Tema 16: EL ADN, PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO

Tema 16: EL ADN, PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO
1. EL ADN, PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO
El análisis quÃ−mico de los cromosomas dio 2 componentes: proteÃ−nas y ADN. Después de 36 años
se aceptó que los genes estaban constituidos por ácidos nucleicos, no x proteÃ−nas. Se llevaron a cabo una
serie de experimentos para constatar si era el ADN o las proteÃ−nas lo que se transmitÃ−a.
Mac Leod y McCarthy investigaron las transformaciones bacterianas observadas anteriormente por Griffith.
Este habÃ−a trabajado con una bacteria que era letal para los ratones. HabÃ−a 2 cepas, unas virulentas que
provocaban la muerte, con cápsula de polisacáridos (cepas S) y otras mutadas de las anteriores, inofensivas
(cepas R). Estos carecen de alguna enzima para sintetizas la cápsula por lo que son fagocitadas.
Grifitth infectó bacterias S muertas y vivieron, por lo que las cápsulas no eran las causantes de la muerte.
Al infectar un ratón con mezcla de S muertas y R vivas el ratón morÃ−a. Algo habÃ−a en los cadáveres
de las S que habÃ−a provocado la transformación de las R en S. Macleod y McCarthy dijeron que solo los
extractos de bacteria S muertas contenÃ−an ADN capaz de producir la Transf.. , luego el ADN era la
molécula portadora de la información biológica. Heshey y Chase llegaron a las mismas conclusiones.
Trabajaron con un virus de ADN que infectaba a las bacterias, un bacteriófago. A partir de un cultivo de S35
consiguieron virus que tenÃ−an este isótopo en los aminoácidos de su casida proteica, y a partir de otro
cultivo de P31 obtuvieron otros virus que tenÃ−an este isótopo en su ADN. Infectaron con estos virus la
E-coli y tras que los virus infectaran la bacteria, agitaron el cultivo para separar las cápsidas vacÃ−as de los
virus infectantes y las retiraron por centrifugación. A partir del primer cultivo observaron que la
radiactividad debida al s35 quedaba en las cápsidas vacÃ−as, y con el 2º isótopo vieron que el ADN
radiactivo aparecÃ−a en el interior de las bacterias y luego en el interior de los nuevos virus descendientes. Se
demostró que el ADN es la molécula que pasa de una generación a otra y contiene la info. genética.
2. LA COMPOSICION QUIMICA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS
2.1 LOS COMPONENTES DE LOS ACIDOS NUCLEICOS
El núcleo de las células hay una sustancia rica en fósforo y tiene carácter ácido: el ácido nucleico.
Por hidrólisis se vio que tenia 4 tipos de moléculas de carácter bádico y con nitrógeno: las bases
nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina. La A y G están formados x dos ciclos similar a la
purina: bases púricas. La C y T un solo ciclo: bases pirimidÃ−nicas.
Los ácidos nucleicos se pueden escindir en nucleótidos, constituidos por H3PO4 unido a una ribosa o
desoxirribosa, y ésta a una base N. Si faltaba el grupo fosfato eran nucleósidos. Por lo tanto, los ácidos
nucleicos son polÃ−meros de nucleótidos.
-Nucleósidos: unión de una ribosa o desoxi. con una base nitrogenada mediante enlace N-glucosÃ−dico
entre el carbono 1' de la pentosa y el nitrógeno 1' de la base pirimidÃ−nica o el 9' de la púrica. Se nombran
con la terminación -idina a la pirimidÃ−nica (Citidina, uridina)o -osina a la púrica
(Adenosina,Guanosina).Si la pentosa es la desoxirribosa se pone el prefijo desoxi-. (desoxiadenosina,
desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina)
-Nucleótidos: unión de una molécula de H3PO4 y un nucleósido. Es un enlace ester fosfórico del
nucleósido. Se nombran quitando la “a” al final del nombre del nucleósido y añadiendo el termino
5-monofosfato. (AdenosÃ−n-5'-monofosfato...;desoxiadenosÃ−n-5'-monofosfato..)
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-Ôcidos nucleicos: son polinúcleotidos. Los nucleótidos se unen fosfodiester entre sÃ− a través del
radical fosfato en el carbono 5' de un nucleótido y el OH del 3' de otro mediante. Hay ARN y ADN.
En el ADN: se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T).
En el ARN: se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y el uracilo (U).
3. EL ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO=ADN
3.1 CONCECTOS GENERALES. NIVELES ESTRUCTURALES Y DE EMPAQUETAMIENTO
El ADN es una cadena de nucleótidos de A G C y T unidos entre sÃ− mediante enlaces fosfodiester en
sentidos 53. El peso molecular es muy elevado.
