Biología (08) · Unidad 8 — Replicación, ciclo celular y división
La replicación es semiconservativa (Meselson y Stahl)
Antes de dividirse, la célula copia su ADN. Cada una de las dos hebras de la doble hélice sirve de molde para una hebra nueva, así que cada molécula hija lleva una hebra vieja y una recién hecha: la replicación es semiconservativa. Meselson y Stahl lo demostraron en 1958 marcando el ADN con nitrógeno pesado.
La explicación
El problema: copiar un libro de tres mil millones de letras
Cada vez que una célula tuya se divide, las dos hijas necesitan el ADN completo. Una célula humana tiene dos juegos de unos tres mil millones de pares de bases cada uno, más de seis mil millones en total, y la copia tiene que salir casi sin errores, una y otra vez, durante toda la vida. ¿Cómo se copia algo así?
La pista la dio la propia estructura. Cuando Watson y Crick propusieron la doble hélice (1953) notaron que las dos hebras son complementarias: frente a una A siempre hay una T, frente a una G siempre hay una C. A y T se unen por dos puentes de hidrógeno; G y C, por tres.
La consecuencia es enorme: si conocés una hebra, conocés la otra. Si una hebra dice ATGC, la de enfrente tiene que decir TACG. Entonces cada hebra puede servir de molde para fabricar su compañera.
Si te dan una hebra y te piden la complementaria, cambiá cada letra por su pareja (A↔T, G↔C). La complementariedad es lo que hace que la secuencia se conserve de una generación de células a la siguiente.
Tres maneras posibles de copiar
Saber que cada hebra sirve de molde no decía todavía cómo se reparten las hebras viejas y nuevas. Había tres hipótesis:
Semiconservativa: las dos hebras se separan y cada una se queda con una compañera nueva. Cada hija tiene una hebra vieja y una nueva.
Dispersiva: las hebras se rompen en pedazos y cada hebra hija es un mosaico de tramos viejos y nuevos.
El experimento de Meselson y Stahl (1958)
Matthew Meselson y Franklin Stahl necesitaban distinguir el ADN viejo del nuevo. Usaron un truco físico: el nitrógeno, que está en todas las bases, tiene una variante pesada, el ¹⁵N, y una común, el ¹⁴N. Un ADN hecho con ¹⁵N es un poquito más denso.
Hicieron crecer bacterias E. coli durante muchas generaciones en un medio con ¹⁵N, hasta que todo su ADN fue pesado. Después las pasaron a un medio con ¹⁴N y tomaron muestras cada vez que la población se duplicaba. El ADN de cada muestra se centrifugó en un gradiente de densidad de cloruro de cesio: cada molécula se queda quieta en la altura del tubo que corresponde a su densidad, y forma una banda.
Se ven tres bandas posibles: pesada (las dos hebras con ¹⁵N), liviana (las dos con ¹⁴N) e intermedia o híbrida (una de cada una).
Qué predecía cada modelo, y qué salió
En la primera generación en ¹⁴N apareció una sola banda, intermedia. Eso descarta el modelo conservativo, que predecía dos bandas: una pesada (la molécula original intacta) y una liviana (la nueva).
Pero una banda intermedia también la predice el dispersivo. Lo que decidió fue la segunda generación: aparecieron dos bandas, la mitad del ADN intermedio y la mitad liviano. El modelo dispersivo predecía una sola banda, un poco más liviana que la intermedia. Sólo el semiconservativo explica las dos.
Las dos hebras originales nunca se pierden ni se rompen: cada una termina en una molécula distinta, siempre acompañada de una hebra nueva.
Cómo se resuelve un problema de bandas
No hace falta memorizar tubos: alcanza con contar moléculas. Si empezás con una molécula pesada, después de g replicaciones en ¹⁴N tenés 2g moléculas. De todas ellas, exactamente dos conservan una hebra pesada (porque había dos hebras originales): ésas son las híbridas. El resto son livianas.
fracción híbrida = 2 / 2g
1. Fijate en qué medio estaba el ADN al principio (pesado o liviano) y en cuál se replica después: el medio nuevo da las hebras nuevas.
