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Traducido por Amparo Andrés-Pons. En 1953 James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, la molécula portadora de nuestra información genética.
En 1958 Crick postuló el dogma central de la biología molecular: El flujo de información va desde el ADN al ARN, y del ARN a las proteínas. Sin embargo, quedaba una cuestión por resolver: ¿Cómo puede el alfabeto de cuatro letras del ADN (A, C, T y G) o sus equivalentes en el ARN (A, C, U y G) codificar el alfabeto de 20 letras de los aminoácidos que forman nuestras proteínas?
En 1961 Marshall W Nirenberg y Johann H Matthaei descifraron la primera letra del código; averiguaron que la secuencia de ARN UUU codifica el aminoácido fenilalanina. Posteriormente, Har Gobind Khorana demostró que la secuencia repetitiva de nucleótidos UCUCUCUCUCUC codifica la secuencia de aminoácidos serina-leucina-serina-leucina. En 1965, principalmente gracias al trabajo de Nirenberg y Khorana, el código genético había sido completamente descifrado. Se encontró que cada grupo de tres nucleótidos (conocidos como codones) corresponde a un aminoácido, y que el orden de los codones determina el orden de los aminoácidos en la proteína resultante (y, por tanto, sus propiedades químicas y biológicas).
Nirenberg y Khorana compararon pequeñas secuencias del ácido nucleico ARN con las secuencias de aminoácidos resultantes (péptidos). Para ello siguieron el protocolo que Nirenberg desarrolló junto a Matthaei.
Sintetizaron artificialmente una secuencia específica de nucleótidos de ARN y la mezclaron con extractos de la bacteria Escherichia coli que contenían ribosomas y otros componentes de la maquinaria celular necesarios para la síntesis de proteínas. A continuación, los científicos repartieron la mezcla resultante en 20 muestras. A cada muestra le añadieron un aminoácido marcado radiactivamente y los 19 aminoácidos restantes sin marcar, y dejaron que la síntesis de proteínas tuviera lugar. Si el péptido resultante era radiactivo, significaría que contenía el aminoácido marcado radiactivamente, lo cual indicaría que la secuencia de nucleótidos de ARN codificaba dicho aminoácido.
Repitiendo este experimento con diferentes secuencias de ARN fueron recolectando más y más información sobre el código genético. Después de haber testado las secuencias más simples, como UUUUUU y AAAAAA, otros grupos de científicos continuaron con el desafío de analizar secuencias de ARN más complejas. Así, finalmente, se pudieron descodificar los 64 codones.
El código genético per se es un elemento crucial en las lecciones de biología, ya que explica desde el punto de vista molecular las acciones de los genes (por ejemplo, en relación a las mutaciones, la evolución y la expresión génica). Además, la forma en que Nirenberg y Khorana descifraron el código genético – comparando cortas secuencias de ARN con las secuencias de aminoácidos resultantes – puede ser utilizada en la escuela como una actividad de enseñanza basada en la indagación. Utilizando las secuencias proporcionadas por el profesor, los alumnos trabajan en grupos para:
La actividad, por tanto, es un modelo para la enseñanza de la naturaleza del conocimiento científico: un consenso provisional generado por la comunidad con conclusiones de diversa solidez basado en evidencias parciales.
Esta actividad es adecuada para alumnos de 14 a 18 años trabajando en grupos de 3 o 4, y requiere unas dos horas repartidas en cuatro bloques más una discusión final. Está diseñada como una introducción a la biología molecular, antes de que el profesor explique el código genético o el dogma central de la biología molecular.
Los alumnos deben descifrar un código compuesto por diferentes secuencias de las letras A, C, T y G utilizando los mensajes que codifican esas secuencias (por ejemplo, AspHisTrp…). En cada uno de los tres primeros pasos, se reparte a cada grupo un set de secuencias de letras y los mensajes correspondientes. En cada paso, los alumnos deben revaluar sus conclusiones de los pasos anteriores y modificar su solución al código.
Explícales que todos los grupos trabajarán para descifrar el mismo código utilizando diferentes ejemplos. No les menciones la naturaleza biológica de las secuencias (ADN y aminoácidos); deben centrarse en encontrar patrones y relaciones.
Nirenberg y Khorana utilizaron secuencias de ARN para descifrar el código; en cambio, esta actividad utiliza secuencias de ADN (codones en sentido 5′ a 3′). El quid de la actividad es la existencia del código, no los detalles de la transcripción y traducción, los cuales pueden ser tratados en lecciones posteriores.
