Presentación de PowerPoint - Universidad Nacional de San Martín

UNIVERSIDAD NACIONAL DE GRAL. SAN MARTÍN
ECyT BIOLOGÍA
Biología I
Información
genética, ADN,
Cromosomas
¿Qué es la información genética?
Es la información biológica heredable
Toda la información que se necesita para
desarrollar y mantener un organismo vivo.
(cómo se componen todas las moléculas, las vías metabólicas se
llevan adelante y la regulación de las mismas)
La información genética en los
procariotas
ADN circularizado, no
unido a proteínas
(circular y desnudo)
La información genética en los
eucariotas
Cromosomas eucariotas
(1) Cromátida.
(2)Centrómero.
(3) Brazo corto.
(4) Brazo largo.
¿ADN o Proteína?
Proteína
ADN
Nucleosoma
Los primeros análisis químicos del material hereditario mostraron que el cromosoma
eucariótico está formado por ADN y proteínas, en cantidades aproximadamente iguales. Por
consiguiente, ambos eran candidatos para desempeñar el papel de material genético. Las
proteínas parecían ser la elección más probable por su mayor complejidad química. Las
proteínas son polímeros de unos 20 aminoácidos diferentes. El ADN, en cambio, está
formado sólo por cuatro nucleótidos diferentes.
1928 Frederick Griffith
(Bacteriólogo Inglés)
Hay un “factor transformante” en
las bacterias muertas, que puede
ser trasferido a las bacterias no
virulentas (s) y las “transforma” en
virulentas (r)
Experimento de Avery (1944):
ADN bacteriano purificado , y transfectado a bacterias demuestra que el ADN
contiene información genética . Pero sus resultados no fueron convincentes para la
sociedad cientifica
Experimento de Hershey y Chase,
1952
Experimento de Hershey y Chase,
1952
Trabajaron con bacteriofagos (fagos)
Lo que se trataba de determinar la causa de la transformación de la
bacteria en una factoría de fagos, como lo sugería el trabajo de
Avery.
Los fagos se marcaron con 32P (ADN) o 35S (proteínas)
Se esperó un tiempo suficiente para que los virus infecten a las
bacterias
A continuación se centrifugó para separar los fagos de las bacterias.
En la muestra marcada como 35S los nuevos fagos provenientes de la
bacteria infectada no contenían el azufre radiactivo: la cubierta del
fago (de proteína) no fue usada dentro de la bacteria para hacer un
nuevo fago.
En la muestra marcada con 32P, el mismo se encontraba en los nuevos
fagos, por lo tanto el ADN del fago fue usado dentro de la bacteria
para hacer nuevos virus.
Experimento de Chargaff
La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T.
La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C.
La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases
pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C).
Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) era característica de
cada organismo, tomando, diferentes valores para cada especie
estudiada.
Este resultado indicaba que los ácidos nucleicos no eran la repetición
monótona de un tetranucleótido.
Existía variabilidad en la composición de bases nitrogenadas.
El ADN es el portador de la
información genética
¿Cómo?
“…creemos que un gen… es un sólido aperiódico”
(Erwin Schrödinger, 1943)
ADN: desoxirriboucleótidos
1953 - Modelo de Watson y Crick
- Molécula helicoidal que gira hacia la derecha
- 2 cadenas de polinucleótidos
- corren en forma antiparalela
ADN
• El ácido
desoxiribonuleico (ADN)
contiene la información
genética
• Tiene estructura de doble
hélice formada por dos
cadenas antiparalelas,
que se mantienen unidas
por puentes H
• Está formado por
nucleótidos que
contienen las bases
nitrogenadas, adenina,
guanina, citosina y timina,
y el azúcar desoxirribosa
ADN
Las cadenas del ADN tienen
polaridad o sentido: en el
extremo 5’ hay un grupo fosfato,
y en el extremo 3’ hay un OH terminal.
Esto hace que la
secuencia TCGA
sea una entidad
química
diferente de
AGCT
La estructura del ADN es esencial para su función:
El material genético debe realizar 4 funciones
importantes
- Capacidad de almacenar la información genética del
organismo: compuesto por millones de nucleótidos, su
secuencia difiere entre especies e individuos
- Sensibilidad a mutaciones o a cambios permanentes
en su información: simples cambios en la secuencia
lineal de nucleótidos
- Replicación precisa durante el ciclo de división celular
- Debe ser expresado como un fenotipo
“…no escapa a nuestro conocimiento que el apareamiento específico que
hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copiado
del material genético”
Pausa, 5 minutos
Estructura del ARN
• El ácido ribonucleico es
química y
funcionalmente
diferente del ADN.
• Tiene estructura de
cadena simple.
• Está formado por
nucleótidos que
contienen las bases
nitrogenadas, adenina,
guanina, citosina y
uracilo, y el azúcar
ribosa.
Tipos de ARN:
ARN mensajero: contiene el
mensaje genético para
fabricar una proteína.
Tipos de ARN:
ARN de transferencia:se une en
forma covalente con un
aminoácido específico.
Tipos de ARN:
ARN ribosomal: forma
parte de la estructura de
los ribosomas
ADN y ARN: diferencias estructurales
ADN
ARN
• Doble cadena
• Cadena simple
•Bases: Adenina, Guanina,
Citosina, Timina
•Bases: Adenina, Guanina, Citosina,
Uracilo
•Azúcar: Desoxirribosa
•Azúcar: Ribosa
•Un solo tipo de ADN
•Tres tipos de ARN: ribosomal,
mensajero, de transferencia
La información para fabricar proteínas y ARN se guarda en la
secuencia de las bases del ADN.
