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Carlos von der Becke - Biolog�a 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 art�culo
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 fr�giles ligaduras
(llamadas puentes de hidr�geno) 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 m�dulo --, pag --), van completando de nuevo cada
una de ambas, lo cual es el mecanismo de copia prometido, mecanismo
tecnicamente denominado de replicaci�n. N�tese que en la lectura que
hemos hecho juntos de Watson y Crick, en el momento cuando nace la
biolog�a molecular, muestran en el primer art�culo la estructura molecular
del ADN y en el segundo aclaran enseguida qu� pasa (la doble h�lice
se duplica) y c�mo pasa (se rompen puentes de hidr�geno y se completan
los sitios vacantes con nuevas bases). La biolog�a molecular estudia
estructura y funci�n, es biolog�a molecular porque es biolog�a 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 abri� un
nuevo cap�tulo en la comprensi�n de la biolog�a, en especial en las
ramas correspondientes a la embriolog�a, la gen�tica cuya hip�tesis
sobre genes moleculares (mendelianos de 1880) por fin adquir�an forma,
la fisiolog�a, la teor�a evolucionaria; y fuera de la biolog�a, se
descubri� un nuevo hito en la visi�n de las cosas en general. Fen�menos
de la m�xima importancia tuvieron una nueva claridad al unificarse
la visi�n molecular de los fen�menos con las tradiciones cient�ficas
no-moleculares previas. Con la doble h�lice qued� claro el alineamiento
en serie de los genes, la forma c�mo se duplican en forma exacta,
la explicaci�n qu�mica de lo que es una mutaci�n, la maravilla de
la coincidencia de tama�os entre tripletes de bases nucleicas y amino-�cidos,
la coincidencia de la codificaci�n por tripletes con requisitos de
una vida muy avanzada en sus posibilidades de constru�r prote�nas
con muchos amino �cidos distintos, confiri�ndole una enorme versatilidad.
No menos extraordinario result� que mutaci�n, recombinaci�n y funci�n
no est�n todas juntas en la doble h�lice, sino que son fen�menos separables
para su estudio aparte sin violentar la evidencia qu�mica. Para la
embriolog�a, se aprendi� que cada c�lula tiene su propio mensaje gen�tico.
Para la embriolog�a del ser humano se dedujo que los gemelos homozigotas
surgen de la primera divisi�n en dos de la c�lula 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 c�lula. Con trillizos homozigotas eso ocurre en la segunda
vez que se duplica la c�lula fertilizada (se separan tres, de los
cuales uno tiene dos c�lulas y los otros dos una �nica, todas iguales.
Usted Chou, debe pensar qu� sucede con quintillizos homozigotas, como
las quintillizas Dionne del Canad�. En ese mensaje gen�tico hay un
reloj que va indicando la divisi�n del trabajo (caja homeost�tica,
homeobox) necesaria a diferentes estadios de madurez.
CAUSAS EVOLUTIVAS Y CAUSAS MOLECULARES EN MORFOLOGIA
La morfolog�a es la ciencia de las formas adoptadas por los seres
vivientes de los cinco reinos, en especial de los dos m�s avanzados.
Dos aspectos de la morfolog�a tienen que ver con CAUSAS PROXIMAS,
la morfolog�a del crecimiento, que es expresable en t�rminos matem�ticos
(esta morfolog�a est� ligada con la embriolog�a) , y la morfolog�a
funcional, que es la descripci�n de las estructuras en t�rminos de
las funciones que satisfacen (esta morfolog�a est� relacionada con
la fisiolog�a). Tres aspectos de la morfolog�a tiene que ver con CAUSAS
ULTIMAS. Una es la morfolog�a ideal�stica, que explica la forma como
producto de un arquetipo o esencia que est� buscando mostrarse. Otra
es la morfolog�a filogen�tica, que hace derivar la forma del viviente
actual de la forma del ancestro inmediato del cual se origin� o rec�procamente,
reconstruye la forma del ancestro por observaci�n de las formas de
los descendientes. Por �ltimo aparece la morfolog�a evolucionaria
que caracteriza a las formas actuales ya sea lamarckianamente en respuesta
a necesidades ambientales, ya sea como adaptaciones cuya explicaci�n
es la presi�n selectiva. La totalidad de la explicaci�n de un dado
fen�meno morfol�gico exige la - dif�cil - contribuci�n de estos cinco
puntos de vista.
