top of page

Sala del ADN

Características del material hereditario

Antes de descubrir qué es el material hereditario, los científicos se preguntaron qué requisitos lo distinguen, para saber qué estaban buscando en la célula. Y, tú…

​

¿Te atreves a adivinar qué requisitos necesita tener el material hereditario? Rellena el recuadro con las cinco características que distinguen el material que transmite la información biológica de generación en generación. Cada vez que coloques una de las siguientes características en el recuadro, encontrarás su explicación.

Arrastra en el recuadro las características que crees que pertenecen al material hereditario.

*Respuestas que se obtendrán.

Transmite la información de una generación a la siguiente.

SI SE ESCOGE:

¡Correcto! El material hereditario se caracteriza por transmitirse siempre.

​

SI NO SE ESCOGE:

¡Ups! En realidad, el material hereditario siempre se transmite

Implica una mejora en la generación sucesiva

SI SE ESCOGE:

¡Inténtalo otra vez! La función del material es transportar información, no mejorarla.

​

SI NO SE ESCOGE:

Efectivamente, el material genético no se ocupa de mejorar la especie.

Se puede utilizar la información que lleva.

SI SE ESCOGE:

¡Muy bien! La información se transmite para poder desarrollarla en el nuevo organismo.

​

SI NO SE ESCOGE:

Prueba de nuevo. Es necesario usar la información genética para que un organismo pueda vivir.

Contiene la información biológica.

SI SE ESCOGE:

¡Has acertado! Para poder transmitir y utilizar la información, es necesario que esté contenida en el material hereditario.

​

SI NO SE ESCOGE:

Pues en realidad, el material hereditario SÍ debe contener la información biológica, así podrá transmitirla y ser utilizada.

El material genético se encuentra solo en los gametos.

SI SE ESCOGE: Pues no, en realidad todas tus células (y no solo los gametos) llevan la misma información

SI NO SE ESCOGE:

¡Has adivinado! El material no solo está en los gametos, sino en todas tus células

Es estable (no cambia)

SI SE ESCOGE:

Efectivamente, debe ser estable porque las mutaciones se dan raramente.

​

SI NO SE ESCOGE:

Ay, ay, ay, si no fuese estable, durante la división celular se perdería parte de la información.

Permite variación (diferencias)

SI SE ESCOGE:

¡Muy bien! Como habrás visto, cada individuo es único y diferente de los demás (incluso entre hermanos!!)

​

SI NO SE ESCOGE:

Inténtalo otra vez! La variación entre individuos es necesaria para la evolución de la especie.

El material genético está solo en los animales.

SI SE ESCOGE:

Lo sentimos, pero el material hereditario se encuentra en todos los organismos vivos: animales, plantas, bacterias…

​

SI NO SE ESCOGE:

Tienes razón, el material biológico está presente en todos los seres vivientes, incluso plantas, bacterias…

¿Qué es el material hereditario?

Ahora que conoces sus características principales, puedes conocer que materiales de la célula las cumplen: las proteínas y los ácidos nucleicos (el RNA y el DNA), que ya hemos tratado en la Sala de la Célula.

Los científicos necesitaban acumular pruebas para demostrar cuál de estos tres materiales es el encargado de transmitir la información, es decir, cuál de estas moléculas es el material hereditario.

Ya desde un primer momento se planteó la hipótesis de que el DNA fuese el material hereditario, ya que:

  • se encuentra en el núcleo (y, por tanto, en todas las células);

  • la cantidad de DNA es constante en todos los seres de la misma especie (por ejemplo, en la especie humana), aunque sea distinta entre especies diferentes (por ejemplo, entre humanos y cánidos);

  • la vida media de los ácidos nucleicos es muy superior al ciclo celular, es decir, para poder sobrevivir en la célula y llegar a transmitirse a la célula sucesiva, químicamente necesita ser estable (como especificado en las características anteriores), lo que se ve reflejado en su tiempo de vida. Esto se ha podido demostrar marcando radioactivamente el DNA y observando cuánto tiempo se mantenía activa la radioactividad.

