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Lecciones de biología
Curso: Lecciones de biología > Unidad 17
Lección 3: Replicación del ADN- Replicación del ADN y transcripción y traducción del ARN
- Cadenas líder y rezagada en la replicación del ADN
- Velocidad y precisión de la replicación del ADN
- Estructura molecular del ADN
- Mecanismos moleculares de la replicación del ADN
- Cómo ocurre la replicación del ADN: experimento de Meselson-Stahl
- Revisión y reparación del ADN
- Los telómeros y la telomerasa
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Cómo ocurre la replicación del ADN: experimento de Meselson-Stahl
Un experimento clave histórico que demostró el mecanismo semiconservativo de la replicación del ADN.
Puntos más importantes:
- Se consideraron tres modelos de cómo los organismos podrían replicar su ADN: semiconservativo, conservativo y dispersivo.
- El modelo semiconservativo, en el que cada cadena de ADN sirve como molde para hacer una nueva cadena complementaria, parecía el más probable tomando en cuenta la estructura del ADN.
- Meselson y Stahl probaron los modelos al marcar el ADN de las bacterias con isótopos de nitrógeno a lo largo de varias gneraciones.
- A partir de los patrones de ADN marcado que vieron, Meselson y Stahl confirmaron que el ADN se replica de forma semiconservativa.
El modo de replicación del ADN
Imagínate en 1953, justo después de que se descubrió la estructura de doble hélice del ADNstart superscript, 1, end superscript. ¿Qué preguntas podrías estar ponderando tú y otros otros científicos?
Una gran pregunta era sobre la replicación del ADN. La estructura de doble hélice del ADN proporcionó una tentadora pista sobre cómo ocurre el copiadostart superscript, 1, comma, 2, end superscript. Parecía probable que las dos cadenas complementarias de la hélice se separaran durante la replicación, y cada una sirviera como un molde para la construcción de una nueva cadena complementaria.
¿Pero realmente fue ese el caso? Tal vez te arruinemos el final, pero ¡la respuesta es sí! En este artículo, veremos un famoso experimento, a veces llamado "el experimento más hermoso de la biología", que estableció que el mecanismo básico de replicación del ADN es semiconservativo, es decir, que produce moléculas de ADN que contienen una cadena nueva y una viejacubed.
Los tres modelos de replicación del ADN
La comunidad científica había propuesto tres modelos básicos sobre la replicación del ADN después del descubrimiento de la estructura del ADN. Estos modelos se ilustran en el siguiente diagrama:
- Replicación semiconservativa. En este modelo, las dos cadenas de ADN se desenrollan y cada una sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Esto resulta en dos moléculas de ADN, cada una con una cadena original y una nueva.
- Replicación conservativa. En este modelo, la replicación del ADN resulta en una molécula compuesta por las dos cadenas de ADN originales (idéntica a la molécula original de ADN) y otra molécula compuesta por dos cadenas nuevas (con exactamente la misma secuencia que la molécula original).
- Replicación dispersiva. En el modelo dispersivo, la replicación del ADN resulta en dos moléculas de ADN que son mezclas, o "híbridos", del ADN original y las moléculas hijas. En este modelo, cada cadena individual es un mosaico de ADN original y nuevo.
La mayoría de los biólogos en ese tiempo probablemente habrían apostado por el modelo semi-conservativo. Este modelo tenía mucho sentido dada la estructura de doble hélice del ADN, en la que las dos cadenas de ADN son perfecta y predeciblemente complementarias entre sí (donde una tiene una T, la otra tiene una A; cuando una tiene una G, la otra tiene una C; etc.)start superscript, 2, comma, 4, end superscript. Esta relación facilitaba imaginar a cada cadena sirviendo como un molde para la síntesis de una nueva pareja.
Sin embargo, la biología también está llena de ejemplos en los que la solución "obvia" resulta no ser la correcta. (Las proteínas son el material genético... ¿lo recuerdas?). Por lo tanto, era clave determinar experimentalmente cuál modelo realmente utilizaban las células cuando replicaban su ADN.
Meselson y Stahl resolvieron el acertijo
Matt Meselson y Franklin Stahl originalmente se conocieron en el verano de 1954, un año después de que Watson y Crick publicaran su artículo sobre la estructura del ADN. Aunque los dos investigadores tenían intereses diferentes, ambos estaban intrigados por la interrogante sobre la replicación del ADN y decidieron formar equipo y tratar de resolver cuál era el mecanismo de replicaciónstart superscript, 5, end superscript.
El experimento de Meselson-Stahl
Meselson y Stahl realizaron sus famosos experimentos sobre la replicación de ADN utilizando bacterias E. coli como sistema modelo.
