Modelos de la Estructura del ADN de Watson y Crick
Para investigar la relación entre las bases del ADN, se recortaron trozos de cartón que representaban las formas de estas bases. Demostraron que podían encajar A-T y C-G, con puentes de hidrógeno.
Usaron barras de metal y láminas cortadas a medida y las unieron con pinzas.
De la estructura surgió un mecanismo para la copia del ADN y permitió comprender que el código genético debía consistir en tripletes de bases.
Replicación, Transcripción y Traducción del ADN
Replicación Semiconservativa del ADN
La replicación del ADN es semiconservativa y depende del apareamiento de bases complementarias.
Cuando una célula se prepara para dividirse, las dos cadenas de la doble hélice se separan. Cada una de esas cadenas originales sirve como modelo o plantilla para la creación de una nueva cadena. Las nuevas cadenas se forman añadiendo y uniendo nucleótidos uno a uno. El resultado final son dos moléculas de ADN, cada una compuesta por una cadena original y una cadena recién sintetizada. Por esto se dice que la replicación del ADN es semiconservativa.
La Helicasa
La helicasa desenrolla la doble hélice y separa las dos cadenas mediante la ruptura de los puentes de hidrógeno.
Antes de la replicación del ADN, las dos cadenas de la molécula deben separarse para que cada una pueda servir de plantilla para la formación de una nueva cadena. Esta separación la lleva a cabo la helicasa, un grupo de enzimas que utiliza energía del ATP para romper los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias.
Los polipéptidos se acoplan de forma que una de las cadenas de la molécula de ADN pasa por el centro y la otra por fuera. Se utiliza ATP para desplazar la helicasa a lo largo de la molécula de ADN, rompiendo los puentes entre las bases, separando las dos cadenas y desenrollando la hélice.
La ADN Polimerasa
La ADN polimerasa une entre sí los nucleótidos para formar una nueva cadena, usando para ello la cadena preexistente como una plantilla.
Una vez que la helicasa ha desenrollado la doble hélice y separado el ADN en dos cadenas, la replicación puede comenzar. Cada una de las dos cadenas actúa como plantilla para formar una nueva cadena. La formación de las cadenas nuevas la lleva a cabo la enzima ADN polimerasa.
La ADN polimerasa se desplaza por la cadena que sirve de plantilla siempre en la misma dirección y va añadiendo nucleótidos libres de uno en uno.
Una vez que ha colocado el nucleótido con la base correcta y se han formado puentes de hidrógeno entre las dos bases, la ADN polimerasa lo añade al extremo de la cadena nueva mediante un enlace covalente entre el grupo fosfato del nucleótido libre y el azúcar del nucleótido ya existente al final de la nueva cadena. El azúcar pentosa es el extremo 3’ y el grupo fosfato es el extremo 5’.
Transcripción
La transcripción es la síntesis de ARNm copiado de las secuencias de bases del ADN por la ARN polimerasa.
La función de los genes es precisar la secuencia de aminoácidos de un determinado polipéptido.
Las proteínas determinan las características observables en un individuo.
Se necesitan dos procesos para producir un determinado polipéptido usando la secuencia de bases de un gen. El primero es la transcripción.
Transcripción: Es la síntesis de ARN, usando el ADN como plantilla.
La enzima ARN polimerasa se une a un sitio en el ADN al inicio de un gen.
La ARN polimerasa se desplaza a lo largo del gen separando las cadenas del ADN y emparejando nucleótidos de ARN con las bases complementarias de una cadena del ADN.
La ARN polimerasa forma enlaces covalentes entre los nucleótidos de ARN.
El ARN se separa del ADN y la doble hélice se vuelve a formar.
La transcripción se detiene al final del gen y se libera la molécula de ARN completa.
La secuencia de bases de este ARN es idéntica a la de la cadena no molde (o cadena sentido) del ADN, con la excepción de que el uracilo (U) reemplaza a la timina (T).
La cadena de ADN con la misma secuencia de bases que el ARN (excepto por T/U) se denomina cadena sentido o codificante.
