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Carlos von der Becke - Biología 70
MODULO IV UNIDAD 2 INICIO
CONTINUIDAD GENETICA DE LA VIDA
MODULO IV UNIDAD 2 CAPITULO 1
CAUSAS EVOLUTIVAS Y CAUSAS MOLECULARES
PRIMERA PARTE
LECTURA 66
LA ESTRUCTURA DEL DNA MUESTRA SU FUNCION
WATSON Y CRICK
Eso lo explican los mismos dos futuros premios Nobel en el artículo
siguiente tambien de Nature, Genetic implications of the structure
of desoxyribonucleic acid (1953). Si se imagina que la doble cadena
enrollada empieza a desenrollarse por rotura de las frágiles ligaduras
(llamadas puentes de hidrógeno) entre las bases de purina y de pirimidina
con la ayuda de una enzima y a medida que se desenrolla y que quedan
incompletas las purinas y las pirimidinas, de cada una de las dos
hebras, otra enzima o grupos de enzimas, denominada ADN-polimerasa
(la explicada en el módulo --, pag --), van completando de nuevo cada
una de ambas, lo cual es el mecanismo de copia prometido, mecanismo
tecnicamente denominado de replicación. Nótese que en la lectura que
hemos hecho juntos de Watson y Crick, en el momento cuando nace la
biología molecular, muestran en el primer artículo la estructura molecular
del ADN y en el segundo aclaran enseguida qué pasa (la doble hélice
se duplica) y cómo pasa (se rompen puentes de hidrógeno y se completan
los sitios vacantes con nuevas bases). La biología molecular estudia
estructura y función, es biología molecular porque es biología funcional.
LECTURA 67
IMPORTANCIA DE DISPONER DE LA ESTRUCTURA Y DE RECONOCER LA FUNCION DEL DNA
BEADLE
Fue crucial, pues con estas explicaciones moleculares, se abrió un
nuevo capítulo en la comprensión de la biología, en especial en las
ramas correspondientes a la embriología, la genética cuya hipótesis
sobre genes moleculares (mendelianos de 1880) por fin adquirían forma,
la fisiología, la teoría evolucionaria; y fuera de la biología, se
descubrió un nuevo hito en la visión de las cosas en general. Fenómenos
de la máxima importancia tuvieron una nueva claridad al unificarse
la visión molecular de los fenómenos con las tradiciones científicas
no-moleculares previas. Con la doble hélice quedó claro el alineamiento
en serie de los genes, la forma cómo se duplican en forma exacta,
la explicación química de lo que es una mutación, la maravilla de
la coincidencia de tamaños entre tripletes de bases nucleicas y amino-ácidos,
la coincidencia de la codificación por tripletes con requisitos de
una vida muy avanzada en sus posibilidades de construír proteínas
con muchos amino ácidos distintos, confiriéndole una enorme versatilidad.
No menos extraordinario resultó que mutación, recombinación y función
no están todas juntas en la doble hélice, sino que son fenómenos separables
para su estudio aparte sin violentar la evidencia química. Para la
embriología, se aprendió que cada célula tiene su propio mensaje genético.
Para la embriología del ser humano se dedujo que los gemelos homozigotas
surgen de la primera división en dos de la célula fertilizada (huevo
+ espermatozoide, cada uno con la mitad de los genes del futuro genomio)
y que por accidente se separan e inician todo de nuevo como si fueran
la primera célula. Con trillizos homozigotas eso ocurre en la segunda
vez que se duplica la célula fertilizada (se separan tres, de los
cuales uno tiene dos células y los otros dos una única, todas iguales.
Usted Chou, debe pensar qué sucede con quintillizos homozigotas, como
las quintillizas Dionne del Canadá. En ese mensaje genético hay un
reloj que va indicando la división del trabajo (caja homeostática,
homeobox) necesaria a diferentes estadios de madurez.
CAUSAS EVOLUTIVAS Y CAUSAS MOLECULARES EN MORFOLOGIA
La morfología es la ciencia de las formas adoptadas por los seres
vivientes de los cinco reinos, en especial de los dos más avanzados.
