Cromosomas. Indicar que los cromosomas están compuestos de ADN, que está rodeado por dos tipos de proteínas: histona (básica) y no histona (ácida). Tenga en cuenta que los cromosomas pueden estar en dos estados estructurales y funcionales: espiralizados y desespiralizados. Sepa cuál de estos dos estados cromosómicos está funcionando y lo que esto significa. Indique en qué período de vida las células del cromosoma están en espiral y son claramente visibles al microscopio. Conozca la estructura del cromosoma, los tipos de cromosomas que difieren en la ubicación de la constricción primaria.

Los organismos de la mayoría de los seres vivos tienen una estructura celular. En el proceso de evolución del mundo orgánico, la célula fue seleccionada como un sistema elemental en el que se podían manifestar todas las leyes de los vivos. Los organismos con estructura celular se dividen en organismos prenucleares que no tienen un núcleo típico (o procariotas), en aquellos con un núcleo típico (o eucariotas). Indique qué organismos pertenecen a los procariotas y cuáles a los eucariotas.

Para comprender la organización de un sistema biológico, es necesario conocer la composición molecular de una célula. Según su contenido, los elementos que componen la célula se dividen en tres grupos: macroelementos, oligoelementos y ultramicroelementos. Dar ejemplos de los elementos que componen cada grupo, caracterizar el papel de los principales componentes inorgánicos en la vida de la célula. Los componentes químicos de los seres vivos se dividen en inorgánicos (agua, sales minerales) y orgánicos (proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos). Con algunas excepciones (esmalte de huesos y dientes), el agua es el componente predominante de las células. Conocer las propiedades del agua, en qué formas se encuentra el agua en la célula, para caracterizar el significado biológico del agua. En cuanto al contenido de materia orgánica en la célula, las proteínas ocupan el primer lugar. Caracterizar la composición de las proteínas, la organización espacial de las proteínas (estructuras primarias, secundarias, terciarias, cuaternarias), el papel de las proteínas en el organismo. Los carbohidratos se dividen en 3 clases: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Conocer la composición química y los criterios de clasificación de los carbohidratos. Dé ejemplos de los representantes más importantes de la clase y caracterice su papel en la vida de la célula. Los lípidos se caracterizan por tener la mayor diversidad química. El término "lípidos" incluye grasas y sustancias similares a las grasas: lipoides. Las grasas son ésteres de ácidos grasos y algo de alcohol. Conoce la composición química de lípidos y lipoides. Enfatice las funciones principales: tróficas, energéticas y otras funciones que necesitan ser caracterizadas. La energía liberada durante la descomposición de las sustancias orgánicas no se utiliza inmediatamente para trabajar en las células, sino que primero se almacena en forma de un intermedio de alta energía: el trifosfato de adenosina (ATP). Conoce la composición química del ATP. Revele qué son los compuestos AMP y ADP. Ampliar el concepto de "conexión macroérgica". Indique en qué procesos se forman ADP y AMP, y cómo se forma ATP, cuál es el valor energético de estos procesos. Da ejemplos de procesos fisiológicos que requieran mucha energía.

Autorreproducción de material genético. Replicación.

Principios de registro de información genética. Código genético y sus propiedades.

Codigo genetico- inherente a todos los organismos vivos, un método de codificación de la secuencia de aminoácidos de las proteínas utilizando una secuencia de nucleótidos. En la naturaleza, se utilizan 20 aminoácidos diferentes para construir proteínas. Cada proteína es una cadena o varias cadenas en una secuencia estrictamente definida. Esta secuencia determina la estructura de la proteína y, por tanto, sus propiedades. El conjunto de aminoácidos es universal para casi todos los organismos vivos.

Propiedades de los genes. código:

Triplete: una combinación de 3 nucleótidos

Continuidad: no hay signos de puntuación entre los tripletes, es decir, la información se lee continuamente

Sin superposición: el mismo nucleótido no puede formar parte de varios tripletes al mismo tiempo.

Especificidad: un determinado codón corresponde a solo 1 aminoácido

Degeneración: varios codones pueden corresponder al mismo aminoácido

Versatilidad: el código genético funciona igual en organismos de diferentes niveles de complejidad.

Inmunidad

En el proceso de replicación del material genético, los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas se rompen y se forman dos hebras de ADN a partir de la doble hélice. Cada uno de ellos se convierte en una plantilla para la síntesis de otra hebra de ADN complementaria. Este último, a través de un enlace de hidrógeno, se combina con la plantilla de ADN. Entonces, cualquier molécula de ADN hija consta de una cadena de polinucleótidos nueva y una vieja. Como resultado, las células hijas reciben la misma información genética que las células madre. El mantenimiento de tal situación lo proporciona un mecanismo de autocorrección realizado por la ADN polimerasa. La capacidad del material genético, el ADN, para reproducirse (replicarse) es la base de la reproducción de organismos vivos, la transferencia de propiedades hereditarias de generación en generación y el desarrollo de un organismo multicelular a partir del cigoto.

