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Ácidos nucleicos
5ª Parte: Cromosomas, genes, alelos y mutaciones
Tema 11 de Biología NS
Diploma BI
Curso 2013-2015
Base química de la herenciaBE

El ADN es la molécula portadora de la información genética gracias a
que cumple cuatro condiciones imprescindibles:
1. Debe poder contener cualquier tipo de información biológica. Al
ser una macromolécula formada por cuatro tipos de nucleótidos y al tener
un gen miles de pares de nucleótidos, las combinaciones son casi infinitas.
Base química de la herenciaBE
2. Debe ser resistente a las alteraciones (mutaciones). Si por cualquier
razón se coloca un nucleótido incorrecto, se aparea inadecuadamente con el
complementario, por lo que la doble hélice queda alterda. La célula posee
mecanismos para reconocer el error, eliminar el nucleótido incorrecto y sustituirlo
por el correcto. No obstante, la posibilidad de mutación no debe ser nula con
objeto de promover la evolución.
Base química de la herenciaBE
3. Duplicación. Las células hijas reciben la misma información que la
progenitora. Para esto, basta con que se separen las dos cadenas de la hélice y
se sintetice, junto a cada una, la complementaria.
Base química de la herenciaBE
4. Transcripción de la información. El obligado emparejamiento de
nucleótidos complementarios permite a la célula copiar en un ARN mensajero la
secuencia complementaria de una de las hebras. Esta secuencia complementaria
puede ser luego traducida en forma de proteína, según las normas del código
genético.
Flujo de la información genética

El ADN porta la información genética, es decir, nuestros genes
proporcionan la información, pero son las proteínas las que
realizan el trabajo.

¿Cómo se expresa la información genética contenida en el ADN? ¿Cómo
pasa la información desde el ADN hasta las proteínas que la ejecutan?
Redefinición del dogma central de la Biología Molecular

Ciertos virus (retrovirus) pueden realizar la transcripción al revés
(retrotranscripción) ya que poseen una enzima llamada transcriptasa
inversa o retrotranscriptasa, que fabrica ADN complementario a un
ARN molde.

Otros virus (virus de ARN) son capaces de replicar el ARN.

Ciertas proteínas (priones) tienen la capacidad de autoperpetuarse
convirtiendo las normales en defectuosas.
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética

La primera prueba de que los genes
estaban formados por ADN procede de
los experimentos de transformación
bacteriana realizados por F. Griffit en
1928.

Existían dos cepas de Neumococo: Una
patogénica encapsulada, denominada S
porque que al sembrarla en placa
producían colonias lisas, y otra no
patogénica sin cápsula, denominada
cepa R sin cápsula, que producían
colonia rugosas.

Descubrimiento: Al mezclar virulentas
muertas (S) con no virulentas vivas (R),
las últimas se habían transformado en
S, podían formar cápsula y adquirían
patogenicidad.

La sustancia que pasaba de las bacterias
L muertas a las R vivas, y transformaba
a ésta última en S, el “principio
transformante”, no pudo aislarse.
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética

En 1944 Avery, McLeod y McCarty identificaron dicho “principio
transformante” como ADN.

El lisado de bacterias S lo mezclaron con bacterias R vivas, las cuáles se
transformaban en S y mataban a las ratas.

Comprobaron que de todas
las sustancias presentes en el
lisado bacteriano (proteínas,
azúcares, ác. nucleicos y
lípidos) sólo el ADN producía
dicha transformación.

Este cambio de paradigma
fue contestado por parte de
muchos investigadores, ya
que hasta el momento se
creía que eran las proteínas y
no el ADN el responsable, y
por otro lado, se dudaba de
que las bacterias tuvieran
genes.
http://www.dnaftb.org/17/animation.html
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética
Material genético en procariotas y eucariotas

La secuencia de bases nitrogenadas del ADN constituye la información
codififcada que las células emplean para fabricar sus proteínas. Sin embargo, la
organización de esta secuencia es diferente en las células procariotas y en las
eucariotas. Las principales diferencias quedan recogidas en la siguiente tabla:
ADN eucariota
ADN procariota
Lineal
Circular
Se localiza en el núcleo
Se localiza en el citoplasma
Asociado a proteínas histonas
Desnudo
Los genes presentan exones
intercalados con secuencias no
codificantes (intrones)
Genes continuos, sin intrones
Sólo el 10% del ADN codifica a
proteínas
Casi todo el ADN codifica a
proteínas
No tienen plásmidos
Presencia de plásmidos
En ambos el ADN consiste en una doble hélice de desoxirribonucleótidos
ADN y cromosomas

Durante la interfase, el ADN eucariota se encuentra en forma de cromatina
(fibra 30 nm), pero cuando la célula va a dividirse, cada una de las moléculas
lineales de ADN se condensa hasta formar los cromosomas, perfectamente
visibles al microscopio durante la metafase mitótica (cromosoma
metafásico), y cuya estructura se discutirá cuando se vea el núcleo celular.

Cromosoma eucariota: Representa
el máximo nivel de empaquetamiento
del ADN y está formado por ADN y
proteínas histonas.

Locus: Posición específica de un gen
en un cromosoma.

Gen: Factor heredable que controla
una característica específica.