Experimento de Griffith (1928)​

Griffith experimentó con dos cepas de bacterias, unas no virulentas (R) y unas virulentas (S). Inyectando cepas R en un ratón vio que sobrevivía, como era de esperar, ya que estas bacterias no eran virulentas.

Entonces inyectó las S y como imaginaba, las ratas se enfermaban y morían, al ser cepas virulentas.

Griffith utilizó altas temperaturas para matar las bacterias S y las introdujo en las ratas, que sobrevivieron porque las bacterias estaban muertas y no podían infectarlas.

Por último, Griffith sorprendió a la comunidad científica con el resultado de un ulterior experimento.

Cogió más bacterias S muertas por calor, las mezcló con las de cepa R y con ellas infectó a las ratas. Lo lógico hubiera sido que las ratas sobrevivieran, ya que las R eran no virulentas y las S estaban muertas, sin embargo, las ratas enfermaron y murieron, y además Griffith encontró bacterias S vivas en la sangre de las ratas.

Griffith concluyó que las bacterias de la cepa R habían cogido el “principio transformante” (que ahora sabemos que es el DNA) de las bacterias S muertas por calor y esto les permitió “transformarse” en bacterias de cepa S e infectar las ratas.

Experimento de Avery, McCarty y MacLeod (1944)​

En 1944, Avery, McCarty y MacLeod, se propusieron identificar el "principio transformante" de Griffith, partiendo de su último experimento, utilizando células S muertas por calor y purificándolas progresivamente, eliminando en cada paso una molécula y comprobando si el extracto obtenido aún podía transformar las cepas R en S. El primer extracto contenía todos los elementos celulares y mantenía su capacidad transformante, demostrando que entre estos elementos se hallaba el principio transformante. Sucesivamente, eliminaron las proteínas y comprobaron que se mantenía el principio transformante, demostrando así que las proteínas no llevan la información. Siguiendo con el mismo método, obtuvieron un extracto de DNA altamente purificado, y este pudo transformar las cepas R en S.

Gracias a este experimento parecía evidente que el DNA fuese efectivamente el principio transformante de Griffith. Pero Avery fue cauteloso en la interpretación de sus resultados, ya que consideró posible que alguna sustancia contaminante presente en pequeñas cantidades en el último extracto, y no el DNA, fuera el principio transformante.

Experimento de Hershey y Chase (1952)​

El debate sobre el DNA continuó hasta 1952, cuando Alfred Hershey y Martha Chase utilizaron un enfoque diferente para demostrar que el DNA es el principio transformante. La característica que relaciona todos estos experimentos es que el material hereditario (o genético) es el principio transformante y que este está presente no solo en las bacterias, sino también en los virus, que son más sencillos de estudiar. Al estar los virus formados solo por proteínas y DNA, nos indican que uno de los dos elementos debe ser el principio transformante.

Así pues, Hershey y Chase utilizaron para sus experimentos unos virus que atacaban a las bacterias: los bacteriófagos, ya que estos se unían a la superficie de una bacteria y le inyectaban el principio transformante (DNA o proteínas). Para establecer si el virus inyectaba DNA o proteínas, Hershey y Chase prepararon dos tipos de virus diferentes, marcando uno de ellos uno con DNA radioactivo y el otro con proteínas radioactivas, para poder observarlos en el microscopio, tras haber infectado las bacterias.

Tras la infección de los dos grupos distintos de bacterias, procedieron a retirar los bacteriófagos para analizar qué grupo continuaba siendo radioactivo y notaron que solo las bacterias infectadas con virus con DNA radioactivo seguían manteniendo la radioactividad, demostrando así que el DNA es el principio transformante.

Por fin se había demostrado que el DNA es el material hereditario, que tiene la capacidad de llevar la información y expresarla - es decir, utilizarla. Gracias a este descubrimiento, se podía empezar a estudiar química y estructuralmente el material genético, para comprender como funciona, como se transmite, se utiliza y se mantiene activo en las células.

Una de las razones por las que se había empezado a pensar que el DNA podía ser el material hereditario, es que se trata de un elemento presente en todos los organismos. De todas formas, hoy en día sabemos que algunos virus utilizan el RNA -otro ácido nucleico, el “hermano” del DNA - como material hereditario, ya que sus características son muy parecidas.