Comenzaron cultivando E. coli en medio, o caldo nutritivo, que contenía un isótopo "pesado" de nitrógeno, start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text. (Un isótopo solo es una versión de un elemento que difiere de otras versiones por el número de neutrones en su núcleo). Cuando se cultivan bacterias en medio que contiene start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text pesado, estas toman el nitrógeno y lo utilizan para sintetizar nuevas moléculas biológicas, incluyendo ADN.
Después de que muchas generaciones crecieron en medio con start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text, todas las bases nitrogenadas del ADN de las bacterias quedaron marcadas con start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text pesado. Luego, a las bacterias las cambiaron al medio con el isótopo “ligero” start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text y se les permitió crecer durante varias generaciones. El ADN que se produjera después del cambio tendría que estar formado por start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text, ya que este habría sido el único nitrógeno disponible para la síntesis de ADN.
Meselson y Stahl conocían la frecuencia con la que las células de E. coli se dividían, por lo que pudieron recolectar pequeñas muestras de cada generación para extraer y purificar su ADN. Luego, midieron la densidad del ADN (e, indirectamente, su contenido de start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text y start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text) mediante centrifugación en gradiente de densidad.
Este método separa moléculas como el ADN en bandas al hacerlas girar a gran velocidad en presencia de otra molécula, como el cloruro de cesio, que forma un gradiente de densidad de la parte superior a la parte inferior del tubo que gira. La centrifugación en gradiente de densidad permite detectar diferencias muy pequeñas, como las que hay entre el ADN marcado con start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text y start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text.
Resultados del experimento
Cuando el ADN de las primeras cuatro generaciones de E. coli se analizó, se obtuvo el patrón de bandas que se muestra en la siguiente figura:
¿Qué les indicó a Meselson y Stahl este resultado? Vamos a revisar las primeras generaciones, las cuales proporcionan la información clave.
Generación 0
El ADN aislado de células al inicio del experimento ("generación 0" justo antes del cambio al medio con start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text) produce una única banda después de la centrifugación. Este resultado tenía sentido porque el ADN solo debería contener start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text pesado en ese momento.
Generación 1
El ADN aislado después de una generación (una ronda de replicación del ADN) también produce una única banda al centrifugarse. Sin embargo, esta banda estaba más alto, tenía una densidad intermedia entre el ADN pesado con start superscript, 15, end superscript, start text, N, end text y el ADN ligero con start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text.
La banda intermedia indicó a Meselson y Stahl que las moléculas de ADN producidas en la primera ronda de replicación eran un híbrido de ADN ligero y pesado. Este resultado encajaba con los modelos dispersivo y semiconservativo, pero no con el modelo conservativo.
El modelo conservativo habría predicho dos bandas diferentes en esta generación (una banda de la molécula pesada original y una banda de la molécula ligera recién hecha).
Generación 2
La información de la segunda generación le permitió a Meselson y Stahl determinar cuál de los modelos restantes (semiconservativo o dispersivo) era realmente el correcto.
Cuando centrifugaron el ADN de la segunda generación, se produjeron dos bandas. Una estaba en la misma posición que la banda intermedia de la primera generación, mientras que la segunda estaba más alto (parecía estar marcada solamente con start superscript, 14, end superscript, start text, N, end text).
Este resultado permitió a Meselson y Stahl saber que el ADN se replicaba semiconservativamente. El patrón de dos bandas distintas —una en la posición de una molécula híbrida y una en la posición de una molécula ligera— es justo lo que se esperaría de la replicación semiconservativa (como se ilustra en el siguiente diagrama). En cambio, en la replicación dispersiva, todas las moléculas deberían tener fragmentos del ADN viejo y del nuevo, lo que haría imposible obtener una molécula "puramente ligera".
Generaciones 3 y 4
En el modelo semiconservativo, se esperaría que cada molécula de ADN híbrido en la segunda generación diera lugar a una molécula híbrida y una molécula ligera en la tercera generación, mientras que cada molécula de ADN ligero solo produciría más moléculas ligeras.
Así, en la tercera y cuarta generación, esperaríamos que la banda híbrida fuera progresivamente más débil (porque representaría una fracción más pequeña del ADN total) y que la banda ligera fuera progresivamente más fuerte (porque representaría una fracción más grande).
Como podemos ver en la figura, Meselson y Stahl vieron justo este patrón en sus resultados, lo que confirmó un modelo de replicación semiconservativa.
Conclusión
El experimento de Meselson y Stahl demostró que el ADN se replicaba de forma semiconservativa, lo que significa que cada cadena de una molécula de ADN sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.
Aunque Meselson y Stahl hicieron sus experimentos en la bacteria E. coli, hoy en día sabemos que la replicación semi-conservativa del ADN es un mecanismo universal que comparten todos los organismos del planeta Tierra. ¡Algunas de tus células están replicando su ADN semi-conservativamente justo ahora!
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cuales son los tipos de replicas del ADN(2 votos)
me gusto' mucho toda esta informacion.(2 votos)- porque usaron células procariota y no eucariontes(2 votos)