Lo cierto, sin embargo, es que cualquier fen�meno biol�gico, no solamente
el estudio de las formas, necesita de este doble juego de causas para
ser explicado en su totalidad.
El experto en causas �ltimas pregunta por qu� sucede y para qu� sucede.
El experto en causas pr�ximas pregunta qu� pasa y c�mo pasa. Como
son preguntas diferentes, cada rama se puede considerar autocontenida
en sus respuestas espec�ficas. A�n as�, muestra que sus inquietudes
son incompletas. Una visi�n unificada debe contestar a todas las preguntas
en forma coherente, sin saltos. A esto es justo denominarlo Biolog�a
Unificada.&78
Hay aspectos moleculares que tienen una gran trascendencia para la
biolog�a 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 r�pidos (cascadas de cambios) hacia nuevos
grados evolucionarios en plenas revoluciones gen�ticas
* genes comportamentales de mayor jerarqu�a
A todas estas ideas nuevas se suma la presencia de las t�cnicas nuevas
de laboratorio aplicadas a la evoluci�n molecular (ensayos e hibridaciones
DNA-DNA y similares, secuenciaci�n, etc.)
Las grandes controversias se centran en si existen o n� relojes moleculares
que marcan la frecuencia de errores peri�dicos en los nuevos amino-�cidos
incorporados a viejas prote�nas. Esto lleva a trascendentes discusiones
sobre puntos de bifurcacion entre filos o entre especies, o a�n 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 evoluci�n es m�s r�pida que en otros
linajes. Todo depende del sitio que ocupe el linaje en los diferentes
h�bitats.
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 �nico monofil�tico
extinto. Comparten una sola filogenia o historia. La reconstrucci�n
de esa historia con la ayuda de la informaci�n del mensaje gen�tico
tal como lo estudian las t�cnicas del DNA de la biologia molecular,
es uno de los objetivos de la biolog�a unificada. Las t�cnicas buscan
complementaridad entre fragmentos hibridados DNA-DNA que permiten
saber cu�nto de la informaci�n es com�n y cu�nto es diferente, para
armar un �rbol filogen�tico 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 a�os, a finales del Jur�sico.
Datos de la t�cnica. Los �rdenes se definen como aquellos linajes
que se separaron de otros linajes hace 90 o 100 millones de a�os atr�s,
los sub�rdenes se ramificaron entre 80 y 90 millonews de a�os atr�s,
los infra�rdenes se separaron hace 70 u 80 millones de a�os atr�s,
las parv�rdenes, 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 a�os atr�s. Con esto se postula que en el mismo nivel de categor�a
quedan grupos de casi igual grado de divergencia evolutiva. La diferencia
ente los ADN de dos especiespuede servir de indicador de la distancia
geneal�gica 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 est� constru�da la teor�a de los relojes moleculares.
Cada vez que el ADN desciende un grado en su punto de fusi�n, equivale
a unos 4,5 millones de a�os desde que los dos linajes se separaron
de un ancestro com�n a ambos. Esto es provisional y sujeto a enmienda.
La morfolog�a (formas) muestra c�mo la selecci�n natural ha obligado
a adptaciones a los organismos al ambiente. La comparaci�n del DNA-DNA
brinda un testimonio directo de la existencia de una bifurcaci�n y
la fecha aproximada cuando se produjo.
