ud.14. genética molecular nuevo

Biología. 2º bachilleratoUnidad 14. Genética molecular

C.E.M HIPATIA-FUHEMMiguel Ángel Madrid

14 Genética molecular



14 Genética molecular1. El ADN como depositario de la información

genética.2. Concepto molecular de gen.3. Replicación del ADN

1. Etapas de la replicación2. Diferencias entre el proceso replicativo en

procariotas y eucariotas.4. Expresión de la información genética:

dogma central de la biología molecular.5. Transcripción.6. El código genético7. Traducción.8. El genoma de procariotas y eucariotas9. El proyecto genoma humano.10. Concepto de proteoma y proteómica.

Aplicaciones en biociencias.



“Collar de perlas”

1. El ADN como portador de información genética

Interfase

Fibra de ADN unida a proteínas

A principios del siglo XX se sabía…

Análisis de los Cromosomas.

(ADN + proteínas)




El ADN como portador de información genética

Interfase


¿Qué molécula posee la información genética?

¿El ADN o las proteínas?





Interfase


¿Las proteínas en su secuencia de aminoácidos?





Interfase


¿El ADN en su secuencia de nucleótidos?



1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO

¿Quién es el depositario de la

información genética?

Primeras evidencias:Las proteínas. El ADN tiene

una estructura demasiado sencilla. Las proteínas son más

complejas y tienen funciones catalíticas.

1928. Experimento de Griffith (buscando vacuna contra

la neumonía provocada por Streptococcus pneumoniae)



1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO

Streptococcus pneumoniae

(bacteria causante de la neumonía, presenta dos

variantes o cepas distintas)

Cepa S: (del inglés smooth, liso). Poseen cápsula gelatinosa de polisacáridos que impide que el sistema inmunológico del

ratón las ataque. Provocan la enfermedad

Cepa R: (del inglés rough, rugoso). Sin cápsula gelatinosa de polisacáridos.

Forman colonias rugosas. No provocan la enfermedad ya que el sistema inmune del

ratón las ataca rápidamente.



Experiencias de F. GriffithBacteria con cápsula(virulenta)

Tipo S

Bacterias Smuertas por calor

Tipo R

Bacteria sin cápsula(no virulenta)

Bacterias Smuertas por calor

Bacterias Rvivas

1 2

3 4

De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S

De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas

De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas, pues no crecen en el animal.

De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S



CONCLUSIÓN. En las bacterias muertas (cepa S) existía algo, llamado PRINCIPIO TRANSFORMANTE que era captado por las bacterias vivas no virulentas (cepa R) y transformaba sus caracteres hereditarios convirtiéndose en virulentas.



1. Se inoculan ratones con cepas S, contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.

2. Los ratones inoculados con cepas R no contraen la enfermedad. De ellos se extraen bacterias vivas pues no crecen en el animal

3. Se inoculan ratones con cepas S, muertas por el calor. No contraen la enfermedad. De ellos no se extraen bacterias vivas.

4. Los ratones inoculados con cepas S, muertas por el calor y, simultáneamente, cepas R vivas contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias vivas S.



EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE

BACTERIAS S)

Cultivaron las bacterias en tubos de ensayo (in vitro)

Fueron destruyendo, uno por uno, todos los componentes bioquímicos de las células S para evitar la transformación e identificar el responsable.

Degradaron polisacáridos de la pared y al inyectarlas en el ratón la transformación se producía. A continuación degradaron proteínas y la transformación se producía.

Así sucesivamente hasta que atacar al ADN de las bacterias. La transformación no se producía




BACTERIAS S)

La molécula de ADN contiene la información necesaria para convertir las bacterias R no virulentas en bacterias S virulentas.

Demostraron además, del papel biológico del ADN, que las bacterias pueden intercambiar material genético (transformación)




BACTERIAS S)



En 1944 Avery y colaboradores demostraron que el principio transformante era el ADN, que determinaba o no la producción de la cápsula bacteriana.

CONCLUSIÓN

El ADN era el material genético en bacterias.

En 1952 se demostró que era el material genético en el resto de

organismos



2. El concepto molecular de gen

Genética clásica

Un gen contiene información para un determinado carácter

El concepto de gen ha ido cambiando según aumentaban los conocimientos sobre genética molecular.



