BL11-1
Guía Plan Electivo
Ciencias Plan Electivo
Biología 2008 Modelo del ADN Replicación del ADN Ingeniería genética
Guía Plan Electivo 8 0 0 2 a í g o l o i B
Introducción La presente guía tiene por objetivo proporcionarte distintas instancias didácticas relacionadas con el proceso de enseñanza ens eñanza – aprendizaje. Como cualquier otro material se requiere de la mediación del profesor y de tu estudio sistemático. Las guías del curso de Biología están organizadas de tal forma que primero se desarrollan los contenidos, principalmente a través de una invitación a razonar los principales conceptos, permitiendo un aprendizaje significativo de éstos. é stos. Para ello, nuestras guías muestran diversas figuras que están asociadas a una serie de preguntas que permiten guiar la secuencia de la clase. Finalmente, se presentan 10 preguntas de selección múltiple relacionadas con los contenidos de la clase: Estructura del ADN. Replicación del ADN.
Habilidades de la clase
Uno de los principales cambios que se producen con la PSU es el desarrollo de habilidades, más que el mero conocimiento. Con la cantidad de información in formación que podemos acceder acce der actualmente es necesario que el alumno sea capaz de construir su propio conocimiento y por ello nuestra labor se centra en entregar las herramientas para que sea capaz autónomamente de generar estas habilidades, las cuales se ordenan jerárquicamente:
Conocimiento: Se refiere a recordar información específica, datos, definiciones, fechas, nombres, etc. Comprensión: Se refiere a la habilidad de relacionar información, explicar con tus propias palabras, identificar situaciones en otro contexto. Aplicación: Es la habilidad de usar la información, ideas o conceptos en situaciones nuevas para resolver un problema o situación.
2 CEPECH Preuniversitar Preuniversitario, io, Edición 2008
Biología 2008 Análisis: Es una habilidad superior que consiste en dividir un todo para descubrir
la relación que se establece entre sus partes lo que determina la coherencia entre ellas. Los contenidos de esta clase los puedes encontrar en tu libro CEPECH entre las páginas 17 y 26.
o v i t c e l E n a l P a í u G
Ideas fuerza
El ADN es la molécula que almacena la información genética de los organismos. La forma de organización del ADN responde al modelo enunciado por Watson y Crick que en lo esencial plantea que se trata de una doble hebra, con direcciones de crecimiento opuestas, donde las dos hebras se unen por puentes de hidrógeno de manera complementaria. El ADN se duplica o replica por el modelo semiconservativo, que significa que en las hebras hijas la mitad de la información es original y la otra mitad nueva.
Aprovecha todas las instancias que te entregamos para que mejores tu aprendizaje. Tus progresos pueden ser tan buenos como tu decidas que sean
3 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 Modelo del ADN 0 0 El ADN (ácido desoxirribonucleico) corresponde a una macromolécula de estructura com 2 puesta. En ella concurren varios tipos de elementos que pasamos a revisar a continuación. Para
a ello completa con la palabra correspondiente las frases que aparecen a continuación. í g PURINAS PIRIMIDINAS o l o i O NH2 B Las bases nitrogenadas presentes en el C C N HN 3 4 5CH N 1 6 5C 7 ADN se clasifican en dos tipos: _____ 8CH _______ y __________. Las púricas C 2 1 6CH HC 2 3 4C 9 N N N corresponden a la __________ (A) O y __________ (G), que se caracteH H rizan por la presencia de dos anillos Adenina (A) Uracilo (U) en su estructura. Las bases pirimídicas O O corresponden a la __________ (C) y la __________ (T) y se caracterizan C C N 4 6 HN C C CH 7 HN 1 3 5 5 3 por la presencia de un solo anillo. Es 8CH C 2 1 6CH necesario mencionar que en el caso C 2 3 4C 9 N N N H2N O del ARN la base timina es reemplazada H H por __________ (U). Guanina (G)
Timina (T) NH2 C N3 4 5CH C 2 1 6CH N O H Citosina (C)
La pentosa que forma parte del ADN es la __ ________, que da la base del nombre para esta molécula. El átomo de hidrógeno en la posición 2 marca una diferencia importante con respecto al ARN, ya que éste último es una molécula ___ _______.
