LA BASE MOLECULAR

DE LA HERENCIA

1. EL ADN, PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

Diversos experimentos han llevado a la conclusión de que los genes están constituidos por ADN. • Contienen información para síntesis de enzimas y proteinas • Es capaz de autocopiarse con gran fidelidad • Tiene un nivel bajo de mutación • Está localizado en los cromosomas

Pero para llegar a esta conclusión se hicieron diferentes experimentos… Griffith y la transformación en ratones Avery y cols y sus variaciones sobre el experimento anterior Hershey y Chase y su marcaje de fagos…

EXPERIMENTO DE GRIFFITH

TIPO S TIPO R

Neumococos virulentos de tipo S que dan lugar a colonias con aspecto liso y brillante (producen la cápsula azucarada que los protege de la fagocitosis del huésped)

Neumococos no virulentos (avirulentos) de tipo R que dan lugar a colonias de tipo rugoso y mate (carecen de la cápsula azucarada protectora).

EXPERIMENTO DE GRIFFITH

CONCLUSIÓN: ALGO HAY EN LAS CÉLULAS S MUERTAS QUE TRANSFORMABA LAS BACTERIAS DEL TIPO R EN CÉLULAS DEL TIPO S.

EXPERIMENTO AVERY Y COLS Quieren comprobar cuál es la sustancia transformadora. Repiten Griffith pero con las bacterias R y partes separadas de las bacterias S.

EXPERIMENTO HERSHEY Y CHASE Demostraron que en los fagos T4 el material genético era el ADN.

EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

EL MATERIAL GENÉTICO EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS • En P prácticamente todo el material genético se emplea para sintetizar proteínas mientras que en las E parece haber un exceso de material y sólo se utiliza el 10%. • En E el material es altamente repetitivo (cientos o miles de veces) (estabilidad cromosómica??) • En E existen secuencias no codificantes (INTRONES) intercaladas entre los nucleótidos codificantes (EXONES). • Cuanto más compleja y más reciente es una especie, más abundantes y largos son los intrones, favoreciendo la recombinación meiótica.

REPLICACIÓN DISPERSIVA

Algunas partes del ADN se conservan y otras se sintetizan de nuevo.

Rompen puentes de hidrógeno entre bases y abren la hélice

Desenrollan la hélice

O SSB: unen las cadenas sencillas de ADN que se van formando.

I. Reparacion y relleno

II. ?? III. Principal

polimerasa

Catalizan la formación de enlaces fosfodiester 5´-3´

EN PROCARIOTAS

ADN ligasa Une fragmentos de la misma cadena

SÍNTESIS DE LA CADENA ATRASADA 1. Síntesis de cebador (por primasas) y

elongación (por ADN polimerasa III) 2. Eliminación del cebador y rellenado del

hueco. La pol-I sustituye el cebador por ADN.

3. Ligación; la ADN-ligasa une los fragmentos

mediante un enlace fosfodiester.

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/replic/replic1.html

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf

LA REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS

Es parecida pero presenta algunas variantes debido a que el material genético es más complejo. 1. Como los cromosomas contienen moléculas de ADN muy largas la

replicación se inicia en diferentes puntos a la vez, llamados replicones.

2. Hay 5 tipos de ADN-polimerasas (α, β, γ, δ, ε) 3. El ADN se encuentra asociado a histonas, proteinas que también se

duplican durante la replicación. 4. La replicación se completa al llegar al telómero. Al eliminar el último

cebador de ARN, no se puede rellenar el hueco y el telómero se va acortando, lo que supone una “señal” para los procesos de envejecimiento y muerte celular.

20/03/2017 17:56 28

HIPÓTESIS UN GEN UN ENZIMA

• Un gen contiene la información suficiente para codificar una proteína, según un orden determinado de aminoácidos.

• Un gen mutado = proteína mutada

– Linus Pauling: anemía falciforme.

– Ácido glutámico en posición 6 de cadena b, es sustituido por valina.

– Provoca cambios en la conformación espacial.

• De las dos cadenas de ADN

– Molde: se transcribe

– Informativa: no se transcribe.

• ENZIMAS: ARN polimerasas. Siempre 5´-3´

– Una en procariotas y tres en eucariotas.