1941. Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa

2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN

Sólo precisa una fuente de carbono,

biotina y ciertos minerales.

Sometieron al hongo a ciertas dosis de rayos

X. Obtuvieron mutantes incapaces de

sintetizar determinados

aminoácidos, por lo que solo sobrevivían al

añadir al medio los aminoácidos.



Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa


Descubrieron:

A cada mutante le faltaba el enzima

específico que catalizaba algún paso

de la síntesis del aminoácido al que habían alterado.Los mutantes se

diferenciaban de la cepa salvaje en un solo

gen.



Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa


Descubrieron:

Si se altera el gen, no se fabrica la enzima correspondiente y la

ruta se bloquea.



1 gen 1 enzima


1 gen 1 proteína

1 gen 1 cadena polipeptídica



Desde el punto de vista funcional:Fragmento del ADN que lleva la información para

fabricar una cadena polipeptídica de una proteína, necesaria para que se exprese un carácter en un individuo




REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS



El ciclo celular

Fase G0Fase G0

Fase G1Fase G1

Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia.

Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia.

Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular.Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular.

Replicación del ADN y síntesis de histonas.Replicación del ADN y síntesis de histonas.

Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos

Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos

División celularDivisión celular

Fase de mitosis

Fase de mitosis

División del citoplasmaDivisión del citoplasma

CitocinesisCitocinesis

Fase SFase S

Interfase

Fase G2Fase G2

REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS



Capacidad de hacer copias de si mismo.Esto permite transmitir la información genética a

las células hijas.

3. REPLICACIÓN (DUPLICACIÓN) DEL ADN

La replicación permite a las células hijas contener el mismo

ADN que la célula madre.

Las células duplican su ADN antes de la división celular (en

eucariotas en la fase S de la interfase).



3. REPLICACIÓN DEL ADN ¿Cómo se produce la duplicación? 3 hipótesis

Hipótesis semiconservativa

Hipótesis conservativa

Hipótesis dispersiva

Cadena antigua Cadena nueva



TEORÍA CONSERVATIVA

Una doble hélice conserva las dos cadenas originales, y la otra está formada por las dos cadenas de nueva síntesis.



TEORÍA DISPERSIVA

ADN copia

Cada una de las dos cadenas hijas contiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de la nueva síntesis



TEORÍA SEMICONSERVATIVA

Cada doble hélice conserva una hélice de las dos originales y sintetiza una nueva (Watson y Crick)



La duplicación del ADN

Medio N15 Medio N14

ADN inicial ADN después de la 1.ª

duplicación

Experimento de Meselson y Stahl (1958)

ADN después de la 2.ª

duplicación

ADN después de la 3.ª

duplicación

ADN N15

ADN N14-15

ADN N14

1- Cultivaron bacterias en un medio con N-15 (Las bases nitrogenadas incorporaron el isótopo).2- Transfirieron las bacterias a un medio con N-14. El ADN obtenido tenia la misma proporción N14,

N15. Cada bacteria había heredado la mitad de ADN de su progenitora y la otra mitad la sintetizaba de los componentes del medio.

3- Aparecían ADN hibrido (N14-N15) y ADN solo con N14



3. La duplicación del ADN

¿Dónde ocurre?

¿Cuándo ocurre?

Núcleo (eucariotas)Nucleoide (procariotas)Matriz (mitocondrias)Estroma (cloroplastos)

FASE S DEL CICLO CELULAR

(en interfase)




Principales características de la replicación

Es semiconservativa. Cada molécula de ADN está formada por una cadena de ADN original y otra recién formada.Se produce por adición de mononucleótidos en sentido 5´ 3` Es bidireccional. Se forman dos horquillas de replicación que avanzan en sentidos opuestos. En virus y bacterias hay un único punto de inicio, mientras que en eucariotas hay varios.Es semidiscontinua. En una cadena (llamada conductora) se sintetizan fragmentos bastante grandes de forma continua, mientras que en la otra (llamada retardada) la síntesis es discontinua, es decir, se sintetizan pequeños fragmentos de forma separada y después se unen (los llamados fragmentos de Okazaki). Ello se debe a que las dos cadenas son antiparalelas y a que la síntesis es siempre en sentido 5´ 3´




¿Qué necesitamos?

