A principios de 1900, cuando se descubrió que los cromosomas eran los portadores de los genes, los estudios se enfocaron en el análisis de su composición química. Los bioquímicos buscaban la sustancia de los cromosomas que contenía el manual con la información hereditaria de las células. Esta línea de pensamiento marcó el comienzo de la gama de investigaciones que se conocen como Genética Molecular.

Los primeros análisis químicos de cromosomas de células eucarióticas vegetales y animales mostraron que están formados principalmente de dos componentes: proteínas y una clase específica de ácido nucleico.

La identidad del material genético ocurrió con el descubrimiento del proceso de transformación en 1928, que consiste en la transferencia de una sustancia capaz de causar un cambio  hereditario en las células.

• todayEn el año 1928

  Frederick Griffith identificó una sustancia en las bacterias virulentas capaz de penetrar en las no virulentas que las había dotado de la capacidad para fabricar cápsula de polisacáridos y causar neumonía, y por lo tanto, hacía cambiar sus características hereditarias. De esta forma se descubrió un fenómeno que se conoce como transformación

• today1933

  James Lionel Alloway Demostró que el principio o factor transformante que modificaba a un tipo de neumococo en otro es una molécula que podía aislarse de las bacterias.

• today1934

  Oswald Theodor Avery, Colin Munro MacLeod y Maclyn McCarty, concluyeron que el factor transformante era el DNA.

• today1942

  Alexander Robertus Todd había definido el modo en que las moléculas del azúcar y los grupos fosfato actúan con las bases nitrogenadas para formar nucleótidos, que son componentes básicos del DNA.

• today1944

  Avery, Macleod y McCarty, habían proporcionado evidencias de que el DNA era la sustancia que almacenaba las características genéticas.

• today1949

  Erwin Chargaff analizó el contenido de DNA procedente de células de diversos organismos y determinaron las cantidades de las cuatro bases de cada una de las fuentes.

• today1950

  En la década de 1950, se suponía que el material genético debía de ser una sustancia universal, y por lo tanto, el DNA también desempeñaría esa función en los eucariotas no solo en bacterias (procariota).

¿En qué se traduce la secuencia de las bases en el DNA que permite los procesos celulares? o mejor dicho, ¿Cómo funcionan los genes?

Watson y Crick señalaron que las bases situadas en cualquiera de las dos cadenas de la doble hélice podían tener cualquier orden o secuencia, y que la información genética se encuentra en la secuencia de bases del DNA. Está formado por nucleótidos constituidos por un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada. El orden preciso de los pares de bases A-T y C-G es un carácter que depende de la especie, por lo que es posible cualquier secuencia de pares de bases a lo largo de la molécula de DNA, sin necesidad de cambiar su conformación de doble hélice.

Los lados de cada cadena están compuestos por subunidades repetidas de un grupo fosfato y el azúcar desoxirribosa de cinco carbonos, en el interior se encuentran las bases nitrogeneadas de las dos cadenas apiladas unas sobre otras, las bases nitrogeneadas de una cadena están apareadas con los de la cadena opuesta como resultado de la formación de puentes de hidrógeno. Cada par está constituido por una purina y una pirimidina; pero debido a la estructura particular de las bases, la adenina sólo puede aparearse con la timina y la guanina solamente con la citosina. De manera que las bases apareadas son complementarias .

En las células procarióticas, la mayor parte del material genético está en forma de una sola molécula larga y circular de DNA, esta molécula constituye el cromosoma de la célula y se duplica antes de la división celular. En las células eucarióticas, el material genético, o DNA, es lineal y está fuertemente unido a proteínas llamadas histonas y a otras proteínas no histónicas. Cada molécula de DNA con sus proteínas constituye un cromosoma, y casi todos los cromosomas constan de dos brazos que se extienden a partir de una región especializada llamada centrómero. Los cromosomas eucarioticos se encuentran en el núcleo.

El ordenamiento lineal específico de los nucleótidos dentro del polímero constituye el código químico (código genético), en otras palabras, los genes son básicamente un ordenamiento de nucleótidos en el DNA que determina cómo serán las proteínas de un organismo.

El ácido ribonucleico (RNA), desempeña un papel en la traducción de la información genética del DNA a una secuencia de aminoácidos. Basándose en las evidencias acumuladas hasta ese momento, Francis Harry Crick proclamó lo que él llamó el dogma central de la genética molecular, según este concepto “el DNA fabrica el RNA, y éste a su vez produce las proteínas”.

Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en la mayoría de los sistemas vivos (50% o más del peso seco), están constituidas por 21 aminoácidos que combinados pueden formar cientos de moléculas proteícas como la hemoglobina, miosina, colágena, etc. Esta diversidad de arreglos en los aminoácidos es la razón por la que existe gran variedad de proteínas en los organismos.

El RNA es un polímero de nucleótidos de cadena sencilla y no toma la configuración helicoidal. Además, los nucleótidos del RNA usan un azúcar ligeramente diferente que es la ribosa y una de las cuatro bases nitrogenadas es distinta, presenta uracilo en lugar de timina. Existen tres tipos de RNA que participan en la síntesis de proteínas: El RNA mensajero, el RNA de transferencia y el RNA ribosomal.

Como resultado de los estudios realizados por Beadle y Tatum para dilucidar la relación entre genes y proteínas, hubo un acuerdo general en que:

• La secuencia de bases de la molécula de DNA en los cromosomas tiene instrucciones codificadas para las estructuras y las funciones biológicas.
• Estas instrucciones son llevadas a cabo por las proteínas, que también contienen un lenguaje biológico altamente específico en la secuencia de sus aminoácidos.

De esta forma, el genotipo (DNA) determina el fenotipo (características observables), dictando la composición de las proteínas. Lo que llevó a que el concepto “un gen - una cadena polipeptídica” se modificara una vez más a “un gen - una molécula de RNA”.

Fue la complementariedad de bases la que sugirió cuál es el camino que sigue la doble hélice para replicarse previo a toda división celular. Simplemente se separan las dos cadenas de la doble hélice y se construye una nueva empleando como norma la complementariedad de bases (A con T, C con G).

• polymer

  La doble cadena del DNA tiene sus bases apareadas: A=T y C triple ligaduras ≡ G. Observa que las cadenas son antiparalelas

  
• polymer

  Se separan las cadenas al romperse los puentes de hidrógeno entre las bases por medio de enzimas.

  
• polymer

  Cada cadena se convierte en un molde en la que se construye una secuencia complementaria. La síntesis de las dos nuevas cadenas se lleva a cabo en la dirección 5' a 3'

  
• polymer

  Al finalizar el proceso hay dos moléculas idénticas de DNA. Cada doble hélice producida posee una hebra de la doble hélice original y una hebra nueva. Por tal razón el proceso se denomina replicación semiconservativa. Observa que las cadenas generadas son antiparalelas.

  

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Realicemos una actividad para evaluar lo aprendido. Coloca dentro de las definiciones el concepto que corresponda.