Esquemas modulo 2 con curtis bases geneticas
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Esquemas modulo 2 con curtis bases geneticas

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Esquemas modulo 2 con curtis bases geneticas Document Transcript

  • 1. LA REPRODUCCIÓN SEXUAL (por meiosis y fecundación) LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL (por mitosis) El ciclo celular En la interfase se produce el proceso de sinapsis (los Está regulado por estímulos internos y Una célula típica alterna cromosomas homólogos de acercan y aparean). externos: la falta de nutrientes, los Esto se denomina entre fases de Mientras los cromosomas estan apareados se produce el cambios de temperatura y pH y la cinasa (cataliza) crecimiento y división entrecruzamiento o crossing over. Este proceso permite la presencia de células contiguas pueden se regula y cataliza Nacimiento recombinación del material genético de los dos es una encima detener la división celular, mientras que mediante progenitores. En los puntos donde hay entrecruzamiento, un ciertas hormonas y factores de fragmento de cromátida de un homólogo se rompe y se crecimiento la estimulan. Crecimiento Fase G1 intercambia por un fragmento de cromátida del otro fosforización y degradación de proteinas homólogo. Las zonas de ruptura se reparan y como resultado, las cromátidas hermanas de cada cromosoma homólogo Reproducción tipos Fase S dejan de ser genéticamente idénticas. El cromosoma La mayoría de organismos diferentes de homólogo materno contiene ahora partes del parterno y eucariontes ciclina (regula) viceversa. Fase G2 Los gámetos humanos son células sexuales La interfase Fase G0: se reproducen sexualmente (óvulos y espermatozoides) y son haploides: sólo metabolismo activo dos progenitores pero ciclo celular tienen la mitad de los cromosomas.(23). Esto es la dotación simple. Otro camino reproductivo detenido Los pares homólogos es el nombre de los pares requiere después de la interfase, parecido a la mitosis de cromosomas. y en el mismo nivel La mitosis sin: cariocinesis o división de La meiosis núcleo y después.... es un proceso La fecundación La fecundación o unión de continuo reestablece el los gámetos (femenino y número de masculino) cromosomas que tiene 8 fases Proceso que La citocinesis: divide a la célula la meiosis redujo similares a la mitosis consiste en dos madre en dos hijas casi iguales. Profase anteriormente divisiones nucleares Profase I Cada una recibe un juego sucesivas que completo de cromosomas y la Se forma la dotación genética de resultan en 4 células Telomerasa: enzima que la progenie mitad de citoplasma, organelas y hijas. Cada núcleo promueve la división celular Metafase macrocélulas. hijo contiene la Metafase I presente sólo en algunas mitad del número células (presenta en células de cromosomas cancerosas y pocas células Anafase Haploides Diploides presentes en el normales) Poliploides Anafase I La senescencia: el n n2 núcleo progenitor y envejecimiento de la célula recibe sólo un -Contra más viejo es el miembro de cada organismo menos división Telofase par de cromosomas Evita Telofase I celular homólogos Dotación doble de muchas una dotación de cromosomas, en Caspasas: familia de Los cromosomas enzimas que degradan dotaciones de cromosomas, seres humanos hay homólogs se Profase II proteinas cromosomas dotación simple 23 pares (n2:46) Muerte celular distribuyen al azar entre las 4 células hijas. El azar hace Regulado por que los núcleos Metafase II Cigoto o célula huevo Apoptosis Necrosis haploides contengan (los pares homólogos nuevas de cada gámeto se Esta programado La célula se hincha y explota combinaciones de Anafase II genéticamente, gasta derramando su contenido en reunen en el cigoto) cromosomas en energía y es un proceso el entorno. Proceso no cada célula hija. activo y ordenado de la controlado. célula. Telofase II La meiosis puede ocurrir Los individuos tardan más en Los individuos en diferentes reproducirse pero poseen más Consecuencias de la proliferan más rápido momentos del La meiosis tiene lugar en los posibilidades de adaptarse al reproducción Diferencias entre mitosis i ciclo biológico órganos reproductores de medio cambiante, gracias a su variabilidad meiosis los vertebrados (los testículos y los ovarios) Mitosis Meiosis Sexual Asexual En organismos con Cada núcleo diploide se divide distintos ciclos Cada núcleo se divide una Macho Hembra dos veces y produce 4 núcleos. vitales vez después de la Pero los cromosomas se duplican duplicación de los solo una vez, de modo que cada Las células diploides que cromosomas, con lo cual el Espermatocitos primarios uno de los 4 núcleos contiene la sufren la división meiótica Individuos Individuos número de cromosomas no (diploides) sufren primera mitad de cromosomas que el se llaman oocitos primarios. genéticamente genéticamente varia. división meiótica: núcleo progenitor. Estas células producen diferentes a sus idénticos a sus espermatocitos secundarios, Durante la profase I se produce núcleos haloploides pero el progenitores progenitores segunda división: espermátides el apareamiento de los haploides. Cada una de los 4 citoplasma se distribuye de cromosomas homólogos, seguido espermátides producidas luego modo desigual durante la del alineamiento de los pares de se diferencia en un citocinesis, tanto en la No se producen estos cromosomas en la metafase I y espermatozoide. meiosis I i meiosis II. De sucesos. de la separación de los cada oocito primario sólo se Tres fuentes de homólogos en la anafase I. Estos Seres humanos forma un óvulo, junto con No hay variabilidad variabilidad sucesos son la clave de la 1 Par de cromosomas dos o tres cuerpos polares, genética genética reducción del número Tienen 22 pares de que pueden ser que contienen otros cromosomas iguales (tanto cromosómico. diferentes núcleos resultantes de la hombres como mujeres) CROMOSOMAS meiosis y normalmente se Debido al entrecruzamiento y a AUTOSOMAS SEXUALES desintegran. Como la segregación al azar de los El entrecruzamiento El material genético no se resultado de esta división recombina. cromosomas, se recombina el En las mujeres los dos cromosomas sexuales son morfológicamente desigual del citoplasma, el material genético de los iguales, pero en los hombres son diferentes. Uno de los cromosomas óvula está bien provisto de La segregación al azar de progenitoressexuales del hombre es igual a los cromosomas que constituyen el par ribosomas, mitocondrias, los cromosomas de los sexual de la mujer, pero el otro es mucho más pequeño. enzimas, nutrientes dos progenitores La mitosis puede ocurrir en almacenados y gran La meiosis solo ocurre en Cromosoma X: cromosoma que comparten hombre y mujer células haploides o cantidad de moléculas células diploides o poliploides Cromosoma Y: cromosoma diferente que sólo tienen las mujeres La fecundación, salvo en diploides como el RNA, importantes el caso de los gemelos para el desarollo del Cromosomas de un hombre: XX, cromosomas de una mujer: XY monozigóticos embrión. La No disyunción de Gemelos monocigóticos: provienen de Mellizos: són dicigóticos, cada los cromosomas un sólo cigoto, que al sufrir la primera uno proviene de un óvulo división, da dos células hijas, cada una Errores de la fecundado. de las cuales evoluciona Es cuando los cromosomas meiosis independientemente. homólogos no se separan correctamente durante la mitosis o meiosis. Los cromosomas La división celular permite la homólogos pueden no separarse reproducción de los organismos Se ha descubierto que no són necesariamente idénticos en la primera división meiótica o Cariotipo: es un proceso unicelulares y pluricelulares. debido a procesos azarosos que ocurren en una etapa en la segunda división meiótica. que se usa para ordenar temprana del desarrollo y por ejemplo inactivan uno deRESULTADO: resultan gámetos con sistemáticamente los En organismos pluricelulares la división los dos cromosomas X en la hembra, o encienden ouno o más cromosomas faltantes o cromosomas y así poder celular posibilita no sólo el desarrollo de apagan ciertos genes en diferentes células según de que sobrantes comparar su forma, tamaño un individuo a partir de una única célula, progenitor provengan los cromosomas que los portan. En y su número a fin de sinó también la reparación de tejidos consecuencia, un miembro del par de gemelos ·idénticos” detectar posibles errores dañados. puede nacer con una enfermedad genética y el otro no.
