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UNIVERSIDAD ESPECIALIZADA DE LAS AMÉRICAS DECANATO DE POSTGRADO POSTGRADO EN DOCENCIA SUPERIOR NUEVAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN

LABORATORIO ISSUU ALMACENAR DATOS EN EL ADN. TUTOR VIRTUAL: MAGISTER LUIS MÉNDEZ ELABORADO POR: JAMILETH SAMUELS B. 8-346-691 FECHA DE ENTREGA: 3 DE OCTUBRE DE 2019


INTRODUCCIÓN El ADN podría almacenar todo el conocimiento humano durante milenios Los científicos británicos han descubierto un nuevo método revolucionario de guardar información en el ADN y aseguran que todos los datos del mundo cabrían en una pequeña parte de la cadena genética conservados durante milenios. Durante los últimos años Ewan Birney y Nick Goldman, del Instituto Europeo de Bioinformática (EBI), en Cambridge, Reino Unido, están desarrollando la idea de almacenar información en el ADN. La razón que llevó a los investigadores a buscar nuevas formas de almacenamiento fueron las dificultades a las cuales se enfrentaría la ciencia para guardar cada vez más datos durante las próximas décadas. "En algún momento, en un futuro no demasiado lejano, podríamos quedarnos sin espacio en los discos duros para guardar datos o sin dinero para seguir operando", explica Goldman. Según los científicos, para cualquier laboratorio esto sería una catástrofe. Se sabe que todos los seres vivos almacenan toda la información en su ADN desde el inicio de la vida. La molécula del ADN, por su parte, está hecha de cuatro moléculas base: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Los estudios han demostrado que estás moléculas son capaces de codificar en pequeños fragmentos cualquier información, utilizando combinaciones especiales. Así un solo gramo de ADN puede contener tantos datos como tres millones de discos compactos, que se transfieren a otros portadores en segundos. Birney y Goldman afirman que el ADN también es increíblemente estable como material de almacenamiento y bajo unas condiciones controladas, su vida útil puede llegar a decenas de miles de años. Así los datos codificados en el ADN pueden pasar por varias civilizaciones, algo que permitiría conservar todo el conocimiento humano después de un hipotético Apocalipsis. Los científicos creen que, si algún día un desastre catastrófico acabara con nuestra civilización destruyendo, junto con los seres vivos, todos los dispositivos eléctricos, la humanidad tardaría unos 10.000 años en recuperarse para poder empezar el nuevo proceso de aprendizaje. Pero descubrir el ADN le abriría la puerta a un archivo inmenso de todos los descubrimientos científicos, literatura, videos, música, obras de arte y otros logros que ha conseguido la civilización anterior. El único inconveniente que tiene el nuevo método es su costo, desmesuradamente alto. Leer un megabyte de datos almacenados en el ADN actualmente cuesta unos 200 dólares. Escribir la misma cantidad de información costará 12.400 dólares. Sin embargo, los científicos aseguran que en una década este costo se reducirá de una manera exorbitante. Además, son inversiones que deben realizarse una sola vez.


Conceptos sobre el ADN

El ADN además posee una forma de doble hélice, enrollada sobre sí misma. ¿Qué es el ADN? El ADN o ácido desoxirribonucleico es un polímero esencial para la vida, encontrado en el interior de todas las células de los seres vivos y en el interior de la mayoría de los virus. Es una proteína compleja, larga, en cuyo interior se almacena toda la información genética del individuo, esto es, las instrucciones para la síntesis de todas las proteínas que componen su organismo: podría decirse que contiene las instrucciones moleculares de armado de un ser viviente. Las unidades mínimas de dicha información genética se llaman genes y consisten en una secuencia específica de los nucleótidos que componen el ADN, y permiten además su transmisión hereditaria, algo vital para la evolución de la vida. Además, en estas estructuras está contenida también la información respecto a cómo y cuándo deben darse las síntesis de los componentes básicos de las células. El ADN está contenido en las células, ya sea disperso en su citoplasma (en el caso de los organismos procariotas: bacterias y arqueas) y o dentro del núcleo celular (en el caso de los eucariotas: plantas, animales, hongos). Para su decodificación y empleo como molde, hace falta la intervención del ARN o ácido ribonucleico, que lee la estructura y la emplea como molde, en un proceso denominado trascripción/traducción. Cabe decir que el ADN de cada individuo es único y diferente, producto de la combinatoria de los códigos genéticos de sus padres en un proceso que se da al azar. Esto, claro, en los organismos de reproducción sexual, en los que cada progenitor aporta la mitad de su genoma para fabricar un individuo nuevo. En el caso de organismos unicelulares


de reproducción asexual, la molécula de ADN se reproduce a sí misma en un proceso llamado replicación. El contenido genético del ADN es sumamente valioso para la vida, y a pesar de ello es posible que sufra daños debido al contacto con mutágenos: radiación ionizante, ciertos elementos químicos o incluso algunos fármacos (como en el caso de la quimioterapia), lo cual acarrearía errores de trascripción a la hora de la síntesis celular. Esto puede conducir a la enfermedad y muerte del individuo, o también a la transmisión hereditaria de las estructuras defectuosas, dando origen a descendientes con defectos congénitos.

¿Cómo se almacena datos en el ADN? Según los científicos, para cualquier laboratorio esto sería una catástrofe. Se sabe que todos los seres vivos almacenan toda la información en su ADN desde el inicio de la vida. La molécula del ADN, por su parte, está hecha de cuatro moléculas base: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).


Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de ADN está formada por unidades alternas de grupos fosfato y azúcar (desoxirribosa).29 El azúcar en el ADN es una pentosa, concretamente, la desoxirribosa. •

Ácido fosfórico: Enlace fosfodiéster. El grupo fosfato (PO43-) une el carbono 5' del azúcar de un nucleósido con el carbono 3' del siguiente. Su fórmula química es H3PO4. Cada nucleótido puede contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de ácido fosfórico, aunque como monómeros constituyentes de los ácidos nucleicos solo aparecen en forma de nucleósidos monofosfato. • Desoxirribosa:

Es un monosacárido de 5 átomos de carbono (una pentosa) derivado de la ribosa, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre el ADN y el ARN es el azúcar, pues en el ARN la 2-desoxirribosa del ADN es reemplazada por una pentosa alternativa, la ribosa.27 Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que forman enlaces fosfodiéster entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos anillos adyacentes de azúcar. La formación de enlace= asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una dirección. En una doble hélice, la dirección de los nucleótidos en una hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización de las hebras de ADN se denomina antiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimétricos de las hebras de ADN se denominan extremo 5′ («cinco prima») y extremo 3′ («tres prima»), respectivamente. •

Bases nitrogenadas: Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcarfosfato). Las bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las bases pirimidínicas o bases pirimídicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo. 27 En los ácidos nucleicos existe una quinta base pirimidínica, denominada uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el ARN y difiere de esta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra


habitualmente en el ADN, solo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa. Timina: 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina. •

Timina: En el código genético se representa con la letra T. Es un derivado pirimidínico con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo metil en la posición 5. Forma el nucleósido timidina (siempre desoxicitidina, ya que solo aparece en el ADN) y el nucleótido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, T=A. Su fórmula química es C5H6N2O2 y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina. Citosina: 2-oxo, 4-aminopirimidina.

Citosina:

En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un grupo amino en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el nucleósido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el nucleótido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, C≡G. Su fórmula química es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 amino pirimidina. Su masa molecular es de 111,10 unidades de masa atómica. La citosina se descubrió en 1894, al aislarla del tejido del timo de carnero. Adenina: 6-aminopurina. •

Adenina:

En el código genético se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósido adenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (DAMP, AMP). En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C5H5N5 y su nomenclatura 6aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemán Albrecht Kossel. Guanina: 6-oxo, 2-aminopurina. •

Guanina:


En el código genético se representa con la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)guanosina y el nucleótido guanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.

FUNCIONES Las funciones biológicas del ADN incluyen el almacenamiento de información (genes y genoma), la codificación de proteínas (transcripción y traducción) y su autoduplicación (replicación del ADN) para asegurar la transmisión de la información a las células hijas durante la división celular. Genes y genoma[editar] Véanse también: Núcleo celular, Cromatina, Cromosoma y Genoma. El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación. El conjunto de información que cumple esta función en un organismo dado se denomina genoma, y el ADN que lo constituye, ADN genómico. El ADN genómico (que se organiza en moléculas de cromatina que a su vez se ensamblan en cromosomas) se encuentra en el núcleo celular de los eucariotas, además de pequeñas cantidades en las mitocondrias y cloroplastos. En procariotas, el ADN se encuentra en un cuerpo de forma irregular denominado nucleoide. El ADN codificante

ARN polimerasa T7 (azul) produciendo un ARNm (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).79

El dogma central de la biología molecular establecía que el flujo de actividad y de información era: ADN → ARN → proteína. No obstante, en la actualidad ha quedado demostrado que este "dogma" debe ser ampliado, pues se han encontrado otros flujos de información: en algunos organismos (virus de ARN) la información fluye de ARN a ADN; este proceso se conoce como "transcripción inversa o reversa", también llamada "retro transcripción". Además, se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a ARN y


son funcionales como tales, sin llegar a traducirse nunca a proteína: son los ARN no codificantes, como es el caso de los ARN interferentes. El ADN no codificante El ADN del genoma de un organismo puede dividirse conceptualmente en dos: el que codifica las proteínas (los genes) y el que no codifica. En muchas especies, solo una pequeña fracción del genoma codifica proteínas. Por ejemplo, solo alrededor del 1,5 % del genoma humano consiste en exones que codifican proteínas (20 000 a 25 000 genes), mientras que más del 90 % consiste en ADN no codificante.80 El ADN no codificante (también denominado ADN basura o junk DNA) corresponde a secuencias del genoma que no generan una proteína (procedentes de transposiciones, duplicaciones, translocaciones y recombinaciones de virus, etc.), incluyendo los intrones. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el ADN no codificante no tenía utilidad alguna, pero estudios recientes indican que eso es inexacto. Entre otras funciones, se postula que el llamado "ADN basura" regula la expresión diferencial de los genes.


CONCLUSIONES

El ADN contiene la información hereditaria correspondiente a la especie. Y el ARN requiere para la síntesis de proteínas la presencia de los ribosomas en las células ya que en el momento de la duplicación de los cromosomas la moléculas de ADN de abre gradualmente por los puentes de hidrógeno. El papel de las moléculas de ADN en la transmisión del código genético rompiendo células de Escherichia Coli, una bacteria de la flora intestinal, separando sus componentes en varias fracciones. Pero si el ADN es el responsable de la transmisión de la información genética debe ser capaz, no solo de reproducirse, con lo cual se consigue conservar esta información de padre a hijos sino también debe poder transmitirlo.

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ALMACENAR DATOS EN EL ADN.  

CONCEPTOS, COMPONENTES Y FUNCIONES DEL ADN.

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