4 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
desoxirribosa O
HOCH2 H
OH
H
H
OH
H
H
Biología 2008 En la estructura de los ácidos nucleicos también participa un grupo fosfato, el cual es el mismo para cualquier ácido nucleico. Los elementos anteriormente mencionados concurren a la formación de los __________, las unidades mínimas que permiten la organización de los ácidos nucleicos. A continuación se presentan los cuatro nucleótidos que forman el ADN.
o v i t c e l E n a l P a í u G
Nucleótidos: Adenina:
Guanina:
NH2 N 8
P
9
N
O O
5 4
7
O
3
N
1 2
N
Adenina (A)
8
N
H
H 3’
O H
desoxiribosa
1’
2’
H
P
O
O Fosfato
H
Citosina:
5 6
Citocina (C)
2
O
CH2 O H
O Fosfato
1
N
O O
N
H
H
H OH
H
desoxiribosa
4
P
5 6
2
H Timina (T) O
CH2 O H
O Fosfato
1
N O
NH2
Desoxiribosa
3N
O O
Guanina (G)
O
CH3
Timina:
3N
2
3
H
H
OH
4
N 1
6
CH2 O H H H H
NH2
P
9
N
O
CH2 O
OH
O
5 4
7
5’
4’
O Fosfato
6
O
H
H
H OH
Desoxiribosa
H
El nombre que recibe un nucleótido tiene relación con la base nitrogenada que posee, ya que éste es el único elemento __________ dentro de él.
5 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 Modelo de Watson y Crick 0 Este modelo tiene varias características. 0 Dos largas cadenas polinucleotídicas están enrolladas 2
alrededor de un __________, formando una _____ a _______________ hacia la derecha (dextrogira). í g o l o i Las dos cadenas son __________, es decir, la orien B tación 5’ a 3’ va en sentidos contrarios. Extremo 5’
Extremo 3’
Diámetro 20Aº A T E L P M O3,4 nm C A T L E U V
Esqueleto Azúcar Fosfato
Extremo 3’
A
T
T
A
C
G
G
C
A
T
T
A
Extremo 5’
Ácido fosfórico Desoxirribosa Base nitrogenada
6 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Eje Central
Las bases nitrogenadas de las dos cadenas yacen formando estructuras planas y perpendiculares al eje, están apiladas unas sobre las otras, separadas __________, y se encuentran en el interior de la estructura.
Biología 2008 Las bases nitrogenadas de las cadenas opuestas están apareadas como resultado de la formación de ____________________. En el ADN sólo se permiten los emparejamientos __________ y __________.
C
T G 3’
C
A
G C
C G C A
G A G T
T A
C T 5’
C
T
o v i t c e l E n a l P a í u G
G A G
G T A
3’
C 5’
• Cada vuelta completa de la hélice tiene una longitud de 3,4 nm, de este modo cada vuelta de la cadena contiene __________. • En cualquier segmento de la molécula, se observan un surco mayor y uno menor alternados a lo largo del eje. • La doble hélice mide 2,0 nm de ancho.
7 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 Replicación del ADN 0 0 2 a í g o l o i B
3’
5’
Dirección general de la replicación
Topoisomerasas
Å
Horquilla de replicación
Ç Helicasa
Proteínas de unión a la cadena simple
ADN polimerasa
à
ADN polimerasa
3’
ARN primasa
Ü
5’ ARN ADN 3’ Cebador de 5’ ARN 3’ Fragmentos 5’ de Okazaki
ADN ligasa
É
á
5’
Ö
Ñ Cadena adelantada
3’
3’
Ö
Cadena retrasada con fragmentos de Okazaki
Cebador o primer
Ñ
Å La enzima __________ se encarga de desenrrollar el ADN aliviando la tensión del superenrrollamiento. Esta acción es necesaria para que las enzimas puedan actuar sobre el ADN y replicarlo.
Ç Luego la enzima __________ continúa con el desenrrollamiento y además rompe
puentes de hidrógeno. La doble hebra se abre exponiendo los moldes, lo que se conoce como ____________________.
É Existen ______________________________ que son importantes para mantener la estabilidad de la horquilla de replicación.
8 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Biología 2008 Ñ Las ADN polimerasas sólo adicionan nucleótidos sobre un fragmento previo de ácido nucleico, ya sea ADN o ARN, lo que se denomina __________ o __________. La enzima responsable es __________.
Ö Existen dos moldes para la síntesis de ADN, una hebra es de copia continua o _______ ___ y la otra es discontinua o __________.
Ü En la hebra de copia continua se agregan nucleótidos por la actividad de la __________.
o v i t c e l E n a l P a í u G
Esta misma enzima es capaz de corregir un error.