  • 2. La reproducción celular, conocida como mitosis, es el proceso por el cual de la meiosis es el proceso por el cual de una célula diploide obtenemos cuatro una célula diploide se obtienen dos células diploides hijas. No obstante, MEIOSIS haploides. Hace referencia al proceso de división celular de las células haploides para poder llegar a este estadio la célula ha tenido que madurar Ciclo celular MITOSIS o sexuales. anteriormente, es decir, ha tenido que pasar un determinado tiempo hasta que ésta duplica su contenido para poder entrar en división mitótica. La mitosis es una de las etapas que constituyen el ciclo celular o ciclo vital de una célula y se define como el tiempo que transcurre desde que una 1) Meiosis I: esta primera división está comprendida a su vez por cuatro fases: profase I, metafase célula nace hasta que se divide y crea células nuevas. En el ciclo celular se I, anafase I y telofase I. Aunque esta primera división posee las mismas partes que la mitosis, éstas distinguen tres etapas: (a) la interfase, (b) la mitosis o división celular y (c) la no son equivalentes. citocinesis. El ciclo celular está constituido por tres etapas diferenciadas: 1) A esta primera división meiótica se le llama división reduccionista, debido a que se obtienen dos la interfase, 2) la mitosis y 3) la citocinesis. células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre. 1) La interfase: en esta etapa se diferencian tres fases: G1, S y G2. La interfase a) Profase I: esta fase se caracteriza por la compactación máxima de los cromosomas y por la unión de los cromosomas homólogos, dando lugar a lo que se conoce como pares bivalentes. Durante el Profase I apareamiento de los cromosomas homólogos, se produce lo que se conoce como fenómeno dea) Fase G1: esta fase va desde el nacimiento de la célula hasta que ésta llega a la sobrecruzamiento o entrecruzamiento, por medio del cual se produce la recombinación genética, es fase S. En este período, se produce la síntesis de ARNm y de la consiguiente decir, los genes de un cromosoma homólogo pasan al otro cromosoma homólogo. Cuando hay una síntesis de proteínas. La duración de esta fase es muy variable, puede ir desde Fase G1 tasa muy baja de recombinación se dice que los genes están ligados.horas a días o incluso años, y depende básicamente del tipo de célula. Al llegar al final de la fase G1, puede darse un fenómeno conocido como punto de restricción que provoca que la célula pase inevitablemente a la fase S y acabe completando el resto de fases hasta llegar a reproducirse. Fase S b) Metafase I: en esta fase, el núcleo celular se desintegra y los Metafase I pares bivalentes se desplazan al plano ecuatorial de la célula. b) Fase S: esta fase podemos considerarla como la más interesante de todas debido a que en ésta se produce la replicación del ADN. Por tanto, cadacromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas (cada una Fase G2 de ellas con una molécula de ADN). En este periodo, continúan sintetizándose c) Anafase I: en esta etapa, los pares bivalentes se separan, emigrando tanto el ARNm como diferentes proteínas. cada cromosoma con sus respectivas cromátidas hermanas a cada polo Anafase I de la célula.c) Fase G2: Comienza la condensación de los cromosomas y el ensamblado de las estructuras requeridas para las fases posteriores (mitosis y citocinesis). Las células contienen el doble de ADN que en la fase G1. En este período, todavía sigue la síntesis de ARNm y proteínas. Esta fase puede darse por finalizada Fase G0: metabolismo cuando se observa que los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la activo pero ciclo celular d) Telofase I: en esta fase, los cromosomas situados en cada uno de mitosis. detenido Telofase I los polos son cubiertos por un núcleo celular, para posteriormente dividirse y dar lugar a dos células haploides. El punto de restricción no se manifiesta en todas las células, debido a que hay casos en que antes de llegar a este punto, en algunas células se manifiestan genes concretos que provocan que las células se transformen en célulasespecializadas, dando lugar al proceso de diferenciación celular. En este caso, las células entran en lo que se conoce como la fase G0. MITOSIS 2) Meiosis II: esta segunda división está precedida por la intercinesis, que corresponde a unaa) Profase: esta fase empieza cuando los cromosomas acaban por condensarse el breve interfase en la cual no se produce nunca la duplicación del ADN. En esta división, semáximo posible, pudiéndose observar perfectamente los pares de cromosomas y distinguen las cuatro fases siguientes:las cromátidas hermanas. En esta fase también se observa cómo los centrosomas de la célula empiezan a separarse del núcleo y se dirigen cada uno de ellos a un Profase polo opuesto de la célula. A partir de ellos, se formarán los microtúbulos que posteriormente se encargarán de separar los cromosomas y ensanchar la estructura de la célula para facilitar su división. Profase II a) Profase II: en esta fase se rompe el núcleo celular. b) Prometafase: en esta fase puede observarse cómo el núcleo celular se Prometafasedesintegra y cómo algunos de los microtúbulos que surgen de los centrosomas se adhieren a las cromátidas en una zona concreta denominada cinetocoro. Elcinetocoro es una estructura que se forma en cada una de las dos cromátidas a laaltura del centrómero del cromosoma y su función es organizar los microtúbulos. Todos los microtúbulos que se unan a estas placas cinetocóricas recibirán elnombre de microtúbulos cinetocóricos. Un aspecto muy importante que hay que Metafase tener en cuenta es que el cinetocoro de una cromátida está fijado a los Metafase II b) Metafase II: en esta etapa los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial.microtúbulos que vienen de un polo, mientras que el cinetocoro de la cromátida hermana está fijado a los microtúbulos que provienen del lado opuesto. Otros microtúbulos procedentes de los centrosomas se extienden hasta llegar al lado opuesto de la célula y, en este caso, reciben el nombre de microtúbulos polares. c) Anafase II: en esta etapa las cromátidas hermanas se separan, c) Metafase: en esta fase, los cromosomas se desplazan por acción de los Anafase II Anafase desplazándose cada una de ellas a un polo opuesto de la célula. microtúbulos hasta disponerse en el plano medio de la célula, constituyendo la denominada placa ecuatorial. d) Anafase: en esta fase, los microtúbulos cinetocóricos procedentes de ambos polos empiezan a acortarse, produciendo la separación de las cromátidas es el proceso por el cual el citoplasma se dividehermanas de cada cromosoma. Por tanto, cada cromátida se desplazará hacia un Telofase en dos, dando como resultado las dos células d) Telofase II: en esta fase los conjuntos de cromosomas que se encuentran en cada lado opuesto de la célula. Además, los microtúbulos polares aumentan su hijas. El citoplasma normalmente se divide por Telofase II polo de la célula quedan envueltos por un núcleo, cada uno de los cuales será el núcleo longitud, dando como resultado que el citoplasma de la célula se ensanche. el centro de la célula de origen, por la acción de de cada célula hija. En esta fase, también los cromosomas empiezan a descondensarse; un anillo contráctil constituido por polímeros de posteriormente, se produce el proceso de citocinesis o división citoplasmática, dando e) Telofase: los conjuntos de cromosomas que se encuentran en cada polo de la actina y miosina, que va estrechándose cada vez como resultado las cuatro células haploides. célula quedan envueltos por un núcleo, cada uno de los cuales será el núcleo de La citocinesis más hasta fraccionar la célula.cada célula hija. También los cromosomas empiezan a descondensarse hasta que vuelven a convertirse en la cromátida característica de la interfase.