La química del DNA 

Reglas de Chargaff

En un principio se pensaba que en el DNA se repetía siempre la misma secuencia de nucleótidos: ACTG, pero Erwin Chargaff publicó sus análisis sobre la composición química del ADN, aportando nuevos datos que demostraban:

  • que existe una relación 1:1 entre las bases purínicas (A+G) y los pirimidínicas (T+C);

  • la cantidad de timinas siempre es igual a la de adeninas y la de guaninas siempre es igual a la de citosinas (A=T; G=C).

Las cantidades de nucleótidos son iguales en todos los organismos de una misma especie, pero varían entre especies. De hecho el contenido de “letras” GC (es decir, el porcentaje de Gs y Cs de los organismos de una misma especie) se utiliza como característica para describir el genoma de dicha especie.

​

Descubrimiento de la estructura secundaria del DNA

En 1953 Watson y Crick publicaron su trabajo explicando la estructura del DNA, basándose en la Foto 51 de Rosalind Franklin (y su doctorando Raymond Gosling) y en la composición de bases de Chargaff.

La estructura primaria del DNA es la secuencia que lo compone (la combinación de “letras”, por ejemplo GATTACA), mientras que su estructura secundaria es la que presenta el DNA en la célula y que los científicos intentaban descubrir.

Watson y Crick tenían a disposición conocimientos previos sobre la estructura primaria, las características físico-químicas del DNA, las reglas de Chargaff y los trabajos de Rosalind Franklin y Raymond Gosling, quienes investigaban, en un equipo diferente del mismo laboratorio, la estructura del DNA pero con métodos diferentes.  Franklin y Gosling obtuvieron la famosa Foto 51, un patrón de difracción que se obtiene exponiendo a los rayos X una molécula cristalizada, en este caso el DNA. Sería un poco como hacerle una radiografía al DNA, y sirve para determinar su estructura. Además, Watson y Crick también sabían que la estructura no podía estar formada por tres cadenas, ya que estas serían inestables en la célula, tal y como Rosalind Franklin ya había explicado.

Una vez obtenida la Foto 51 de manera poco ortodoxa, Watson y Crick intentaron imaginar una estructura estable que reflejase la imagen que aparecía en la foto. Esta estructura se obtenía enfrentando dos cadenas de DNA, formando una especie de escalera de mano y enrollándolas sobre sí mismas, de manera que cada cadena representaría los lados de la escalera y cada peldaño sería los nucleótidos de cada cadena, enfrentados. Para que esta estructura sea posible, cada nucleótido A necesita estar frente a un nucleótido T y viceversa; y cada nucleótido C necesita estar frente a un nucleótido G y viceversa. Las correspondencias A-T y G-C se denominan pares de bases complementarias.

La estructura secundaria del DNA implica que las dos cadenas sean antiparalelas, es decir corren en direcciones opuestas.

Repasemos...

 

"ADN" quiere decir ácido desoxirribonucleico.

Su estructura primaria es una secuencia compuesta por cuatro letras (nucleótidos) que se siguen. 

Cada secuencia forma una cadena, y dos cadenas forman una doble hélice. Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias.

Bases grande.gif

Imagen: Henle, A. M. (2019). How CRISPR lets you edit DNA - TED-Ed.

Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=6tw_JVz_IEc

Cronología

Friedrich Miescher separa núcleo y citoplasma y describe la existencia de un material ácido en el núcleo, la nucleína.

Frederick Griffith descubre el 

principio transformante.

Avery, MacLeod y McCarty demuestran que el principio transformante es el DNA.

Hershey y Chase comprueban que el material hereditario es el DNA.

Reglas de Chargaff sobre las proporciones de los nucleótidos.

Descubrimiento de la estructura del DNA

  1. Descubrimiento de la estructura del ADN (artículo) | Khan Academy. (n.d.). Retrieved from https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/discovery-of-the-structure-of-dna

  2. Experimentos clásicos: el ADN como el material genético (artículo) | Khan Academy. (n.d.). Retrieved from https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material

bottom of page