 1962 se otorgó a James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su labor en la investigación en la estructura de la molécula de ADN y por la importancia de esto para la transmisión de información en la materia orgánica.

Replicación del ADN[11]

El siguiente apartado está basado en la obra de Martini, F., Timmons, M., & Tallitsch, R., de su obra “Anatomía humana” y del trabajo de investigación “Regulación de la expresión genética”, elaborada por Marisa I, Gabriela.

Cada molécula de ADN consta de un par de hebras integradas por nucleótidos[12], que permanecen juntas a través de los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias.[13] El proceso de replicación del ADN comienza cuando se rompen los puentes débiles entre las bases nitrogenadas y las hebras se desenrollan. Al hacerlo, las moléculas de la enzima[14] polimerasa de ADN se ligan a las bases nitrogenadas que han quedado al descubierto. Esta enzima favorece la unión entre las bases nitrogenadas de la hebra de ADN y los nucleótidos correspondientes al ADN complementario que estén en suspensión por el nucleoplasma[15].

En las diversas porciones de cada hebra de ADN actúan a la vez muchas moléculas de la polimerasa de ADN. Este mecanismo produce cadenas cortas de nucleótidos complementarios, que a continuación se enlazan por acción de unas enzimas llamadas ligasas (liga, atar). El resultado final es un par de moléculas de ADN idénticas. Una vez que ha concluido la replicación del ADN, sigue una breve fase G2 (2-5 horas) dedicada a la síntesis proteínica de última hora. Después, la célula entra en la fase M y comienza la mitosis. (Martini, F., Timmons, M., & Tallitsch, R. Anatomía humana, 2009: 45-46)

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¿Cómo se regula la expresión de los genes?

Los genes deben ser regulados ya que no es necesario que se Transcriban y/o Traduzcan todo el tiempo sino solamente cuando es necesario; sin embargo esta regulación es bastante complicada y a la hora de llevarse a cabo depende de varios eventos posibles:

- Regulación dada por las secuencias del ADN: En este caso el ADN posee muchas secuencias regulatorias o elementos de respuesta o secuencias internas de un promotor, algunas dentro del mismo promotor de un gen que son reconocidas por los factores de transcripción y por proteínas reguladoras aumentando la tasa de transcripción. En otros casos existen además los Aumentadores que cuando son reconocidos por una proteína reguladora aumentan aún más la tasa de transcripción y no necesariamente están corriente arriba del gen sino que pueden localizarse corriente abajo o dentro del mismo gen. Asimismo existen silenciadores que cuando son reconocidos por una proteína específica bajan la tasa de trascripción de un gen.

- En otros casos la misma estructura que adopta el ADN regula la expresión: El ADN puede adoptar la estructura clásica descripta por Watson y Crick (ADN tipo B) que es el que es activo a nivel de la transcripción. Esto es debido a que las proteínas reguladoras se unen a los surcos mayores del ADN. El ADN tipo B tiene surcos mayores y menores. En cambio el ADN tipo Z por su eje en forma de Zig zag no tiene ni surcos mayores ni menores por lo tanto las proteínas reguladoras no pueden unirse y por lo tanto aquellas regiones de ADN que adopten topología Z no serán transcriptas.[16]

- La organización de la cromatina[17] juega otro papel