  • 3. Ejemplos de cruzamiento y explicación de las leyes Experimentos con plantas de guisantes de Gregor Mendel s.XVIII Alelos iguales AA Alelos iguales aa Alelos diferentes aA Alelos diferentes Aa En las plantas estan presentes estos De una planta de semillas de factores o alelos, en pares: un miembro guisantes amarillas y otra de de cada par sería heredado del semillas verdes la progenie progenitor masculino y el otro del organismo homocigótico organismo heterocigótigo resultante fue una planta de femenino. Los factores se separan de semillas únicamente amarillas. nuevo cuando las plantas maduras Después permitió de las propias producen células sexuales. Los gámetos Un alelo dominante se plantas se autopolinizasen, un alelo domina pueden ser de dos tipos y cada uno de el rasgo que manifiesta tanto en reprodujéndose solas. En la sobre otro en ellos tiene un miembro de cada par de determinan se expresa homocigosis como en segunda generación de progenie expresion. factores. heterocigosis salieron tres semillas amarillas por cada una verde (proporción 3:1) Un alelo recesivo sólo se A partir de este experimento se iguales diferentes manifiesta en homocigosis. descubrió el concepto de (homocigosis) (heterocigosis) Sólo cuando dos alelos elemente (una concepción antigua Primera ley de Mendel o principio de recesivos (un proviniente del de gen) dominante, las semillas segregación gámeto masculino y otro del amarillas dominan sobre las femenino) se reúnan en un verdes. Si los dos alelos de un cigoto. EL FENOTIPO Cada individuo lleva un par de factores par son mostrará la variante hereditarios para cada característica. Los recesiva.. Actualmente, lo llamamos alelo miembros del par se separan o segregan dominante. durante la formación de los gámetos. Un alelo es una variante o un Gámetos Aunque un alelo recesivo no se factor discreto de una exprese en el fenotipo, en un característica presente en un gen. Cuando éstos se forman, cada uno recibe solamente un individuo diploide los alelos paterno El color verde y el color amarillo Cada gen tiene varios alelos, unos alelo de cada gen. Si los dos gametos se combinan y y materno existen de manera de las semillas están pueden ser más dominantes que forman un cigoto, los alelos se reúnen en pares. independiente y como unidades determinados por alelos otros. discretas, formando parte del diferentes. genotipo. Los alelos se representan mediante letras: A principios del siglo XX, el trabajo de Mendel comenzó a ser -mayúsculas A para los alelos dominantes. reconsiderado en los círculos científicos europeor y muchos -minúsculas a para los recesivos. es la composición génetica de investigadores produjeron modelos que permitieron confirmar y un individuo, ya sea con extender sus observaciones. Genotipo respecto a una o varias características. Segunda ley de Mendel o principio de distribución Genetista ingles Reginald Punnett (1875-1967) independiente El zoólogo inglés William Bateson (1861-1926) Genetista estadounidense Walter S. Sutton (1877-1916) Fenotipo es la apariencia externa y otras Durante la formación de los gámetos, cada par de alelos características observables y segrega independientemente de los otros pares. Es decir, ACTUALMENTE LO QUE SABEMOS... mensurables de un organismo. los factores hereditarios para cada característica se distribuyen en forma independiente uno del otro. ¿Cuál es la relación entre el hoy denominado segundo principio de Mendel y el Sutton fue quién supuso que movimiento o danza de los cromosomas durante la meiosis? los elementes de Mendel están La figura 8-8 esesquematiza la interpretación de Mendel de estos resultados y muestra por qué, en en los cromosomas y que los Actualmente sabemos que este principio establece que los alelos que corresponden aun cruzamiento que involucra a dos genes que se distribuyen de forma independiente -cada uno con alelos (las formas alternativas genes diferentes se distribuyen de forma independiente durante la segregación. Estoun alelo dominante y uno recesivo- los fenotipos de la progenie estarán, en promedio, en la relación de un gen) se encuentran en solo puede ocurrir si dos diferentes pares de alelos (por ejemplo el alelo para semilla 9:3:3:1. cromosomas homólogos. rugosa o lisa para semilla amarilla y verde) estan alejados uno de otro o situados en Razonó que cuando se separan diferentes pares de cromosomas. En este caso, la segregación de uno de los pares deEsta relación se cumple cuando uno de los progenitores de la generación P (parental) es homocigoto los cromosomas homñologos alelos será independiente de la segregación del otro. Mendel había elegido dominante para las dos características y el otro es homocigoto recesivo para las mismas en la meiosis I, también se caracterñisticas codificadas por genes ubicados en pares diferentes de cromosomas características, como ocurre en el planteamiento de la figura (RRAA por rraa). separan los alelos de cada gen y homólogos. PERO si los genes estan situados en un mismo cromosoma, según la que cuando los gametos se distancia que los separe, puede ocurrir que se hallen ligados, es decir, que sus alelosTambién se cumple cuando cada progenitor de la generación P es homocigoto dominante para una fusionan en la fecundación, se no segreguen en forma independiente. La segunda ley no siempre se cumple, de característica y homocigoto recesivo para la otra característica (rraa por RRAA). La progenie F1 de forman nuevas combinaciones pende pues de esto último. cada uno de estos cruzamientos siempre será heterocigótica para ambas características (RrAa). de alelos.
  • 4. La determinación cromosómica del sexo Hombre xx Mujer xy Durante la meiosis masculina Durante la meiosis femenina de de los seres humanos... los seres humanos... Cada espermatocito diploide Se forman óvulos que Produce contienen el cromosoma X (dado que la mujer noEspermatozoide 1 Espermatozoide 2 Espermatozoide 3 Espermatozoide 4 posee normalmente el haploide haploide con haploide con haploide con cromosoma Y en ningunacon cromosoma X cromosoma X cromosoma Y cromosoma Y de sus células) Progenie con Progenie con cromosomas XX cromosomas XY SEXO: HEMBRA Conclusion SEXO: MACHO Esta es la manera por la cual, en las especies en que los machos son heterogaméticos, el El cigoto será XX o XY, con cromosoma sexual dependencia de qué aportado por el cromosoma lleve el espermatozoide determina espermatozoide que el sexo de la progenie. fecunda el óvulo.
  • 5. Evolución a lo largo del tiempo del proyecto genoma humano AMPLIANDO EL CONCEPTO DE GEN Organización del material genético: el cromosomaTal como se ha visto anteriormente, la doble cadena de ADN se enrolla sobre unas proteínas específicas denominadas histonas. El ADN junto con las histonas se vuelve a enrollar sobre sí mismos, conformando la cromatina. Pero desde una perspectiva estructural, ¿qué son los cromosomas? Los cromosomas son la cromatina en un estado de mucha compactación. Esta máxima compactación puede observarse cuando la célula se está dividiendo.En 1928, se pusieron en circulación los conceptos de heterocromatina y eucromatina para referirse a los trozos de los cromosomas que persistían condensados y los que no estaban condensados, respectivamente.Hemos de tener presente que cada cromosoma se encuentra formado por una molécula de ADN unida a proteínas denominadas histonas (H1, H2A, H2B, H3 y H4). El enrollamiento del ADN a las histonas constituye un nucleosoma. Los nucleosomas se pliegan unos sobre otros de forma estructuradagenerando una fibra que presenta un espesor de 30 nm, compactando el ADN y reduciendo su longitud unas cien veces.Posteriormente, se consiguen sucesivos niveles de condensación hasta llegar al cromosoma metafásico.