En las eucariotas el ADN está en el núcleo pero también en las mitocondrias y cloroplastos. Esta
asociado a proteÃ−nas (histonas) El ADN mitocondrial y de cloroplastos es parecido al de las procariotas.
Para que el ADN quepa dentro del núcleo queda muy empaquetado según diferentes niveles En el ADN
hay 3 niveles estructurales: estructura primaria o secuencia de nucleótidos, secundaria o doble hélice y
terciaria o ADN súperenrollado(torsión de la doble hélice sobre si misma)
.
3.2 ESTRUCTURIA PRIMARIA DEL ADN (secuencia de nucleótidos): Es la secuencia de nucleótidos de
una sola cadena o hebra. El nº de hebras diferentes de ADN que se puede formar combinando las 4 bases
nitrogenadas es muy elevado. SI se consideran estas combinaciones, a través de la secuencia de bases
nitrogenadas es posible estructurar el mensaje biológico o información genética.
Los porcentajes de G C A T son los mismos para todos los individuos de una misma especie.
3.3 ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN (doble hélice)
Es la disposición en el espacio de dos hebras en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y
unidas mediante puentes de hidrogeno. Se dedujo a partir de:
-La densidad y viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN era superior a las esperadas. Se supuso que
debÃ−an agruparse entre ellas a través de puentes de hidrógeno entre los grupos -NH2, -CO- y =NH
-La frecuencia de aparición de nucleótidos, en la que todos los ADN tenÃ−an tanto A T C G en la misma
proporción. Los puentes de hidrogeno eran entre A y T (2 puentes) y entre C y G (3 puentes)
-Los estudios mediante difracción de rayos X aportaron nuevos datos sobre la estr del ADN. Impresionan
una placa fotográfica, dando lugar a un dibujo de puntos. Se descubrió que el ADN tenia estructura fibrilar.
Según esto, Watson y Crack elaboraron el modelo de doble hélice. El ADN estarÃ−a formado por dos
cadenas de polinucleótidos que serÃ−an antiparalelas, complementarias y enrolladas sobre la otra en
forma plectonÃ−mica (doble hélice). La secuencia de cada cadena es diferente(AT, GC). Para separarlas,
hay que girar una respecto de la otra.
La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable, si se calienta una dispersión de fibras de ADN,
a los 100ºC las dos hebras se separan, con la desnaturalización del ADN. Si se mantiene el ADN
desnaturalizado a 65ºC, las dos hebras vuelven a unirse. Esto es la renaturalización y lo que permite la
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hibridación si se parte de hebras de distintos ADN.
3.4 EL ADN SUPERENROLLADO. EL EMPAQUETAMIENTO DEL ADN CIRCULAR
Las moléculas de ADN circular presentan una estructura retorcida sobre sÃ− misma formando una
superhélice, el ADN superenrollado. Se debe a la acción de las enzimas ADN-topoisomerasas II.
Proporciona 2 ventajas: reducen la longitud del ADN y le dan estabilidad;y facilitan el proceso de
duplicación del ADN, ya que en la superhélice del ADN natural, el sentido de las vueltas es a la derecha y
las enzimas despiralizan al revés, y el superenrollamiento anula vueltas a la derecha y las tensiones
3.5 TIPOS DE ADN SEGÃ N SU ESTRUCTURA, FORMA Y EMPAQUETAMIENTO
-Según su etructura pueden ser de una hebra: monocatenario ode dos: bicatenario.
-Según su forma,el monocatenario(muy raro)puede ser circular, o lineal. El bicatenario es circular (bacterias,
mitocondrias, cloroplastos, virus) o lineal como el ADN del núcleo de las eucariotas y algunos virus.
-Según las moléculas que sirven de soporte para empaquetar ADN, se distingue el ADN de las ecuariotas
asociado a histonas y en las procariotas a otro tipo de proteinas y ARN.
Tema 17: DUPLICACIÃ N O REPLICACION DEL ADN.
1. LA DUPLICACIÃ N DEL ADN. NECESIDAD Y EXPLICACIÃ N
1.1 Necesidad de duplicación: La duración de vida de los organismos es variable, pero mueren. Para que no
se extinga la especie, reproduciéndose dan lugar a nuevos individuos. Para ello, es preciso la formación de
copias de ADN del progenitor/es. La info. Genética de los virus se encuentra en el ARN. Los procesos
vitales se prologan a través del tiempo gracias a la capacidad de duplicaron del ADN.
1.2 Primera hipótesis: La strucutura en doble hélice del ADN permite dar lugar a copias, ya que presenta
cadenas complementarias entrelazadas(gran estabilidad) y además bastarÃ−a con que una enzima
specÃ−fica las separara y asÃ− cada una servirÃ−a de molde para sintetizar nucleótidos sueltos bajo la
acción de la complemntaria.