Nociones de taxonomia: filogenia
de las aves a traves de comparaciones del adn investigacion y ciencia
n� 115 pag 64.mayr 576 adn eucarionte
SEGUNDA PARTE
GENETICA DE LA FORMACION DE ANTICUERPOS
Combinando lo que se sabe de biolog�a molecular con la gen�tica cl�sica, la formaci�n de anticuerpos en los animales superiores ofrece un campo inmenso de estudios y aplicaciones. Por anticuerpo entendemos una prote�na globular producida como respuesta a un ant�geno, con el cual se combina espec�ficamente.
Por ant�geno entendemos una diana que despierta al sistema inmunitario:
quimicamente es casi siempre una prote�na o un polisac�rido extra�os al organismo, que sabe distinguir lo que es propio de lo que es ajeno.
Cada individuo podr�a enfrentarse, en un momento dado, con la presencia de uno de dieciocho millones de ant�genos diferentes, quiz�s con muchos ejemplares de ese intruso en la sangre.
Necesita generar numerosas copias de un anticuerpo espec�fico para cada intruso.
Tendr�amos 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 c�lula del organismo, ya que en todas ellas pueden aparecer ant�genos.
Obviamente la vida tendr�a que arrastrar, c�lula por c�lula, un genomio millonario en genes solamente para defenderse.
Aparece un ant�geno. El �nico anticuerpo que debe ser liberado y su
represor inactivado tiene que ser el que corresponde al ant�geno ahora
presente.
Todos los restantes genes de ant�genos 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 prote�nas que los reprimen mientras el ant�geno no est�.
Este modelo no cierra por simples razones aritm�ticas. �C�mo hace entonces la vida? Provee linfocitos inmaduros en abundancia. Por linfocito se entiende un tipo de gl�bulo blanco de la sangre que interviene en la respuesta inmune. Frente a un ant�geno, un linfocito inmaduro va madurando con la ayuda de trescientos exones de genes diseminados en el genomio, que generan menos de trescientas prote�nas (pues de varios exones quedan menos genes), que se pueden ensamblar de diferentes maneras. La aritm�tica calcula 18 mil millones de combinaciones.
El premio Nobel argentino C�sar Milstein descubri� una t�cnica para
generar y purificar anticuerpos espec�ficos para diferentes ant�genos.
Se denominan anticuerpos monoclonales: todos son los mismos. Como
hemos visto, en los cultivos de tejidos de c�lulas de mam�feros se
produce confluencia y detenci�n del proceso, salvo que se vuelva un
proceso canceroso. Los hibridomas de Milstein son de este �ltimo tipo.
TERCERA PARTE
ABUNDANCIA DE CICLOS.
Chou, repase todo estos temas de vuelta al estudiar los problemas de final de cap�tulo e imag�nese todo lo mejor que pueda.
Los bi�logos moleculares conocen con gran detalle lo que le pasa a
una mol�cula arbitraria o a la luz cuando ingresan a la c�lula.
Nosotros, Chou, apenas nos imaginamos algunos casos muy esquem�ticos. Las firmas proveedoras de drogas de laboratorio ofrecen grandes posters donde con letra chica se esquematizan los ciclos metab�licos, dentro de
las c�lulas, conocidos por la bioqu�mica. Todas las reacciones que
pueden ocurrir a nuestro alrededor en nuestro viaje celular y que
hoy se conocen, superan las posibilidades de tama�o 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 �cidos grasos 8,321
del �cido guan�lico c�clico 1,81
del ADP adenosin-di-fosfato y ATP adenosin-tri- fosfato
del AMP-c adenosin-mono-fosfato c�clico
del alcohol (Embden-Meyerhof-Parnas)
de los amino �cidos
del calcio
del ciclo de Calvin 2,57h
del ciclo de Krebs de los compuestos sulfurados 2,29
de la gl�ndula tiroides 13,640
de los gl�cidos (normal y anormal 8,319, incluso diabetes 4,110)
del hidr�geno molecular 2,29
del hierro
de Krebs
de los l�pidos
del NAD-NADH
de los neuroqu�micos,
del nitr�geno oxidativo
de las prote�nas
de los rumiantes
de la s�ntesis de la glucosa