- ADN molde- Nucleótidos: ATP, GTP, CTP, TTP- Proteínas SSB (impiden que se enrede el ADN)- Enzimas:

- Helicasas: rompen puentes de H entre las dos cadenas complementarias, separándolas.- Topoisomeras (girasas). Desenrollan ADN, evitan tensiones- ADN ligasas (unen fragmentos ADN mediante enlaces fosfodiéster). Así sellan el hueco entre dos fragmentos de Okazaki.- ARN polimerasas (también llamadas primasas). Sintetizan fragmentos de ARN (llamados ARN cebador) usando como molde ADN y actúa como iniciador de la síntesis de ADN. - Nucleasas. Rompen enlaces fosfodiéster entre nucleótidos, escinden ARN cebador y reparan lesiones en el ADN.- ADN polimerasas. Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre nucleótidos.




ARN POLIMERASA(primasa)

3`5`

ARN cebador(40-50 nucleótidos)

ADN molde

ADN

ADN polimerasa

ARN polimerasa

Sintetiza el ARN cebador usando

como molde el ADN

5`3`




ADN POLIMERASA

3`5`

ARN cebador(40-50 nucleótidos)

ADN molde

ADN

ADN polimerasa

ARN polimerasa

Función polimerasaPrecisa ARN cebador (primer o iniciador) y la

cadena molde de ADNRecoore la hebra de ADN, es decir lee en sentido

3´ 5´, y por tanto la hebra nueva crece en sentido 5´-> 3´

Función exonucleasaDetecta errores, elimina nucleótidos cuyas bases

están mal emparentadas y fragmentos de ARN cebador

5` 3`



ADN POLIMERASA I(Retira fragmentos ARN cebador: exonucleasa

Sintetiza ADN en los huecos: polimerasaEs correctora, ya que repara errores de la síntesis de

ADN)

ADN POLIMERASA II(Interviene en procesos de reparación del ADNTiene actividad polimerasa en sentido 5` 3´y

exonucleasa en 3´ 5´)

ADN POLIMERASA III(Sintetiza ADN en sentido 5´ 3´: polimerasa)

RECUERDALa ADN polimerasa:

Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5

Sintetiza en sentido 5´ 3´

En procariotas distinguimos:



RECUERDA

La actividad polimerasa consiste en catalizar la

unión de nucleótidos a la cadena de ácido nucleico que se está sintetizando.

La actividad exonucleasa consiste en escindir

nucleótidos de los extremos de los ácidos nucleicos.



Fases de la replicación: elongación

Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas.

POLIMERASAEXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN

INICIACIÓNdirección función dirección función

I5’ 3’

3’ 5’

elimina cebador

reparación

5’ 3’ síntesis no

II 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no

III 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no



3. La duplicación del ADN: Mecanismo de la duplicación en procariotas

Fase de iniciación

Fase de elongación

Fase de terminación



Fases de la replicación: iniciaciónConsiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN

Ori C (abundan secuencias

ricas en GATC)

La replicación empieza en un punto del ADN donde abundan

las secuencias de bases GATC (Ori C)

En él se separan las dos cadenas de ADN por acción

de las enzimas.

Origen de replicación



Fases de la replicación: iniciaciónConsiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN

Ori C (abundan secuencias

ricas en GATC)

Proteínas específicas

La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno

entre las bases y abre la doble hélice

Proteínas SSB

Helicasa

TopoisomerasaGirasa

Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento

Impiden que el ADN se vuelva a enrollar

Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación



Fases de la replicación: iniciación

Resultado: se forma una burbuja de replicación en la que hay dos zonas en forma de “Y”, llamadas horquillas de replicación,

donde se sintetizan las nuevas cadenas de ADN



3’

5’

5’

3’

5’

3’5’

3’

La primasa (ARN polimerasa) sintetiza un ARN cebador o

primer

La ADN polimerasa III

sintetiza un corto fragmento de ADN

1. La primasa (ARN polimerasa) sintetiza un fragmento de ARN

cebador, de unos 10 nucleótidos que es complementario del fragmento

correspondiente de ADN2. La ADN polimerasa III reconoce los nucleótidos de la cadena molde y los

empareja según complementariedad de

bases (A-T y G-C)