La duplicación ocurre en una etapa previa a la división celular, la fase S de la interfase. El proceso es
similar en las células procariotas y en las eucariotas.
Se propusieron tres hipótesis para explicar la replicación del ADN:
•Hipótesis semiconservativa: Fue propuesta por Watson y Crick. Según esta hipótesis las dos cadenas del
ADN se separan y cada una de ellas actúa como molde dirigiendo la sÃ−ntesis de su complementaria, por lo
que las dos nuevas moléculas de ADN tendrán cada una de ellas una cadena de la molécula antigua y
otra cadena de nueva sÃ−ntesis.
•Hipótesis conservativa: una vez producida la duplicación se forman dos moléculas de ADN; una de ella
tendrÃ−a las dos cadenas de la molécula antigua y la otra tendrÃ−a las dos hebras nuevas.
•Hipótesis dispersiva: las hebras, al final, están constituidas por fragmentos distintos de ADN antiguo y de
ADN sintetizado.
En 1958 Meselson y Stahl confirmaron experimentalmente, en Escherichia coli mediante marcaje radioactivo
la hipótesis semiconservativa.
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1.3 Experimento de Meselson y Stahl: Cultivaron bacterias en un medio con nitrógeno pesado( N15), de
forma que las bacterias tenÃ−an un ADN que pesaba más que las bacterias crecidas en un medio con N14.
Esto permitÃ−a separar por centrifugación las moléculas de ADN pesadas de las ligeras. El experimento
consistió en pasar bacterias cultivadas en N15 a un medio con N14 durante el tiempo de duplicación de las
bacterias. Extrajeron y centrifugaron el ADN y comprobaron que se quedaba en una posición intermedia
entre el ADN pesado y el ligero. Esto sugirió que eran moléculas hÃ−bridas, lo que descartaba la
hipótesis conservativa. Si se dejaba que se dividieran más veces, la proporción de ADN hÃ−brido
disminuÃ−a, lo que descartaba la hipótesis dispersiva y confirmaba la hipótesis semiconservativa mediante
otro ensayo: después de aislar el ADN hÃ−brido y someterlo a una temperatura consiguieron separar las
dos hebras, y mediante un enfriamiento consiguieron que no se volvieran a asociar. Lo centrifugaron y
comprobaron que una hebra era ligera y otra densa
= à stos diseñaron un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la replicación del
ADN. Cultivaron bacterias E.coli en un medio de nitrógeno pesado N15, un isótopo pesado de nitrógeno.
Que el ADN sintetizado fuera de densidad pesada, permitió separarlas mediante centifrugación utilizando
un medio que presente un gradiente de densidades. Las moléculas de ADN ligero quedan más arriba y las
de ADN pesado más abajo en el tubo. Experimento: Pasaron las bacterias cultivadas con N15 a un medio
con N14,se duplicó el ADN y centrifugaron. Luego, mediante rayos ultra violeta se pudo deducir que el
ADN recién sintetizado ocupaba en el tubo una posición intermedia entre la del N15 y N14. Se trataba
pues de ADN hÃ−brido, x lo que se descartaba la hipótesis conservativa. Las bacterias que habÃ−an estado
creciendo en Nitrógeno pesado (N15) las pasaron a un medio de cultivo que contenÃ−a N14 y a distintos
tiempos, dos generaciones, tres generaciones de replicación…, tomaban una muestra del cultivo bacteriano,
extraÃ−an el ADN y centrifugaban en gradiente de densidad.
Descartaron la hipótesis dispersiva. Otro esnsayo: después de aislar el ADN hÃ−brido y someterlo a una
temperatura consiguieron separar las dos hebras, y mediante un enfriamiento consiguieron que no se volvieran
a asociar. Lo centrifugaron y comprobaron que una hebra era ligera y otra densa confirmando la hipótesis
semiconservativa.=
2. EL SENTIDO DE CRECIMIENTO DE NUEVAS HEBRAS
2.1 La sÃ−ntesis de ADN in vitro
Se aisló un enzima a partir de Escherichia Coli la enzima ADN-polimerasa. Para la sÃ−ntesis de ADN
además de la enzima necesitaban los cuatro tipos de desoxirribonucleótidos en forma de trifosfatos(A, T,
G; C), iones de magnesio y un ADN en el que una de las hebras actúe como patrón y un extremo de la otra
como cebador.
La ADN-polimerasa es una enzima constituida por unos 1000 aminoácidos, se encuentra en el núcleo y en
las mitocondrias. Posee varios lugares donde se fijan los sustratos, que son ocupados por el ADN patrón y
cebador, y el siguiente nucleótido que se añadirá.