La otra cadena, que sirve de plantilla y tiene una secuencia de bases complementaria a la del ARNm y a la cadena sentido, se denomina cadena antisentido o molde.
Traducción
Es la síntesis de polipéptidos en los ribosomas.
Es el segundo de los dos procesos necesarios para producir un polipéptido.
Es la síntesis de un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos está determinada por la secuencia de bases de una molécula de ARN.
Se lleva a cabo en los ribosomas, estructuras complejas del citoplasma celular.
Parte de la subunidad grande del ribosoma es el sitio donde se crean enlaces peptídicos entre los aminoácidos para formar un polipéptido.
El ARN Mensajero y el Código Genético
La secuencia de aminoácidos de los polipéptidos está determinada por el ARNm de acuerdo con el código genético.
ARNm: Contiene la información necesaria para sintetizar un polipéptido. La longitud de sus moléculas varía dependiendo del número de aminoácidos en el polipéptido.
Las células que necesitan grandes cantidades de un determinado polipéptido tienen muchas copias del ARNm para ese polipéptido.
El ARN de transferencia (ARNt) interviene en la decodificación de la secuencia de bases del ARNm a una secuencia de aminoácidos durante la traducción, y el ARN ribosomal (ARNr) es parte de la estructura del ribosoma.
Los Codones
Los codones de tres bases en el ARNm se corresponden con un aminoácido en un polipéptido.
Los organismos usan un código de tripletes: grupos de tres bases para codificar un aminoácido.
Una secuencia de tres bases se llama codón. Cada codón codifica un aminoácido específico que se debe añadir al polipéptido. Varios codones diferentes pueden codificar el mismo aminoácido.
Los aminoácidos se transportan en el ARNt. Cada aminoácido es transportado por un ARNt específico que tiene un anticodón formado por tres bases complementarias a las del codón del ARNm de este mismo aminoácido.
Respiración Celular
Liberación de Energía por la Respiración Celular
La respiración celular es la liberación controlada de energía de los compuestos orgánicos para producir ATP.
La respiración celular es una de las funciones vitales que realizan todas las células vivas. Los compuestos orgánicos se descomponen para liberar energía que después se utiliza en la célula. La respiración celular es llevada a cabo por enzimas de forma cuidadosa y controlada, con el fin de retener la mayor cantidad posible de energía liberada en una forma utilizable, generalmente como ATP.
El ATP como Fuente de Energía
El ATP de la respiración celular está disponible de forma inmediata como una fuente de energía en la célula.
Las células requieren energía para tres tipos principales de actividades:
Sintetizar moléculas grandes, como el ADN, el ARN y las proteínas.
Bombear moléculas o iones a través de membranas mediante transporte activo.
Mover cosas dentro de la célula, como los cromosomas, las vesículas, etc.
La Respiración Anaeróbica
La respiración celular anaeróbica proporciona un pequeño rendimiento de ATP a partir de la glucosa.
En la respiración celular anaeróbica, la glucosa se descompone sin utilizar oxígeno. La producción de ATP es relativamente pequeña pero rápida. Es útil en:
Cuando se necesita un suministro pequeño pero rápido de ATP.
Cuando se ha agotado el oxígeno en las células que respiran.
En ambientes con bajo contenido de oxígeno, como los suelos encharcados.
Resultados en diferentes organismos:
En animales: Glucosa → Lactato.
En levaduras y plantas: Glucosa → Etanol + Dióxido de carbono.
La Respiración Aeróbica
La respiración celular aeróbica requiere de oxígeno y proporciona un gran rendimiento de ATP a partir de glucosa.
Si hay oxígeno en una célula, la glucosa puede descomponerse para liberar una cantidad de energía mucho mayor que en la respiración celular anaeróbica. La respiración celular aeróbica consiste en una serie de reacciones químicas en las que se producen dióxido de carbono y agua.
Ecuación general: Glucosa + Oxígeno → CO2 + H2O + ATP (energía).