• I : ARNr

• II : en todos los ADN

• III: en ARNr pequeño y en ARNt

• RIBONUCLEÓTIDOS; A G Cy U

LA TRANSCRIPCIÓN

Proceso por el cual se pasa de una secuencia de ADN a una secuencia de

bases complementarias de ARN. Con la información que se obtiene del

ARNm se sintetiza una cadena poliéptídica durante el proceso de traducción.

20/03/2017 17:56 33

BIOQUÍMICAMENTE

20/03/2017 17:56 34

EL PROCESO DE LA TRANSCRIPCIÓN

1. INICIACIÓN

2. ELONGACIÓN

3. TERMINACIÓN

20/03/2017 17:56 35

I N I C I A C I Ó N

• Etapa más compleja, antes de empezar la ARN polimerasa tiene que reconocer una región específica del ADN llamada promotor; Caja TATA en eucariotas . Son secuencias de ADN a las que se une la ARN polimerasa. Localizadas a unos 25 nucleótidos antes de la iniciación y a ellos se unen factores de transcripción para que se pueda unir la polimerasa

• La ARN pol desenrolla una vuelta la hélice de ADN creando una burbuja de transcripción. Se forma en el inicio y se va desplazando durante el proceso junto con la polimerasa

20/03/2017 17:56 36

E L O N G A C I Ó N

• Adición de sucesivos ribonucleótidos.

• Sentido de síntesis ARNpol. 5’ 3’

• Se sintetiza la cadena complementaria.

• EUCARIOTAS - Se transcriben los exones y los intrones: ¡¡TODO!!

- Una vez unidos los 30 primeros nucleótidos en el

extremo 5´, se sintetiza una caperuza de metilguanosina

trifosfato que sirve como señal de inicio de la traducción

37

TERMINACIÓN • La ARN pol sigue la transcripción hasta

que encuentra señales de terminación.

• PROCARIOTAS:

– Secuencia palindrómica que origina bucle y favorece separación del ADN.

• EUCARIOTAS

– Se forma una horquilla en el ARN.

– Hay señal de corte TTATT que se transcribe como AAUAA. Ahí se corta y se separa del ADN.

– Posteriormente: cola de Poli-A (200 nucleótidos) en 3´ por la Poli A polimerasa.

20/03/2017 17:56 38

39

MADURACIÓN

• PROCARIOTAS • EUCARIOTAS

El ARN se puede utilizar directamente para su traducción Hay que realizar una maduración del ARN

o un procesamiento postranscripcional. Es un proceso de corte y empalme llamado splicing. Ocurre en el interior del núcleo.

ARNpolimerasa

3’

3’

5’

5’

ARN ADN

La transcripción: Síntesis de ARN.

T A C A C G C C G A C G

U C G U G G G C U G C A

(i)

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Transcripción:

1- Iniciación: Una ARN-polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN.

ARNpolimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Transcripción:

2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-GTP en el extremo 5‘ con función protectora.

m-GTP

ARNpolimerasa

A U G C U C G U G

Transcripción:

3- Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA-polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera.

m-GTP

poliA-polimerasa

U A G A A A A A

ARNm precursor

ARNm

precursor

AAAAAA AUG UAG

cola

4. Maduración (cont.): El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.

ARNm

maduro

Cabeza

Región codificadora del gen

Promotor E1 I1 E2 I2 E3 Terminador

ADN

ARNm

precursor

ARNm maduro

AAAAAA

AAAAAA

AUG UAG

AUG UAG

ATC TAC

Cabeza

Cabeza E1 I1 E2 I2 E3 cola

cola

Maduración del ARNm (Visión de conjunto).

20/03/2017 46

EL CÓDIGO GENÉTICO

El tránsito de información a las proteínas

20/03/2017

DEFINICIÓN Y ORIGEN • Def.: Conjunto de reglas que tratan de establecer la

equivalencia entre el lenguaje del ARN (en bases nitrogenadas) y el de proteínas (escrito en aminoácidos)

• ¿Cuántas bases un aminoácido?

– VR 4,3 = 43 = 64

• Los 20 aminoácidos son especificados por secuencias de 3 nucleótidos que reciben el nombre de tripletes o codones.

20/03/2017 48

PRIMERAS PRUEBAS DE DESCIFRADO Nirenberg y Mattahei

20/03/2017 49

EL CÓDIGO GENÉTICO

20/03/2017 50

CARACTERÍSTICAS del CÓDIGO

• UNIVERSAL: compartido por todos los organismos conocidos. Hay excepciones (mitocondrias).

