EL ADN

GENÉTICA MOLECULAR
ADN
ARN
EL MENSAJE GENÉTICO:



Replicación
Transcripción
Traducción
EL CÓDIGO GENÉTICO
APLICACIONES ( Ingeniería genética )
EL ADN
El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras:
primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores
Estructura primaria
El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa.
Las bases nitrogenadas que se hallan formando los nucleótidos de ADN
son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. No aparece Uracilo. Los nucleótidos se
unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de
unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' de siguiente
nucleótido.
Como el primer nucleótido tiene el carbono 5´ y el siguiente nucleótido tiene el carbono
3´, se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5´a 3´ ( 5´
3´ )
Estructura seundaria
La estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y Francis Crick, y la
llamaron el modelo de doble hélice de ADN.
Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos. Estas dos hebras se sitúan de
forma antiparalela, es decir, una orientada en sentido 5' → 3' y la otra de 3' → 5'. Las
dos están paralelas, formando puentes de Hidrógeno entre las bases nitrogenadas
enfrentadas.
Cuando en una hebra encontramos Adenina, en la otra hebra hallamos Timina. Cuando
en una hebra encontramos Guanina, en la otra hallamos Citosina. Estas bases
enfrentadas son las que constituyen los puentes de Hidrógeno. Adenina
forma dos puentes de Hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de Hidrógeno
con la Citosina.
Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del
sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante
puentes de Hidrógeno.
Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación del ADN sean
copia complementaria de cada una de las hebras existentes.
Estructura terciaria
El ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células
eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo. Cuando el ADN se une a
proteínas básicas, la estructura se compacta mucho.
Las proteínas básicas son Histonas
La unión con Histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cada nucleosoma
está compuesto por una estructura voluminosa, denominada core, seguida por un
eslabón o "Linker". El core está compuesto por un octámero de proteínas, Histonas,
denominadas H2A, H2B, H3 y H4. Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta
estructura está rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al
octámero. El Linker está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con
otro y una histona H1.
El conjunto de la estructura se denomina fibra de cromatina de 100Å. Tiene un aspecto
repetitivo en forma de collar de perlas, donde las perlas serían los nucleosomas, unidos
por los linker.
Estructura cuaternaria
La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se
empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el
conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide.
Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula
eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los
cromosomas.
EL ARN
Los ácidos ribonucleicos constan de largas cadenas de ribonucleótidos, y aunque son
más cortas que los ADNs, son mucho mas abundantes en la mayoria de las células.
Tanto en las células procariotas como en las eucariotas, las tres clases principales de
ARN son:



ARNm ( ARN mensajero )
ARNr ( ARN ribosómico)
ARNt ( ARN transferente )
Cada uno de ellos consta de una sola cadena de ribonucleótidos y una función biológica
característica
El ARNm actúa como matriz utilizada por los ribosomas para la traducción de
información genética en la secuencia aminoacídica de las proteínas. La secuencia del
ARNm es complementaria al mensaje genético contenido en un segmento específico de
la cadena patrón de ADN.
El ARNt consta de una cadena de ribonucleótidos que posee una conformación muy
plegada. Cada uno de los 20 aac que se encuentra en las proteínas tiene una o mas
ARNt correspondientes a las que se une para ser transportado a los ribosomas, en donde
los ARNt actúan como adaptadores para traducir los vocablos del código del ARNm en
la secuencia de tres nucleótidos específica denominados anticodon que es
complementario con el codón ( secuencia de tres nucleótidos del ARNm que codifica
para un aminoácido específico )
El ARNr son los componentes principales de los ribosomas y constituyen el 65% de su
peso. Los ARNr desmpeñan un importante papel en la estructura y función de los
ribosomas. Según su tamaño se distinguen los siguientes tipos:


Ribosomas 70 S ( procariotas ): 30S + 50S
Ribosomas 80 S ( eucariotas ): 40S + 60S
S = velocidad de sedimentación ( suedberg )
EL MENSAJE GENÉTICO
El dogma central de la genética molecular ( Crick 1970 )
ADN
transcripción
ARN
traducción
PROTEÍNA
Replicación
La hipótesis de Watson-crick postulaba que cada hebra del ADN ( duplo-helicoidal )
actuaba como patrón para la replicación de las hebras hijas complementarias. Así se
formaban dos moléculas dúplex, idénticas a la del ADN progenitor, de tal modo que
cada uno de los cuales contendría una hebra intacta procedente del ADN paterno.
Posteriormente se llegó a la conclusión de que cada molécula de ADN dúplex hija
contiene una hebra progenitora y una hebra recién sintetizada. Este tipo de replicación
se llama semiconservativa.

Los modelos replicativos son muy similares en procariotas y en eucariotas.
Los cromosomas contienen un origen en donde comienza la replicación. Este
punto está constituido por una secuencia de nucleótidos específica sin la cual el
ADN no podría duplicarse y que es reconocida por proteínas celulares
específicas que inician la replicación en ese punto.
La replicación en virus y procariotas se produce de modo bidireccional, donde
existen dos horquillas de replicación. Ambas comienzan en el origen, del cual se
alejan, a la vez, en direcciones opuestas hasta que los puntos de crecimiento se
encuentra de nuevo.
En los eucariotas tienen muchos orígenes de replicación y de cada uno de éstos
orígenes surgen dos horquillas de replicación que se mueven simultáneamente
en direcciones opuestas. Así , en el núcleo de una célula eucariota funcionan
simultáneamente varios millares de horquillas de replicación.