In vitro permite la sÃ−ntesis de ADN a partir de natural, pero es incapaz de iniciar la cadena, se limita a
añadir nucleótidos al extremo que presenta libre el carbono 3` del último nucleótido del ADN cebador.
(no al carbono 5'). Es decir, la cadena del ADN cebador sólo puede crecer en sentido 5'â 3'. En una
cadena, el nucleótido que tiene libre el C5' es el primero y el C3' es el último y al que se añaden. La
ADN-poli actúa de forma que la nueva hebra sintetizada es antiparalela y complementaria.
2.2 El problema de la dirección en la duplicación del ADN in vivo
Cairns realizó un experimento encaminado a observar la duplicación del ADN. Mantuvo bacterias E-coli en
un medio con timina marcada con titrio(H³), isótopo radiactivo que emite partÃ−culas que impresionaban
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una placa fotográfica permitiendo localizar las moléculas de ADN sintetizado. Se pudo obtener una
secuencia completa de una replicación de ADN.
Las imágenes iniciales tenÃ−an forma de V y son las horquillas de replicación, formadas por las dos
nuevas hebras de ADN titriado sintetizadas sobre la doble cadena antigua, escindida para servir de molde. Las
imágenes posteriores tenÃ−an forma de luna y son las burbujas de replicación. Y las imágenes finales
parecÃ−an cÃ−rculos aplastados, descubriendo que el ADN de E-coli era circular.
Se confirmó la hipótesis conservativa y tbm descubrió la existencia de un punto concreto como origen de
la replicación del ADN. Erróneamnt se dedujo que la replicación era unidireccional, ya que es
bidireccional y hay una horquilla ala izquierda del punto de inicio y otra a la derecha que van progresando
opuestamente.
Dos dilemas: -Cómo la ADN-polim podÃ−a sintetizar sin cebador y -cómo las dos nuevas hebras de la
horquilla crecÃ−an en paralelo: si una lo hacia en direccion 5'â 3', la otra lo debÃ−a hacer en 3'â 5' lo
cual era imposible.
La solución fue el descubrimiento de fragmentos de Okazaki, constituidos por 50 nucleótidos de ARN y
1000 de ADN y sintetizados por la ARN-poimerasa (que no precisa cebador) y por la ADN-polim.
3. MECANISMO DE LA DUPLICAIÃ N DEL ADN
La replicación en procariotas y eucariotas es bastante parecida aunque presentan algunas diferencias:
En bacterias:
1. Existe un origen de replicación(secuencia de nucleótidos) que actúa como señal de iniciación.
2. El proceso se inicia con la enzima helicasa que rompe los puentes de hidrogeno entre las dos hebras
complementarias y las separa para que sirvan de moldes. El desenrollamiento de la doble hélice da lugar a
superenrollamientos en el resto d la molécula, por lo q se hace preciso topoisomerasas, proteinas que cortan
una o las dos fibras(las girasas) eliminando las tensiones en la fibra y empalmándolas nuevamentes.
3. Después intervienen las proteÃ−nas estabilizadoras que tiene como función mantener la separación de
las dos hebras complementarias. Se enlazan sobre el ADN de hebra única y se inicia la formación de
horquillas de replicación.
4. El proceso es bidireccional, la helicasa trabaja en sentidos opuestos. Las dos horquillas de replic. Forman
las burbujas de replic.
5. Interviene primero la ARN-polim (primasa) y sintetiza ARN de unos diez nucleótidos= primer=cebador.
6. Después interviene la ADN-poli partiendo del primer comienza a sinterizar (5'â
a partir de nucleótidos trifosfasto. El crecimiento es continuo.
3') una hebra de ADN
7. Sobre la otra hebra antiparalela, la ARN-poli sintetiza unos 40 nucleótidos que distan 1000 de la señal
de iniciación, y la ADN-poli sintetiza unos 40nucleótidos formándose un fragmento de Okazaki. (Se
repite el proceso a medida que se separan las hebras). Posteriormente, interviene otra ADN-poli que retira los
segmentos de ARN y luego rellena los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, interviene la
ADN-Ligasa que empalma entre sÃ− los fragmentos. Es de crecimiento discontinuo. Es la hebra retardada
porque tarda más en crecer.
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8. El proceso se continúa asÃ− hasta la duplicación total del ADN.
En eucariontes
El proceso es parecido pero tiene diferencias.
1.El ADN de los eucariontes esta fuertemente asociado a histonas. Durante la replicación la hebra patrón a
la hebra conductora se queda con las histonas y ambas se enrollas sobre los octámeros antiguos. La hebra
que sirve de patrón a la retardada se arrolla sobre nuevos octámeros de histonas que llegan a los lugares de
replicación para formar nuevos nucleosomas.2.La longitud es mucho mayor y el proceso mas lento, en cada
ADN de un cromosomas hay un centenar de orÃ−genes de replicación. Se forman unas cien burbujas de
replicaron. Se activan de forma coordinada y forman las unidad de replicación o replicones.