  • 6. El mapeo de cromosomas: determinación de la distancia genética El locus (en plural, loci) se El entrecruzamiento de cromosomas... refiere a la localización de Ampliando el concepto de gen Aproximadamente, El genoma de una persona varía del genoma de otra persona La dotación de formas un gen en el cromosoma. un gen del ser debido a que la combinación de alelos es diferente. De todas Se descubrió que la expresion fenotípica de un gen alternativas de un gen -si entre dos cromosomas homólogos se produce el entrecruzamiento en una región humano suele formas, resulta sorprendente la pequeña magnitud de dicha El ligamento al sexo y el ligamento determinado no sólo depende de los alelos de ese gen concreto que tiene una ubicada entre dos genes diferentes, entonces los alelos de los dos genes pueden El genoma es la tener una longitud diferenciación. En el ser humano, se estima que la secuencia a entre genes constituyen las dos presentes en el organismo, sinó también de otros genes y persona constituye el separarse y recombinarse. constitución genética de unas tres mil genética de dos personas seleccionadas al azar es excepciones al principio de del medio ambiente. De hecho la mayoría de rasgos son genotipo para dicho gen. de un individuo bases. aproximadamente un 99,9% idéntica. Si dicho porcentaje lo (dotación completa de segregación independiente influidos por más de un gen, así como la mayoría de los-sugirió la idea que los cromosomas debían de estar hubicado en un sitios específicos, convertimos en el total de bases que no comparten dos material genético de genes puede influir en más de una característica. que ahora sabemos que existen y se denominan locus (plural: loci). personas cualesquiera, la diferenciación no parece tan cualquier organismo). Se descubrió que las pequeña, ya que se trata de unas tres millones de bases. -Los alelos de un mismo gen deben ocupar un mismo locus en los cromosomas interacciones entre alelos no homólogos. siempre son de dominancia o Ejemplos cada individuo presenta el mismo conjunto básico de recesividad completa.-El porcentage de recombinación entre dos genes cualesquiera (como por ejemplo los genes, pero cada gen puede mostrarse en diferentesgenes para el color del cuerpo y la longitud de las alas) era diferente del porcentage de formas alternativas denominadas alelos. Las formas recombinación entre por ejemplo, los genes para el color del cuerpo y la longitud de Un gen afecta a más de una alternativas de un gen pueden variar en relación con las patas. Estos porcentages son fijos y predecibles. característica: la pleiotropia. orden de las bases nitrogenadas e incluso en relación con el tamaño que ocupa el gen en la molécula de Las interacciones entre diferentes -Alfred H.Sturtevant (estudiante que trabajaba en el laboratorio de Morgan) tuvo la ADN. alelos La pleiotropía es la capacidad de un gen de idea de comparar el porcentage de recombinación con la distancia física entre los loci afectar a más de una característica. Diversos tipos de interacciones génicas: ningun gen de los diferentes genes. trabaja sólo, la expresion de cualquier gen está influida CONSECUENCIA: surgieron una serie de estudios conocidos como el mapeo de En el fenómeno de dominancia incompleta, Ejemplo en los gatos: El gen para el color por sus interacciones con muchos otros genes. cromosomas. el cruzamiento de dos organismos blanco del pelaje tiene un efecto pleitrópico Postuló: homocigotos (uno dominante y uno Además de las interacciones entre los alelos sobre los ojos y los oídos. Los gatos que son a)Los genes estan dispuestos linealmente en los cromosomas. recesivo) origina una F1 homogénea, pero de un mismo gen, existen interacciones totalmente blancos y tienen ojos azules, a b)Cuanto menor es la distancia entre dos genes, menor será el porcentage de con un fenotipo intermedio al de ambos entre los alelos de genes diferentes. Como menudo, son sordos. recombinación. progenitores. En el caso de la resultado de estas interacciones, en las c)Las frecuencias de recombinación permiten conocer la secuencia de genes en los codominancia, los individuos heterocigotos características determinadas por más de un cromosomas y las distancias relativas entre ellos. de la F1 expresan en forma simultánea los Un gen es una secuencia de nucleótidos. Es decir, un gen aparecen distintos fenotipos. Definió en forma arbitraria una unidad estándar de medida: dos fenotipos de los progenitores. fragmento de ADN al cual se le puede asignar una -La unidad de distancia genética de un cromosoma es la distancia que da lugar a un La epistasis consiste en el enmarascamiento del La interacción entre los genes y el función, que contiene la información para sintetizarrecombinante (en promedio) por cada 100 óvulos fecundados (1% de recombinación). efecto de un gen por parte de otro gen. Es decir, medio ambiente proteínas, para regular los diferentes mecanismos de la POR LO TANTO: Los genes con un 10% de recombinación estarían separados por 10 un gen modifica el efecto de otro gen. Cuando expresión génica, para codificar la secuencia de unidades de distancia genética y los que tuvieran un 8% de recombinación, estaríen Se denomina alelos múltiples a la existencia en la Ejemplo: la temperatura a menuda afecta a la nucleótidos que conformarán los diferentes ácidos ocurre esto las proporciones mendelianas no se separados por 8 unidades. población de más de dos variantes alélicas de un expresion génica de algunas plantas. ribonucleicos, etcétera. Los nucleótidos contienen cumplen. Si el gen A enmascara al gen B, diremos-Cuantas menos unidades de distancia genética haya entre dos genes, menos probable mismo gen. Tales variantes presentan entre sí cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, timina y que A es epistático de B. será que se separen por entrecruzamiento. Los genes que se encuentran a una diferentes relaciones de dominancia. El fenotipo de cualquier organismo es el resultado citosina) que constituyen el denominado código distancia mayor que 50 unidades en el mismo cromosoma se distribuyen Por ejemplo: En los seres humanos hay tres alelos de la interacción entre los genes y el medio genético. A partir de este código, surge una serie de independientemente. A,B,0 que determinan los principales grupos ambiente. reglas que especificarán y relacionarán la estructura -De esta relación Sturtevant y otros genetistas localizaron una gran variedad de genes sanguíneos. lineal de una molécula proteica compuesta por en mapas cromosómicos. Estos alelos múltiples resultan de mutaciones aminoácidos y la estructura lineal de nucleótidos de la diferentes en un solo gen y pueden tener relaciones molécula de ADN. de dominancia entre sí. La acción de varios genes: Las características ligadas al sexo herencia poligénica Otros factores afectan al genotipo: expresividad y Hermann J.Müller (un colaborador de Morgan) descubrió La herencia poligénica es aquella en la que el penetrancia fenotipo es el resultado de la acción acumulativa Alteraciones cromosómicas de los efectos combinados de muchos genes. agentes que producen mutaciones, es decir agentes que son La expresividad se refiere a la variación o mutágenos Estas características presentan una variación proporcionalidad en la expresión de un Los cromosomas pueden sufrir cambios que afectan continua. genotipo; la penetrancia, a fenotipos cuya su número (alteraciones numéricas) o su estructura Ejemplo: la luz ultravioleta es un mutágeno que produce (alteraciones estructurales). Estos cambios pueden frecuencia no coincide con la esperada. Los mutaciones en un tipo de mosca. Las características determinadas por varios términos expresividad y penetrancia se alterar la viabilidad o la fertilidad de un organismo, o genes, o poligenes, no muestran diferencias utilitzan para referirse a casos en que el mantenerse como parte de la variabilidad genética de nítidas entre grupos de individuos, como las fenotipo asociado a un gen depende de Porqué ocurre esto? la población y contribuir al cambio evolutivo y al estudiadas por Mendel. En cambio, muestran una factores ambientales o desconocidos. origen de nuevas especies. Se consideran mutaciones gradación de pequeñas diferencias que se y ocurre durante la mitosis o la meiosis. conocen como variación contínua. Si entre los Actualmente individuos de una población se estudia la Los alelos de dos genes sabemos que distribución estadística de cualquier característica O, por el contrario, si los afectada por varios genes, se obtendrá una curva diferentes se distribuirán de alelos de dos genes diferentes Alteraciones numéricas como la de la figura 8.27. manera independiente si los se hallan próximos en el genes estan situados en Se producen por una falla en la migración de los cromosomas. Casos mismo cromosoma es muy diferentes pares de cromosomas diferentes: probable que sean homólogos o en un mismo el genoma humano contiene Conclusion transmitidos al mismo gameto cromosoma, pero en sitios -A veces involucran una dotación completa de cromosomas entre veinte mil y veinticinco en la meiosis. Alteraciones suficientemente alejados. (dotación haploide). mil genes (IHGSC, 2004). estructurales Asimismo, el genoma humano -Otras veces la dotación es superior a dos (organismos poliploides: Se producen por rupturas completo ocupa un total de 3n triploide, 4n tetraploide, 5n pentaploide, etc). Lo que representa espontáneas de los cromosomas, unos tres billones de pares de El ligamento entre genes y la recombinación en ocasiones una situación anormal. y en consecuencia se pierden o bases de ADN. De todas formas, intercambian fragmentos entre estos genes suponen sólo un -En otros casos los cambios en el número de cromosomas no afecta cromosomas no homólogos, lo 5% de todo el material a una dotación completa sino que involucran a uno o unos pocos cual da lugar aalteraciones genómico. El resto del material Los genes tienden a segregar conjuntamente cromosomas. estructurales que originan son secuencias cuya función es porque están próximos en un mismo cromosoma y cambios en el orden de los genes en parte desconocida se encuentran ligados, es decir, pertenecen al EJEMPLOS: el síndrome de Down (trisomia: tres cromosomas del y a patrones hereditarios actualmente. No obstante mismo grupo de ligamiento. par 21). alterados. estas secuencias podrían estar el síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X, el par sexual implicadas en los mecanismos del complemento está integrado por un solo cromosoma X) de regulación génica.