FRAGMENTO DE OKAZAKI ( procariotas: 1000 – 2000 nucleótidos, en eucariotas de 150 a 200 nucleótidos)

Cadena continua

conductora

Cadena retardada

La ADN poli I va eliminando el cebador y rellenando los

nucleótidos de ADN. Finalmente la ADN ligasa suelda todos los

fragmentos obtenidos



RECUERDALa ADN polimerasa III:Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5


Burbuja de

replicación



3’

5’

5’

3’

3’

5’

El mecanismo de elongación o formación de las nuevas cadenas de ADN

5’3’

3’5’

3’

La ADN polimerasa III necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis.

La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’.

Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo por la ADN polimerasa III. Es la conductora o lider.Fragmentos de

Okazaki

La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.

RECUERDALa ADN polimerasa:

Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5



C.E.M HIPATIA-FUHEMMiguel Ángel MadridTema 6: Estructura y replicación del material genético

45



El mecanismo de elongación (II)

1 2

3 4

5 6

La primasa (ARN polim) sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación.

Las ADN polimerasa III comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador.

La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada.

La ADN polimerasa III comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.

Cuando la ADN polimerasa III llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN.

La ligasa une los fragmentos de ADN.

Nuevo cebador

Cebador

Ligasas

Hebra retardada

Hebra retardada

Primasas

Cebador

Nuevo cebador



Síntesis de nuevas cadenas de ADNHorquillas observadas

3’

5’

3’

5’

3’

5’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

Punto de inicioNinguna polimerasa añade nucleótidos en estos puntos

5’5’

3’ 3’

Origen de replicación

Crecimiento discontinuo

Crecimiento continuo

Fragmentos de Okazaki



Fases de terminación

Tiene lugar cuando las dos horquillas de replicación del cromosoma circular de E. coli se encuentran, y se han formado dos cromosomas completos que permanecen ligados



Burbuja de replicación



CORRECCIÓN DE ERRORES DE LA ADN POLIMERASA

Durante la replicación, es frecuente que se produzcan errores y se incorporen nucleótidos incorrectos.

Gracias a la acción exonucleasa, la ADN polimerasa elimina nucleótidos mal apareados y adiciona los

correctos.Número de errores 1 por cada 100 000 bases

Aunque el mecanismo de corrección de errores es muy eficiente, a veces queda alguno sin corregir. Esos errores suelen ser importantes en la evolución



5’

3’

5’

3’

Replicación en los eucariontesEs muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias:

La replicación se inicia simultáneamente en carios puntos del cromosoma llamados replicones.

Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y ).

Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora.

Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’.

5’

5’5’

3’5’3’5’

Cebador Último cebador

Tel

óm

ero

Eliminación de cebadores

Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular.

La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre

Hebra más corta

5’

Los fragmentos de Okazaki en eucariotas son más cortos, entre 150-200 nucleótidos (en procariotas de 1000 – 2000 nucleótidos)



El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotasOrigen de la replicación

Horquilla de replicación

Hebra retardada

Hebra conductora Origen de la replicación

Burbujas de replicación

Hebra conductora

Nucleosomas

Nuevos nucleosomas

Hebra retardada



LA TELOMERASAEn las células que se dividen continuamente

(células madre de los gametos, células embrionarias y células cancerosas) hay

una enzima, denominada telomerasa, que impide el acortamiento de los telómeros.

Se forma por una porción proteica y ARN que actúa como molde.

A partir de este molde, la enzima sintetiza ADN para completar la hebra retardada.

Recuerda: los telómeros son los extremos de los cromosomas

La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el riesgo de cáncer.



La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el riesgo de cáncer.

María Blasco. Centro de Investigaciones oncológicas



ADN ARNm

Transcripción Traducción

ARNt

PROTEÍNA

Replicación

Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”., pero los cirus son una excepción a este dogma

RIBOSOMASNÚCLEO

4. La expresión del mensaje genético

En 1970 Francis Crick enunció el Dogma Central de la Biología Molecular.



REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

ARNADN

Traducción

Transcripción

Transcripción inversa

Replicación

PROTEÍNAS

Transcriptasa inversa




ARN vírico

Envoltura

RETROVIRUS

Membrana plasmática de la célula huésped

Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción.