Los fragmentos de Okazaki son más pequeños.
18. EL ARN Y LA EXPRESION DEL MENSAJE GENETICO
1. EL ACIDO RIBONUCLEICO = ARN
Esta constituido por nucleótidos de ribosa, con las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene
timina. Suele ser monocatenario.
Hay ARN con función biocatalizadora, por lo que en el origen de la vida, pudieron ser las 1º moléculas
que pudieron autoduplicarse. Luego el ADN guardarÃ−a la información genética, ya que es más estable.
Se encuentra en muchos tipos de virus, en procariotas y eucariotas. Hay varios tipos: ARN bicatenario y ARN
monocatenario (ARNs o ARNt, ARNm, ARNr, ARNn)
1.1 El ARN soluble o de transferencia (ARNs o ARNt)
Tiene entre 70 y 90 nucleótidos, en el citoplasma, hay unos 50 tipos. Su función es transportar
aminoácidos especÃ−ficos hasta los ribosomas, donde según la secuencia especificada en un ARNm
(transcrita a su vez del ADN), se sintetizan las proteÃ−nas. Es monocatenario y tiene zonas con estructura
secundaria en doble hélice y otras sólo con primaria que forman asas confiriéndoles una forma de
trébol a la molécula. Hay un brazo D y su asa, un brazo T y su asa, un brazo: anticodón y su asa y el
brazo aceptor de aminoácidos.
Además de los nucleótidos A G C y U aparecen bases metiladas: en el brazo D la dihidrouridina, en el T
ribotimidina y el anticodón un triplete de nucleótidos (anticodon) complementario de un triplete del ARNm
(codón)
En el extremo 5' hay guanina y en el 3', donde se enlaza el aminoácido un triplete de -C-A-A.
1.2 El ARN mensajero (ARNm)
Monocatenario y lineal, su función es transmitir la información del ADN y llevarla hasta los ribosomas
para sintetizar proteÃ−nas a partir de los aminoácidos aportados por el ARNt.
ARNm eucariótico: presenta zonas en doble hélice por la complementariedad de las bases y zonas lineales
que dan lugar a los lazos en herradura. Está asociado a proteÃ−nas formando las partÃ−culas
ribonucleoproteicas mensajeras. Se forma a partir de un ARN heterogéneo nuclear que tiene dos segmentos
con información o exones alternados con otros sin info. o intrones que se suprimen y no aparecen en el
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ARNm, es el proceso de maduración (en el núcleo). El ARNm tienen en su extremo 5' guanosina metilada
=caperuza que bloquea la acción de las exonucleasas que pueden destruir el ARNm y constituye la señal
de inicio en la sÃ−ntesis de proteÃ−nas. En el extremo 3' hay muchas adeninas: la cola de poli-A, que es
estabilizador frente a las exonucleasas. El ARNm solo tiene información para una cadena polipeptÃ−dica.
ARNm procariótico: no tiene exones, ni intrones, ni caperuza, ni cola de poli-A. Contiene informaciones
separadas para distintas proteÃ−nas.
1.3 El ARN ribosomico (ARNr)
Constituye, en parte los ribosomas. Tiene segmentos lineales y en doble hélice. Está asociado con las
proteÃ−nas ribosómicas, formando estructuras asociadas a la sÃ−ntesis de proteÃ−nas, pues le da a los
ribosomas la forma adecuada para alojar ARNm y ARNt, portadores de los aminoácidos que formaran las
proteÃ−nas durante el proceso.
1.4 El ARN nucleolar (ARNn)
Constituye en parte el nucléolo. Se origina a partir de segmentos de ADN (como la región organizadora
nucleolar. A partir de ese ADN se forma un ARN nucleolar de 45s que se asocia a proteÃ−nas procedentes
del citoplasma. Luego, la ribonucleoproteÃ−na se escinde en 3 ARN y se añade un ARN de 5s sintetizado
en el nucleoplasma a partir de otro segmento de ADN. A partir de todos ellos se formaran las dos subunidades
ribosómicas.
1.5 Funciones
- Transmisión de la información genética desde el ADN a los ribosomas: las ARN-polimerasas a partir
de un secuencia de nucleótidos de ADN con info sobre una proteÃ−na sintetizan ARNm (trascripción).
Luego éste llegará hasta los ribosomas. El ADN es utlizado solo como almacén de info genética.
- Conversión de la secuencia de ribonucleótidos de ARNm en una secuencia de aminoácidos: traducción.