• DEGENERADO: salvo Met y Trp, todos los aminoácidos llamados por más de un codón. Codones sinónimos

• NO tiene IMPERFECCIÓN: un codón un solo aminoácido.

• TIPOS CODONES :

- INICIO. AUG (Met)

- CON SENTIDO. 61, dirigen la incorporación de los Aa a las proteínas.

- TERMINACIÓN O STOP. UGA, UAG UAA

20/03/2017 51

CARACTERÍSTICAS del CÓDIGO

• SIN SOLAPAMIENTO:

– Tripletes en forma lineal

– No hay entre ellos ni espacios ni comas.

– Una base sólo pertenece a un codón.

– Lectura en un solo sentido 5’ 3’ .

53

EL PROCESO DE TRADUCCIÓN: LA BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La última etapa del flujo de información genética

54

EL PROCESO DE TRADUCCIÓN

• Requiere: – Ribososmas

– ARNm

– Aminoácidos activados

– ARNt

– Enzimas y energía

• Localización: RIBOSOMAS – Subunidad pequeña: se une al ARNm

– Subunidad grande: se unen los aminoácidos

55

EL RIBOSOMA

• Dos subunidades.

• Composición: – ARNr

– Proteínas

• Loci subunidad mayor: – Sitio A : aminoácido

– Sitio P : péptido en formación

– Sito E : ARNt descargado

56

ARNt • Transportan los aminoácidos.

• 20 ARNt diferentes.

• Partes importantes: – Anticodón: especificidad con el

aminoácido.

– Extremo 3’ : unión al aminoácido.

•BRAZO ACEPTOR, formado por los extremos

3' y 5' de la cadena que se encuentran

próximos. En el extremo 5' es donde se unirá

el aminoácido que debe ser transportado hasta

el ribosoma.

•BRAZO ANTICODÓN: Es el más importante

porque gracias a él el RNA-t se une a un

aminoácido específico, según la secuencia de

cada codón del RNA-m.

El anticodón es una secuencia de tres bases

complementaria de un codón o triplete de

bases de un RNA-m. Según cual sea el codón,

entrará al proceso de traducción un RNA-t u

otro diferente.

58

ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

• Def: es la unión del aminoácido con el ARNt específico.

• Enzimas: aminoacil-ARNt-sintetasa

Aminoácido + ARNt + ATP Aminoacil ARNt + AMP + PPi

59

¿Por qué la especificidad de las ARNt sintetasas?

Porque para seguir el código genético, cualquier aminoácido no puede unirse a cualquier ARNt.

(Recuerda el codón y el anticodón son complementarios)

¿Qué anticodones son posibles para el ARNt que transporte el ácido glutámico?

CUU ; CUC

60

EL PROCESO DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

(paso a paso)

63

I N I C I A C I Ó N • Unión subunidad pequeña al

ARNm en punto próximo AUG.

• Primer aa: metionina. (siempre). Se elimina al final del proceso.

• Presencia del capuchón de metil-GTP del aARN

• COMPLEJO DE INICIACIÓN. Con la energía de hidrólisis del metil-GTP la subunidad menor del ribosoma se une al ARNm.

• Posterior unión de la subunidad mayor. EN el ribosoma sitio P y sitio A.

• Todos los procesos están catalizados por factores de iniciación.

El primer aminoacil es el único que entra en el locus P

64

E L O N G A C I Ó N • 1º FASE: P por ARNt Met y en A se introduce otro ARNt que corresponda

(complementario al siguiente triplete)

• 2º FASE: La metionina rompe el enlace que le une al ARNt y se une por enlace peptídico al grupo amino del siguiente aminoácido que está enlazado a su ARNt. El centro P queda ocupado por un ARNt sin aminoácido.

• 3º FASE. El ribosoma se desplaza 3 nucleótidos. El sitio P queda vació y lo ocupa el ARNt con los dos Aa, el sitio A queda libre y se une el siguiente ARNt.

ARNt descargado en locus E

El proceso consume GTP

65

T E R M I N A C I Ó N • Codón terminación:

– UAA

– UGA

– UAG

• Reconocido por factores de liberación

• Si el ARNm es largo puede ser leído a la vez por varios ribosomas: POLISOMA O POLIRRIBOSOMA

• Factor liberación

– Proteínas.

