Introducción En la Tierra, toda la materia está constituida por átomos




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títuloIntroducción En la Tierra, toda la materia está constituida por átomos
fecha de publicación24.01.2016
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La Revolución Genética
Introducción
En la Tierra, toda la materia está constituida por átomos que se unen para formar moléculas. Sin embargo, podemos dividir la materia en dos tipos: materia viva y materia inerte. La diferencia entre ambas radica en que los seres vivos son capaces de realizar copias de si mismos. Es evidente que estas copias, los hijos, se parecen a los padres en muchos aspectos, aunque no tienen por qué ser totalmente idénticos.
Pero, ¿cómo funciona la herencia entre padres e hijos? Tiene que existir algún mecanismo para almacenar y transmitir información acerca de cómo es y cómo funciona un ser vivo.
Por tanto, las cuestiones fundamentales relacionadas con el funcionamiento de la vida, con la reproducción, giran en torno a las siguientes preguntas que intentaremos desentrañar en las siguientes páginas:


  1. ¿Cómo se almacena la información que hace que un ser vivo sea como es?

  2. ¿Dónde se almacena esta información?

  3. ¿Cómo se transmite de padres a hijos?

  4. ¿Cómo utilizan o manejan los seres vivos esa información?


Buena parte de las respuestas a estas preguntas se han ido descubriendo durante siglo XX con el desarrollo de una rama de la biología conocida como Genética. Podemos diferenciar dos etapas en la historia de la Genética:


  • Genética Clásica (1900 - 1953): comienza con los experimentos de Mendel y el estudio de genes y cromosomas, lo que aportó las primeras claves del funcionamiento de la herencia biológica.




  • Genética Molecular (1953 - actualidad): se inicia con el descubrimiento de la estructura del ADN y de la maquinaria que usan las células vivas para manipularlo. Conociendo estos mecanismos el ser humano ha sido capaz de desarrollar una nueva tecnología con infinitas posibilidades.


Por otro lado, al desentrañar los mecanismos genéticos de la herencia, se fueron hallando respuestas a preguntas básicas relacionadas con el funcionamiento de la evolución biológica que ni el propio Darwin fue capaz de responder:


  • ¿Cómo se transmiten los caracteres favorables de padres a hijos?

  • ¿Por qué unas especies se parecen a otras?

  • ¿Cómo puede surgir tanta diversidad de seres vivos?

  • ¿Qué tienen en común todos los seres vivos? ¿están realmente todos emparentados?, etc.


Leyes de Mendel
Con Mendel se empezó a hablar de factores hereditarios (hoy llamados genes) y se estableció que:

  • Un gen es la unidad de información hereditaria, y controla un determinado carácter (p. ej. color del fruto, grupo sanguíneo, etc)

  • Los genes mantienen sus individualidad a lo largo de las generaciones

  • Los genes se transmiten independientemente unos de otros

  • Para cada carácter hay dos versiones del gen (alelos), uno procedente del padre y otro de la madre. Unos alelos pueden dominar sobre otros (y ocultarlos)


Basándonos en tres sencillas leyes, se podían hacer predicciones exactas sobre cómo iban a ser los hijos o los nietos resultantes al cruzar dos ovejas, o dos palomas, o dos variedades de amapola, o cuál era la probabilidad de tener un hijo hemofílico o daltónico. Sin embargo, todavía no se sabía donde estaban y de qué estaban hechos los genes.
El estudio de la célula trajo la respuesta: los genes no son más que trozos de los cromosomas, unos filamentos que se encuentran en el núcleo de todas las células y que se reparten cuidadosamente cuando esta se divide para formar dos células hijas (mitosis). Entre una división y otra, la célula desenrolla el ADN de los cromosomas para que se pueda utilizar la información que contiene, entonces se llama cromatina.
Las células sexuales tienen la mitad de cromosomas que el resto de las células de un organismo. En el caso del ser humano, los óvulos y los espermatozoides tienen 23 cromosomas, mientras que el resto de células tienen 23 PAREJAS de cromosomas. De cada pareja, uno lo obtenemos de nuestra madre y otro de nuestro padre.
¿De qué están hechos los genes?
Se sabía que los cromosomas estaban formados por dos tipos de sustancias: ADN y Proteínas. Ambas sustancias son moléculas grandes (macromoléculas) que se pueden romper en piezas menores. Las proteínas están formadas por 20 piezas conocidas como aminoácidos, mientras que el ADN está formado por un azúcar, fosfato y 4 tipos moléculas pequeñas (bases) con nitrógeno. Por tanto, los genes podían estar hechos de:


  • Proteínas

  • ADN

  • Una mezcla de ambos


En cualquier caso, la materia prima de los genes debía ser una molécula que cumpliera las siguientes características:
- Que permitiera almacenar información de forma estable

- Que esta información se pudiera copiar y transmitir entre seres vivos

- Que las células pudieran leer fácilmente y utilizar esta información
Todo parecía indicar que las 20 “letras” de las Proteínas las convertían en el mejor candidato para constituir el alfabeto de la vida. Sin embargo…

Estructura del ADN: “el secreto de la vida”
La estructura tridimensional del ADN es la siguiente:
1. La molécula de ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos que se autoensamblan formando una doble hélice.
2. Los eslabones que forman cada una de las cadenas del ADN, llamados nucleótidos, a su vez están formados por tres partes:


  • Un Azúcar llamado Desoxirribosa (en el ARN el azúcar es la Ribosa)

  • Un grupo Fosfato

  • Una Base Nitrogenada, de las que hay 4 tipos: Adenina, Timina, Guanina y Citosina (en el ARN el Uracilo sustituye a la Timina). La base nitrogenada es lo que diferencia un nucleótido de otro.


3. Las bases de una cadena son complementarias a las de la otra cadena, es decir, la Adenina de una cadena se une a la Timina de la otra, y la Guanina se une a la Citosina.
Esta estructura permite que el ADN cumpla a la perfección sus funciones como almacén de la información biológica.
Duplicación de la información
Las dos cadenas de la doble hélice se pueden separar, como una cremallera. De este modo, cada una de las cadenas puede servir de molde para construir la cadena complementaria y obtener así dos moléculas de ADN idénticas. Esta es la forma en la que se duplican los cromosomas antes de que una célula se divida en dos durante la mitosis.
Mutaciones, origen de las diferencias




Al realizar copias se pueden producir errores de manera espontánea y aleatoria. Cualquier error en el proceso de duplicación del ADN originará una célula o un organismo “diferente”. Esa diferencia puede consistir en el cambio de una letra, de muchas letras, incluso de un cromosoma entero. La generación de copias inexactas (mutantes) es la base de la evolución, dado que aporta variabilidad al proceso. De hecho, los seres vivos actuales somos el resultado de la acumulación de innumerables mutaciones entre las cuales la naturaleza ha ido eligiendo a lo largo de millones de años (selección natural).
El Código genético, la utilización de la información
Las células de cualquier ser vivo están construidas fundamentalmente por proteínas que realizan la mayoría de las funciones biológicas. Algunas se utilizan como elementos de construcción, como la queratina del pelo; otras transportan sustancias, como la hemoglobina de la sangre; mientras que otras controlan reacciones químicas fundamentales, como la coagulación de la sangre o la lucha contra las infecciones. Las propias herramientas que la célula emplea para manipular el ADN (cortar, pegar, copiar) no son más que proteínas.
Las proteínas son cadenas formadas por una secuencia de moléculas más sencillas llamadas aminoácidos, de los cuales hay 20 distintos. La información para fabricar proteínas está en el ADN pero, ¿cómo se traduce un lenguaje de 4 letras, los nucleótidos del ADN, a un lenguaje de 20 letras?
Este mecanismo de traducción se conoce actualmente con bastante detalle y consta de las siguientes fases:


  1. Una de las cadenas del ADN se utiliza como molde para fabricar una molécula muy similar, el ARN mensajero (contiene U en vez de T), de una sola hebra.

  2. Mientras el ADN permanece en el núcleo de las células, la cadena de ARNm conteniendo una pequeña porción de información sale al citoplasma.

  3. En el citoplasma, unas pequeñas máquinas de lectura llamadas ribosomas, se sitúan al inicio del ARNm y empiezan a traducir la información.

  4. A partir del orden o secuencia de nucleótidos del ARNm, el ribosoma determina los aminoácidos que se irán añadiendo para ir construyendo una determinada proteína. Cada grupo de 3 nucleótidos codifica un aminoácido.


Se llama código genético a la equivalencia entre grupos de 3 nucleótidos del ADN (o ARNm) y el aminoácido correspondiente. El dogma central de la biología molecular establece que cada secuencia de ADN, es decir, cada gen, lleva la información para sintetizar una proteína.
Pero, como muchos otros dogmas en ciencia, esta idea ha resultado ser demasiado simple para explicar el complejísimo funcionamiento de la más simple de las células.






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