De la apertura de la doble hélice se encarga una enzima ( helicasa ) en el punto
de replicación
La ADNpolimerasa III añade nucleótidos a una velocidad de 1000 nucleótidos /
minuto en una hebra con dirección 5´- 3´ ( hebra conductora o líder ) de la hebra
paterna 5´-3´. Empieza con ARN cebador
En la otra hebra de ADN paterna y a partir de ARN ( 3 nucleótidos y
sintetizado por una primasa = ARN pol ) que actúa como cebador y con una
ADN pol III se añaden nucleótidos para formar fragmentos de ADN( fragmentos
de Okazaki ).Estos fragmentos no se sintetizan de forma continua como la otra
hebra, debido a que los nucleótidos deben sintetizarse en sentido 5´-3´ y la
cadena discontinua está en sentido 3´-5´, luego a medida que la Helicasa va
rompiendo la cadena original, debe agregarse un cebador en el extremo 5´ de la
cadena discontinua, a continuación sintetiza ADN hasta el ARN cebador
anterior.
Estos fragmentos de ARN cebador son reemplazados por secuencias de ADN,
los degrada una ADN pol I y sustituirlas por los desoxiribonucleótidos
correspondientes. Posteriormente la ADN ligasa une los extremos de los
fragmentos de Okazaki y da lugar a una cadena continua de ADN
Transcripción
La transcripción consiste en la síntesis de moléculas de ARN a partir de ADN que se
utiliza como molde. Se realiza con ayuda de enzimas denominadas ARN polimerasas
( primasa ).
En procariotas existe una sola ARN pol., mientras que en eucariotas existen tres
diferentes. También existen ARN pol específicas en mitocondrias y cloroplastos.
El proceso comienza en un extremo 5´ terminal del gen, zona conocida como
promotora, esta zona es conocida por la ARN pol, hacía el nucleótido 10 existe una
zona conocida como caja TATA , en esta zona se sitúa la ARNpol y comienza a añadir
nucleótidos en sentido 5´-3´ con una velocidad variable siendo mas lenta en zonas
donde aparezcan mayor proporción de G-C ya que tienen tres ptes de hidrógeno.
Por detrás la misma polimerasa se encarga de unir las dos hebras de ADN. El final de la
transcripción se da cuando aparece una señal de terminación y el ARN se liberará.
El proceso en eucariotas es similar al descrito para Escherichia coli pero mas complejo,
por ejemplo las zonas de terminación poseen un agrupamiento de moléculas de timina
conocidas como filas T.
Una vez finalizada la transcripción el ARN va a sufrir un proceso de maduración ( solo
en eucariotas ) que consiste en una serie de cortes y empalmes conocidos como splicing.
En eucariotas , la síntesis y maduración de ARN se produce en el núcleo, aunque
posteriormente el ARN salga al citoplasma para participar en la síntesis de proteínas.
Traducción ( el ARNm es leído en dirección 5´-3´)
Se lleva a cabo en tres etapas:
1. Iniciación:
Se debe formar en primer lugar un complejo de iniciación ( proteínas que
ayudan)+ subunidad 30 S + formil-met-ARNt ( lugar P ) que se sitúa en el codón
de iniciación ( AUG )+ subunidad 50S
2. Elongación:



Se sitúa un aminoacil-ARNt en el lugar correcto ( lugar A )
Se forma un enlace peptídico y el péptido pasa del sitio P pasa al sitio A
El ribosoma se desplaza un codón ( tres bases ) hacia 3´
3. Terminación
Después de la formación del último enlace peptídico de la cadena polipeptídica,
la proteína está en el sitio A pero cuando ésta se transloca al sitio P, la región del
ARNm que queda en el sitio a está formada por uno de los tres codones de
terminación. Estos codones no son reconocidos
Por ningún aminoacil-ARNt, pero si por los factores de liberación.
EL CÓDIGO GENÉTICO
Las características de la clave genética fueron establecidas por Crick en 1960:
1. Un aminoácido ( aac ) está codificado por un triplete de nucleótidos
denominado codón
2. El código es degenerado, existen mas tripletes que aminoácidos.( un
mismo aac está codificado por mas de un triplete )
3. El código no es ambiguo ( cada codon codifica un solo aac
4. El código es universal ( solo pequeñas excepciones )
5. Existe un codón de inicio AUG ( metionina ) y tres codones de
terminación UAA, UAG, UGA
Lys = Lisina
Arg = Arginina
His = Histamina
Asp = Ac. aspartico
Glu = Ac. Glutámico
Gly = glicina
Asn = asparagina
Gln = glutamina
Cys = cisteína
Ser = serina
Thr = Treonina
Tyr = tirosina
Ala = alanina
Val = valina
Leu = leucina
Ileu = isoleucina
Pro = prolina
Phe = fenilalanina
Met = metionina
Trp = triftófano
APLICACIONES DE INGENIERIA GENÉTICA
Libro155-163