– Entran locus A

– Provocan separación de subunidades. (la peptidil transf.)

1er aminoácido

ARNt Anticodón

Codón

ARNm

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

U A C

Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).

5’ 3’

U G C U U A C G A U A G

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A U A C

Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

5’ 3’

G U U U G C U U A C G A U A G

(i)

ARNm AAAAAAAAAAA

P A

A U G C A A U A C

Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

5’

G U U U G C U U A C G A U A G

3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

5’

G U U U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa3

5’ 3’

G U U U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).

5’

G U U U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).

5’

G U U U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G

(i)

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación X: Este se sitúa en la región aminoacil (A).

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A C G A A U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A A U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

5’

U G C U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A A U

G C U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.

5’

U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

5’

U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

AAAAAAAAAAA

Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

5’

ARNm

3’

A U G C A A U G C U U A C G A U A G

(i)

82

PROCESO EN LA CÉLULA

• Lectura del ARNm por varios ribosomas: POLIRRIBOSOMA.

• En eucariotas: se almacenan generalmente en el lumen del RER. Luego maduración en Golgi.

83

DIFERENCIA DEL PROCESO EUCARIOTAS - PROCARIOTAS

• Procariotas: traducción simultánea con transcripción.

• Eucariotas: separación espacial y temporal.

En honor a Izaskun

http://www.youtube.com/watch?v=FNqmh4PoMPQ

LA REGULACION DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

• La síntesis proteica no tiene lugar continuamente, ya que depende de las necesidades de la célula. Lo genes sólo se expresan cuando es necesario sintetizar las proteinas. Por lo tanto, el control de la expresión génica es imprescindible en todos los seres vivos y se realiza fundamentalmente sobre el proceso de transcripción, ya que si se controla la formación de ARNm se controla también la síntesis de las proteínas correspondientes. • A principios de los 60 Jacob y Monod propusieron un modelo para la regulación genica de las bacterias; EL MODELO DEL OPERÓN.

Un OPERÓN es un conjunto de genes que codifican proteinas diferentes que participan en procesos bioquímicos muy relacionados. Todos estos genes se encuentran en el cromosoma unos cerca de otros para que la regulación de su expresión se realice de manera coordinada

ELEMENTOS 1.GENES ESTRUCTURALES Codifican las proteínas 2.GEN REGULADOR. Codifica el represor 3.PROMOTOR: Zona donde se une la ARN polimerasa e inicia la transcripción 4.OPERADOR: Secuencia de ADN que es reconocida por la proteína represora, que se une a él y bloquea la acción de la ARN polimerasa.

¿Cómo puede ser la regulación de los genes? INDUCIBLE O REPRESIBLE

INDUCIBLE La expresión de los genes está bloqueada salvo que en el medio se encuentre el inductor

Regulador

Operón LAC

Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor activo

Si no hay lactosa los Genes no se transcriben

Regulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

Regulador

Operón LAC

Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor

Transcripción

Traducción

Enzimas para metabolizar la lactosa

Lactosa

Represor inactivo

Regulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a.

Operón LAC

REPRESIBLE Los genes se expresan excepto si en el medio está el represor

Regulador

Operón reprimible

Operador Gen a Gen c Gen b

ARNm

Represor inactivo

triptófano

Vía metabólica del triptófano

enzimas

Represor activo

Regulación del operón de la vía del triptófago en E. coli. Cuando hay demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor se une al operador, inactivándolo. Los genes a, b y c no se transcriben ni se traducen, con lo que la vía de síntesis del triptófano se paraliza. Lo que asegura que no se sintetice una cantidad excesiva de triptófano.

REGULACIÓN EN EUCARIOTAS

Utiliza los mismos modelos de regulación pero presenta diferencias fundamentales: 1. La activación de la transcripción en eucariotas se asocia con cambios

en la estructura de la cromatina 2. Predomina la regulación positiva.

