genética

EL ADN BACTERIANO ES CIRCULAR: EXPERIMENTO DE CAIRNS (1963)

Cairns en 1963, llevó a cabo otro experimento en la bacteria E. coli que además de demostrar que la replicación de su ADN se ajustaba al modelo Semiconservativo propuesto por Watson y Crick (1953), también demostraba que el ADN de E. coli es circular. Se trata se la primera evidencia citológica (mediante observación al microscopio) de la circularidad del cromosoma bacteriano, ya que mediante técnicas de construcción de mapas de conjugación, ya se había demostrado previamente por Jacob y Wollman (1958)   que el ADN bacteriano tenía un mapa circular.

El experimento que realizó Cairns (1963) consistió en mantener un cultivo de E. coli creciendo durante dos generaciones sucesivas en un medio que contenía Timidina tritiada (TH³), es decir, utilizaron un nucleótido (la Timina) marcado con un isótopo radiactivo (tritio, H³). Por tanto, cuando las bacterias sintetizaban su ADN empleaban dicho nucleótido marcado. Además, Cairns (1963) desarrolló un sistema para extraer el ADN de E. coli sin romperlo (intacto) y extenderlo sobre un portaobjetos para posteriormente realizar una autorradiografía, revelarla  y observar los resultados al microscopio. Para realizar la autorradiografía, empleaba una emulsión fotográfica que colocaba en contacto directo con la preparación, de forma que en aquel lugar de la preparación en que existía TH³, las partículas b del tritio impresionaban la emulsión fotográfica y al revelarla aparecía una macha o punto en ese lugar. Las autorradiografías correspondientes a la primera generación de replicación presentaban imágenes de puntos formando un círculo. En las autorradiografías correspondientes a la segunda generación de replicación se observaban imágenes de puntos en forma de la letra griega q pero que mostraban una región del interior con doble cantidad de puntos. 

Cairns (1963) interpretó que el cromosoma de E. coli era circular, que se replicada de modo semiconservativo, que existía un punto de inicio de la replicación, un origen, y un punto de crecimiento (PC). Sin embargo, esta interpretación fue errónea, ya que en E. coli existe un solo punto de iniciación de la Replicación (Ori C) pero existen dos puntos de crecimiento (PC), ya que la replicación en E. coli, como veremos más adelante es bidireccional.

Autorradiografía de la 2ª generación de Replicación con TH3	J. Cairns

    

LA DIVISIÓN CELULAR EN EUCARIONTES: MITOSIS Y CITOCINESIS.

El ciclo celular consta esencialmente de dos fases que habitualmente se alternan, La interfase y la división celular. A su vez la Interfase de subdivide en periodo G₁, periodo de síntesis S y periodo G₂. La duración relativa de G₁, S y G₂ varía de un organismo a otro y dentro del mismo organismo según el tejido. La división celular comprende a su vez dos fenómenos diferentes e independientes que son la mitosis o cariocinesis (reparto del material nuclear) y la citocinesis (reparto del citoplasma). Habitualmente, después de una mitosis se produce una citocinesis. En G1 los cromosomas están constituidos por un solo cromatidio procedente de la segregación anafásica anterior. Para que una célula somática vuelva a entrar en división es necesario que antes se replique el material hereditario, por tanto, las células que entran en mitosis han pasado previamente por un período S de síntesis de ADN. De forma que cuando las células entran en mitosis, los cromosomas están en estado de dos cromatidios.

La Mitosis o Cariocinesis (reparto del material nuclear) consta de laza siguientes fases: Profase, Metafase, Anafase y Telofase. Cuando una célula somática con 2n cromosomas entra en mitosis, todos sus cromosomas están en estado de dos cromatidios. Los dos cromatidios hermanos de cada cromosoma son idénticos, contienen la misma información genética ya que se han originado a partir de doble hélice de ADN mediante replicación semiconservativa.

En la Interfase el material nuclear, la cromatina, se encuentra descondensada y se observa el nucleolo.

