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25
mayo

Divide y vencerás

Una de los hitos importantes para investigaciones  genómicas fue el descubrimiento de las endonucleasas o enzimas de restricción (ER) del ADN.  Son proteínas enzimáticas capaces de cortar la doble cadena de ADN y, por tanto, de trocearlo en fragmentos de diferente tamaño en función de los puntos en que se haya producido el corte. Dichos puntos acostumbran a ser específicos en la secuencia del ADN del sitio donde es cortado y cada enzima de restricción tiene su propia secuencia diana, rompiendo la doble cadena en ese lugar y no en otro. Cada tipo de ER fragmentará el ADN en tantos trozos como secuencias específicas diana contenga ese ADN. Un mismo ADN, por tanto, puede ser objeto de diferente tipo de “troceado” según el tipo de ER se haya utilizado. Esto es muy útil para la reconstrucción posterior (secuenciación) del ADN del mismo modo que si una misma imagen , como puede ser la de un puzle que por un lado estuviese compuesto de piezas de un tipo y la misma imagen por piezas de otro tamaño diferente. Comparando las piezas de uno y otro entre sí, resolveríamos la imagen del puzle más fácilmente.

La fragmentación del ADN, por otro lado, permite la realización de perfiles genéticos y la identidad genómica de los individuos. La separación de los fragmentos obtenidos se expresa mediante un código de barras correspondiente a cada fragmento que hace único cada código. En la actualidad se seleccionan sólo determinados puntos de corte para realizar el perfil de forma más limpia y con suficiente diversidad en su longitud para producir una variabilidad extraordinaria en el conjunto de los fragmentos obtenidos de forma que el perfil obtenido es único.

La especificidad de las secuencias diana, por otro lado, permite que fragmentos de ADN de diferentes genomas puedan empalmarse posteriormente formando genomas híbridos. En esto se basa la recombinación genética y la inserción de genes intra o interespecíficos en el genoma de una especie. Este es el fundamento del ADN-recombinante. La razón de esa facilidad de recombinación es que el corte de determinados ER no es en el mismo punto exacto de la doble cadena sino que el corte de cada cadena difiere en unos cuantos nucleótidos de distancia lo que hace que cualquier extremo con el mismo corte pueda de nuevo ser empalmado ya que se ajusta perfectamente.

adn recombinanteOtra de las características curiosas que se dan en los ER es la referente a su secuencia diana específica. Estas secuencias, en la mayoría de los casos, son secuencias palindrómicas o palíndromos. La secuencia un tramo palíndromo de ADN es idéntica en una y otra hebra si ambas son leídas en la misma dirección (5´a 3´ o de 3´a 5´). Enlace

En la actualidad se dispone de todo un arsenal de ER utilizados en ingeniería genética. Se obtienen a partir de bacterias y se nombran con las iniciales de su nombre científico, su cepa y por un nº latino del orden de su descubrimiento. Ejemplo EcoRI (Escherichia coli, Cepa RY13 y primera descubierta en esa especie).

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3
mayo

RESPUESTA A LA PREGUNTA DEL SORTEO DEL DIA DEL ADN

Pregunta:

 ¿Cuál es el número de moléculas diferentes posibles de moléculas de ADN de 10 pares de bases?

Respuesta  razonada:

1.- La diferencia  entre moléculas de ADN se debe a la SECUENCIA u orden en que se encuentran colocados los nucleótidos. Por tanto deberemos calcular el número de secuencias posibles diferentes.

2.- Para calcularlo, inicialmente vamos a partir de UNA de las hebras de ADN. Numeramos la posición de los nucleótidos desde el 1º hasta el 10º y, además, indicamos la dirección de esa hebra:

TABLA_1

1º nucleótido: Puede ser:  A, ó T, ó G, ó C = 4 posibilidades

2º nucleótido; también:  A , ó T, ó G,  ó C =  4 posibilidades

Secuencias posibles diferentes de los 2 primeros nucleótidos = 4 x 4 = 42 = 16 posibilidades: A-A/ A-T/ A-G/ A-C/ T-A/ T-T/ T-G/ T-C/ G-A/ G-T/ G-G/ G-C/ C-A/ C-T/ C-G y C-C.