á La hebra retrasada se sintetiza de una forma más compleja. La ADN polimerasa agrega
nucleótidos luego del cebador. Cuando la doble hebra se vuelve a abrir para exponer más del molde, se debe agregar un nuevo cebador y sintetizar el ADN correspondiente. Cada segmento nuevo de ADN de la hebra retrasada se conoce como ________________ ____________. A medida que avanza la copia de la hebra retrasada la ADN polimerasa elimina los __________.
à Los espacios que se generan en la hebra retrasada son unidos por la ___________. Ingeniería genética A mediados de 1970 comienza una revolución en biología: la tecnología del ADN recombinante. Esta técnica ha permitido realizar avances desde la biología celular hasta la evolución. Se denomina ADN recombinante a las moléculas de ADN producidas por la unión de segmentos que provienen de diferentes fuentes biológicas. Las técnicas de construcción de ADN recombinante se conocen como técnicas de ingeniería genética. El desarrollo de esta tecnología, que permite la obtención de grandes cantidades de ADN que codifican para una proteína específica, no sólo ha facilitado la investigación de la organización, estructura y expresión génica, sino que su aplicación ha supuesto un espectacular avance en el diagnóstico de enfermedades metabólicas e infecciosas y en la obtención de fármacos y vacunas recombinantes. En un futuro revolucionará el tratamiento de un gran número de enfermedades mediante la terapia génica.
9 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 Existe una serie de pasos básicos para la obtención de ADN recombinante: 0 0 a. En primer lugar, se necesita disponer del fragmento de ADN a recombinar. Éste se obtiene de una fuente biológica a través de la utilización de ____________________ (enzimas que 2 a í g o l o i B
cortan el ADN en sitios específicos conocidos).
5’
3’ 5’
3’ + Enzima de restricción 5’
3’
3’
10 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
3’
5’
3’
5’
Biología 2008 b. Una vez obtenido el fragmento, se inserta en otra molécula de ADN, que se denomina __________, produciéndose así la molécula de ADN recombinante. Los vectores pueden replicarse de manera autónoma en una célula hospedera, lo que permite la manipulación y multiplicación de la nueva molécula de ADN recombinante construida.
un gen de interés
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DNA de otro organismo (a)
Plásmido de una bacteria Ambos se tratan con enzima de restricción
(b)
Se mezcla, se permite que los extremos complementarios se apareen, y los extremos cortados se unen con ligasa de DNA
(c)
11 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 c. La molécula de ADN recombinante se transfiere a la célula hospedera, dentro de la cual se replica intensamente, de tal forma que se generan numerosas copias, que se denominan 0 __________. 0 Sitios de escisión 2 a í g o l o i B
Fragmento 1
Fragmento 2
Fragmento 3
Fragmento 4
DNA humano (a)
Se corta con una enzima de retricción
Fragmento de interés
(b)
Gen para resistencia a antibiótico Las bacterias con el plásmido viven y se multiplican Las bacterias sin el plásmido no proliferan
Caja de Petri con el medio que contiene antibiótico
(c)
d. Al replicarse las células hospederas, las células descendientes heredan el ADN recombinante, creándose una población de células idénticas, todas ellas portadoras de la secuencia clonada. Las células más usadas son las bacterianas.
12 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Biología 2008 Preguntas propuestas 1.
¿Qué proteína es la encargada de romper los puentes de hidrógeno que unen las dos hebras del ADN? A) B) C) D) E)
2.
La replicación del ADN se define como semiconservativa, lo que significa que A) B) C) D) E)
3.
Topoisomerasa. Primasa. ADN polimerasa. ARN polimerasa. Helicasa.
o v i t c e l E n a l P a í u G
cuando se duplica el ADN, las hebras contienen sólo ADN nuevo. cuando el ADN se replica, el resultado es una mezcla desigual de ADN nuevo y original. luego de la replicación, cada cadena de ADN contiene la mitad del ADN nuevo y la otra mitad original. cada cadena de ADN conserva completamente la información de la cadena original. cada cadena resultante sufre una dispersión con respecto a la cadena original.
En el modelo de ADN de Watson y Crick, las hebras se caracterizan porque I. II. III.
tienen una disposición antiparalela. se unen por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. se unen en forma exacta y complementaria.
A) B) C) D) E)
Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II I, II y III
13 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 4. 0 0 2 a í g o l o i B
5.
6.
¿Qué cambio(s) debe(n) ocurrir para que el ADN se pueda replicar? I. II. III.
La doble hebra se debe desenrollar. Se deben romper los puentes de hidrógeno. El ADN se debe encontrar en el estado de cromatina.