Dos aspectos de la morfología tienen que ver con CAUSAS PROXIMAS,
la morfología del crecimiento, que es expresable en términos matemáticos
(esta morfología está ligada con la embriología) , y la morfología
funcional, que es la descripción de las estructuras en términos de
las funciones que satisfacen (esta morfología está relacionada con
la fisiología). Tres aspectos de la morfología tiene que ver con CAUSAS
ULTIMAS. Una es la morfología idealística, que explica la forma como
producto de un arquetipo o esencia que está buscando mostrarse. Otra
es la morfología filogenética, que hace derivar la forma del viviente
actual de la forma del ancestro inmediato del cual se originó o recíprocamente,
reconstruye la forma del ancestro por observación de las formas de
los descendientes. Por último aparece la morfología evolucionaria
que caracteriza a las formas actuales ya sea lamarckianamente en respuesta
a necesidades ambientales, ya sea como adaptaciones cuya explicación
es la presión selectiva. La totalidad de la explicación de un dado
fenómeno morfológico exige la - difícil - contribución de estos cinco
puntos de vista.
Lo cierto, sin embargo, es que cualquier fenómeno biológico, no solamente
el estudio de las formas, necesita de este doble juego de causas para
ser explicado en su totalidad.
El experto en causas últimas pregunta por qué sucede y para qué sucede.
El experto en causas próximas pregunta qué pasa y cómo pasa. Como
son preguntas diferentes, cada rama se puede considerar autocontenida
en sus respuestas específicas. Aún así, muestra que sus inquietudes
son incompletas. Una visión unificada debe contestar a todas las preguntas
en forma coherente, sin saltos. A esto es justo denominarlo Biología
Unificada.&78
Hay aspectos moleculares que tienen una gran trascendencia para la
biología evolutiva. En ese DNA debe estar oculto el motivo molecular
para
* control de las tendencias evolucionarias
* morfologia idealista
* estabilidad de los fenotipos en muchos linajes evolucionarios
* cambios rápidos (cascadas de cambios) hacia nuevos
grados evolucionarios en plenas revoluciones genéticas
* genes comportamentales de mayor jerarquía
A todas estas ideas nuevas se suma la presencia de las técnicas nuevas
de laboratorio aplicadas a la evolución molecular (ensayos e hibridaciones
DNA-DNA y similares, secuenciación, etc.)
Las grandes controversias se centran en si existen o nó relojes moleculares
que marcan la frecuencia de errores periódicos en los nuevos amino-ácidos
incorporados a viejas proteínas. Esto lleva a trascendentes discusiones
sobre puntos de bifurcacion entre filos o entre especies, o aún dentro
de la misma especie y sus respectivas dataciones. Como ya sabemos
por nuestros estudios de la interfase entre orden y caos (lectura 15, Kauffman),
en algunos linajes fileticos la evolución es más rápida que en otros
linajes. Todo depende del sitio que ocupe el linaje en los diferentes
hábitats.
Todos los organismos tienen antepasados. Vale decir, todos los organismos
tienen su propia historia evolutiva. Cabe presumir que los miembros
de los cinco reinos evolucionaron a partir de un origen único monofilético
extinto. Comparten una sola filogenia o historia. La reconstrucción
de esa historia con la ayuda de la información del mensaje genético
tal como lo estudian las técnicas del DNA de la biologia molecular,
es uno de los objetivos de la biología unificada. Las técnicas buscan
complementaridad entre fragmentos hibridados DNA-DNA que permiten
saber cuánto de la información es común y cuánto es diferente, para
armar un árbol filogenético aviario. Las 9000 especies de aves existentes
son el 6 % de las aproximadamente 150.000 especies totales, entre
las sobrevivientes y las extintas, que han caracterizado a ese linaje,
separado de otros desde hace 150 millones de años, a finales del Jurásico.
Datos de la técnica. Los órdenes se definen como aquellos linajes
que se separaron de otros linajes hace 90 o 100 millones de años atrás,
los subórdenes se ramificaron entre 80 y 90 millonews de años atrás,
los infraórdenes se separaron hace 70 u 80 millones de años atrás,
las parvórdenes, de 60 a 70, las superfamilias, de 50 a 60, las familias,
de 40 a 50, las subfamilias de 30 a 40 y las tribus de 20 a 30 millones
de años atrás. Con esto se postula que en el mismo nivel de categoría
quedan grupos de casi igual grado de divergencia evolutiva. La diferencia
ente los ADN de dos especiespuede servir de indicador de la distancia
genealógica entre ellas, si se puede postular que no hay diferencias
en la velocidad de cambio de los ADN de los diferentes linajes. Sobre
este postulado está construída la teoría de los relojes moleculares.
Cada vez que el ADN desciende un grado en su punto de fusión, equivale
a unos 4,5 millones de años desde que los dos linajes se separaron
de un ancestro común a ambos. Esto es provisional y sujeto a enmienda.