Replicación

ADNc(complementario)

ADNcbicatenario

ADNcmonocatenarioDegradación

del ARN

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR



4. La expresión del mensaje genético

ADN ARNm ProteínaTranscripción

Transcripcióninversa

Duplicación

Duplicación

Traducción

Las secuencias de ADN que pueden moversea diferentes partes del genoma de una célula

se conocen como transposones o «genessaltarines». Fueron descubiertos por Bárbara

McClintock, por lo que recibió el premioNobel en 1983.



DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULARDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR

Hebra moldeHebra molde

TranscripciónTranscripción

TraducciónTraducción

3´ 5´

3´5´



AATTCGAGCTAGCAGCCACTTACGAGTACGTAC

ADN

ACUUUCCCGACGCAAAACGUUUUUCGAACUU

ARN

TRIPLETE

CODON

Triplete: Cada una de las secuencias posibles de tres nucleótidos en el ADN.

Codon: Secuencia de tres nucleótidos en el ARN

¿Qué es un triplete y un codon?



Síntesis de ARN: requisitos previos

La síntesis de ARN o transcripción necesita:

CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE

ARN -POLIMERARAS

RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U

Ribonucleótido trifosfato

RibosaBases

En eucariotas

• ARN polimerasa I ARNr

• ARN polimerasa II ARNm

• ARN polimerasa III ARNt y ARNr

¿Dónde ocurre?. NÚCLEO



5. La transcricpción. Síntesis de ARN

RECUERDA

LA ARN polimerasa RECORRE LA CADENA DE ADN EN SENTIDO

3` 5´Y AÑADE LOS NUCLEÓTIDOS COMPLEMENTARIOS A LOS DE LA

CADENA DE ADN QUE SE TRANSCRIBE



5. La transcricpción. Síntesis de ARN

Fase de iniciación

Fase de elongación


Fase de maduración



El proceso de la transcripción

Cadena inactiva de ADN

ARN - polimerasa

Cadena molde de ADN (transcrita)

ARN

Señal de corte

Punto de corte

Cola poli-A

Poli-A polimerasa

INICIACIÓN

ELONGACIÓN

TERMINACIÓN

La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores (ricos en A y T).

Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan a la cadena molde.

La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. .

La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción.

En procariontes son secuencias palindrómicas.

En eucariontes

1

2

3

NO OLVIDESLa ARN polimerasa lee en dirección

3` 5´



5. Transcripción: maduración en procariotas

Promotor

5’3’

5’3’

5’3’

5’3’

ARN-polimerasa

ARN

Iniciación

Elongación

Finalización

ARN transcrito completo

3’5’

3’5’

3’5’

3’5’

No existe maduración del ARNm, se unen a los

ribosomas y se traducen

Los ARNr y ARNt (transcritos primarios) precisan de un proceso de maduración

para ser funciones

Los ARN que se forman son policistrónicos (contienen

información para la síntesis de varios

polipéptidos)



Transcripción: maduración en procariotas

Promotor

5’3’

5’3’

5’3’

5’3’

ARN-polimerasa

ARN

Iniciación

Elongación

Finalización

ARN transcrito completo

3’5’

3’5’

3’5’

3’5’



Transcripción: maduración en eucariotas

Promotor

5’

3’

5’

3’

5’

3’

ARN

Unidad de transcripción

Iniciación3’

5’

3’

5’

3’

5’

m7-Gppp

Capucha 5'Elongación

m7-Gppp

ARN-polimerasa

CONTINUAR

1. Tras la unión de los 30 primeros ribonucleótidos

se añade una caperuza de

metilguanosinaen 5´

Los ARN que se forman son monocistrónicos



Transcripción en eucariotas5’

3’

3’

5’Finalización

PoliA-polimerasa

m7-Gppp

Capucha 5'OH

ARN heterogéneo nuclear

Cola de poli-AOHm7-Gppp

Capucha 5'

2. Después de la separación del ARN, una enzima la poliA-polimerasa añade una secuencia de unos 200 nucleótidos de adenina (cola de poli A)



Transcripción en eucariotas. Proceso de maduración5’ 3’Maduración

3’5’

Exón 1 Intrón Exón 2

RNPpn

Proteína

Espliceosoma.