  • 7. AMPLIANDO EL CONCEPTO DE GEN El proceso de ligamiento es aquel por el cual los genes localizados en un mismo cromosoma tienen la tendencia a heredarse juntos debido a su proximidad en el espacio. Este fenómeno suele darse cuando los genes se encuentran muy cerca entre sí dentro del cromosoma. Es decir, a mayor distancia entre los cromosomas, menor es la probabilidad de que se hereden juntos; a menor distancia entre ellos, más probabilidad de que aparezca el proceso de ligamiento. Cuando dos genes se heredan juntos, se dice que están ligados. Los casos de ligamiento suelen detectarse cuando, al estudiar las proporciones de un fenotipo por medio de la descendencia, se observa que determinados caracteres aparecen juntos con más frecuencia de la que se esperaría por el azar. Con este fenómeno del ligamiento se han podido observar diferentes El cariotipo aspectos que han ayudado al estudio de la herencia y la genética. Por un lado, se ha observado que los genes se encuentran en los cromosomas de una forma ordenada, es decir, que ocupan un lugar fijo y concreto dentro de los cromosomas, y a partir de este descubrimiento se han ido desarrollando lo que se conoce como mapas al conjunto de cromosomas de una célula cromosómicos de las especies. Otro de los aspectos que ha tenido más relevancia es que este proceso no sigue la ley de la combinación independiente que propuso se le denomina cariotipo. Mendel. Si hacemos un repaso a esta ley, Mendel declaraba que cada carácter se transmitía de forma independiente, y en este caso observamos cómo se transmiten de manera simultánea dos caracteres que se encuentran controlados por dos genes próximos dentro del mismo cromosoma. La recombinación genética es el proceso por el cual dos cromosomas homólogos se unen y se intercambian El genoma del ser humano se información entre sí. Es el proceso contrario al ligamiento. Si Existen diferentes procesos patológicos que pueden llevar Existen diferentes procesos patológicos que pueden llevar a organiza en dos juegos de en el proceso de ligamiento a menor distancia hay más a alteraciones de los órganos sexuales externos: alteraciones en los órganos sexuales internos: veintitrés cromosomas. Un probabilidad de que dos genes se hereden juntos, en el casojuego proviene de la madre y el de la recombinación, a mayor distancia entre los genes, másotro proviene del padre. De los 1) el síndrome de insensibilidad a los andrógenos se caracteriza 2) el síndrome del conducto mülleriano persistente se 2) en los sujetos XY puede encontrarse una probabilidad de que se hereden de forma independiente. 1) la hiperplasia adrenal congénita se caracteriza por el hecho veintitrés pares, podemos por una alteración genética que impide la síntesis de proteínas caracteriza por una alteración genética que impide la correcta mutación genética que altera la 5-α- La recombinación se da por el proceso de entrecruzamiento de que las glándulas suprarrenales segregan cantidadesdistinguir entre los autosomas y receptoras funcionales para los andrógenos; síntesis de proteínas receptoras funcionales para el AMH. Así, en reductasa y que, por consiguiente, impide durante la meiosis en la profase I, cuando los dos anormalmente grandes de andrógenos en lugar de segregar los cromosomas sexuales o los sujetos con el genotipo XY, los testículos segregarán la catalización de la testosterona como cromosomas homólogos se unen e intercambian entre sí los córtico-esteroides. Esta patología congénita puede darse tanto gonosomas. Sólo un par testosterona y AMH; la testosterona inducirá el desarrollo del DHT. Las gónadas masculinas y los alelos de los genes. en hombres como en mujeres y, en el primer caso, generan constituye los cromosomas conducto de Wolff, pero el AMH no podrá inhibir el conducto de órganos sexuales internos se desarrollan El resultado que se obtiene del proceso de recombinación es una pubertad precoz y, en el caso de las mujeres, una sexuales: X e Y. Müller. Por consiguiente, el sujeto tendrá tanto los órganos de manera normal; sin embargo, la que cada uno de los cromosomas que constituyen el par disrupción del desarrollo normal de los genitales; sexuales internos masculinos como los femeninos. ausencia de DHT hace que la cromosómico posee alelos tanto del progenitor materno masculinización de los órganos sexuales como paterno. Además, la gran importancia de este externos sea mínima, y estos sujetos fenómeno radica en la enorme variabilidad genética que presentan un falo con forma de clítoris y aporta a las especies. pliegues genitales con forma de labios La determinación del sexo vaginales. genotípico está determinada por los cromosomas sexuales: el genotipo femenino es denotado por el par cromosómico XX y el masculino, por el XY. EL SEXO DEL BEBÉ... En la unión de unespermatozoide con el óvulo se comparten los veintitrés cromosomas del gametomasculino con los veintitrés del femenino. El óvulo fecundado contiene el genoma haploide(una dotación cromosómica) de cada gameto (pronúcleo masculino y pronúcleo femenino); los pronúcleos se asocian formando un núcleo diploide (doble dotación cromosómica). En las etapas tempranas del desarrollo embrionario, las gónadas son estructuralmente iguales en ambos sexos. El síndrome de Turner constituye una anomalía cromosómica caracterizada por la presencia de un solo cromosoma X (X0, donde 0 indica ausencia de un cromosoma en el par cromosómico sexual). Las personas que tienen esta patología nodesarrollan gónadas masculinas (dado que carecen de cromosoma Y y, por tanto, del gen SRY), ni femeninas (puesto que para producir ovarios se necesitan los dos cromosomas X). No obstante, tanto los órganos sexuales internos como externos muestran un fenotipo femenino normal. La presencia del factor determinante de los testículos determina la diferenciación de las gónadas primordiales comotestículos. Los órganos reproductores se diferencian por medio de distintos mecanismos genéticos y hormonales. Con la expresión del gen SRY, las gónadas indiferenciadas dan lugar a la aparición de los testículos, los cuales segregan testosterona y AMH con el fin de estimular e inhibir los conductos de Wolff y Müller, respectivamente. Asimismo, la secreción de la enzima 5-α-reductasa permite la transformaciσn de testosterona en DHT, hormona que diferencia el tubérculo genital hacia órganos sexuales externos masculinos.