Cambios en la secuencia de ADN de una célula transmitidos a otras células que se originan a partir de ella

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE CÉLULAS - Germinales; heredables - Somáticas; se transmiten solo por mitosis SEGÚN LA MAGNITUD - Puntuales o Génicas - Cromosómicas estructurales - Genómicas o cromosómicas numéricas

Sustitución de bases

Cambios en la pauta de lectura

TRANSICIONES púrica por púrica y pirimidinica por pirimidínica (A G) TRANSVERSIONES púrica por pirimidínica o al contrario

INSERCIÓN ELIMINACION

MUTACIONES CROMOSOMICAS Deleción, duplicación, traslocación, inversión

¿QUÉ CAUSA LAS MUTACIONES?

Existen algunos agentes que tienen la capacidad de causar mutaciones y

les llamamos agentes mutagénicos

1. FÍSICOS; rayos X, radiaciones

2. QUÍMICOS; colorantes tintes, contaminantes

3. BIOLÓGICOS; virus

Ácido nitroso. Produce la desaminación de las bases nitrogenadas,

-Agentes alquilantes. Actúan introduciendo grupos alquilo (metilo, etilo, etc.)

en las bases nitrogenadas. El más utilizado es el gas mostaza.

-Sustancias intercalantes. Son sustancias que se pueden intercalar entre las

bases de una cadena de ADN y dar origen a inserciones o deleciones de

bases. Entre estas sustancias están dos colorantes como la proflavina y la

acridina. El benzopireno, que se encuentra en el humo del tabaco se intercala

entre las cadenas del ADN las une covalentemente

·Mutágenos físicos

Los principales agentes físicos que producen mutaciones son: las radiaciones

ionizantes y las radiación no ionizantes.

-Radiaciones ionizantes: Son radiaciones electromagnéticas de longitud de

onda muy corta y por lo tanto muy energéticas, que provocan la ionización de

los átomos de las sustancias que atraviesan. Entre ellas se encuentran los

rayos X, los rayos l y las partículas a y b liberadas en la desintegración de

isótopos radiactivos y emisiones nucleares.

Estas radiaciones pueden producir cambios en las bases nitrogenadas dando

lugar a transiciones de bases e igualmente pueden romper las cadenas de

ADN y por consiguiente los cromosomas.

-Radiación no ionizantes. Aquí se incluyen las radiaciones UV. Son

radiaciones electromagnéticas de longitud de onda más larga que las

anteriores y por ello menos energéticas. No suele romper los cromosomas.

Producen la formación de un enlace covalente entre dos bases pirimidínicas

sucesivas de la misma cadena (especialmente entre timinas), lo que da lugar a

que se formen dímeros de timina o citosina; como consecuencia se rompen los

puentes de hidrógeno con las bases complementarias y la molécula de ADN se

desorganiza dificultándose o impidiéndose la replicación.

MECANISMO DE REPARACIÓN DEL ADN

ELIMINACIÓN DE AGENTES MUTAGÉNICOS

REPARACIÓN DIRECTA DE LA LESIÓN

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

REPARACIÓN DE ROTURAS DE DOBLE CADENA

Las células poseen mecanismos capaces de reparar las alteraciones originadas

tanto por las mutaciones espontáneas como por las inducidas por agentes

mutágenos y, restablecer la integridad de la información contenida en sus genes.

-Sistemas enzimáticos que actúan sin rotura del ADN: En este caso un

enzima fotorreactivo, que es activado por la energía solar, es capaz de reparar la

distorsión creada por los dímeros de bases pirimidínicas, ya que rompe los

enlaces que unen entre sí a dichas bases.

-Sistemas enzimáticos que actúan con rotura del ADN: En este mecanismo

actúan varias enzimas.

En primer lugar una endonucleasa reconoce la alteración que puede ser de

diferente tipos (dímero de pirimidína, bases desaminadas o con radicales

alquilos etc.); a continuación dicha enzima rompe la cadena de ADN alterada y

separa el fragmento que contiene la secuencia alterada.

Después actúa la ADN-polimerasa I que tomando como molde la cadena

correcta sintetiza el fragmento que falta en sentido 5'®3'.

Por último la ADN-ligasa une los extremos del nuevo fragmento a la cadena.

http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-

salud/biogerontologia/materiales-de-clase-

1/capitulo-8.-danos-en-el-genoma-y-el-

envejecimiento/figura_8.5.jpg

119

FLUJO DE LA

INFORMACIÓN EN

EL CONTROL

CELULAR

120

UN POCO SOBRE RIBOZIMAS • Altman y Cech descubrieron en 1981 que ciertos RNA pueden estar

dotados que capacidad enzimática.