• Profase: la cromatina se va contrayendo gradualmente y al final de la profase desaparece la membrana nuclear y el nucleolo y los cromosomas comienzan a dirigirse al centro de la célula al ecuador.
• Metafase: los cromosoma alcanzan su máximo grado de condensación presentando sus bordes nítidos y se sitúan en la placa ecuatorial (centro de la célula). Tiene lugar la inserción de los microtúbulos (fibras) del huso acromático en los cinetocoros centroméricos. En la placa ecuatorial hay 2n cromosomas constituidos por dos cromatidios.
• Anafase: segregación o separación de los cromatidios hermanos de cada cromosoma y emigración a polos opuestos. Este tipo de segregación se denomina Anfitélica, los dos cromatidios de un cromosoma se separan y viajan a polos anafásicos opuestos. A cada polo viajan 2n cromatidios.
• Telofase: Termina la emigración a polos opuestos se descondensan los cromatidios se reconstruye la membrana nuclear y se reorganiza el nucleolo. Finalmente aparecen dos núcleos hijos idénticos que cada uno contiene 2n cromatidios.

Después la citocinesis reparte el material citoplasmático y aparecen dos células hijas idénticas. La citocinesis en células vegetales se produce por coalescencia de vesículas del aparto de Golgi que dan lugar al fragmoplasto figura en forma de tonel que adquiere el huso acromático, al ser empujadas sus fibras hacia fuera,  el crecimiento de dicho tabique se produce del interior hacia el exterior de la célula. En las células animales la citocinesis tiene lugar por estrangulamiento de fuera hacia dentro.

Fases del ciclo celular : meristemo radicular de cebolla
Interfase	Profase	Metafase	Anafase Temprana
Anafase Tardía	Telofase temprana	Telofase tardía	Dos células

LA REPRODUCCIÓN CROMATÍDICA SE AJUSTA AL MODELO SEMICONSERVATIVO: EXPERIMENTO DE TAYLOR Y Col. (1957).

Taylor y colaboradores (1957) realizaron un experimento con células del meristemo radicular de Vicia faba (judía) para tratar de averiguar como tiene lugar la replicación de los cromatidios en esta especie eucarionte. El experimento consistió en someter a las raíces durante un periodo de Síntesis (periodo S) a la acción de la Timidina tritiada (TH³) y, posteriormente observar el patrón de marcaje radiactivo de los cromosomas en la primera metafase mitótica después de la incorporación del isótopo y en la segunda metafase mitótica. Para ello, después de la incorporación del isótopo cortaron las raíces las aplastaron sobre un portaobjetos y después realizaron una autorradiografía.

Las autorradiografías obtenidas ponían de manifiesto que las células de la primera metafase mitótica después de la incorporación del isótopo tenían todos sus cromosomas marcados en sus dos cromatidios  con timidina tritiada (TH³). Sin embargo, las células de la segunda metafase mitótica después de la incorporación del isótopo tenían todos sus cromosomas marcados pero solamente en uno de sus dos cromatidios. 

La explicación que dieron a estos resultados fue que el cromatidio se comportaba como si fuera una doble hélice de ADN y que se replicaba de forma semiconservativa. Para poder distinguir las células del meristemo radicular de Vicia faba de la 1ª Metafase mitótica de las células de la 2ª Metafase mitótica, trataron las raices con colchicina durante la primera división mitótica. La colchicina inhibe la formación de las fibras del huso acromático y, como consecuencia, se impide la anafase o separación de los cromatidos hermanos a polos opuestos apareciendo células con doble cantidad de cromosoma (poliploides). Por tanto, las células de la 2ª Metafase tenían doble número de cromosomas que las células de la 1ª Metafase.

El siguiente esquema pone de manifiesto que si se supone que el cromatidio es una doble hélice de ADN que se replica de forma semiconservativa, se obtienen los resultados observador por Taylor y colaboradores, es decir, todos los cromosomas de la célula están marcados en sus dos cromatidios en la 1ª Metafase y todos los cromosomas de la célula están marcados en un solo cromatidio en la 2ª Metafase.

Existen métodos de tinción más recientes que permiten comprobar sin necesidad de realizar un marcaje radiactivo que la replicación de los cromatidios se ajusta al modelo semiconservativo. Las células pasan por dos periodos de síntesis sucesivos en presencia de bromodesoxiuridina (BUdR). Posteriormente se tiñen los cromosomas con Giemsa y con un colorante fluorescente. La bromodesoxiuridina es un análogo de la Timina y la sustituye durante la replicación. Los cromatidios constituidos por dos cadenas con BUdR se tiñen de color más claro que los cromatidios que tienen una hélice original y otra con BUdR que se tiñen de color oscuro. Este tipo de tinción origina los que se denomina cromosomas en arlequín, y es especialmente adecuado para distinguir intercambios entre cromátidas hermanas.

2ª Metafase (cromosomas en arlequín)