A) B) C) D) E)
Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II I, II y III
¿Qué condiciones se deben cumplir para que ocurra replicación del ADN? I. II. III.
Nucleótidos libres. Cebadores sobre los moldes de ADN. Presencia de horquilla de replicación.
A) B) C) D) E)
Sólo I Sólo II Sólo I y II Sólo I y III I, II y III
En el marco de la ingeniería genética las enzimas de restricción tienen como objetivo A) B) C) D) E)
generar copias de los fragmentos de ADN a recombinar. cortar un segmento de ADN para recombinar. unir segmentos de ADN a recombinar con ADN del vector. degradar copias defectuosas de ADN recombinante. limitar el número de copias que se hacen del ADN a recombinar.
14 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Biología 2008 7.
¿En cuál de las siguientes situaciones se debe aplicar una mayor cantidad de energía para separar las hebras del ADN? A) B) C) D) E)
8.
9.
75% pares de bases AT y 25% pares de bases GC. 50% pares de bases AT y 50% pares de bases GC. 25% pares de bases AT y 75% pares de bases GC. 80% pares de bases AT y 20% pares de bases GC. 60% pares de bases AT y 40% pares de bases GC.
o v i t c e l E n a l P a í u G
¿Qué pareja(s) de conceptos está(n) incorrectamente combinada(s)? I. II. III.
Pares de bases complementarias = adenina y citosina. Bases = adenina, timina, citosina y guanina. Cromosoma eucariótico = ADN y proteínas.
A) B) C) D) E)
Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II Sólo II y III
El uso de la terapia génica en el futuro apuntará a I. II. III.
la ubicación de genes defectuosos para reemplazarlos por los normales. la identificación de enfermedades genéticas en personas que aún no las hayan desarrollado. prevenir el desarrollo de enfermedades genéticas.
A) B) C) D) E)
Sólo I Sólo II Sólo I y II Sólo II y III I, II y III
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Guía Plan Electivo 8 10. 0 0 2 a í g o l o i B
El proceso de replicación semiconservativa se refiere a que A) B) C) D) E)
cada nueva molécula de ADN contiene dos nuevas cadenas individuales de ADN las enzimas encargadas de la síntesis de ADN utilizan nucleótidos libres para realizar la síntesis. algunas bases nitrogenadas se aparean con bases nitrogenadas específicas. cada una de las hebras de la cadena de ADN sirve de molde para formar una cadena nueva. se producen errores durante la replicación de ADN.
Pregunta
Alternativa
Habilidad
1
Comprensión
2
Comprensión
3
Conocimiento
4
Comprensión
5
Comprensión
6
Comprensión
7
Aplicación
8
Comprensión
9
Conocimiento
10
Comprensión
16 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Biología 2008 Amplía tus conocimientos De acuerdo con lo que has aprendido y lo que plantea tu libro de biología, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cómo se descubrió que los genes están compuestos de ADN?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
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2. Investiga en qué consiste el experimento de Avery.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
3. ¿De qué forma el proceso de replicación del ADN asegura la constancia genética? __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
4. A partir de la siguiente secuencia de ADN, determine la secuencia de la hebra de ADN hermana y la secuencia del ARNm 5` CTGCCATTGTCACAGATACCGGATTAGGCCTAAAGCCC 3`
17 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Guía Plan Electivo 8 5. Investiga acerca de las aplicaciones de la ingeniería genética. 0 __________________________________________________________________ 0 __________________________________________________________________ 2
__________________________________________________________________ a í g o l o 6. ¿Qué utilidad presentará en el futuro el uso de la terapia génica? ¿Qué enfermedades podrán i ser tratadas? Menciona algunos ejemplos. B __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
7. Investiga acerca de la tecnología que ha llevado a la fabricación industrial de insulina humana.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
8. Investiga acerca del proyecto genoma humano.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
18 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
Biología 2008
Prepara tu próxima clase
En la próxima clase, estudiarás los siguientes temas: •
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Síntesis de proteínas. Transferencia del mensaje genético desde el ADN a la maquinaria de síntesis de proteínas . - Correspondencia entre codón del ARNm, anticodón del ARNt y el aminoácido correspondiente. - Traducción del mensaje genético durante la síntesis de proteínas. - Interpretación del significado de una mutación a nivel molecular. Relación entre estructura y función de las proteínas. - Albinismo y anemia falciforme. Enzimas, como ejemplo de la importancia de la estructura tridimensional de las proteínas.
Consulta el índice de tu libro para preparar estos temas.
19 CEPECH Preuniversitario, Edición 2008