• Premio Nobel de Química en 1989.

• Ejemplos:

– Maduración de RNAr: preRNAr RNAr

– Maduración de RNAt: preRNAt RNAt

– Maduración de ARNm en eucariotas

• Puede ser heterocatalítico o autocatalítico.

• La peptidil-transferasa es una actividad enzimática ligada a la subunidad mayor del ribosoma: ¿es exclusivamente por un ARN?

121

RIBOZIMAS

A sus 55 años Thomas R. Cech, dirige el Instituto Howard Hughes de Medicina, entidad privada de investigación biomédica

Imagen tridimensinal por ordenador de una Ribozima o ARN enzimático.

Actualmente T.R.Cech trabaja en el estudio de la TELOMERASA.

122

TRADUCCIÓN, ANTIBIÓTICOS Y TOXINAS

• La síntesis proteica es inhibida por muchas sustancias.

• PUROMICINA: (Streptomyces alboniger)

– Estructura similar al extremo 3’ de un aminoacil.

– Se une al sitio A del ribosoma.

– Forma peptidilpuromincina que no se une al locus P e interrumpe la síntesis

• TETRACICLINAS, inhiben la unión del aminoacil al locus A

123

TRADUCCIÓN, ANTIBIÓTICOS Y TOXINAS (2)

• CLORANFENICOL:

– Ataca a ribosomas 70 S

– Impide la transferencia del peptidilo

– Tb. afecta a la síntesis citosólica de euc.

• ESTREPTOMICINA:

– Trisacárido

– Produce una lectura incorrecta del código genético a concentraciones bajas.

124

T O X I N A S • CICLOHEXIMIDA

– Bloquea la acción peptidil transferasa de ribosomas 80 S.

– No de los 70 S

• TOXINA DIFTÉRICA

– Inactiva los factores de elongación

• RICINA: muy tóxico

– Se obtiene del ricino

– Inactiva subunidad 60 S del ribosoma eucariótico.

125

CUESTIÓN DE GENÉTICA MOLECULAR

• En el proceso de descifrado del Código Genético, Khorana utilizó polinucleótidos mixtos del tipo

ACACACACACACACACA

• Obtuvo péptidos: Thr - His - Thr - His - Thr...

• Para saber el codón que llama a Treonina fabricó poliAAC (AACAACAACAACAACAAC...) y obtuvo:

– Poli Asn (asparagina)

– Poli Thr (treonina)

– Poli Gln (glutamina)

• A partir de estos datos, ¿cuál es el codón que determina la treonina?

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S O L U C I Ó N

• A partir del primer ARNm:...ACACACACACACAC... la histidina puede ser: – ACA

– CAC

• La otra cadena del segundo ARNm

• ... AACAACAACAACAACAACAAC ...

– Codones posibles: AAC - ACA - CAA.

– Uno de ellos será el de la histidina.

– El único repetido es ACA, luego es el que codifica para la treonina.

Procariotas vs eucariotas

Maduracion RNA

Replicacion nebraska

LA MUTACIÓN

Def. Son los cambios que se producen en la secuencia o número

de nucleótidos del ADN

EL FENOMENO DE LA MUTACION

• Duplicación: sistema fiable.

• No obstante: errores – En el propio proceso puede haber cambios.

– Pueden darse cambios por otras causas.

• Cambios que se transmiten a la descendencia: MUTACIÓN. 10-7

• Hugo de Vries:

Oenothera lammarckiana

MUTACIONES

BENEFICIOSAS

NEUTRAS

PERJUDICIALES

(muerte) (aumentan

probabilidades de

supervivencia de

la especie)

(Diversidad de alelos favorece la selección de aquellos que

más favorecen a la especie)

TIPOS DE MUTACION

• Según las células afectadas:

– Germinales: (heredables)

• Afectan a los gametos

• Se transmiten a la descendencia (S. natural)

– Somáticas:

• A células del cuerpo (soma)

• Producidas por mitosis. No heredables.

alelo 1

alelo 6 alelo 4

alelo 7 alelo 3

alelo 5 alelo 2

Alelos disponibles para un carácter

en la generación parental de una

determinada población

alelo 1

alelo 6 alelo 4

alelo 7 alelo 3

alelo 5’ alelo 2

Alelos disponibles para un carácter

en la descendencia, tras una

mutación espontánea

El alelo 5’ tal vez suponga una ventaja que

asegure la supervivencia de la población

Mutación espontánea en la gametogénesis

TIPOS DE MUTACION (2)

• Según la extensión del material genético afectado

– Génicas:

• Mutaciones en sentido estricto.

