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Modelando la doble hlice de ADN usando materiales recicladosTraducido por Terrence Martin

Modelo de la hlice del ADN

Dionisios Karounias, Evanthia Papanikolaou y Athanasios Psarreas,de Grecia, describen su modelo innovador de la doble hlice del ADN -utilizando botellas y latas vacas!Este proyecto de construir un modelo en 3D de la molcula ADN, usandomateriales cotidianos, estimul el inters de los alumnos, f oment eltrabajo en equipo, la destreza y la investigacin de las propiedades demateriales, y permiti a los alumnos expresar sus propias opiniones ysolucionar problemas. Ms especf icamente aprendieron los elementosestructurales bsicos del ADN, y su organizacin molecular en 3D.

Estructura molecular de ADN

La unidad bsica de ADN es el nucletido, el cual consiste en un grupof osf ato, una molcula de azcar (desoxirribosa) y uno de cuatronucleobases (tambin conocidas como base nitrogenada o simplementebase): adenina (A), t imina (T), guanina (G) o citosina (C).La molcula de ADN consiste en sucesivos nucletidos arreglados enuna doble hlice una escalera en espiral (escalera caracol) de la cuallos dos lados son f ormados por grupos de azcar o f osf ato, y cadapeldao, a su vez, consiste en un par de bases. Los pares de bases sonf ormados por nucletidos complementarios: adenina se junta con timina,mientras guanina se parea con citosina.

Un nucletido

Modelo de un nucletido

El modelo

Cada uno de los tres componentes del nucletido se representan con objetos tridimensionales (ver tabla 1),los cuales f ueron conectados para f ormar una doble hlice con diez peldaos (pares de bases). Ver abajo.

Molcula de ADN ModeloGrupo f osf ato Lata de Coca ColaMolcula de desoxirribosa Lata de SpriteBase Botella plstica

Tabla 1: Componentes moleculares y los materiales de modelar correspondientes

Materiales

Materiales reciclados

Nuestra eleccin de materiales ref lej su abundancia en los tarros de reciclaje.

20 latas de Coca Cola de aluminio20 latas de Sprite de aluminio20 botellas plsticas de Coca Cola (500 ml)60 tapas rojas de botellas de Coca Cola10 botellas plsticas de Fanta (500 ml)20 tapas naranjas de botellas de FantaUna delgada tira de papel o plstico, aproximadamente 1 m de largo.

Materiales adicionales

6 m de cuerda delgada20 pajitas de plstico20 tuercas y pernos delgados de doble hilo4 pliegos de celof n de conf itera (azul, verde, rojo y amarillo).

Herramientas

Bistur o cuchillo cartonero para cortar las botellas plsticasClavo grueso para perf orar plstico y aluminioAlicate pequeoGrapadoraDos trozos de cordn de telf ono, aproximadamente 40 cm de largo, para enhebrar las pajitas en lascuerdas.

Mtodo

Primero, cada uno de los componentes de los nucletidos (desoxirribosa, f osf ato y base) se modela

simulando lo ms cerca posible la geometra de la molcula. Luego, se ensamblan los componentes paraf ormar nucletidos y se construye la hlice de ADN.

Erf orar las latas de aluminio y las tapas de botella usando el mismo clavo. Calentar el clavo f acilita laoperacin. Elige un clavo de tal grosor que permita las pajitas pasar por los agujeros y que estas se ajustencon f irmeza para crear una conexin estable entre los elementos estructurales.

Desoxirribosa

Fosfato y desoxirribosa

DesoxirribosaSe modela la desoxirribosa con una lata de Sprite con tres tapas rojasde botella ligadas, representando los tomos de carbn ubicados enposiciones 1, 3 y 5. Una tapa naranja en posicin 3 representa elhidrxido el cual se conectar al prximo nucletido.

1. Perf ora la lata en posiciones 1, 3 y 5, segn la ilustracin.2. Perf ora cuatro tapas de botella (tres rojas y 1 naranja) en el

centro.3. Con una tuerca y perno, sujeta una tapa roja en posicin 1 de tal

manera que se puede atornillar una botella.4. Fija f irmemente dos tapas, una roja y una naranja, a un extremo

de una pajita (primero la roja, despus la naranja).5. Pasa la pajita a travs de la lata, mediante los agujeros en

posiciones 3 y 5.6. Fija f irmemente la lata a la pajita, luego ensartar otra tapa roja en

la pajita en posicin 5. El resultado f inal se puede ver arriba a laizquierda.