5’ 3’

Intrón

ARNm

Exón 1 Exón 2

Mecanismo de splicing

El ARNm ya está en condiciones de salir del núcleo

3. Eliminación de intrones (segmentos de ARN que no se traducen)



¿ LO SABÍAS?

La toxicidad de la Amanita phalloides (provoca diarreas, vómitos, dolores abdominales e incluso la muerte) se debe a una sustancia, 1 alfa amanitina, que no se destruye con

la cocción y se comporta como un inhibidor de la ARN polimerasa II en eucariotas, lo que bloquea la síntesis de

ARNm



COMPARACIÓN TRANSCRIPCIÓN

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

Localización Nucleoide (citoplasma) Núcleo

Genes Continuos Fragmentos (intrones y exones)

ADN Bajo grado de empaquetamiento

Muy empaquetado

ARN polimerasa 1 ARN polimerasa que sintetiza ARNm, ARNr, ARNt…

ARN poli I: ARNrARN poli II: ARNmARN poli III: ARNt

Tipos de genes Policistrónicos Monocistrónicos

Maduración ARNr y ARNt ARNm



6. El código genético

¿Cómo se pasaba de un lenguaje de cuatro

letras a otro lenguaje formado por 20

elementos distintos?

Se necesitaba un diccionario

Ese diccionario es el código genético

ARN polímero lineal de 4 nucleótidos diferentes.Proteínas: polímeros de 20 aminoácidos



El código genético

Si solo fuesen 2 bases42 = 16 aa

INSUFICIENTE

Si solo fuese 1 base41 = 4 aa

INSUFICIENTE

3 bases43 = 64 aa

SUFICIENTE



3 bases43 = 64 aa

SUFICIENTE, pero sobran palabras, lo que significa que varios tripletes son

sinónimos, porque codifican (significan) el

mismo aminoácido




EL CÓDIGO GENÉTICO

AUG

Iniciación

UGAUAAUAG Terminación

Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC?




El código genético establece una

relación de correspondencia entre las bases

nitrogenadas del ARN y los aminoácidos

que codifica



Características del código genéticoUNIVERSAL

El mismo para todos los organismos, incluso los virus.

El código ha tenido un solo origen evolutivo.

Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos.

Existen más codones (64) que aminoácidos (20). A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón.

Esto es una ventaja ante las mutaciones.

DEGENERADO

Cada codón solo codifica a un aminoácido.

SIN IMPERFECCIÓN Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas

CARECE DE SOLAPAMIENTO

Posibilidad de solapamiento

Met Gli Tre His Ala Fen Ala

Met Leu Leu Pro

SolapamientoCodones de iniciación



7. La traducción. Biosíntesis de proteínas

Si te has fijado, el proceso de transcripción es un proceso de copia donde no se cambia de idioma,

pues se pasa del idioma del ADN a ARN

Sin embargo, en la traducción, que no es un proceso de copia, si se cambia de idioma, se pasa del idioma de los ácidos nucleicos (A,G,C,U) al de

las proteínas (20 aminoácidos)



EL PROCESO DE TRADUCCIÓN

LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

ARN MENSAJEROAMINOÁCIDOSENZIMAS Y ENERGÍA

SUBUNIDAD PEQUEÑA

SUBUNIDAD GRANDE

SITIO A

SITIO P

SITIO E

AMINOÁCIDO

POLIPÉPTIDO

ARNtDo

nd

e s

e s

itúa

el

Tienen tres

lugares

Formados por

RIBOSOMAS

Donde se unen los

Donde se une el

Donde se une el

EXTREMO 3’

Tiene dos

zonas

ARN DE TRANSFERENCIA

Por donde se une al

ANTICODÓN

AMINOACIL-ARNt -SINTETASA

Como la

necesita

RIBOSOMAS

ocurre



La traducción. Biosíntesis de proteínas

Subunidad menor

Subunidad mayorAminoacil-ARNt

ARNt

Cadena polipeptídica en formación

Anticodón

3’

5’

ARNm

Aminoácido

ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres

ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica

ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos

Veamos primero cómo es un ribosoma



ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres

ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica

ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos

Otra imagen por si no te queda claro…



(Unión a la peptidil-

transferasa en el ribosoma

(Unión al ribosoma)

