Aislamiento, análisis y cuantificación de ácidos nucleicos

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Porcentajes de participación:

Aguilar Díaz Ana María de Jesús 100% Valderrama Colunga Beatriz Adabelle 100% Tornero Gutiérrez Fátima 100%

OBJETIVOS

• Aislar DNA plasmídico a partir de un cultivo bacteriano que contiene el plásmido.
• Comprobar la integridad y calidad del DNA plasmídico obtenido de muestras mediante electroforesis en un gel de agarosa.

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

El DNA fue aislado por primera vez en 1896 por el biólogo suizo llamado Frierich Miescher, quien se enfocaba en estudiar la composición química de los leucocitos (glóbulos blancos) y el esperma de salmones. En sus experimentos describió las propiedades de una sustancia aislada en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo, sin azufre y resistente a proteasas que no correspondía a lípidos ni proteínas. A esta nueva molécula, que como se sabe, se encuentra presente en todos los núcleos celulares, Miescher la llamó nucleína. Años más tarde, se fragmentó esta nucleína, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico. (Prat, 2020)

En los años 20, Phoebus Levene, en sus estudios de la estructura y función de los ácidos nucleicos, logró determinar la existencia de ADN y ARN, además de la composición del ADN determinando que está formado por 4 bases nitrogenadas timina y citosina (pirimidinas), guanina y adenina (purinas), un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. Determinó que la unidad básica del ADN estaba conformada por fosfato-azúcar-base nitrogenada, a la cual llamó nucleótido. (Prat, 2020)

Aproximadamente, en los años 50s las mejores fotografías del ADN por difracción de rayos X las poseía el grupo de Wilkins en el King’s College de la Universidad de Londres. Maurice Wilkins, nacido en 1916 en Nueva Zelanda, fue criado en Inglaterra. Él y su estudiante Raymond Gosling trabajando lograron las mejores imágenes de difracción de rayos X a partir de ADN de alta pureza. Las fotografías sugieren una forma helicoidal pero no aclaraba si la molécula estaba

formada por el entrelazamiento de uno, dos, tres o cuatro filamentos. Inicialmente Wilkins se decidió por un modelo de filamento único. Pero en el King’s no contaban con suficiente capacidad y experiencia para identificar las imágenes de difracción de rayos X. La experiencia sería aportada por la cristalógrafa Rosalind Franklin, nacida en 1920 licenciada en fisicoquímica en Cambridge que trabajó en la química del carbono; como experta en las técnicas de difracción de rayos X se incorpora en 1951 al equipo del King’s College. Desde el principio no hubo una buena relación entre Rosalind con Wilkins pues ninguno de los dos se consideraba ayudante del otro en la investigación sobre el ADN, situación que no facilitaba el trabajo pero que de alguna manera despejó el camino hacia el éxito para Watson y Crick. Rosalind Franklin rozó la gloria, en febrero de 1953 había escrito en sus notas de trabajo que el ADN tenía una estructura de dos cadenas, con los grupos fosfatos orientados hacia fuera. Sin embargo, muere a la temprana edad de 38 años en abril de 1958 víctima de un cáncer de ovario, y de no ser por eso seguramente hubiera compartido el premio Nobel con Crick, Watson y Wilkins pues su aporte fue fundamental para encontrar la estructura del ADN. (Guevara, 2004).

CLASIFICACIÓN

Los ácidos nucleicos son el material genético de todos los seres vivos, esta función es compartida por dos tipos de ácidos nucleicos que difieren entre sí en pequeños detalles de su estructura, propiedades y composición química y gran parte de su función:

• Ácido desoxirribonucleico (DNA). Se encarga del almacenamiento del material genético.

El ADN es una biomolécula de doble hélice. Se encuentra ubicada en el núcleo de las células eucariotas, específicamente dentro del cromosoma, con excepción de las células procariotas, cuyo ADN se encuentra disperso en el citoplasma y cuya forma es circular. (Enciclopedia de Biología, s.f.)

• Ácido ribonucleico (RNA). Es el responsable de la trasferencia del material hacia las células

El ARN es una biomolécula con una sola hélice que está presente en organismos eucarióticos y procarióticos. En ocasiones, el ARN es el único material genético que presentan los virus. (Enciclopedia de Biología, s.f.)