Después de cada paso de la actividad, puedes pedirle a un alumno de cada grupo que se pase a otro grupo. (Esto refleja la dinámica de cómo el conocimiento científico se adquiere y se comparte, por ejemplo, en los congresos o a través de las publicaciones).
Si no, puedes decirles que los grupos sólo pueden intercambiar información cuando se les dé permiso. (Si un grupo se queda atascado y se desanima, puede ser más sencillo pedir ayuda a otro grupo en vez de al profesor).
Deja al menos 10-15 minutos para que los estudiantes puedan discutir cada apartado. Cuando todos los grupos consideren que han obtenido toda la información posible sobre sus secuencias, pasa al siguiente apartado.
Secuencia | Mensaje | Los estudiantes encontraron que… |
---|---|---|
ATGTTAGGTAGTAAAGATGCT | MetLeuGlySerLysAspAla | El código está basado en tripletes, y cada triplete representa uno de los elementos de tres letras, por ejemplo Met. |
ATGCATGAAGCTATTTATGAT | MetHisGluAlaIleTyrAsp | |
ATGGGTAGTGATGAAGCTTAT | MetGlySerAspGluAlaTyr |
Secuencia | Mensaje | Los estudiantes encontraron que… |
---|---|---|
ATGGTTTCGTACACTGCGTCA | MetValSerTyrThrAlaSer | Algunos elementos son codificados por más de un triplete, por ejemplo, Ser. |
ATGCCGTACACATGTGTCACA | MetProTyrThrCysValThr | |
ATGACGAGTGCGTTGTGCGAT | MetThrSerAlaLeuCysAsp |
Secuencia | Mensaje | Los estudiantes encontraron que… |
---|---|---|
TGTCATGCATCCGTCATCACTGAC | – | El triplete ATG determina el principio del mensaje y el triplete TGA, el final. |
TGCGTGACTATGGACACAGTCGT | MetAspThrVal | |
ATGTGTCGATGACTGATCATG | MetCysArg | |
ATGTGCGTACACATTTGAGTC | MetCysValHisIle | |
ATGCTGTACACATGATGCACAGT | MetLeuTyrThr |
Pide a tus alumnos que se planteen las siguientes preguntas:
Después de esta discusión, explica a tus alumnos que las secuencias eran secuencias de ADN y aminoácidos, y que ellos acaban de reproducir un experimento real clave para la biología molecular. Los estudiantes deberían estar motivados ahora para aprender más sobre el código genético y el dogma central de la biología molecular. Destaca lo similar que es la actividad que acaban de realizar a la forma en la que se descubrió el código genético en la realidad.
Puedes finalizar la actividad recordando a tus alumnos lo que han descubierto por sí mismos:
(Ten en cuenta que la actividad podría generar la concepción errónea de que las proteínas están formadas normalmente por seis o siete aminoácidos. Es posible que haya que explicarles este punto correctamente.)
Explica a tus alumnos que la forma en la que han estado trabajando, en grupos que colaboran y/o compiten, con algunos miembros de los grupos que van cambiando, y compartiendo información con otros grupos, refleja la forma en la que los científicos trabajan en la vida real.
Para hacer la actividad más fácil, puedes dar a tus alumnos más secuencias en cada apartado (por ejemplo, los sets de secuencias para dos grupos). Alternativamente, podrías saltarte el apartado 3, y simplemente explicar la función de los codones de inicio y de parada después de la actividad.
Las observaciones pedagógicas de la actividad descrita en este artículo forman parte del trabajo del grupo de investigación sobre lenguaje y contextos en educación para la ciencia (Llenguatge i Contextos en Educació Científica, LICEC) de la Universidad Autónoma de Barcelona (referencia 2014SGR1492), financiado por el Ministerio Español de Economía y Competitividad (referencia EDU2015-66643-C2-1-P).
w1 – La página web de los premios Nobel contiene una tabla para traducir los codones a aminoácidos.
Este artículo ofrece ayuda a los profesores para explorar, de forma simple y accesible, uno de los aspectos más complicados de la enseñanza de las ciencias: ayudar a sus alumnos a apreciar y entender cómo funciona la ciencia realmente. La adquisición de conocimientos requiere que los científicos se planteen buenas preguntas, diseñen y lleven a cabo buenos experimentos, y trabajen juntos para gestionar las incertidumbres. Esto es exactamente lo que los estudiantes han de hacer en esta actividad para descifrar el código genético.
Anticipo que este artículo será útil también para profesores de otras disciplinas diferentes a la biología (especialmente matemáticas y química). Sería también una muy buena actividad para realizar en una feria de ciencias.
Betina Lopes, Portugal
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