(Unión al codon complementario del RNAm en el ribosoma)

NOTA.- EXISTEN TANTOS RNAt como aminoácidos, uno para cada uno, en total 20 clases de RNAt

Recordemos como era un ARNt



U C G

COOH

NH2

CH2

OH

H C Aminoácido(serina)

Anticodón

ARNt

Aquí en el extremo 3`es donde se une el aminoácido al ARNt

Extremo 3`

Una imagen más simple del ARNt por si no te quedaba claro…




Paso previo:

Activación de los aminoácidos

Aminoacil-ARNt-sintetasa

ARNt

CONTINUAR

Aminoacil-ARNt

ESTA FASE PREVIA TIENE LUGAR EN EL

CITOPLASMA Y NO EN LOS RIBOSOMAS

Cada aminoácido se une a una molécula de ARNt especifica gracias a la enzima aminoacil-ARNt-

sintetasa



La traducción. Síntesis de proteínas

Fase de iniciación

Fase de elongación





ARNt iniciador

Subunidad menor

3’

5’

U

A C5’

3’A

U G

5’

3’

EA

Metionina

5’

3’

GTP

GDP

Iniciación de la síntesis




CONTINUAR

Elongación de la cadena polipeptídica

Anticodón

Complementariedad entre codón y anticodón

GTPGDP

5’

3’ 3’

5’ 5’ 5’

3’

3’GTPGDP

Enlace peptídico

El aminoácido se traslada al otro ARNt

ARNt

AminoácidoSe libera el ARNt que ha

cedido el aminoácido

EP A

E

PA

El ribosoma se trasloca un codon

A

P

E




Finalización de la síntesis

El codón de finalización puede ser UAA, UAG o UGA

Último ARNt

Factor de liberación

Polipéptido libre

Separación del ARNm y las subunidades ribosómicas

3’

5’

3’

5’

EA

P

El triplete de terminación no es reconocido por ningún ARNt, y sí por unos factores de liberación de naturaleza

proteica que se sitúan en el sito A, y hacen que la peptidil transferasa separe la cadena polipetídica del ARNt



Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.

Polirribosomas en eucariotas

Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. La síntesis ocurre a razón de unos (15 aminoácidos unidos por segundo. Una proteína media (300 aa) se sintetizaría en unos 15 segundos. Después, el RNAm es destruído

Ribosoma

ARNm

Proteína en formación



¿ LO SABÍAS?

Determinados antibióticos se utilizan como dardos para destruir bacterias, al actuar sobre dianas moleculares

relacionadas con la traducción y bloquear algunas etapas de la síntesis e proteínas

Estreptomicina: trisacárido que se une a la subunidad 30 S del ribosoma procariota e interfiere en la iniciación de la síntesis.

Eritromicina: bloque la traslocación del ribosoma e inhibe la elongación.

Tetraciclina: Se une a la subunidad 30 s del ribosoma y bloquea el sitio A, impidiendo la entrada del ARNt



1. Estructura del genoma en procariotas y eucariotas

GENOMA

Conjunto de genes de un organismo

NO TODO EL ADN CONTENIDO EN LOS CROMOSOMAS CODIFICA PARA PROTEÍNAS, EXISTE GRAN CANTIDAD DE GENES REGULADORES



1. Estructura del genoma en procariotas y

ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS

1 Cromosoma circular (ADNdc)

Presencia de plásmidos (número variable según tipo de bacteria). Contienen genes no esenciales para el crecimiento y la reproducción de la célula. Replicación independiente

1 200 – 12 000 genes

Genes continuos (toda la información contenida en los genes se traduce en proteínas)




ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN VIRUS

1 Sola molécula lineal o circular de ADN o ARN




ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN EUCARIOTAS

La mayor parte localizado en el núcleo. (repartido en los diferentes cromosomas lineales)

Una pequeña parte en mitocondrias y cloroplastos (vegetales): ADNdc (similar procariotas)

Humanos: genoma nuclear:

25 000 genes que codifican proteínas (exones) y los diversos tipos ARN (1,5 % del total); Genoma mitocondrial: 37 genes

ADN no codificante (98,5 %)



ADN NO CODIFICANTE “ADN basura *”

ADN repetitivo o satélite: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca (no codifican proteínas)

ADN regulador (promotores…: Mucho de él hasta la fecha de función desconocida

Intrones: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca

(*) Se le llamó ADN basura pues se pensaba que no tenía función alguna; estudios recientes creen que regula la expresión diferencial de los genes.