  • 8. Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son grandes moléculas formadas por nucleótidos, y realizan dos funciones principales en los seres vivos. Por un lado, desarrollan una Los ácidos nucleicos Definición El funcionamiento de la molécula ATP no sigue siempre el mismo patrón para todas las función esencial en la transmisión de la información genética, ya que la información reacciones. En el caso de requerir energía para trabajos celulares o síntesis químicas, el ATP se contenida en ellos es transcripta y luego traducida a las proteínas. Y en segundo convierte por hidrólisis en ADP más fosfato inorgánico y libera la energía acumulada. Cuando se lugar, realizan funciones esenciales en el metabolismo celular. necesita energía para llevar a cabo reacciones de catabolismo o fotosíntesis, el ADP se ha de convertir en ATP aplicando energía y, esta molécula se convierte en el principal portador de energía para liberarse en el momento en que se necesite para las diferentes actividades celulares. DNA RNA Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico forman... Los nucleótidos están implicados en muchas Los nucleótidos funciones, pero una de las más importantes es Complementariedad actuar como transportadores de energía química La secuencia de ribonucleótidos es un ácido nucleico compuesto por la unión del ARN resulta complementaria son las moléculas que constituyen las ácidos nucleicos y están conformados por es la molécula portadora de la información genética, es grande, larga y de nucleótidos formando una larga cadena. Ambas moléculas son críticas como portadores de de la secuencia de un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. delgada. La estructura de esta molécula esta compuesta por dos cadenas de Está constituido por una pentosa, la ribosa, y energía en los mecanismos biológicos. desoxirribonucleótidos de la nucleótidos de adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T), unidas una las siguientes bases nitrogenadas: guanina, cadena de ADN que sirve como Nucleótido compuesto por un sobre la otra, adquiriendo forma de doble hélice. Las dos cadenas de citosina, adenina y uracilo. difiere del ADN molde para su síntesis. grupo fosfato, un azúcar con nucleótidos que conforman la molécula de ADN se encuentran unidas en el azúcar (ribosa en lugar de cinco carbonos y una base mediante las bases (por medio de la formación de puentes de hidrógeno), desoxirribosa) y en la ausencia de timina nitrogenada quedándose como esqueleto de la doble hélice los azúcares-fosfatos entre sus bases nitrogenadas. No obstante, los nucleótidos que componen el ARN La energía ATP guanosina trifosfato, o GTP El principio de complementariedad: es el también están unidos por enlaces la adenosina trifosfato (ATP) emparejamiento específico de la adenina que se fosfodiéster como en el caso del ADN. La aparea sólo con la timina y, la citosina únicamente función principal es: servir como con la guanina. Representa la afinidad química intermediario de la información que lleva el el ATP es la principal molécula orgánica encargada entre la unión de las bases nitrogenadas aportada ADN en forma de genes y la proteína final de acumular energía y está constituida por una por los puentes de hidrogeno. codificada por esos genes purina (la adenina), un azúcar (la ribosa) y tres En la figura, se muestran los cinco tipos diferentes de grupos fosfato. En las células eucariotas, el ADN se encuentra Las bases nitrogenadas bases nitrogenadas que constituyen los sillares de situado en el núcleo celular, y suele estar asociado construcción de los ácidos nucleicos. Dos de estas bases El proceso en el que se sintetiza el ARN a a diferentes proteínas, entre ellas las La energía que se necesita para llevar a cabo las son la adenina (A) y la guanina G) que se conocen como partir del ADN se denomina transcripción. están compuestas por carbono, nucleoproteínas y las proteínas no histónicas. funciones biológicas, suele almacenarse en los purinas (su estructura está conformada por un anillo hidrógeno, nitrógeno y oxígeno Hemos de tener presente que la cantidad de ADN grupos fosfatos y se libera cuando uno o dos de los doble de nueve lados) y, las otras tres, citosina (C), El ARN no sólo se encuentra en células que se encuentra en una sola célula humana es fosfatos se separan de la molécula de ATP. En el timina (T) y uracilo (U) se conocen como pirimidinas (su eucariotas y procariotas, sino que también muy extenso, si se expandiera en una hebra única caso de que se pierda un fosfato, es decir, quedan estructura se encuentra conformada por un anillo de se halla en muchos tipos de virus. En los nucleótidos, existen cinco tipos diferentes mediría casi dos metros de largo. Por este motivo, dos en la molécula de ATP, obtenemos la molécula seis lados). de bases nitrogenadas que constituyen los sillares para que el ADN quepa dentro del núcleo necesita de adenosina difostato o ADP; cuando se pierden estar muy compactado. dos fosfatos y, por lo tanto, resta uno en la En la figura se muestran los procesos para la liberación y la de construcción de los ácidos nucleicos. Dos de En las células procariotas, como no tienen núcleo, molécula, obtenemos la adenosina monofosfato o acumulación de energía. En el caso de requerir energía, el ATP se estas bases son la adenina (A) y la guanina G) que el ADN suele disponerse normalmente en una sola AMP. convierte por hidrólisis en ADP más fosfato inorgánico y libera la se conocen como purinas (su estructura está hebra en forma circular. energía acumulada. Cuando se necesita energía, el ADP se ha de conformada por un anillo doble de nueve lados), y convertir en ATP aplicando energía; esta molécula se conviertelas otras tres, citosina (C), timina (T) y uracilo (U) se en el principal portador de energía para liberarse en el momento conocen como pirimidinas (su estructura se en que se necesite para las diferentes actividades celulares. encuentra conformada por un anillo de seis lados). La adenina, la guanina y la citosina se encuentran tanto en el ADN como en el ARN, mientras que la timina se encuentra sólo en el ADN y el uracilo en el ARN. Tipos de ARN Polinucleótido, dinucleótido, trinucleótico Molécula de adenosina trifosfato (ATP), compuesta por tres grupos fosfato, ribosa y adenina. la unión de los nucleótidos para formar largas cadenas de polinucleótidos que constituirán la estructura básica de los ácidos nucleicos El azúcar Puente de hidrógeno se lleva a cabo mediante enlaces fosfodiéster C-3-C-5 Un puente de hidrógeno se refiere a una ARN nuclear (ARNn) (3-5). De esta forma, el grupo fosfato de un nucleótido atracción electroestática débil entre un átomo Este último tipo de ARN se localiza en el es una pentosa y existen dos tipos se une al azúcar de otro nucleótido en la posición C-3. con un par de electrones no compartidos y un núcleo de las células eucariotas, y sudiferentes. Por un lado, tenemos la ribosa, Teniendo presente que el grupo fosfato de cada átomo de hidrógeno unido covalentemente. El Representación esquemática de una cadena de función principal es ser el precursor de los que es el azúcar en los nucleótidos que nucleótido se encuentra unido a su azúcar por la par de electrones no compartidos adquiere una ARN y su organización a partir de codones distintos tipos de ARN. Existen otros tiposforma el ARN, y en segundo lugar tenemos posición C-5, al unirse dos nucleótidos nos carga negativa parcial, mientras que el átomo (conjuntos de tres bases de la secuencia de ARN de ARN como el ARN telomerasa la desoxirribosa, un tipo de azúcar que encontraremos al fosfato entre los átomos C-3 y C-5. de hidrógeno adquiere una carga positiva que especifican un aminoácido específico) (implicado en la replicación del ADN), el forma el ADN. Estos azúcares pentósidos parcial. De este modo, las cargas opuestas ARN de interferencia corto, el ARN se distinguen en relación con el átomo de Cuando se unen dos nucleótidos, tenemos una molécula permiten la unión de una forma débil. antisentido, etcétera. carbono de la posición C-2 de su denominada dinucleótido. Cuando son tres los estructura, de tal forma que la ribosa nucleótidos que se unen, el resultado es un ARN de transferencia (ARNt) ARN mensajero (ARNm)presenta un grupo hidroxilo (OH), mientras trinucleótido. Cuando son largas cadenas de nucleótidosque la desoxirribosa muestra un átomo de los que se unen, la molécula resultante es un - no es completamente lineal y se encuentra en el citoplasma de la célula. -Este tipo de ARN es lineal hidrogeno en la posición C-2. polinucleótido. -función: transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas para que se -función: transmitir la información que se encuentra en el ADN y transportarla a lleve a cabo la síntesis de las proteínas durante el proceso de traducción. los ribosomas, para que se pueda poner en marcha la síntesis de proteínas -Por su estructura tridimensional,tiene la peculiaridad de poseer tramos en los durante el proceso de traducción. ARN ribosómico (ARNr) que su forma corresponde a una doble cadena (al plegarse la molécula sobre sí Durante el proceso de transcripción, se sintetiza en ARN mensajero a partir de un Pentosas misma para formar zonas de pares de bases) y otras zonas en la que su forma es molde de ADN. Como resultado de este proceso, surge una molécula de ARN Este tipo de ARN es el que constituye losLas pentosas son monosacáridos (glúcidos simples) lineal. En el ARNt se distingue un brazo en la que aparece una secuencia de tres Los nucleósidos mensajero complementaria a la secuencia del gen de una de las dos hebras de la ribosomas. Al igual que el ARNt, también formados por una cadena de cinco átomos de nucleótidos, denominada anticodón que se complementa con una secuencia del molécula de ADN. De este modo, al tratarse de una molécula que se sintetiza a presenta la peculiaridad de poseer dos niveles de carbono. Cada átomo de carbono ocupa una ARNm, denominada codón. En el brazo opuesto, en el extremo 3 de la cadena, se Son las moléculas que se encuentran formadas por un partir de un trozo (gen) de una de las cadenas de la molécula de ADN, es lógico estructura (primaria y secundaria) en su forma. posición dentro de la molécula y puede une un aminoácido específico predeterminado por la secuencia de anticodón. azúcar (ribosa o desoxirribosa) y por una base pensar que su longitud varíe en función de la proteína codificada y del gen que Al estar asociado a las proteínas ribosómicas, distinguirse mediante la siguiente nomenclatura: -Además de los nucleótidos básicos que forman el ARN (adenina, guanina, nitrogenada. Cuando se añade un grupo fosfato a un actúa como molde de la transcripción del mensajero. genera una estructura que permite a los C-1, C-2, C-3, C-4 y C-5. citosina y uracilo), se encuentran otros con bases modificadas cuya función es nucleósido la molécula pasa a llamarse nucleótido. generar puntos de apertura en la hélice, produciendo bucles. ribosomas albergar al ARNm y al ARNt.