Alelo: Forma específica de un gen,
que difiere de otros alelos en una o
varias bases y que ocupa el mismo
locus que los otros alelos del gen.
Web “Learn.genetic”de la Universidad de Utah
Genes y genomas

Genoma: Toda la información genética de un organismo.
Web “Learn.genetic” de la Universidad Utah
Video1
Genes y cromosomas

Puede decirse que un gen es una región de ADN que controla una
característica hereditaria específica, habitualmente correspondiente a una
sola proteína o a un solo ARN. Existen distintos tipos de genes:
- Genes reguladores son aquellos
que codifican para proteínas que
regulan la expresión de otros
genes estructurales, como por
ejemplo la síntesis de enzimas.
- Genes
estructurales
son
aquellos que codifican a proteínas
que llevan a cabo todas las
funciones del organismo y que
proceden de ARNm maduros tras
la eliminación de los intrones.
- Genes
no
traducidos
codifican a ARNt y ARNr.
que
Mutaciones



Las mutaciones son cambios al azar en el genoma, y se definen como un
cambio heredable de la secuencia de nucleótidos de un cromosoma, es decir,
alteraciones genéticas.
Las mutaciones se pueden clasificar según varios criterios:
Se define mutación génica como un cambio permanente en la secuencia de
nucleótidos de un gen, bien por sustitución, deleción o inserción.
Causas de las mutaciones: Mutágenos físicos
* Longitud de onda muy corta
(muy energéticos).
*
Rayos
gamma,
rayos
X,
partículas alfa y beta.
* Causan:
Animación1
Causas de las mutaciones: Mutágenos químicos

Los análogos de bases tienen similitud estructural con las bases
nitrogenadas, como el 5-bromouracilo con la timina, y se incorporan en el
ADN que se replica en lugar de la base correspondiente, permitiendo el
apareamiento posterior con la guanina en lugar de adenina.

Hay moléculas que reaccionan directamente con el ADN que no está
replicándose, ocasionando cambios químicos en las bases, lo que provoca
apareamientos incorrectos. Un ejemplo es el ácido nitroso, que provoca la
desaminación oxidativa de la adenina y la citosina, originando transiciones (A
por G o C por T).
Causas de las mutaciones: Mutágenos químicos

Los agentes intercalantes que se
insertan entre dos pares de bases
del ADN separándolas entre sí.
Durante
la
replicación,
esta
conformación
anormal
puede
conducir a inserciones o delecciones
en el ADN, originando mutaciones
por corrimiento de lectura. Las
sustancias más características de
este grupo son los colorantes de
acridina.

Las formas reactivas del oxígeno
(superóxidos, peróxidos y radicales
hidroxilo) que se producen durante
el metabolismo aeróbico normal
pueden dañar el ADN. Una de las
principales alteraciones que originan
es la transformación de la Guanina
en 8-oxo-G que aparea con la
Adenina. Esta alteración del ADN
produce transversiones: GC→TA.
Causas de las mutaciones: Mutágenos biológicos
Animación2
Consecuencias de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones

Mutaciones génicas: Producidas por el cambio de uno o varios
nucleótidos en la secuencia de un gen. Pueden deberse a:
Animación3
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica

La anemia falciforme es una enfermedad sanguínea en la que los
glóbulos rojos adquieren forma de hoz y son incapaces de transportar
oxígeno. Ocurre más frecuentemente en la población de origen africano,
donde el 1% la padece.

Las personas con anemia pueden
llegar a fallecer debido a problemas
renales, infecciones e ictericia.

La anemia falciforme se debe a una
mutación génica en uno de los genes
de
la
hemoglobina,
pigmento
transportador de oxígeno en los
glóbulos rojos.

La hemoglobina es una proteína con
estructura cuaternaria formada por 4
subunidades, dos cadenas alfa y dos
cadenas beta, a cada una de las
cuáles se les une un grupo hemo.
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica

El gen para la beta-globina esta localizado sobre el cromosoma 11 y tiene
muchos variantes alélicos, entre ellos, el de la hemoglobina falciforme (HbS),
responsable de la formación de los glóbulos rojos anormales (falciformes).

La anemia falciforme es un ejemplo de enfermedad hereditaria producida por
la presencia en los cromosomas homólogos 11 de la hemoglobina S en su forma
homocigótica (HbSHbS).

Una persona con fenotipo
normal presenta en la
pareja de homólogos del
cromosoma 11 el alelo
normal
para
la
hemoglobina A en su forma
homocigótica (HbAHbA).

Una persona hereocigótica
(HbAHbS) es portadora, y
aunque
puede
vivir
normalmente, hasta un
40% de su hemoglobina es
anormal.
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica

La hemoglobina anormal se debe a una sustitución de una única base en el
codón GAG del ARNm normal, que pasa a GUG, dando como resultado la
sustitución del aminoácido ácido glutámico por valina, en la posición 6 de la
cadena beta, resultando la hemoglobina S, en lugar de la hemoglobina A normal.
Animación4
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme y malaria
Anemia falciforme y malaria
Video2
Consecuencias evolutivas de las mutaciones
Consecuencias evolutivas de las mutaciones
Pruebas Acceso a la Universidad