Intervienen ARNm, ARNr(ribosomas), ARNt
-Almacenamiento de la info genética: solo algunos virus que carecen de ADN.
2. TEORIA UN GEN-UNA ENZIMA
Garrod observó que la alcaptonuria era una enfermedad hereditaria recesiva. Se introdujo el término gen:
fragmento de ácido nucleico que tiene la información para un determinado carácter. Ocupa en el ácido
una posición fija (locus) en el que puede haber más de un tipo de gen para un mismo carácter. Cada uno
de los diferentes genes que pueden ocupar un mismo locus es el alelo. Mediante análisis se vio que los
problemas que daba la alcaptonuria eran por la presencia de otro ácido. En los individuos sanos esta
sustancia era transformada en otra y desaparecÃ−a, asÃ− que se pasó a un paralelismo entre gen y sustancia.
Después Beadle y Tatum cogieron el hongo neurospora crassa, que solo necesita para vivir sust minerales,
carbono y biotina. Con radiación con ultra violeta que altera el ADN aparecieron mutantes que solo
sobrevivÃ−an si se añadÃ−a el aminoácido arginina, necesario para sintetizar sus proteÃ−nas. HabÃ−an
perdido asÃ− la capacidad de sintetizar este aminoácido.
Mediante análisis bioquÃ−micos se confirmó que los mutantes carecÃ−an de algunas enzimas y que cada
uno de ellos aumentaba mucho uno de los componentes de la vÃ−a de la arginina. AsÃ− pues: al faltar una
enzima, el metabolismo se bloquea en aquella sustancia sobre la que actúa. Los mutantes vivÃ−an si al
medio se le añadÃ−a la sustancia que no podÃ−an sintetizar. AsÃ− habÃ−a paralelismo entre gen-enzima.
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Al alterarse la secuencia de nucleótidos de un gen, falta una enzima. Mediante enzimas se controlan
sustancias y caracterÃ−sticas de los organismos.
3. LA EXPRESION DEL MENSAJE GENETICO
Se estableció una correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de
aminoácidos de la enzima que el gen codifica.En el núcleo se pasa de una secuencia de bases nitrogenadas
de un gen (ADN) a una de bases nitrogenadas complementarias de un ARNm: trascripción. En los ribosomas
se pasa de una secuencia de ARNm a una secuencia de aminoácidos: traducción
3.1 La transcripción
Es el paso de una secuencia de ADN a una secuencia de ARN (m, r o t). Intervienen el ADN, ribonucleótidos
ACGU y ARN-polimerasas.
En los eucariontes hay 3 tipos de ARN-polimerasas, según el ARN que se sintetiza. Los genes están
fragmentados y se necesita un proceso de maduración en el que se eliminen los intrones y se empalmen los
exones. Hay genes como los de las histonas que no tienen intrones. El ADN también esta asociado a
histonas formando los nucleosomas. En genes que se transcriben continuamente el ADN está extendido. En
otros siempre está aparentemente en forma de nucleosoms. Y en otros hay tanscripción a la forma
extendida solo durante la transcripción. Hay varias etapas(caso sÃ−ntesis de ARNm):
1. Iniciación: hay una región del ADN (promotora) donde se fija la ARN-polimerasa que tiene dos
señales o secuencias de consenso: la CAAT y la TATA, a distintas distancias antes del punto de inicio.
2. Alargamiento o elongación: el proceso de sÃ−ntesis continua en sentido 5'3'. Al cabo de 30 nucleótidos
transcritos se añade una caperuza constituida por una metil-adenosin-trifosfato al extremo 5'
3.Finalización: esta relacionada con la secuencia TTATTT. La enzima poli-A añade al extremo final 3'
muchas adeninas: la cola de poli-A.
4. Maduración: se produce en el núcleo. La realiza la enzima ribonucleoproteÃ−na pequeña nuclear
(RNPpn), El ARNpn tiene secuencias que son complementarias de las de los extremos de los intrones. Al
asociarse, el intron se curva y se desprende, apareciendo las ARN-ligasas que empalman los exones.
4. LA CLAVE GENETICA
Es la relación entre la secuencia de nucleótidos y de aminoácidos. Se hicieron descubrimientos: Severo
Ochoa aisló una enzima capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo y a partir de nucleótidos que
hubiera en el medio. A partir de un medio con solo UDP, se sintetizaron ARNm en el habÃ−a poli-U.
Luego, Nirenerg puso 20 tubos con los 20 aminoácidos y en cada uno habÃ−a un aminoácido marcado con
C14. Se añadió el poli-U y se observó que solo aparecÃ−a un polipéptido radiactivo, la fenilalanina. A
partir de un poli-C se identificó su colinearidad con la prolina. A partir de poli-G no se obtuvieron resultados
y partir de la poli-A se obtuvo polilisina.