  • 9. Las diferentes estructuras del ADN El cromosoma eucarionte Los genes que conforman los cromosomas, estan constituidos por DNA 1) Estructura primaria o secuencia de nucleótidos: la Todas las células somáticas de una especie dada contienen contiene (en cantidades estructura primaria del ADN está constituida por la cantidades aproximadamente iguales de DNA y los gámetos aproximadamente iguales)... secuencia de nucleótidos en una sola cadena. Esta cadena contienen la mitad de DNA de las células somáticas. Esto es presenta una estructura que es la misma para todos, un coherente con el resultado de la meiosis, en la qual el número esqueleto de fosfopolidesoxirribosa y una secuencia de diploide de cromosomas se reduce al número haploide. bases nitrogenadas. No obstante, sí existe una diferencia a la hora de transmitir la información, y ésta radica en la distinta Las proporciones de las 4 bases nitrogenadas en una misma secuencia de las bases nitrogenadas, es decir, la secuencia DNA Proteinas especie son constantes, pero varían de especie a especie. de nucleótidos presenta un código, que muestra una Estas variaciones en la composición de bases bien podrian información u otra en función del orden de las bases. son polímeros de proporcionar el lenguaje en el cual estarian escritas las es un polímero formado sólo aminoácidos, los cuales instrucciones que controlan la actividad celular. por cuatro tipos de existen en 20 tipos nucleótidos 2) Estructura secundaria o doble hélice: este nivel de estructura fue diferentes en las células propuesto por James Watson y Francis Crick (1953), y hace referencia a la disposición en el espacio de las dos cadenas de nucleótidos en forma de Composición del nucleótido: doble hélice. Cada una de las cadenas se dispone de forma antiparalela (la orientación C-5-C-3 va en sentido contrario en las dos cadenas); además, tal como hemos visto, se sigue el principio de En la parte izquierda de la imagen (A) se puede observar el esquema del modelo Los 4 tipos de -1 base nitrogenada propuesto por Watson y Crick en 1953. En la parte derecha de la imagen (B) se muestra nucleótidos -un azúcar de desoxirribosa complementariedad de tal forma que, cuando en una cadena encontramos adenina, en la otra encontramos timina, y cuando en una una reconstrucción molecular computerizada de la doble hélice contienen -un grupo fosfato encontramos guanina en la otra aparecerá citosina. Las bases púricas (adenina y guanina) se unen con las pirimidínicas (citosina y timina) 3) Estructura terciaria o ADN compactado: como hemos mediante puentes de hidrógeno (tres entre la guanina y la citosina y dos mencionado anteriormente, dentro del núcleo de las2 tipos de purinas 2 tipos de pirimidinas entre la adenina y timina). células eucariotas se encuentra una gran cantidad de Enlaces fosfodiéster ADN, y para que éste pueda disponerse en él, necesita Los enlaces fosfodiéster son aquellos que se producen LA TEMPERATURA INFLUYE EN EL ADN estar muy compactado. Es por ello que el ADN en este entre el azúcar de un nucleótido y el fosfato del La doble hélice del ADN es bastante estable en estado natural, pero si punto de estructura se enrolla sobre sí mismo y forma siguiente. En el caso del ADN, estos enlaces siempre van Adenina A Citosina C por diferentes circunstancias llega a los 100 °C, las dos cadenas se en sentido 5 a 3. La molécula de ADN tiene dos cadenas una especie de superhélice gracias a unas enzimas separan y se produce la desnaturalización del ADN. Si posteriormente denominadas ADN-topoisomerasas II. Esta disposición unidas mediante puentes de hidrógeno entre las bases Guanina G Timina T disminuye la temperatura, las dos cadenas vuelven a unirse y da como púricas y pirimidínicas. Estructuralmente, es posible de superhélice presenta dos ventajas: primero de todo, resultado la renaturalización del ADN. consigue reducir la longitud del ADN, y esto proporciona destacar que la doble cadena es antiparalela. Esto estabilidad a la molécula; y en segundo lugar, facilita el significa que el sentido de las dos cadenas no es igual EXPLICACIÓN ESTRUCTURA proceso de duplicación. debido a que presentan diferente polaridad. Una de las Las dos cadenas se encuentran enrolladas alrededor de un eje central, cadenas está dispuesta en el sentido 5 a 3, mientras Dos tipos de bases nitrogenadas formando una doble hélice enrollada hacia la derecha (dextrógira). El que la otra lo está en el sentido 3 a 5. Por ello, en un diámetro de la doble hélice es de 20 Å (2,0 nm). Estas cadenas se extremo de la molécula de ADN, una de las cadenas encuentran unidas de forma helicoidal, permitiendo que entre los acaba con un grupo hidroxilo en la posición 3, mientras residuos nucleotídicos haya una distancia de 3,4 Å. Entre residuo y el que la otra acaba en un grupo fosfato en la posición 5. siguiente la cadena gira 36° de tal forma que la estructura se repite cada 34 Å. Es decir, cada vuelta completa de la hélice contiene diez bases. En la doble hélice del ADN, pueden observarse surcos mayores y menores que se van alternando a lo largo del eje. Estructura del ADN En cualquier segmento de la molécula de ADN, es posible observar un surco mayor y un surco menor que se alternan a lo largo del eje. En la figura A, se puede ver la representación esquemática de las dos cadenas que conforman el ADN. Obsérvese el sentido de las cadenas. Una de las cadenas tiene un sentido de 5 a 3 y la otra de 3 a 5. De este modo, una de las cadenas termina con un grupo hidroxilo en el extremo 3 y la otra lo hace con un grupo fosfato en el extremo 5. Se trata de cadenas antiparalelas. En la figura B, podemos observar un trozo de la doble cadena helicoidal. Su diámetro es de 20 Å. Estas cadenas se encuentran unidas de forma helicoidal permitiendo que entre los residuos nucleotídicos haya una distancia de 3,4 Å. Entre residuo y el siguiente la cadena gira 36° de tal forma que la estructura se repite cada 34 Å. Es decir, cada vuelta completa de la hélice contiene diez bases. En la figura C, se representan las dos cadenas unidas mediante las bases nitrogenadas por medio de puentes de hidrógeno (dos entre la adenina y la timina y tres entre la citosina y la guanina).