Fotosíntesis
¿Qué es la Fotosíntesis?
La fotosíntesis consiste en la producción de compuestos de carbono en las células usando la energía lumínica. Ocurre en los cloroplastos de las células vegetales.
Algunos organismos son capaces de crear los compuestos de carbono que necesitan usando energía lumínica y sustancias inorgánicas simples como CO2 y H2O. Esto es la fotosíntesis.
Es un ejemplo de conversión de energía lumínica en energía química, almacenada en los compuestos de carbono. Los compuestos de carbono producidos incluyen glúcidos, proteínas y lípidos.
Longitudes de Onda de la Luz
La luz visible presenta un espectro variable de longitudes de onda: la luz violeta es la que tiene la longitud más corta y la roja la más larga.
La luz se compone de todas las longitudes de onda de la radiación electromagnética.
Las longitudes de onda son invisibles. El espectro de radiación abarca longitudes muy cortas o muy largas; las más cortas tienen mucha energía.
Las longitudes de onda que pueden ser detectadas por los ojos son las mismas que usan las plantas en la fotosíntesis. Son emitidas por el sol y penetran la atmósfera terrestre en mayores cantidades que otras longitudes de onda, por lo que son abundantes.
Absorción de la Luz por la Clorofila
La clorofila absorbe la luz roja y azul con mayor eficacia y refleja la luz verde con mayor intensidad que los demás colores.
La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz solar, que requiere sustancias químicas llamadas pigmentos. Estos pigmentos absorben luz y son los que percibimos de color. Los que absorben todos los colores se perciben como negros.
Hay pigmentos que absorben ciertas longitudes de onda visibles pero no otras. Por ejemplo, el pigmento de una flor azul absorbe todos los colores menos el azul, por lo tanto, lo refleja.
La clorofila es el principal pigmento fotosintético.
Producción de Oxígeno en la Fotosíntesis
El oxígeno se produce en la fotosíntesis a partir de la fotólisis del agua. Una de las etapas esenciales es la descomposición de las moléculas de agua para liberar electrones necesarios en otras etapas.
Esta reacción se llama fotólisis porque solo se produce si hay luz. Todo el oxígeno generado en la fotosíntesis proviene de la fotólisis del agua.
Efectos de la Fotosíntesis en la Tierra
La fotosíntesis ha provocado cambios significativos en la atmósfera terrestre, en los océanos y en la sedimentación de rocas.
Una consecuencia de la fotosíntesis es el aumento de la concentración de oxígeno en la atmósfera. Esto se conoce como la Gran Oxidación.
El metano, al igual que el CO2, son gases que provocan un efecto invernadero.
El aumento de las concentraciones de oxígeno en los océanos provocó la oxidación del hierro disuelto en el agua, que se precipitó al fondo del mar. Este proceso dio lugar a una formación rocosa llamada formación de hierro bandeado, en la que se alternan capas de óxido de hierro con otros minerales.
Gracias a la fotosíntesis de bacterias ancestrales, hoy tenemos abundantes suministros de oxígeno en la atmósfera.
Producción de Glúcidos
La energía se requiere para producir glúcidos y otros compuestos de carbono a partir del CO2.
Las plantas convierten el CO2 y agua en glúcidos mediante la fotosíntesis: CO2 + H2O → Glucosa + Oxígeno.
Se requiere energía, lo que la convierte en una reacción química endotérmica. Además, produce oxígeno.
Esta es la razón por la cual la fotosíntesis ocurre solo en presencia de luz.
Factores Limitantes de la Fotosíntesis
La tasa de fotosíntesis puede verse afectada por la temperatura, la intensidad lumínica y la concentración de CO2. Estos factores pueden limitar la tasa si están por debajo de su nivel óptimo, y por ese motivo se les llama factores limitantes. El factor limitante es aquel que está más alejado de su nivel óptimo.
De noche, el factor limitante es la luz.
Cuando hay luz, el factor limitante suele ser la temperatura o la concentración de CO2.