La morfología (formas) muestra cómo la selección natural ha obligado
a adptaciones a los organismos al ambiente. La comparación del DNA-DNA
brinda un testimonio directo de la existencia de una bifurcación y
la fecha aproximada cuando se produjo.
Nociones de taxonomia: filogenia
de las aves a traves de comparaciones del adn investigacion y ciencia
nº 115 pag 64.mayr 576 adn eucarionte
SEGUNDA PARTE
GENETICA DE LA FORMACION DE ANTICUERPOS
Combinando lo que se sabe de biología molecular con la genética clásica, la formación de anticuerpos en los animales superiores ofrece un campo inmenso de estudios y aplicaciones. Por anticuerpo entendemos una proteína globular producida como respuesta a un antígeno, con el cual se combina específicamente.
Por antígeno entendemos una diana que despierta al sistema inmunitario:
quimicamente es casi siempre una proteína o un polisacárido extraños al organismo, que sabe distinguir lo que es propio de lo que es ajeno.
Cada individuo podría enfrentarse, en un momento dado, con la presencia de uno de dieciocho millones de antígenos diferentes, quizás con muchos ejemplares de ese intruso en la sangre.
Necesita generar numerosas copias de un anticuerpo específico para cada intruso.
Tendríamos que disponer de dieciocho millones de genes con los cuales armar el anticuerpo necesario para cada posible peligro previsto.
El argumento necesita extenderse a cada célula del organismo, ya que en todas ellas pueden aparecer antígenos.
Obviamente la vida tendría que arrastrar, célula por célula, un genomio millonario en genes solamente para defenderse.
Aparece un antígeno. El único anticuerpo que debe ser liberado y su
represor inactivado tiene que ser el que corresponde al antígeno ahora
presente.
Todos los restantes genes de antígenos deben estar reprimidos
uno por uno con un represor especial. Necesitamos millones de genes,
la mitad para fabricar el anticuerpo y la otra mitad para fabricar
las proteínas que los reprimen mientras el antígeno no está.
Este modelo no cierra por simples razones aritméticas. ¿Cómo hace entonces la vida? Provee linfocitos inmaduros en abundancia. Por linfocito se entiende un tipo de glóbulo blanco de la sangre que interviene en la respuesta inmune. Frente a un antígeno, un linfocito inmaduro va madurando con la ayuda de trescientos exones de genes diseminados en el genomio, que generan menos de trescientas proteínas (pues de varios exones quedan menos genes), que se pueden ensamblar de diferentes maneras. La aritmética calcula 18 mil millones de combinaciones.
El premio Nobel argentino César Milstein descubrió una técnica para
generar y purificar anticuerpos específicos para diferentes antígenos.
Se denominan anticuerpos monoclonales: todos son los mismos. Como
hemos visto, en los cultivos de tejidos de células de mamíferos se
produce confluencia y detención del proceso, salvo que se vuelva un
proceso canceroso. Los hibridomas de Milstein son de este último tipo.
TERCERA PARTE
ABUNDANCIA DE CICLOS.
Chou, repase todo estos temas de vuelta al estudiar los problemas de final de capítulo e imagínese todo lo mejor que pueda.
Los biólogos moleculares conocen con gran detalle lo que le pasa a
una molécula arbitraria o a la luz cuando ingresan a la célula.
Nosotros, Chou, apenas nos imaginamos algunos casos muy esquemáticos. Las firmas proveedoras de drogas de laboratorio ofrecen grandes posters donde con letra chica se esquematizan los ciclos metabólicos, dentro de
las células, conocidos por la bioquímica. Todas las reacciones que
pueden ocurrir a nuestro alrededor en nuestro viaje celular y que
hoy se conocen, superan las posibilidades de tamaño de pared en nuestro
claustro para tenerlas a la vista.
Un resumen de los principales ciclos surge del diagrama bbb y de la lista siguiente:
CICLOS
de los ácidos grasos 8,321
del ácido guanílico cíclico 1,81
del ADP adenosin-di-fosfato y ATP adenosin-tri- fosfato
del AMP-c adenosin-mono-fosfato cíclico
del alcohol (Embden-Meyerhof-Parnas)
de los amino ácidos
del calcio
del ciclo de Calvin 2,57h
del ciclo de Krebs de los compuestos sulfurados 2,29
de la glándula tiroides 13,640
de los glúcidos (normal y anormal 8,319, incluso diabetes 4,110)
del hidrógeno molecular 2,29
del hierro
de Krebs
de los lípidos
del NAD-NADH
de los neuroquímicos,
del nitrógeno oxidativo
de las proteínas
de los rumiantes
de la síntesis de la glucosa