Los cambios no corregidos en la estructura química de los genes, reproducidos en sucesivos ciclos de replicación y manifestados en la descendencia en forma de nuevas variantes de rasgos, se denominan mutaciones genéticas.

Los cambios en la estructura del ADN se pueden dividir en 3 grupos: 1. Reemplazo de unas bases por otras.

2. cambio del marco de lectura con un cambio en el número de pares de nucleótidos en el gen.

3. reordenamiento de secuencias de nucleótidos dentro de un gen.

1. Sustitución de unas bases por otras. Puede ocurrir accidentalmente o bajo la influencia de agentes químicos específicos. Si la forma alterada de la base pasa desapercibida durante la reparación, durante el siguiente ciclo de replicación puede unirse a sí mismo otro nucleótido.

Otra razón puede ser la inclusión errónea en la cadena de ADN sintetizada de un nucleótido que lleva una forma modificada de la base o su análogo. Si este error pasa desapercibido durante la reparación, la base modificada se incluye en el proceso de replicación, lo que conduce a la sustitución de un par por otro.

Como resultado, se forma un nuevo triplete en el ADN. Si este triplete codifica el mismo aminoácido, los cambios no afectarán la estructura del péptido (degeneración del código genético). Si el triplete recién formado codifica un aminoácido diferente, la estructura de la cadena peptídica y las propiedades de la proteína cambian.

2. desplazamiento del marco de lectura. Estas mutaciones ocurren debido a la pérdida (deleción) o inserción de uno o más pares de nucleótidos complementarios en la secuencia de nucleótidos del ADN. Esto puede deberse a la exposición del material genético a determinadas sustancias químicas (compuestos de acridina). Una gran cantidad de mutaciones ocurren debido a la inclusión de elementos genéticos móviles (transposones) en el ADN. Los errores durante la recombinación en caso de entrecruzamiento intragénico desigual también pueden ser la razón.

Con tales mutaciones, el significado de la información biológica registrada en este ADN cambia.

3... cambiando el orden de las secuencias de nucleótidos. Este tipo de mutación se produce debido a una rotación de 180 ° de la región del ADN (inversión). Esto se debe al hecho de que la molécula de ADN forma un bucle dentro del cual la replicación va en la dirección incorrecta. Dentro de la región invertida, se interrumpe la lectura de información y se interrumpe la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Causas:- cruce desigual entre cromosomas homólogos

Cruce intracromosómico

Roturas de cromosomas

Roturas seguidas de la unión de elementos cromosómicos

Copiar un gen y transferirlo a otra parte del cromosoma

La molécula de ADN consta de dos hebras que forman una doble hélice. Su estructura fue descifrada por primera vez por Francis Crick y James Watson en 1953.

Al principio, una molécula de ADN, que consta de un par de cadenas de nucleótidos entrelazadas, planteó preguntas sobre por qué tiene exactamente esta forma. Los científicos han llamado a este fenómeno complementariedad, lo que significa que solo ciertos nucleótidos pueden ubicarse en sus hebras opuestas entre sí. Por ejemplo, la adenina siempre es opuesta a la timina y la guanina es opuesta a la citosina. Estos nucleótidos de la molécula de ADN se denominan complementarios.

Esto se representa esquemáticamente de la siguiente manera:

T - A

C - G

Estos pares forman un enlace de nucleótidos químico que determina el orden en el que se organizan los aminoácidos. En el primer caso, es un poco más débil. La conexión entre C y G es más fuerte. Los nucleótidos no complementarios no forman pares entre sí.

Sobre la estructura

Entonces, la estructura de la molécula de ADN es especial. Tiene tal forma por una razón: el hecho es que la cantidad de nucleótidos es muy grande y se necesita mucho espacio para acomodar cadenas largas. Es por esta razón que la torsión en espiral es inherente a las cadenas. Este fenómeno se llama espiralización, permite que los filamentos se acorten entre cinco y seis veces.

El cuerpo utiliza algunas moléculas de este tipo de forma muy activa, otras raramente. Este último, además de la espiralización, también se somete a un "embalaje compacto" como el superenrollamiento. Y luego la longitud de la molécula de ADN disminuye de 25 a 30 veces.

¿Qué es el "empaquetamiento" de una molécula?