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Imagen 1. Clasificación general de los ácidos nucleicos

En la célula se encuentran varias clases de RNA, que cubren una más amplia variedad de funciones.

• RNA ribosómico (rRNA). Son componentes de los ribosomas, complejos que llevan a cabo la síntesis de proteínas.
• RNA mensajeros (mRNA). Actúan de intermediarios, trasportando la información desde un gen o unos pocos genes hasta el ribosoma, donde se sintetizan las proteínas.
• RNA de transferencia (tRNA). Son moléculas adaptadoras que traducen con fidelidad la información contenida en el mRNA a secuencias específicas de aminoácidos. (Nelson & Cox, 2009)

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Imagen 2. Tipos de RNA presentes en las células

Además de estas clases principales, existe una amplia variedad de RNA que desempeñan funciones específicas. Entre ellos se pueden mencionar el RNA de interferencia, Micro RNA, RNA interferente pequeño, RNA asociados a Piwi, RNA antisentido, RNA largo no codificante, Riboswitch. (Anónimo, 2019)

Nucleótidos

Los nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos, se liberan mediante hidrólisis controlada y están formados de tres moléculas, una base nitrogenada, un monosacárido y un grupo fosfato

Bases nitrogenadas. Son compuestos aromáticos heterocíclicos derivados de las bases orgánicas Purina y Pirimidina. Las bases derivadas de Pirimidina se denominan Pirimídicas; las más abundantes en los ácido nucleicos son Citosina, Uracilo y Timina. Las bases derivadas de Purina se llaman Púricas y las más abundantes son Adenina y Guanina. (Ordorica & Velázquez, s.f.)

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Imagen 3. Bases nitrogenadas

La primera diferencia en composición química entre los dos tipos de ácidos nucleicos es la distribución de las bases. Adenina, Guanina y Citosina se encuentran tanto en DNA como RNA mientras que la Timina se encuentra casi exclusivamente en DNA y el Uracilo sólo en RNA.

Monosacárido. Los ácidos nucleicos poseen una aldopentosa y es la que da el nombre a los ácidos, la ribosa en el RNA y desoxirribosa en el RNA. (Ordorica, & Velázquez, s.f.)

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Imagen 4. Estructura molecular de los monosacárido del RNA (ribosa) y del DNA (desoxirribosa).

Grupo fosfato. Este componente deriva del ácido fosfórico, en los nucleótidos es responsable de su carácter ácido y gran parte de la solubilidad. (Ordorica & Velázquez, s.f.)

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Imagen 5. Comparación de la estructura molecular del RNA y del DNA.

DISTRIBUCIÓN EN LA NATURALEZA

Los ácidos nucleicos se encuentran en todos los organismos, específicamente dentro de sus células, estas biomoléculas dirigen y controlan la síntesis de sus proteínas, proporcionando la información que determina su especificidad y características biológicas, ya que contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos vitales y son los responsables de todas las funciones básicas en el organismo. (Biología Sur, 2010)

En los eucariotas, el DNA se encuentra localizado en el núcleo formando largas moléculas lineales asociadas a proteínas básicas. Aunque la mayor parte del DNA de las células eucariotas está confinada en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos también hay DNA. (Biología Sur, 2010)

En los eucariotas el RNA se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma. Todos los RNA se sintetizan en el núcleo utilizando como molde una de las dos cadenas de polinucleótidos del DNA. (Biología Sur, 2010)

IMPORTANCIA BIOLÓGICA

Nucleótidos:

• Son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos.
• Pueden actuar como mensajeros
• Transportadores de energía
• Transportadores de moléculas activadas
• Forman parte de coenzimas
• Tienen funciones reguladoras
• Intermediarios metabólicos especializados en transferir energía.

DNA: es la base química de la herencia, y está organizada en genes, las unidades fundamentales de la información genética. Funciona como almacén de la información genética que se localiza en los cromosomas del núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos en las células eucariotas. En las células procariotas el DNA se encuentra un cromosoma único, y de manera extra cromosómica, en forma de plásmidos. (Micocci, 2018)

ARN: interviene en la transferencia de la información requerida por el DNA hacia los compartimientos celulares. Se encuentra en el núcleo, el citoplasma, la matriz mitocondrial y el estroma de los cloroplastos en células eucariotas; en células procariotas se encuentra en el citosol (Micocci, 2018).

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