Lo sabías… En septiembre de 2008, investigadores americanos afirmaron haber descubierto una secuencia de ADN basura, responsable de que los humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar o manipular objetos o herramientas.



ADN repetitivo satélite

8. Genoma en organismos eucariontesNo existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de ADN.

La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante

ADN repetitivo intermedio

ADN de intrones

Una parte del genoma se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias.

GenGen regulador

Promotor

Operador Exones: secuencias codificantes

Intrones

ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES



EL PROYECTO GENOMA HUMANO

1955. Joe Hin: establece en 46 el número de cromosomas humanos.

1977. Se inicia secuenciación del ADN

1981. Se completa la secuenciación del genoma mitocondrial humano

1995. Se completa la secuenciación del genoma de la bacteria Haemophilus influenzae.

1996. Secuenciación del genoma del primer eucariota: Saccharomyces cerevisiae

2000. Se completa la secuenciación del genoma del primer organismo pluricelular, el gusano Caenorhabditis elegans.




2000. Secuenciación del genoma de Drosophila melanogaster

2001. Publicación del borrador de la secuencia completa del genoma humano

2003. (Coincidiendo con el 50º aniversario del descubrimiento de la estructura del ADN) Se completa la secuenciación del genoma humano.

2000. Secuenciación del genoma de la planta Arabidopsis thaliana




GENÓMICA: Estudia el genoma de los diferentes organismos

1988: Congreso de los EEUU. Autorización de financiación. Creación del consorcio público, dirigido por J.D. Watson. Colaboración con Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón. Nacimiento del PGH.

1996. Craig Venter solicitó la patente de uno de los genes secuenciados. Abandono del Consorcio público. Creación de Celera Genomics (privado)

26 junio 2000. El Consorcio Público y Celera Genomics dieron a conocer los borradores del PGH



El 26 de junio de 2000 dos prestigiosas revistas científicas dieron a conocer las dos versiones del borrador del PGH



OBJETIVOS DEL PROYECTO GENOMA HUMANO

1. Conocer en qué orden están colocados los genes

2. Determinar la distancia que existe entre los genes (elaboración de mapas génicos)

3. Secuenciar cada gen. (averiguar secuencia de nucleótidos de cada gen)

4. Determinar la función de cada gen



Aplicaciones del PGH1. Permite conocer nuestros orígenes al comparar nuestro genoma con el de otras especies.

2. Permite el desarrollo de la medicina genética y personalizada (hoy sabemos ya que diferencias en un solo nucleótido en un gen están asociadas a la enfermedad de Alzheimer)



Conclusiones del PGH1. El número de genes es relativamente bajo (menos de 25 000) comparado con el de otros genomas. Tenemos unos 3 200 millones de nucleótidos

2. Cada gen puede codificar para unas 5 proteínas diferentes, gracias al procesamiento alternativo del ARNm

3. Sólo el 1,5 % del ADN constituye genes que codifican proteínas. El resto es ADN basura cuya función se desconoce.

4. Nos diferenciamos del chimpancé en un 1 % del genoma.

5. Con el análisis del genoma es imposible distinguir una etnia de otra.

6. Los seres humanos nos diferenciamos entre sí aproximadamente en un nucleótido de cada mil. Somos idénticos en un 99,9 %



3,5 mil millones de pares de bases, unas 25 enciclopedias de tipo medio de 20 tomos cada una y con las letras:

........................................TTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGTTAGTAGCCTTACCTTACCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTATAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACC

TAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGAAGGC........................................................



PROTEÓMICA: disciplina que realiza un estudio sistemático del conjunto de proteínas codificadas por el genoma de un individuo. La proteómica utiliza las siguientes técnicas:

extracción de proteínas del tejido del individuo.

Separación e identificación.

Análisis e identificación con bancos de datos

Las proteínas presentes en la especie humana supera el número de genes, y son estas ( y no los genes) las que desempeñan las actividades de la célula.

ud.14. genética molecular nuevo

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