En el proceso de superenrollamiento, están involucradas las proteínas histonas. Tienen la estructura y apariencia de un carrete o varilla de hilo. Sobre ellos se enrollan hilos en espiral, que inmediatamente se vuelven "compactos" y ocupan poco espacio. Cuando es necesario utilizar uno u otro hilo, se desenrolla de una bobina, por ejemplo, de una proteína histona, y la espiral se desenrolla en dos cadenas paralelas. Cuando la molécula de ADN se encuentra en este estado, se pueden leer los datos genéticos necesarios. Sin embargo, existe una condición. Obtener información solo es posible si la estructura de la molécula de ADN no se retuerce. Los cromosomas disponibles para lectura se denominan eucromatinas, y si están superspiralizados, entonces ya son heterocromatinas.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos, como las proteínas, son biopolímeros. La función principal es el almacenamiento, implementación y transmisión de información hereditaria (información genética). Son de dos tipos: ADN y ARN (desoxirribonucleico y ribonucleico). Los monómeros en ellos son nucleótidos, cada uno de los cuales contiene un residuo de ácido fosfórico, un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa / ribosa) y una base nitrogenada. El código de ADN incluye 4 tipos de nucleótidos: adenina (A) / guanina (G) / citosina (C) / timina (T). Se diferencian por la base nitrogenada que contienen.

En una molécula de ADN, la cantidad de nucleótidos puede ser enorme, desde varios miles hasta decenas y cientos de millones. Estas moléculas gigantes se pueden ver a través de un microscopio electrónico. En este caso, será posible ver una doble hebra de hebras de polinucleótidos, que están interconectadas por enlaces de hidrógeno de las bases nitrogenadas de los nucleótidos.

Investigar

En el curso de la investigación, los científicos han descubierto que los tipos de moléculas de ADN en diferentes organismos vivos difieren. También se encontró que la guanina de una cadena puede unirse solo con citosina y timina, con adenina. La disposición de los nucleótidos de una hebra corresponde estrictamente a la paralela. Debido a esta complementariedad de polinucleótidos, la molécula de ADN es capaz de duplicarse y auto-reproducirse. Pero primero, las cadenas complementarias divergen bajo la influencia de enzimas especiales que destruyen los nucleótidos emparejados, y luego comienza la síntesis de la cadena faltante en cada uno de ellos. Esto se debe a los nucleótidos libres presentes en grandes cantidades en cada célula. Como resultado, en lugar de la "molécula madre", se forman dos moléculas "hijas", idénticas en composición y estructura, y el código de ADN se convierte en el original. Este proceso es un precursor de la división celular. Asegura la transferencia de todos los datos hereditarios de las células madre a las células hijas, así como a todas las generaciones posteriores.

¿Cómo se lee el código genético?

Hoy en día, no solo se calcula la masa de la molécula de ADN, también es posible encontrar datos más complejos que antes no estaban disponibles para los científicos. Por ejemplo, puede leer información sobre cómo el cuerpo usa su propia célula. Por supuesto, en un principio, esta información está codificada y tiene la forma de algún tipo de matriz, por lo que debe ser transportada a un portador especial, que es el ARN. El ácido ribonucleico puede infiltrarse en la célula a través de la membrana nuclear y leer la información codificada en su interior. Por lo tanto, el ARN es un portador de datos ocultos desde el núcleo hasta la célula y se diferencia del ADN en que contiene ribosa en lugar de desoxirribosa y uracilo en lugar de timina. Además, el ARN es monocatenario.

Síntesis de ARN

Un análisis profundo del ADN mostró que después de que el ARN abandona el núcleo, ingresa al citoplasma, donde puede incorporarse como una matriz a los ribosomas (sistemas enzimáticos especiales). Con base en la información recibida, pueden sintetizar la secuencia apropiada de aminoácidos proteicos. El ribosoma aprende del código triplete qué tipo de compuesto orgánico debe unirse a la cadena de proteínas en formación. Cada aminoácido tiene su propio triplete específico, que lo codifica.

Una vez completada la formación de la cadena, adquiere una forma espacial específica y se convierte en una proteína capaz de realizar sus funciones hormonales, constructivas, enzimáticas y otras. Para cualquier organismo, es un producto genético. Es a partir de ella que se determinan todo tipo de cualidades, propiedades y manifestaciones de los genes.

Genes

En primer lugar, se desarrollaron procesos de secuenciación para obtener información sobre cuántos genes tiene la estructura de una molécula de ADN. Y, aunque la investigación ha permitido a los científicos hacer grandes avances en esta materia, todavía no es posible conocer el número exacto de ellos.

Hace unos años, se asumió que las moléculas de ADN contienen aproximadamente 100 mil genes. Un poco más tarde, la cifra disminuyó a 80 mil, y en 1998, los genetistas anunciaron que solo 50 mil genes están presentes en un ADN, que es solo el 3% de la longitud total del ADN. Pero las últimas conclusiones de los genetistas quedaron asombrados. Ahora afirman que el genoma incluye entre 25 y 40 mil de estas unidades. Resulta que solo el 1,5% del ADN cromosómico es responsable de codificar proteínas.