• Cambios de secuencia en un gen.

– Cromosómicas:

• Afectan a la disposición de genes en un cromosoma.

• No a la secuencia de nucleótidos.

– Genómicas: aumento o disminución del número de cromosomas correcto de la especie.

ORIGEN DE LAS MUTACIONES

• Tasa de mutación espontánea:

– Baja en virus y bacterias.

– Hombre: 10-5 – 10-6 . Uno por cada cien mil o millón de gametos.

• Mutaciones inducidas.

– Producidas por el hombre

– Agentes mutagénicos.

Mutación inducida en laboratorio a Drosophyla melanogaster

MUTACIONES GÉNICAS

(o puntuales)

MUTACIONES GÉNICAS

Son aquellas que afectan a un solo gen

Sustitución de bases Corrimiento de la pauta de lectura

Transiciones: cambio mismo tipo base

Transversiones: cambio base distinto tipo

Inserc – Duplic.

Deleción

(ver tabla)

MUTACIONES GENÓMICAS

EUPLOIDÍAS ANEUPLOIDÍAS

Son variaciones en el número normal de cromosomas de una especie

Alteraciones en el

número normal de

dotaciones

cromosómicas

Alteraciones en las

que se presenta un

cromosoma de más o

de menos

• Monoploidía

• Poliploidia

• Trisomías

• Monosomías

EUPLOIDÍAS

• MONOPLOIDÍA (n) – En bacterias, hongos, insectos

y arácnidos.

– (no sería mutación)

– Rara mutación en diploides.

– Condición de gametos.

• POLIPLOIDÍA – Contienen más de un juego

de cromosomas

– Triploides: 3n

– Tetraploides: 4n

– Poliplodes

– Por colchicina (desorganiza microtúbulos)

– Alopoliploidía

TRISOMÍAS (aneuploidías)

• Síndrome de Down – Trisomía 21

– Minusvalía física

– Rasgos faciales

– Dos líneas en la mano

– Lesiones cardiovasculares

– Tendencia a la leucemia

Generalmente letales en los primeros meses de vida

SÍNDROME DE PATAU

TRISOMÍAS QUE AFECTAN A LOS CROMOSOMAS SEXUALES

• Síndrome de Klinefelter XXY)

• Cariotipo XYY

• Síndrome triplo X

SÍNDROME DE KLINEFELTER

CAUSA: NO DISYUNCIÓN

MONOSOMÍA

• 2n – 1

• Síndrome de Turner XO

Retraso mental de leve a grave. Baja

estatura. Pecho en escudo. Cubitus

valgus, pelo en cuello.

SÍNDROME DE TURNER

HUMOR GENÉTICO

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

Aquellas que provocan cambios en los cromosomas

INSERCIÓN

INVERSIÓN

PARACÉNTRICA PERICÉNTRICA

DELECCIÓN

DUPLICACIÓN

TRANSLOCACIONES

CONSECUENCIAS

• Translocaciones e inversiones, pocas consecuencias en portador.

• Problemas en formación de gametos.

• Ej. Síndrome de Down familiar: translocación 14-21

CONSECUENCIAS (2)

• Inversiones y delecciones, sí pueden ocasionar trastornos al portador.

• Se necesitan

– Todos los genes

– En cantidad suficiente

• Puede haber desequilibrios en su expresión.

AGENTES MUTAGENICOS

Son aquellos agentes físicos o químicos que aumentan la tasa de mutación de una

especie. Dañan al ADN

MUTAGENOS FISICOS

• Radiaciones ionizantes:

– Longitud de onda muy corta

– R - Rx – Partículas alfa y beta (R. Nucleares)

– Causan:

• Roturas de cromosomas.

• Modificación de bases nitrogenadas (mutaciones puntuales)

MUTAGENOS FISICOS (2)

• Radiaciones no ionizantes:

– Rayos ultravioleta. Forman dímeros:

• Timina

• Citosina

• Pueden provocar la aparición