Dado que sólo hay cuatro tipos de nucleótidos y que interviene 20 tipos de aminoácidos, la colinealidad
no se podÃ−a establecer uno a uno, ni entre dupletes de aminoácidos,sino como se establecÃ−a entre
tripletes de nucleótidos y aminoácidos.
En la clave genética hay algunos aminoácidos con varios tripletes que difieren en un solo nucleótido.
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Esto es la degeneración. Aunque se produzca un error en la copia de un nucleótido, seguirÃ−a la
colinearidad entre triplete y aminoácido. Por otro lado, si solo hubiese 20 tripletes traducibles, habrÃ−a 44
sin sentido, por lo que un simple error interrumpirÃ−a la biosÃ−ntesis.
5. LA TRADUCCION O BIOSINTESIS DE LAS PROTEINAS
La lectura por los ribosomas del mensaje genético transportado por el ARNm que conduce al a sÃ−ntesis
de la cadena péptidica es un proceso parecido en pro y eucariotas, tiene 3 fases:
5.1 Iniciación de la sÃ−nteisis (eucariotas)
-El primer paso es la construcción del complejo de iniciación 80S, que tiene un ribosoma unido a un
ARNm y ARNT iniciador cargado con metionina.
-Determinados factores de iniciación y con la energÃ−a del GTP provocan la unión de la sub pequeña del
ribosoma con el ARNt iniciador cargado con metionina.
-Otros factores de ini facilitan que la subunidad menor 40s unida a la metionina reconoce la caperuza y se une
con el ARNm.
-La sub pequeña se desplaza por el ARNm en sentido 5'3' hasta encuentrar el codón inicador AUG. Se
produce la unión del AUG del ARNt iniciador cargado con metionina, el cual posee el anticodon UAC.
-Al encajr la metionina en el AUGse liberar los factores de ini que dejan paso a la subunidad mayor del
ribosoma 60s que forma el complejo de iniciación 80sjunto con la sub peq, ARNm y la metionina. En la sub
mayor se localizan tres sitios de fijación: A, P y E.
La traducción comienza por el triplete iniciador AUG que este mas próximo a la caperuza del ARNm
(extremo 5')
5.2 Elongación de la cadena peptÃ−dica
Es el proceso catalizado por el complejo enzimático peptidil transferasa mediante el cual los sucesivos
aminoácidos que se van añadiendo a la cadena peptidica en el seno del ribosom, quedan unidos mediante
enlace peptÃ−dico.
La incorporación de un nuevo aminoácido a la cadena peptidica en formación se lleva a cabo mediante un
mismo proceso de elongación que tiene 3 fases: cuando finaliza la 3º se incorpora otro aminoácido y asi
sucesivamente.
Las fases son: entrada del ARNt-aminoácido, formación del enlace peptÃ−dico y traslocación.
5.3 Terminación de la sÃ−ntesis de la cadena peptÃ−dica
Se detiene cuando, en el momento de producirse la última traslocación del ribosoma, aparece en el sitio A
uno de los 3 codnes de terminación del ARNm (UAA, UAG o UGA). Hay un factor proteico de
terminación que se une al codón de terminación e impide que algun aminoacil-ARNt se aloje en el sitio A.
El complejo enzimatico peptidil transferasa se ve obligado a catalizar la transferencia de la cadena peptidica a
una molécula de agua provocando la hidrólisis del enlace entre el peptido recién sintetizado y el ARNt.
6. LA REGULACION DE LA EXPRESION GENETICA
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La cantidad de proteÃ−nas sintetizadas depende de la cantidad de ARNm del citoplasma y la cantidad de
estos regula los nivles enzimaticos del medio. Asi que hay que regular la sÃ−ntesis de ARNm.
6.1 El operon
El descubrimiento de cómo se controla se observó por el efecto glucosa. Si a un cultivo de E.coli con
lactosa se añade glucosa, el nivel de la enzima B-galactosidasa disminuye, ya que las enzimas aparecen solo
cuando son necesarias. AsÃ− se descubrió que las enzimas reprimidas eran 3.
Se concluyó que el sustrato reprimÃ−a el conjunto de enzimas que intervienen en una misma vÃ−a
metabólica.
Luego se propuso el modelo del operon que explica como se efectúa el control de la biosÃ−ntesis proteica.
Hay dos genes: estructurales (codifican proteÃ−nas y enzimas) y reguladores (codifican proteÃ−nas cuya
misión es controlar la actividad de los genes estructurales, las proteinas represoras)
En el operon lac hay un gen regulador y 3 estructurales. Junto al 1º gen estructural que se transcribe hay 2
zonas, la promotor en donde se fija la ARN-polimerasa y la operador donde se fija el represor.