2. Contá las moléculas: 2g por cada molécula inicial.
3. Las híbridas son siempre 2 por molécula inicial; las demás tienen las dos hebras del medio nuevo.
4. Si el experimento es al revés (de ¹⁴N a ¹⁵N), la cuenta es la misma, pero las que no son híbridas son pesadas.
Unas bacterias con todo su ADN marcado con ¹⁵N se pasan a un medio con ¹⁴N y se dejan replicar tres veces. Suponé que empezás con una sola molécula de ADN. a) ¿Cuántas moléculas hay al final y cuántas de cada tipo? b) ¿Qué bandas se ven en el tubo y en qué proporción? c) ¿Qué habría predicho el modelo conservativo para esa misma generación?
a) Contar moléculas. Cada replicación duplica el número de moléculas, así que después de tres:
Las dos hebras pesadas originales siguen existiendo y cada una está en una molécula distinta, emparejada con una hebra liviana. Así que hay 2 híbridas (¹⁵N/¹⁴N) y las otras 6 son livianas (¹⁴N/¹⁴N). No queda ninguna pesada: para tener una molécula pesada harían falta dos hebras con ¹⁵N juntas, y desde la primera replicación nunca más se separaron de sus compañeras livianas.
b) Las bandas. Dos bandas: una intermedia con 2 de 8 moléculas y una liviana con 6 de 8.
c) El modelo conservativo. Según ese modelo, la molécula pesada original se conserva entera en cada vuelta y todas las demás se fabrican con ¹⁴N. Después de tres replicaciones habría 1 molécula pesada y 7 livianas: dos bandas, una pesada (1/8) y una liviana (7/8), y ninguna intermedia. El resultado real (una banda intermedia) lo contradice.
La banda intermedia es la firma de una molécula con una hebra vieja y una nueva. Ningún resultado de Meselson y Stahl mostró una banda pesada después de la primera generación en ¹⁴N.
Una variante del experimento: bacterias con ADN liviano (¹⁴N) se pasan a ¹⁵N durante UNA generación, y enseguida se devuelven a ¹⁴N para UNA generación más. a) ¿Qué bandas se ven al terminar la etapa en ¹⁵N? b) ¿Y al terminar la segunda etapa? c) Si la replicación fuera conservativa, ¿qué se vería al terminar cada etapa?
a) Después de una generación en ¹⁵N. Cada molécula liviana separa sus dos hebras y cada una se empareja con una hebra nueva, que ahora es pesada. Todas las moléculas quedan ¹⁴N/¹⁵N: una sola banda, intermedia.
b) Después de volver a ¹⁴N. Cada molécula híbrida separa sus hebras otra vez, y las nuevas son livianas:
la hebra ¹⁵N + una nueva ¹⁴N → molécula híbrida
De cada molécula híbrida sale una liviana y una híbrida: dos bandas, mitad intermedia y mitad liviana. No hay ADN pesado en ningún momento, porque nunca hubo dos hebras con ¹⁵N en la misma molécula.
c) Si fuera conservativa. Cada molécula original quedaría entera y al lado se armaría una molécula nueva, toda con el material del medio de ese momento:
Vuelta a ¹⁴N: la liviana da otra liviana y la pesada da una liviana → de 4 moléculas, 1 pesada y 3 livianas (25 % y 75 %).
En ningún momento habría una banda intermedia. Si el experimento muestra la banda intermedia en la etapa a), el modelo conservativo queda descartado.
En cualquier variante, el método es el mismo: seguí a cada hebra por separado, sabiendo que en el modelo semiconservativo cada una termina emparejada con una hebra hecha en el medio de ese momento.
Dónde se cae la mayoría
- Creer que la banda intermedia de la primera generación ya prueba el modelo semiconservativo. El dispersivo también da una banda intermedia en la primera generación: lo que lo descarta es la segunda.
- Pensar que las moléculas híbridas van aumentando con las generaciones. Son siempre dos por cada molécula de partida; lo que crece es el número de livianas, así que la fracción híbrida baja a la mitad en cada generación.
- Olvidar, en el experimento al revés (de ¹⁴N a ¹⁵N), que las hebras nuevas son las pesadas. Ahí lo que aparece junto a la banda híbrida es una banda pesada, no una liviana.
- Confundir conservativo con semiconservativo por el nombre: en el conservativo la doble hélice original sigue entera; en el semiconservativo se separa y cada hebra va a una hija.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar La replicación es semiconservativa (Meselson y Stahl) →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — Ida y vuelta al nitrógeno pesado15 puntos · resuelto paso a paso
Los otros temas de la unidad 8
Replicación, ciclo celular y división