La investigación no se detuvo ahí. Un equipo paralelo de especialistas en ingeniería genética descubrió que la cantidad de genes en una molécula es exactamente 32 mil. Como puede ver, todavía es imposible obtener una respuesta definitiva. Hay demasiadas contradicciones. Todos los investigadores se basan únicamente en sus propios resultados.

¿Ha habido una evolución?

A pesar de que no hay evidencia de la evolución de la molécula (dado que la estructura de la molécula de ADN es frágil y de tamaño pequeño), los científicos han hecho una sugerencia. Basado en datos de laboratorio, expresaron una versión del siguiente contenido: en la etapa inicial de su aparición, la molécula parecía un péptido autorreplicante simple, que incluía hasta 32 aminoácidos que se encuentran en océanos antiguos.

Después de la autorreplicación, gracias a las fuerzas de la selección natural, las moléculas adquirieron la capacidad de protegerse de la influencia de elementos externos. Comenzaron a vivir más y a reproducirse en grandes cantidades. Las moléculas que se encontraban en la vejiga lipídica tenían todas las posibilidades de auto-reproducción. Como resultado de una serie de ciclos sucesivos, las burbujas de lípidos adquirieron la forma de membranas celulares y, luego, todas las partículas conocidas. Cabe señalar que hoy en día cualquier parte de la molécula de ADN es una estructura compleja y claramente funcional, cuyas características aún no han sido completamente estudiadas por los científicos.

Mundo moderno

Recientemente, los científicos israelíes han desarrollado una computadora que puede realizar billones de operaciones por segundo. Hoy es el coche más rápido de la Tierra. Todo el secreto es que el dispositivo innovador funciona con ADN. Los profesores dicen que en el corto plazo, tales computadoras incluso podrán generar energía.

Hace un año, especialistas del Instituto Weizmann en Rehovot (Israel) anunciaron la creación de una computadora molecular programable compuesta por moléculas y enzimas. Reemplazaron los microchips de silicio con ellos. A estas alturas, el equipo todavía está avanzando. Ahora, solo una molécula de ADN puede proporcionar a la computadora los datos necesarios y proporcionar el combustible necesario.

Los "nanoordenadores" bioquímicos no son ficción, ya existen en la naturaleza y se manifiestan en cada ser vivo. Pero a menudo no están controlados por humanos. Una persona aún no puede operar en el genoma de ninguna planta para calcular, digamos, el número "pi".

La idea de utilizar el ADN para almacenar / procesar datos llegó por primera vez a las mentes brillantes de los científicos en 1994. Fue entonces cuando se utilizó una molécula para resolver un simple problema matemático. Desde entonces, varios grupos de investigación han propuesto varios proyectos relacionados con las computadoras de ADN. Pero aquí todos los intentos se basaron únicamente en la molécula de energía. No se puede ver una computadora así a simple vista; parece una solución transparente de agua en un tubo de ensayo. No tiene partes mecánicas, sino solo billones de dispositivos biomoleculares, ¡y eso es solo una gota de líquido!

ADN humano

Qué tipo de ADN humano, la gente se dio cuenta en 1953, cuando los científicos pudieron demostrar por primera vez al mundo un modelo de ADN de doble hebra. Por ello, Kirk y Watson recibieron el Premio Nobel, ya que este descubrimiento se volvió fundamental en el siglo XX.

Con el tiempo, por supuesto, demostraron que una molécula humana estructurada puede verse no solo como en la versión propuesta. Después de un análisis más detallado del ADN, se descubrieron las formas A-, B- y zurdas de Z-. La forma A- es a menudo una excepción, ya que se forma solo si hay falta de humedad. Pero esto solo es posible en estudios de laboratorio, para el entorno natural es anormal, en una célula viva tal proceso no puede ocurrir.

La forma de B es clásica y se conoce como cadena doble para diestros, pero la forma de Z no solo está torcida en la dirección opuesta, hacia la izquierda, sino que también tiene una apariencia más en zigzag. Los científicos también han identificado la forma G-quadruplex. No hay 2, sino 4 hilos en su estructura. Según los genetistas, esta forma se presenta en aquellas áreas donde hay una cantidad excesiva de guanina.

ADN artificial

El ADN artificial ya existe hoy, que es una copia idéntica del real; repite perfectamente la estructura de la doble hélice natural. Pero, a diferencia del polinucleótido primordial, en el artificial solo hay dos nucleótidos adicionales.