Con el 3º nucleótido pasaría lo mismo,  y con el 4º, y con el 5º , y así sucesivamente hasta el 10º. Por tanto las secuencias posibles diferentes de UNA hebra de ADN de 10 posiciones vendría dado por la fórmula 410 = 1.048.576 secuencias diferentes en una de las hebras.

2.- Ahora bien las posibles secuencias diferentes de una hebra NO equivale a las secuencias posibles de TODO el ADN que está formado por 2 hebras antiparalelas. Y normalmente la secuencia de una no es la misma que la secuencia en la otra. De tal forma que “gastamos” 2 de las secuencias posibles de las calculadas para una hebra para formar la secuencia de la otra y con cada par de secuencias de entre todas las posibles formamos sólo 1 ADN diferente.

Veamos un ejemplo:

Una de las secuencias posibles:

TABLA_2

Otra de las secuencias posibles:

TABLA_3

Las 2 forman una sola molécula de ADN:

TABLA_4

Si giramos 180º esta molécula, las moléculas son iguales (son la misma molécula):

TABLA_5

Por tanto –y salvo que la misma secuencia APARECIESE en UNA y OTRA HEBRA– el cálculo se realizaría, dividiendo entre 2 el número de secuencias posibles en una sola hebra. Es decir: 410/2 = 1.048.576/2 = 524.288, para indicar el nº de ADNs  diferentes formados por 10 pares de bases.

3.- PERO resulta que SÍ hay secuencias iguales en ambas hebras y, por lo tanto, con esa misma secuencia en una hebra se forma un ADN de 2 hebras con la misma secuencia.. Por tanto ésas secuencias no pueden dividirse entre 2 para el cálculo. Esas secuencias reciben el nombre de PALINDROMOS (Palíndromos continuos).

Veamos un ejemplo:

TABLA_6

En el ejemplo las secuencias de ambas hebras son idénticas ya que leídas en el mismo orden , por ejemplo de 5´a 3´ambas tienen la misma secuencia: A-T-C-G-T-A-C-G-A-T.

Por consiguiente habrá que calcular el nº de esas secuencias palíndromo que constituyen un solo ADN para restarlas de todas aquellas posibles y calcular, de ese modo, el nº de secuencias que habría que dividir por 2 y aquellas que no.

4.- Para calcular el nº de secuencias que formarían un PALINDROMO en un ADN de 10 pares de bases (que ese es el caso), nos vamos a fijar gráficamente en su estructura para deducirlo:

TABLA_7

Si nosotros ponemos cualquier secuencia ALEATORIAMENTE en las 5 primeras posiciones (justo hasta la mitad de la secuencia) de una de las hebras (45 posibles secuencias) ………………

TABLA_8Y colocamos la secuencia complementaria  a la aleatoria en las otras 5 posiciones (1 sola secuencia o posibilidad) en el resto de las posiciones de la hebra –de forma simétrica- según indica el dibujo, construimos la secuencia palíndromo,  que será idéntica a la secuencia de la otra hebra.

TABLA_9

Por tanto habrá 45 x 1 = 45  = 1.024 secuencias palindrómicas  posibles en secuencias de ADN de 10 pares de bases.

5.- Ahora que ya hemos realizado todas  las consideraciones necesarias, podemos hacer los cálculos

a- Secuencias posibles en una hebra = 410

b- Secuencias palíndromo en una hebra ( por tanto, la misma secuencia  en  las 2 hebras) (*) = 45 (basta una sola secuencia para realizar la molécula entera de ADN) = 1.024

c- Secuencias posibles no palindrómicas en una hebra = 410 – 45 = 1.048.576 – 1.024 =1.047.552

d- ADNs diferentes posibles con secuencias no palindrómicas = 1.047.552/2 = 523.776

e- ADNs diferentes con secuencias palindrómicas = 1.024

f.- TOTAL DE ADNs DIFERENTES POSIBLES= 523.776 + 1.024 = 524.800

 

(*) Se entiende que son aquellas que forman un palíndromo continuo. Entre las otras –las que hemos calificado de secuencias no palindrómicas– sí que existen palíndromos discontinuos que no tienen influencia en los cálculos para el caso que nos ocupa, puesto que en los palíndromos discontinuos no son iguales ambas hebras.

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