Grupo f osf atoCon el mismo clavo, perf ora el centro de la base de una lata de CocaCola, la cual representa el grupo f osf ato. Introduce la pajita pegada a lalata de Sprite (desoxirribosa) a travs de la lata de Coca Cola (grupof osf ato), con la tapa superior de sta ms cerca de aquella. Ahora, elgrupo f osf ato se encuentra sujeto a la desoxirribosa en la posicin 5(ver izquierda abajo).La pajita conecta las dos latas, y tambin f acilita pasar la cuerda atravs de ambas latas, conectando as los nucletidos en una cadenamolecular (ver abajo). Por esta razn, es importante no doblar la pajita.Para mantener la relacin correcta entre el tamao de la molcula y elmodelo, la distancia desde la base de la lata de Coca Cola a la tapanaranja debe ser 23 cm.

Pares de bases complementarias

Luego, las botellas plsticas que representan las bases se modelan de manera que solamente se puedenconectar a su base complementaria (adenina con timina y guanina con citosina).

Para construir dos pares complementarias, corta dos botellas de Fanta y tres botellas de Coca Cola enseccin transversal, usando el bistur y la t ijera. Con precaucin!

1. Quita la base de dos botellas de Coca Cola (incisin c abajo)2. De la tercera botella de Coca Cola, quita

el cuellola parte inf erior de la botella

3. Utilizando la t ijera, haz cinco o seis incisiones de 2 cm de largo, en el cuello y en la base de la tercerabotella de Coca Cola. Ellos pueden entonces ser abiertas para permitir que otras botellas entren (verabajo).

4. Usando estos sub unidades y el celof n de colores, los elementos estructurales que representan lasbases pueden ser creadas.

Construyendo las bases

Timina (T)

Coloca celof n verde dentro de una botella de Coca Cola sin base.

Adenina (A)

Al cuello de otra botella de Coca Cola f ija la base de una botella de Fanta. Dentro de ambas partes insertacelof n azul.

Timina (T), representada por el color verde, se conecta a la adenina (A), representada por el color azul, pormedio de dos puentes de hidrgeno. Para modelar aquello, insertar con f uerza el cuello de la botella azuldentro de la botella verde sin base.

Guanina (G)

Inserta celof n rojo dentro de una botella de Fanta.

Citosina (C)

Inserta celof n amarillo dentro de una botella de Coca Cola sin base. Fija f irmemente la base de otra botella deCoca Cola, en f orma invertida.

Guanina (G), representada por el color rojo, se conecta a la citosina (C), representada por el color amarillo,mediante tres puentes de hidrgeno. Para modelar aquello, abre la incisiones en la base de la botella amarilla(citosina) para permitir la base de la botella roja entrar y trabarse f irmemente.

Con miras a simetra y la escala del modelo, los dos pares de bases complementarias acopladas deben medir42 cm. cada botella se enrosca en la tapa de botella roja (carbn) en la posicin 1' de una molcula dedesoxirribosa, f ormando as cuatro distintos nucletidos (ver abajo).

Bases complementarias

Esta representacin de los enlaces de hidrgeno f acilita la conexin f cil y la separacin de basescomplementarias. Esto, en cambio, f acilita no solo la separacin de las hebras del ADN, sino tambin laenseanza del cambio de posicin de bases.

Parejas de bases complementarias

Construyendo la molcula de ADN

Una vez construidos los 20 nucletidos, podemos f abricar una doble hlix con 10 peldaos - dos hebras de 10nucletidos cada uno. Porque la distancia desde el extremo de la lata de Coca Cola (grupo f osf ato) hasta latapa naranja (hidrxido enlazado con el siguiente grupo f osf ato) es 23 cm, el largo del hilo de nucletidos ser2,3 m.

Ata el cable de telf ono a aproximadamente 3 m de la cuerda delgada y usa el cable tieso para introducir lacuerda a travs de las pajitas de los nucletidos para f ormar dos hebras de molculas, las cuales sesuspenden verticalmente 2 m de altura y separadas 65 cm. Las dos hebras de la molcula de ADN se leen en ladireccin 5' a 3' y son anti paralelas. En el modelo, la direccin en la cual leemos las palabras Coca Colacoincide con la direccin 5' a 3'. De tal modo que, en una hebra las palabras Coca Cola se leen de arriba paraabajo y en la otra hebra, de abajo para arriba. Entonces las hebras en nuestro modelo tambin son antiparalelas.