Dado que el doblaje se creó a partir de la información obtenida en el curso de varios estudios del ADN real, también se puede copiar, autorreplicar y evolucionar. Los expertos han estado trabajando en la creación de una molécula artificial de este tipo durante unos 20 años. El resultado es una invención asombrosa que puede utilizar el código genético de la misma forma que el ADN natural.

A las cuatro bases nitrogenadas disponibles, la genética agregó dos adicionales, que crearon mediante el método de modificación química de bases naturales. A diferencia del ADN natural, el ADN artificial es bastante corto. Contiene solo 81 pares de bases. Sin embargo, también se reproduce y evoluciona.

La replicación de una molécula obtenida artificialmente se produce gracias a la reacción en cadena de la polimerasa, pero hasta ahora esto no ocurre por sí solo, sino a través de la intervención de científicos. Ellos agregan independientemente las enzimas necesarias al ADN mencionado, colocándolo en un medio líquido especialmente preparado.

Resultado final

El proceso y el resultado final del desarrollo del ADN pueden verse influenciados por varios factores, por ejemplo, mutaciones. Esto requiere el estudio de muestras de materia para que el resultado de los análisis sea confiable y confiable. Un ejemplo es la prueba de paternidad. Pero es una buena noticia que incidentes como la mutación sean raros. Sin embargo, las muestras de materia siempre se vuelven a verificar para obtener información más precisa basada en el análisis.

ADN vegetal

Gracias a la secuenciación de alta tecnología (HTS), se ha producido una revolución en el campo de la genómica: también es posible la extracción de ADN de plantas. Por supuesto, obtener ADN de peso molecular de alta calidad a partir de material vegetal causa algunas dificultades debido a la gran cantidad de copias de ADN mitocondrias y cloroplastos, así como al alto nivel de polisacáridos y compuestos fenólicos. Para aislar la estructura que estamos considerando, en este caso, se utilizan una variedad de métodos.

Enlace de hidrógeno en el ADN

El enlace de hidrógeno en la molécula de ADN es responsable de la atracción electromagnética creada entre un átomo de hidrógeno cargado positivamente, que está unido a un átomo electronegativo. Esta interacción dipolo no cumple con el criterio de enlace químico. Pero se puede realizar intermolecularmente o en diferentes partes de la molécula, es decir, intramolecularmente.

El átomo de hidrógeno está unido al átomo electronegativo, que es el donante de este enlace. El átomo electronegativo puede ser nitrógeno, flúor, oxígeno. A través de la descentralización, atrae una nube de electrones del núcleo de hidrógeno y hace que el átomo de hidrógeno se cargue (parcialmente) positivamente. Dado que el tamaño de H es pequeño en comparación con otras moléculas y átomos, la carga también es pequeña.

Decodificación de ADN

Antes de decodificar una molécula de ADN, los científicos primero toman una gran cantidad de células. Para el trabajo más preciso y exitoso, necesitan alrededor de un millón. Los resultados obtenidos en el transcurso del estudio se comparan y registran constantemente. Hoy en día, la decodificación del genoma ya no es una rareza, sino un procedimiento asequible.

Por supuesto, descifrar el genoma de una célula es un ejercicio inapropiado. Los datos obtenidos en el curso de tales estudios no interesan a los científicos. Pero es importante comprender que todos los métodos de decodificación que existen actualmente, a pesar de su complejidad, no son lo suficientemente efectivos. Solo permitirán leer entre el 40 y el 70% del ADN.

Sin embargo, los profesores de Harvard anunciaron recientemente una forma a través de la cual se puede descifrar el 90% del genoma. La técnica se basa en la adición de moléculas cebadoras a las células aisladas, con la ayuda de las cuales comienza la replicación del ADN. Pero incluso este método no puede considerarse exitoso; aún debe mejorarse antes de ser utilizado abiertamente en la ciencia.

MOSCÚ, 25 de abril - RIA Novosti, Tatyana Pichugina. Hace exactamente 65 años, los científicos británicos James Watson y Francis Crick publicaron un artículo sobre cómo descifrar la estructura del ADN, sentando las bases de una nueva ciencia: la biología molecular. Este descubrimiento ha cambiado mucho en la vida de la humanidad. RIA Novosti habla sobre las propiedades de la molécula de ADN y por qué es tan importante.

En la segunda mitad del siglo XIX, la biología era una ciencia muy joven. Los científicos estaban comenzando a estudiar la célula y el concepto de herencia, aunque ya fue formulado por Gregor Mendel, no obtuvo una amplia aceptación.

En la primavera de 1868, un joven médico suizo, Friedrich Miescher, llegó a la Universidad de Tübingen (Alemania) para realizar un trabajo científico. Tenía la intención de averiguar de qué sustancias está hecha la célula. Para los experimentos, elegí leucocitos, que son fáciles de obtener del pus.