En el lac, el represor se asocia a la zona operador impidiendo que la ARN-polimerasa transcriba genes
estructurales. Este operon funciona según la inducción enzimática ya que hay inductores que al asociarse
con los represores, provocan en ellos alteraciones en sus estructuras. Los represores pierden afinidad por la
zona operador y la ARN-polimerasa transcribe genes estructurales.
Otros funcionan según la represión enzimática, el operon his es responsable de la sÃ−ntesis de histidina.
Si al medio se añade histidina, desaparecen las enzimas necesarias para la sÃ−ntesis. El represor en estado
normal es inactivo pero si aparece otra molécula (correpresor) como la histidina, el represor se vuelve
activo y se reprime la sÃ−ntesis enzimática.
Tema 19: MUTACIÃ N
Una mutación es una alteración al azar del material genético. Por lo general, las mutaciones son
recesivas y permanecen ocultas, pero pueden suponer deficiencias y llegar a ser letales. Sin embargo, aunque
muchas pueden ser negativas para el individuo, comportan un aspecto positivo para la especie, porque
permiten que se produzca la selección natural, es decir, la evolución de las especies.
MUTACIONES
• Alteraciones al azar del ADN.
• Suponen deficiencias; a veces, provocan la muerte.
• A pesar de ser malas, pueden hacer que una especie no se extinga = selección natural.
células somáticas â carecen de importancia.
• Las mutaciones se dan en:
células reproductoras â transcendentes ya que las células del nuevo organismo, tendrán la
misma información que la célula cigoto.
Espontáneas
• Mutaciones
Provocadas â radiaciones, sustancias quÃ−micas…
â
Agentes mutáneos.
• Dependen de a cuanta zona hayan afectado â mutaciones genómicas (SÃ−ndrome de down).
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â mutaciones cromosómicas
â mutaciones génicas
â
Producen alteraciones en la secuencia de bases de un gen.
Mutación de sustitución de bases: Mutación x pérdida de nucleótidos:
son cambios de una base por otra. Se denominan adicionales. Alteran los
tripletes siguientes. Consecuencias graves. Son el 80% de las mutaciones.
Transiciones: Transversiones:
- púrica por púrica; - púrica por pirimidÃ−nica
- pirimidÃ−nica por pirimidÃ−nica. - PirimidÃ−nica por púrica
Tema 20: LOS GENES Y LA INGERNIRÃ A GENÃ TICA
-Beadle y Tatum demostraron con la teorÃ−a de un gen-una enzima que la forma como un gen controla un
carácter es mediante la producción de una enzima que actúa en una determinada ruta metabólica,
posibilitando la sÃ−ntesis de una determinada sustancia.
-La unidad de función es el gen, segmento de ADN, o ARN (virus) con infamación para una cadena
polipeptÃ−dica o para un ARN. El gen presenta intrones, segmento sin información y exones que si la
poseen. Pero la unidad de estructura es el nucleótido.
-La ingenierÃ−a genética es una técnica que consiste en la introducción de genes en el genoma de un
individuo que carece de ellos.
- Recombinación: Es una técnica que consiste en la introducción de genes en el genoma de un individuo
que carece de ellos a través de las enzimas de restricción, que cortan el ADN en puntos concretos y
separan los segmentos. El ADN recombinante es el que se ha formado al intercalar un segmento de ADN
extraño en un ADN receptor. Las enzimas de restricción hacen posible la formación de este ADN. Se
puede aislar un gen determinado y mediante un vector introducirlo en bacterias. Al reproducirse van
aumentando el número de copias de ese gen.
-Transformación: En una bacteria puede haber uno o más plásmidos bacterianos, un ADN. Si mediante
la lisis de las bacterias quedan libres en el medio, pueden penetrar dentro de otras bacterias
(transformación) Las bacterias receptoras adquieren las propiedades de los genes contenidos en el
plásmido.
A los plásmidos que se utilizan como vectores de un ADN, se les añaden genes que codifiquen proteÃ−nas
degradadoras de antibióticos. Luego se seleccionan las bacterias que han integrado el plásmido, ya que son
las únicas que sobreviven en un medio con antibióticos.
-Transducción: cuando un virus infecta una bacteria y se inicia el ciclo lÃ−tico, con la destrucción del ADN
celular, se replica el vÃ−rico y se sintetizan las proteÃ−nas de la cápsida. Luego se encapsulan los
ADN-vÃ−ricos formándose nuevos virus, pero a veces, por error, se encapsulan segmentos de ADN
bacteriano. Estos virus pueden infectar a una 2º bacteria e introducir el segmento de ADN de la otra
bacteria. Este es el proceso. Este se puede recombinar con su segmento homólogo y que la bacteria adquiera
las propiedades de los genes de la otra célula.
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