Cada aminoácido está representado como un conjunto de tres
bases, llamado codón
ADN: guarda la
información para sintetizar
ARN y proteínas
ARNm: copia la información
para sintetizar proteínas
Proteínas
La capacidad de las células para mantener un alto
grado de orden surge de cómo la información
genética es expresada, mantenida y replicada. Esos
procesos, son:
o
Replicación del ADN
o
Síntesis de ARN : Transcripción,
o
Síntesis de proteínas: Traducción
Replicación
del ADN
¿Qué es la replicación del ADN?
Es el proceso por el que las células sintetizan
una copia idéntica de una molécula de ADN, usando el
ADN existente como molde de nuevas hebras de ADN
Replicación
del ADN
Hay 3 patrones posibles de replicación:
-Puede replicarse en un tubo
sin presencia de células: ADN,
ADN polimerasa y nucleósidos
trifosfatos (dATP, dTTP, dGTP,
dCTP)
-El ADN sirve de molde
Conservativa
Semiconservativa
Dispersiva
Replicación
del ADN
¿Cómo es la replicación del
ADN?
Cada una de las dos
hebras de ADN sirve como
molde para sintetizar una nueva
cadena complementaria del
molde. Al final se forman dos
moléculas de ADN, cada una de
las cuales tiene una cadena
nueva y una cadena vieja. Este
modo de replicación se llama
semiconservativa.
Pausa, 5 minutos
Replicación
del ADN
Replicación
del ADN
Enzimas que intervienen:
Helicasa
Primasa
ADN-polimerasa
Topoisomerasa
Ligasa
Proteínas
desestabilizadoras
Replicación
del ADN
La helicasa separa las hebras
de la molécula de ADN
Replicación
del ADN
Como la apertura de la hélice
genera una tensión por delante
de la horquilla, esa tensión es
aliviada por la enzima
topoisomerasa I, que corta una
de las hebras, permitiendo que
gire, y luego vuelve a unirla.
Replicación
del ADN
La primasa sintetiza un
segmento corto de ARN
Replicación
del ADN
A partir del «primer» o
cebador, la DNA polimerasa
comienza a agregar
nucleótidos: «lee» la cadena
molde en el sentido 3’-5’, y
«escribe» la nueva cadena en
sentido 5’-3’.
Replicación
del ADN
La cadena adelantada, es la que
avanza siempre , y solo necesita
un «primer»
Replicación
del ADN
Como la polimerasa solo puede
sintetizar en sentido 5’-3’, la
cadena retrasada, se va
sintetizando en fragmentos
Replicación
del ADN
A medida que la molécula se
abre, la primasa va agregando
«primers» para que la DNA
polimerasa pueda actuar.
Replicación
del ADN
La polimerasa reemplaza los
nucleótidos del «primer» con
desoxirribonucleótidos, pero no
une los fragmentos: esto lo
hace la ligasa
Replicación
del ADN
Replicación
del ADN
¿Cómo es la replicación del ADN en los
procariotas?
Origen de replicación: secuencia en los
cromosomas reconocida por el complejo de
replicación
- Replicación en ambas
direcciones
- 2 horquillas de replicación
- ambas cadenas son molde
- nuevas cadenas se forman por
el apareamiento complementario
de bases
- complejo de replicación
estacionario y se mueve el ADN
Replicación
del ADN
Cuándo ocurre la replicación del ADN en los
eucariotas?
El ADN se replica antes de la división
celular.
¿Por dónde comienza la replicación?
La replicación comienza en sitios
llamados orígenes de replicación
Replicación
del ADN
Pausa, 5 minutos
Cromosomas eucariotas
3
2
(1) Cromátida.
(2)Centrómero.
(3) Brazo corto.
(4) Brazo largo.
4
1
Cromosomas
eucariotas
Telómeros: ¿Qué son?
Los extremos de los cromosomas lineales:
• Secuencia repetida de ADN: TTAGGG en los vertebrados
• Proteínas especializadas
• Forman una estructura “capped” (de final o de tapa)
Por qué son importantes?
 Son estructuras especializadas, esenciales para proteger los extremos de los
cromosomas y asegurar la estabilidad de los mismos.
 Permiten distinguir en extremo de un cromosoma de fragmentos de ADN.
 Si el ADN está fragmentado, hay dos opciones: reparación o muerte. La reparación puede
ser:
• Recombinación homóloga ( sin errores, pero necesita un homólogo cercano)
• Empalme de extremos no homólogos (NHEJ); produce errores, pero evita la
degradación del cromosoma
Los telómeros impidenla fusión por NHEJ
Los ciclos de fusión y ruptura llevan a inestabilidad genómica que a su vez puede
causar muerte celular o transformación neoplástica
 Proveen un mecanismo para “contar “ las divisiones celulares.
El acortamiento de los telómeros: el problema de la replicación
de los extremos de los cromosomas
Los telómeros se acortan con cada división celular (Fase S del ciclo celular)
El problema:
• La replicación del ADN es bidireccional
• Las polimerasas solo sintetizan ADN en forma unidireccional
• Las polimerasas necesitan un “primer” de ARN para iniciar la síntesis de ADN
• Por cada replicación del ADN, entre 50 y 200 pb quedan sin replicar en el extremo 3’
• La células que tienen telómeros de 10-12 kb, se dividen unas 50-60 veces
• La senescencia (envejecimiento) celular se dispara cuando los telómeros llegan a 46 kb
¿Cómo solucionan este problema los eucariotas y los procariotas?
Centrómeros. ¿Qué son?
Los centrómeros son esenciales para la correcta
segregación de los cromosomas durante la división
celular en los eucariotas.
Se caracterizan por regiones muy repetidas de la
secuencia en el ADN, y por tener proteínas asociadas , las
proteínas del cinetocoro , que se necesitan para la unión
de los microtúbulos a los cromosomas durante la mitosis