Al separar el núcleo del protoplasma, las proteínas y las grasas, Misher descubrió un compuesto con un alto contenido de fósforo. Llamó a esta molécula nucleína ("núcleo" en latín es el núcleo).

Este compuesto exhibió propiedades ácidas, de ahí que se acuñó el término "ácido nucleico". Su prefijo "desoxirribo" significa que la molécula contiene grupos H y azúcares. Luego resultó que en realidad era sal, pero el nombre no se cambió.

A principios del siglo XX, los científicos ya sabían que la nucleína es un polímero (es decir, una molécula flexible muy larga de unidades repetidas), las unidades están compuestas por cuatro bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) y nucleína. está contenido en cromosomas, estructuras compactas que surgen al dividirse las células. El genetista estadounidense Thomas Morgan demostró su capacidad para transmitir rasgos hereditarios en experimentos con moscas de la fruta.

El modelo que explica los genes

Pero lo que hace el ácido desoxirribonucleico, o ADN para abreviar, en el núcleo celular, no se entendió durante mucho tiempo. Se pensaba que desempeñaba algún tipo de papel estructural en los cromosomas. Las unidades de la herencia, los genes, se atribuyeron a la naturaleza proteica. El gran avance fue realizado por el investigador estadounidense Oswald Avery, quien demostró experimentalmente que el material genético se transmite de bacteria a bacteria a través del ADN.

Quedó claro que era necesario estudiar el ADN. ¿Pero cómo? En ese momento, solo los rayos X estaban disponibles para los científicos. Para hacer brillar las moléculas biológicas a través de ellos, tuvieron que cristalizar, y esto es difícil. El descifrado de la estructura de las moléculas de proteínas mediante patrones de difracción de rayos X se llevó a cabo en el Laboratorio Cavendish (Cambridge, Gran Bretaña). Los jóvenes investigadores James Watson y Francis Crick que trabajaron allí no tenían sus propios datos experimentales sobre el ADN, por lo que utilizaron las radiografías de sus colegas del King's College Maurice Wilkins y Rosalind Franklin.

Watson y Crick propusieron un modelo de la estructura del ADN que corresponde exactamente a los patrones de difracción de rayos X: dos hebras paralelas se retuercen en una hélice a la derecha. Cada cadena está doblada por un conjunto arbitrario de bases nitrogenadas, ensartadas en la columna vertebral de sus azúcares y fosfatos, y mantenidas juntas por enlaces de hidrógeno estirados entre las bases. Además, la adenina se combina solo con timina y guanina, con citosina. Esta regla se llama principio de complementariedad.

El modelo de Watson y Crick explicó las cuatro funciones principales del ADN: la replicación del material genético, su especificidad, el almacenamiento de información en una molécula y su capacidad para mutar.

Los científicos publicaron su descubrimiento en la revista Nature el 25 de abril de 1953. Diez años más tarde, él y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Biología (Rosalind Franklin murió en 1958 de cáncer a la edad de 37 años).

"Ahora, más de medio siglo después, podemos afirmar que el descubrimiento de la estructura del ADN jugó el mismo papel en el desarrollo de la biología que el descubrimiento del núcleo atómico en física. La elucidación de la estructura del átomo llevó a el nacimiento de una nueva física cuántica, y el descubrimiento de la estructura del ADN condujo al nacimiento de una nueva, la biología molecular ", escribe Maxim Frank-Kamenetsky, un destacado genetista, investigador del ADN, autor del libro" El Molécula más importante ".

Codigo genetico

Ahora todo lo que quedaba era descubrir cómo funcionaba esta molécula. Se sabía que el ADN contiene instrucciones para la síntesis de proteínas celulares que hacen todo el trabajo en la célula. Las proteínas son polímeros formados por conjuntos repetidos (secuencias) de aminoácidos. Además, solo hay veinte aminoácidos. Las especies animales se diferencian entre sí por el conjunto de proteínas de las células, es decir, por diferentes secuencias de aminoácidos. La genética argumentó que estas secuencias están dadas por genes, que luego se creía que servían como los primeros componentes básicos de la vida. Pero nadie sabía exactamente qué eran los genes.

El autor de la teoría del Big Bang, el físico Georgy Gamov, empleado de la Universidad George Washington (EE. UU.), Lo dejó claro. Basado en el modelo de la hélice de ADN de doble hebra de Watson y Crick, sugirió que un gen es un fragmento de ADN, es decir, una determinada secuencia de enlaces: nucleótidos. Dado que cada nucleótido es una de las cuatro bases nitrogenadas, solo necesita averiguar cómo los cuatro elementos codifican veinte. Esta fue la idea detrás del código genético.