Debemos asegurar, tambin, que las bases en una hebra sean complementarias a las de la hebra opuesta.Adenina debiera estar enf rente de timina, y citosina enf rente de guanina.

Si estos criterios se cumplen, ata un rollo de papel al extremo de cada hebra para que una varilla delgadapueda atravesar el rollo. Esta varilla se utilizar para girar las hebras enlazadas 360 grados.

Molcula ADN ModeloDimetro 2 nm 0,65 mPeldao de la Hlice 3,4 nm 1,1 mLargo de la Hlice 7,14 nm 2,30 m

Largo de la Hlice: dimetro 3,57 3,53Peldao de la Hlice: dimetro 1,7 1,7

Tabla 2: tamaos y proporciones de una molcula de ADN y el modelo

El modelo representa una molcula de ADN a una escala de 320.000.000:1, es decir, 320 millones veces msgrande que su tamao real. Si intentamos representar una molcula de ADN humana completa, necesitaramosun doble hlix 640.000 km de largo, es decir, rodea 16 veces el ecuador de la Tierra.

Usando el modelo en clasesEste modelo f ue construido y usado en tres etapas durante una o dossemanas.Etapa 1: Construyendo el modeloAlumnos de 14 aos siguieron las instrucciones para la construccincon mucho inters y se vieron involucrados en resolver problemasprcticos.Etapa 2: Representando una molcula ADNEn la correspondiente unidad de su curso de biologa, alumnos de 15aos recibieron una pauta de trabajo donde reconocieron y compararonlos materiales estructurales preparados con aquellos en el dibujo de lamolcula ADN que aparece en sus libros de texto. Armaron y torcieron ladobla hebra del modelo. Hicieron muchas preguntas y sostuvieron unaintensa e interesante discusin.Etapa 3: Copiando una molcula ADNEn su tiempo libre y como un juego de teatro, los mismos quinceaerosf ingieron ser una enzima apropiada y, con la ayuda del modelo,realizaron los siguientes pasos:

1. Separando puentes de hidrgeno entre bases complementarias,desde la parte superior de la molcula hasta el sexto par debases (botellas) del modelo (encima: ADN helicasa).

2. Separando las dos hebras.3. Iniciando la creacin de hebras hija complementarias a las hebras

madre. (ADN polimerasa).4. Separando el resto de los puentes de hidrgeno.5. Creando hebras hija complementarias a la hebra madre.6. Buscando posibles errores y corrigindolos si es necesario.

Colgando la hlice

Torciendo la hlice

Resea

Los estudiantes aprenden mucho ms rpida y f cilmente cuando estn involucrados activamente en la clase.Enseando la estructura de ADN se vuelve ms f cil si se usa una representacin en 3D de la molcula.Actividades del t ipo de un rompecabezas entregan una imagen en 2D, pero es dif cil visualizar la f orma de lamolcula. Este proyecto ingenioso describe cmo un modelo a escala de ADN puede ser construido usandobotellas y latas. Sera muy f cil recolectar los materiales necesarios para f abricar el modelo, ya que losalumnos reciclaran las botellas y latas.

Quiz sera mejor que un tcnico de laboratorio o un prof esor hiciera parte del trabajo de preparacin; aquelloreducira el t iempo necesario en clase, adems de considerar la seguridad de los alumnos ocupando un clavocaliente para perf orar las tapas de botella y un instrumento af ilado para cortar las botellas. Alternativamente,el modelo podra f abricarse en clases de diseo-tecnologa y luego usado en clase de biologa. Trabajo grupalpodra ser diseado para que varios equipos hagan carrera entre si en la preparacin un modelo de ADN. Elmodelo podra usarse como una herramienta pedaggica para demostrar la replicacin de ADN, en mitosis o enla reaccin en cadena de polimerasa. El hecho que el modelo est a escala ayudar a los estudiantes apreciarla relacin espacial entre los componentes de la molcula de ADN. Pienso que los estudiantes disf rutarnaprender acerca de ADN usando esta idea, lo que quiere decir que la clase ser comprendida y recordada.Shelley Goodman, RU

Modelando la doble hlice de ADN usando materiales reciclados