En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo se construye el ADN y cómo se empaqueta en distintos tipos de células?
Una molécula de ADN puede tener millones de unidades de largo, y sin embargo está construida con solo cuatro tipos de bloques. En esta lección construirás ADN a partir de sus partes, verás por qué A siempre se aparea con T y G con C, y observarás cómo las células meten moléculas de ADN larguísimas en espacios muy pequeños.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Nucleótidos: los bloques de construcción
- El ADN es un ácido nucleico, un polímero hecho de monómeros que se repiten, llamados nucleótidos.
- Cada nucleótido tiene tres partes: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos llamado desoxirribosa y una base nitrogenada.
- El ADN tiene cuatro bases: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C).
- Los nucleótidos se enlazan cuando el azúcar de uno se une al fosfato del siguiente. Así se forma un esqueleto de azúcar y fosfato.
- El orden de las bases a lo largo del esqueleto es la secuencia. La secuencia es la información.
Todos los nucleótidos del ADN tienen el mismo fosfato y el mismo azúcar. Solo cambia la base, así que la base es lo que hace distintos a los cuatro nucleótidos.
Apareamiento de bases
- A y G son purinas. Tienen una estructura de doble anillo. T y C son pirimidinas. Tienen un solo anillo.
- A siempre se aparea con T, unidas por 2 puentes de hidrógeno. G siempre se aparea con C, unidas por 3 puentes de hidrógeno.
- Cada par es una base grande con una base pequeña, así que todos los pares tienen el mismo ancho.
- Las dos bases de un par son complementarias. La secuencia de una cadena te dice la secuencia de la otra.
- Cada puente de hidrógeno es débil, así que las cadenas se pueden separar cuando la célula necesita leerlas o copiarlas.
Las reglas de apareamiento son la razón por la que A coincide con T y G coincide con C en los datos de Chargaff.
La doble hélice
- Una molécula de ADN tiene dos cadenas que se enrollan una alrededor de la otra en una doble hélice.
- Los esqueletos de azúcar y fosfato están por fuera. Los pares de bases están apilados por dentro, como los peldaños de una escalera torcida.
- Cada cadena tiene dos extremos distintos, llamados extremo 5′ y extremo 3′, así que una cadena tiene dirección. Las dos cadenas van en direcciones opuestas, por eso se llaman antiparalelas. Los diagramas de este curso no muestran los rótulos 5′ y 3′.
- Por el apareamiento de bases, cada cadena es un molde para la otra.
Si conoces una cadena, conoces la otra. Por eso el ADN se puede copiar y leer con tanta fiabilidad.
Empaquetamiento del ADN en las células
- Una célula procariota no tiene núcleo. Su ADN suele ser un solo cromosoma circular en el citoplasma.
- Una célula eucariota guarda su ADN en el núcleo, en varios cromosomas lineales. Cada cromosoma es una sola molécula de ADN larguísima.
- En los eucariotas, el ADN está enrollado alrededor de proteínas llamadas histonas. El ADN enrollado se vuelve a enrollar para formar cromosomas compactos.
- El empaquetamiento mete una molécula larguísima en un espacio muy pequeño. Una célula humana típica tiene cerca de 2 metros de ADN dentro de un núcleo de unos 10 micrómetros de ancho.
Los procariotas y los eucariotas empaquetan su ADN, pero los eucariotas lo enrollan alrededor de histonas dentro de un núcleo.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Porcentajes de bases a partir de una base
Una muestra de ADN de doble cadena tiene 28% de adenina. ¿Qué porcentaje de la muestra es timina, guanina y citosina?
Mostrar la solución
- A se aparea con T, así que la timina también es 28%.
- A + T = 28 + 28 = 56%.
- El resto es G y C: 100 – 56 = 44%.
- G se aparea con C, así que son iguales: 44 / 2 = 22% cada una.
- Respuesta: T = 28%, G = 22%, C = 22%.
Ejemplo 2: Contar nucleótidos y puentes de hidrógeno
Un segmento de ADN mide 40 pares de bases, y 14 de esos pares son pares G-C. Halla (a) el número total de nucleótidos, (b) el número de pares A-T, (c) el número de puentes de hidrógeno que mantienen unidas las cadenas y (d) el porcentaje de los nucleótidos que son guanina.
Mostrar la solución
- (a) Cada par de bases tiene 2 nucleótidos: 40 x 2 = 80 nucleótidos.
- (b) Pares A-T = 40 – 14 = 26.
- (c) Los pares A-T tienen 2 puentes y los pares G-C tienen 3 puentes: (26 x 2) + (14 x 3) = 52 + 42 = 94 puentes.
- (d) Cada par G-C tiene una G, así que hay 14 nucleótidos G. 14 / 80 x 100 = 17.5%.
- Respuesta: (a) 80 nucleótidos, (b) 26 pares A-T, (c) 94 puentes de hidrógeno, (d) 17.5% de guanina.
Ejemplo 3: Escribe la cadena complementaria
Una cadena de un segmento de ADN dice TACGGATTCAGC. Escribe la cadena complementaria base por base (las cadenas se dibujan lado a lado). Luego cuenta los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas.
Mostrar la solución
- Aparea cada base: A con T, T con A, G con C y C con G.
- TACGGATTCAGC se aparea con ATGCCTAAGTCG.
- Cuenta los pares: 6 pares A-T y 6 pares G-C.
- Puentes de hidrógeno: (6 x 2) + (6 x 3) = 30.
- Respuesta: Cadena complementaria: ATGCCTAAGTCG, con 30 puentes de hidrógeno.
Práctica
Usa la hoja de práctica para rotular un nucleótido, aplicar las reglas de apareamiento de bases, contar puentes de hidrógeno y comparar cómo empaquetan el ADN las células procariotas y eucariotas.
- Hoja de práctica: Nucleótidos y apareamiento de bases (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Nucleótidos y apareamiento de bases (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Un nucleótido tiene un fosfato, el azúcar desoxirribosa y una de cuatro bases: A, T, G o C.
- A se aparea con T (2 puentes de hidrógeno) y G se aparea con C (3 puentes de hidrógeno), así que las dos cadenas son complementarias.
- El ADN es una doble hélice con los esqueletos de azúcar y fosfato por fuera y los pares de bases por dentro.
- Los procariotas suelen tener un cromosoma circular. Los eucariotas tienen cromosomas lineales en un núcleo, con el ADN enrollado alrededor de histonas.
- Cada cromosoma es una sola molécula de ADN larguísima, y un gen es un segmento de ella.
De vuelta a la pregunta esencial: el ADN se construye con nucleótidos unidos en un esqueleto de azúcar y fosfato, con bases complementarias que se aparean entre dos cadenas. Los procariotas guardan un cromosoma circular en el citoplasma, y los eucariotas enrollan cromosomas lineales alrededor de histonas dentro de un núcleo.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS1-1: Construir una explicación basada en evidencia sobre cómo la estructura del ADN determina la estructura de las proteínas que llevan a cabo las funciones esenciales de la vida mediante sistemas de células especializadas.
- HS-LS3-1: Hacer preguntas para aclarar las relaciones sobre el papel del ADN y los cromosomas en la codificación de las instrucciones de los rasgos característicos que pasan de los padres a los hijos.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.A: Estructura y función; LS3.A: Herencia de los rasgos