A principios de la década de 1960, se estableció que las proteínas se sintetizan a partir de aminoácidos en los ribosomas, una especie de "fábricas" dentro de la célula. Para iniciar la síntesis de proteínas, una enzima se acerca al ADN, reconoce un sitio específico al comienzo del gen, sintetiza una copia del gen en forma de un ARN pequeño (se llama plantilla) y luego se cultiva una proteína a partir de aminoácidos. ácidos en el ribosoma.

También descubrieron que el código genético es de tres letras. Esto significa que tres nucleótidos corresponden a un aminoácido. La unidad del código se llamó codón. En el ribosoma, la información del ARNm se lee codón por codón, secuencialmente. Y cada uno de ellos corresponde a varios aminoácidos. ¿Qué aspecto tiene el cifrado?

Marshall Nirenberg y Heinrich Mattei de EE. UU. Respondieron a esta pregunta. En 1961, presentaron sus resultados por primera vez en un congreso de bioquímica en Moscú. En 1967, el código genético se había descifrado por completo. Resultó ser universal para todas las células de todos los organismos, lo que tuvo consecuencias de gran alcance para la ciencia.

El descubrimiento de la estructura del ADN y el código genético ha reorientado completamente la investigación biológica. El hecho de que cada individuo tenga una secuencia de ADN única ha cambiado fundamentalmente la ciencia forense. Descifrar el genoma humano ha proporcionado a los antropólogos un método completamente nuevo para estudiar la evolución de nuestra especie. El editor de ADN recientemente inventado CRISPR-Cas ha hecho avanzar mucho la ingeniería genética. Al parecer, esta molécula almacena la solución a los problemas más urgentes de la humanidad: cáncer, enfermedades genéticas, envejecimiento.

Las unidades monoméricas de las cuales son nucleótidos.

¿Qué es el ADN?

Toda la información sobre la estructura y el funcionamiento de cualquier organismo vivo está contenida en forma codificada en su material genético. La base del material genético del cuerpo es ácido desoxirribonucleico (ADN).

ADN en la mayoría de los organismos es una molécula de polímero larga de doble hebra. Subsecuencia unidades de monómero (desoxirribonucleótidos) en una de sus cadenas corresponde a ( complementario) la secuencia de desoxirribonucleótidos en otro. El principio de complementariedad asegura la síntesis de nuevas moléculas de ADN, idénticas a las originales, cuando se duplican ( replicación).

Una sección de una molécula de ADN que codifica un determinado rasgo: gene.

Genes- estos son elementos genéticos individuales que tienen una secuencia de nucleótidos estrictamente específica y que codifican ciertas características del organismo. Algunos de ellos codifican proteínas, otros solo moléculas de ARN.

La información contenida en los genes que codifican proteínas (genes estructurales) se decodifica en dos procesos secuenciales:

• Síntesis de ARN (transcripción): en una determinada región del ADN, como en una matriz, se sintetiza ARN mensajero (ARNm).
• síntesis de proteínas (traducción): Durante el trabajo coordinado de un sistema multicomponente con la participación de transporte de ARN (ARNt), ARNm, enzimas Y varios factores proteicos llevado a cabo síntesis de proteínas.

Todos estos procesos aseguran la traducción correcta de la información genética codificada en el ADN del lenguaje de los nucleótidos al lenguaje de los aminoácidos. Secuencia de aminoácidos de una molécula de proteína define su estructura y funciones.

Estructura del ADN

ADN- este es polímero orgánico lineal... Su - nucleótidos, que a su vez constan de:

En este caso, el grupo fosfato se une a Átomo de carbono 5 ' residuo de monosacárido y la base orgánica - para 1'-átomo.

Hay dos tipos de bases en el ADN:

La estructura de los nucleótidos en la molécula de ADN.

V ADN monosacárido presentado 2'-desoxirribosa conteniendo solo 1 grupo hidroxilo (OH) y en ARN - ribosa teniendo 2 grupos hidroxilo (OH).

Los nucleótidos están vinculados entre sí. enlaces fosfodiéster, mientras que el grupo fosfato Átomo de carbono 5 ' un nucleótido ligado a Grupo 3'-OH de desoxirribosa nucleótido adyacente (Figura 1). En un extremo de la cadena de polinucleótidos se encuentra Grupo Z'-OH (extremo Z'), y por otro - Grupo 5'-fosfato (extremo 5 ').

Niveles de estructura del ADN

Es habitual distinguir 3 niveles de estructura del ADN:

• primario;
• secundario;
• terciario.

Estructura primaria del ADN Es la secuencia de la disposición de los nucleótidos en la cadena de polinucleótidos del ADN.

Estructura secundaria del ADN se estabiliza entre pares de bases complementarios y es una doble hélice de dos cadenas antiparalelas torcidas hacia la derecha alrededor de un eje.

El giro general de la espiral 3,4 nm, distancia entre cadenas 2 nm.

La estructura terciaria del ADN es la superalización del ADN. La doble hélice de ADN en algunas regiones puede sufrir una espiralización adicional con la formación de un superenrollamiento o una forma circular abierta, que a menudo es causada por la conexión covalente de sus extremos abiertos. La estructura del ADN superenrollado permite el empaquetado económico de una molécula de ADN muy larga en el cromosoma. Entonces, en una forma alargada, la longitud de una molécula de ADN es 8 cm, y en forma de súper espiral encaja en 5 millas náuticas.

Regla de Chargaff

Regla de E. Chargaff Es la regularidad del contenido cuantitativo de bases nitrogenadas en la molécula de ADN:

1. ADN fracciones molares Las bases de purina y pirimidina son iguales: A +GRAMO = C+ T o (A +GRAMO)/(C + T) = 1.
2. En el ADN el número de bases con grupos amino (A +C) es igual a el número de bases con grupos ceto (GRAMO+ T):A +C= GRAMO+ T o (A +C)/(GRAMO+ T) = 1
3. Regla de equivalencia, es decir: A = T, G = C; A / T = 1; G / C = 1.
4. Composición de nucleótidos de ADN en organismos de varios grupos es específico y caracterizado coeficiente de especificidad: (G + C) / (A + T). En plantas y animales superiores coeficiente de especificidad menos de 1, y varía ligeramente: desde 0,54 antes de 0,98 , en microorganismos es más de 1.

Modelo de ADN de Watson-Crick

1953 James Watson y Francis Grito, basado en los datos del análisis estructural de rayos X de cristales de ADN, llegó a la conclusión de que ADN nativo consta de dos cadenas de polímero que forman una doble hélice (Figura 3).

Las cadenas de polinucleótidos enrolladas se mantienen juntas enlaces de hidrógeno formado entre bases complementarias de cadenas opuestas (Figura 3). Donde adenina pares solo con timina, a guanina- con citosina... Un par de bases A estabiliza dos enlaces de hidrógeno y un par G-C - Tres.

La longitud del ADN bicatenario generalmente se mide por el número de pares de nucleótidos complementarios ( NS.norte.). Para las moléculas de ADN que constan de miles o millones de pares de nucleótidos, se aceptan unidades pronto y m.p.n. respectivamente. Por ejemplo, el ADN del cromosoma 1 humano tiene una longitud de doble hélice 263 p.p.n.

Espina dorsal de azúcar-fosfato de la molécula, que consta de grupos fosfato y residuos de desoxirribosa conectados Enlaces 5'-3'-fosfodiéster, forma las "paredes laterales de una escalera de caracol", y los pares de bases A y G-C- sus pasos (Figura 3).

Figura 3: Modelo de ADN de Watson-Crick

Cadenas de moléculas de ADN antiparalelo: uno de ellos tiene una dirección 3 ’→ 5 ′, otro 5 ’→ 3 ′... De acuerdo con el principio de complementariedad si una de las cadenas contiene una secuencia de nucleótidos 5-TAGGCAT-3 ′, entonces en la hebra complementaria en este lugar debería haber una secuencia 3′-ATCCGTA-5 ′... En este caso, la forma bicatenaria se verá así:

• 5′-TAGGCAT-3 ′
• 3-ATCCGTA-5 '.

En tal registro 5 'final de la cadena superior siempre se colocan a la izquierda, y 3 'final- a la derecha.

El portador de información genética debe cumplir dos requisitos básicos: reproducir (replicar) con alta fidelidad y determinar (codificar) la síntesis de moléculas de proteínas.

Modelo de ADN de Watson-Crick cumple plenamente estos requisitos, ya que:

• según el principio de complementariedad, cada hebra de ADN puede servir como molde para la formación de una nueva hebra complementaria. Por lo tanto, después de una ronda, se forman dos moléculas hijas, cada una de las cuales tiene la misma secuencia de nucleótidos que la molécula de ADN original.
• la secuencia de nucleótidos del gen estructural define de forma única la secuencia de aminoácidos de la proteína que codifica.

1. Una molécula de ADN humano contiene aproximadamente 1,5 gigabytes de información... Al mismo tiempo, el ADN de todas las células del cuerpo humano ocupa 60 mil millones de terabytes, que se almacenan en 150-160 gramos de ADN.
2. Día Internacional del ADN celebrado el 25 de abril. Fue en este día de 1953 James Watson y Francis Creek publicado en la revista Naturaleza mi artículo titulado "Estructura molecular de los ácidos nucleicos" , que describía la doble hélice de la molécula de ADN.

Bibliografía: Biotecnología molecular: principios y aplicaciones, B. Glick, J. Pasternak, 2002