  • 10. El mecanismo de replicación del DNA semiconservativo de Watson y Crick Las bases químicas de la herencia: el DNA y su replicación Se denomina modelo de replicación semiconservativo porque cada molécula hija conserva una cadena vieja de la generación El mecanismo general de replicación del DNA progenitora y sirve de molde para la síntesis de una cadena nueva. Proceso que ocurre solo 1 vez en cada generación celular Según este modelo, en el momento de la replicación cromosómica, la molécula de DNA se abre por el medio y las bases apareadas se separan al nivel de los puentes de hidrógeno. Células eucariontes Células procariontes A medida que se separan, las dos cadenas actúan como moldes o guías, cada una dirigiendo la síntesis de una nueva cadena complementaria a lo largo de toda su extensión, usando las materias En la mayoría de estas células el proceso primas de la célula. ocurre durante la fase S del ciclo celular y conduce a la mitosis pero, durante la Como la complementariedad de las bases sólo formación de los gámetos, como los permite dos tipos de apareamiento espermatozoides y los oocitos primarios Procesos (timina+adenina&guanina+citosina), cada cadena en humanos, conduce a la meiosis. comunes forma una copia de su cadena complementaria original y se producen dos répiclas exactas de la molécula. 1- Orígen de la replicación Comienza en una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de la replicación y requiere de proteinas iniciadoras y diferentes enzimas que ayudan a separar las dos cadenas complementarias de manera que cada una sirve de molde para la adición de nucleótidos. 2-La síntesis de una nueva cadena complementaria de DNA La secuencia de Para que se dé esta síntesis es necesaria: inicio o cebador -La presencia de la cadena vieja que hace de molde. -Una secuencia de inicio (denominada cebador o Esta formada por primer) para la nueva cadena que permita que otra enzima, una DNA polimerasa, prolongue la cadena. nucleótidos de RNA En la cadena simple del DNA abierto, la síntesis del ¿Cómo está contenida la cebador de RNA es catalizada por la enzima RNA primasa. Sin el cebador, la DNA polimerasa no información en la molécula de puede actuar. DNA? Watson y Crick lo descubrieron partiendo de Si se observa el DNA en replicación con el microscopio electrónico, la zona de evidencias en fotografias síntesis aparece como “ojo”, llamado burbuja de replicación. Watson y Crick postularon una estructura de una doble hélice, entrelazada y sumamente larga para el DNA. Advirtieron varios hechos interesantes: Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, corren en direcciones opuestas (fig.9-8) Los nucleótidos situados en cualquiera Las cadenas tienen dirección: cada Aunque los nucleótidos dispuestos a lo largo de una de las cadenas de la doble hélice podían grupo fosfato está unido a un azúcar cadena de la docle hélice pueden presentarse en acoplarse en cualquier orden o en la posición 5 -el quinto carbono cualquier orden, su secuencia necesariamente secuencia. Aunque sólo hayan 4 en el anillo de azúcar- y al otro determina el orden de los nucleótidos en la otra diferentes, la variedad de secuencias azúcar en la posición 3 -el tercer cadena, debido a diferentes posibles es enorme, y la carbono en el anillo de azúcar-, de la complementariedad de bases (G con C y A con T). variedad es uno de los requisitos manera que la cadena tiene un primarios del material genético. extremo 5 y un extremo 3. El modelo de Watson y Crick explicaba que la estructura de hélice se mantiene estable debido a: Cuando comenzaron a construir la cadena complementaria encontraron otra -Los puentes de hidrógeno entre las bases restricción: nitrogenadas de nucleótidos enfrentados. -Las purinas no podían aparearse con purinas ni las pirimidinas con pirimidinas. -La interacción con moléculas de agua en los surcos -A causa de las estructuras de los dos tipos de bases, la adenina sólo podía de la molécula de DNA y la presencia de iones aparearse con la timina, con lo que se forman dos puentes de hidrógeno. metálicos asociados con los fosfatos de armazón -La guanina sólo se puede aparear con la citosina y se forman tres puentes de azúcar-fosfato. hidrógeno. -La atracción hidrofóbica entre las bases de -Las bases apareadas eran complementarias. nucleótidos de una misma cadena, conocida como ver figura 9-1 interacción por apilamiento.
  • 11. Niveles de organización de la estructura de la proteína Las proteinas Las proteínas constituyen unos de los componentes más importantes de las células de nuestro organismo debido a que son moléculas que se encuentran en gran número e intervienen en múltiples funciones esenciales de los seres vivos. Las proteínas pueden considerarse grandes polímeros construidos a partir de moléculas más pequeñas, en este caso denominadas aminoácidos Nivel primario: corresponde a la secuencia de aminoácidos. Nivel secundario: conformado por la repetición regular de patrones a lo Composición general de un aminoácido Formación de las proteínas largo de la cadena polipeptídica. De este nivel pueden resultar tanto la hélice α, que es la que se observa en la imagen, como la lαmina plegada β. Nivel terciario: corresponde a la localización de los los aminoácidos están formados por un átomo de átomos de la molécula en el espacio tridimensional. Nivel hidrógeno, un grupo amino (NH2), un grupo carboxilo cuaternario: constituido por dos o más cadenas polipeptídicas. (COOH) y una cadena lateral o grupo R. Se unen entre Todas las proteínas, para poder llevar a cabo su función biológica y ellos a partir de enlaces peptídicos y constituyen los Esta figura muestra la unión entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo estar, por tanto, biológicamente activas, se han de encontrar como elementos que conforman la estructura de la carboxilo del aminoácido siguiente mediante enlaces peptídicos. También puede mínimo en el nivel de estructura terciaria. proteína. observarse cómo en el enlace peptídico se pierde una molécula de agua. Para entender mejor los niveles de estructura de las proteínas, un buen ¿Cómo puede construirse una proteína a partir de un grupo de Estructura y clasificación de las proteinas símil sería imaginarse el típico cable en forma de espiral de un teléfono fijo. aminoácidos? Si se coge este cable y se estira hasta dejarlo recto y a lo largo de éste se escribieran por orden los aminoácidos, se obtendría lo que sería la EJEMPLO Los aminoácidos se unen por medio de enlaces peptídicos en donde el estructura primaria. Si se soltara el cable dejándolo volver a su forma Todos los aminoácidos están constituidos por grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo de un segundo original, es decir, que se volviera a enrollar en forma de espiral, seun átomo de hidrógeno, un grupo amino (NH2), aminoácido, liberándose una molécula de agua debido a una reacción de Cuando se hace referencia a la estructura de una obtendría la estructura secundaria. Ahora se coge el cable en su formaun grupo carboxilo (COOH) y una cadena lateral condensación o deshidratación (tanto el término condensación como proteína, se habla de cuatro niveles de original y lo empezamos a enrollar entre sí formando una gran bola; en este o grupo R (R significa "resto"), siendo este deshidratación hacen referencia a la pérdida de agua). La unión de organización: primario, secundario, terciario y punto obtendríamos la estructura terciaria. Si juntamos dos o tres bolasúltimo grupo el que determina la estructura y la muchos aminoácidos por medio de enlaces peptídicos se denomina cuaternario. como las que acabamos de hacer, tendríamos la estructura cuaternaria. función de la proteína. polipéptido. 1) Nivel de estructura primaria: hace 2) Nivel de estructura secundaria: la estructura secundaria 3) Nivel de estructura terciaria:Diferentes tipos de aminoácidos en función de El enlace peptídico, además de unir a los dos tipos de aminoácidos, tiene referencia a la secuencia de aminoácidos de una proteína está constituida por la repetición regular de hace referencia a la localización de su naturaleza: dos características muy importantes en la estructura de la proteína. Por que construye la estructura primaria de la patrones a lo largo de la cadena polipeptídica que constituye todos los átomos de la molécula en a) aminoácidos apolares. Imagen correspondiente a la lámina plegada β, que un lado, limita el plegado del polipéptido, es decir, las cadenas proteína. Hay que tener presente que no la proteína. Existen dos tipos básicos de estructura el espacio tridimensional. Este b) aminoácidos polares no cargados. constituye una de las formas secundarias de la polipeptídicas, en lugar de adoptar diferentes formas, sólo adoptan una todas las proteínas tienen la misma secundaria: fenómeno se produce como c) aminoácidos cargados positiva o proteína. en particular que se mantiene por medio de enlaces no covalentes estructura primaria, sino que cada una consecuencia de las interacciones negativamente. débiles. Y por otro lado, favorecen a la formación de puentes de tiene la suya en particular, y van a Podemos encontrarnos diferentes tipos de proteínas en que se producen entre los grupos R hidrógeno dentro de la propia proteína y con otras moléculas, depender de ésta tanto las características función de su tipo de estructura secundaria: de los diferentes aminoácidos que contribuyendo a la estructura y función de muchas proteínas. funcionales como estructurales de la -proteínas fibrosas, que suelen estar formadas por un único se encuentran en la cadena molécula. Tal como veremos en apartados tipo de estructura secundaria, en la que sus cadenas polipeptídica. Únicamente existen veinte tipos distintos de aminoácidos, y es a partir posteriores, los genes estructurales tienen polipeptídicas adquieren un orden que dan como resultado de las diferentes combinaciones que se realizan entre éstos que existen la información necesaria para saber qué largos filamentos. Estos tipos de proteínas son insolubles en 4) Nivel de estructura cuaternaria: las miles de proteínas que se encuentran en los organismos vivos. aminoácidos conformarán la estructura el agua y se encuentran principalmente en animales. Un este grado de nivel sólo lo primaria de la proteína y en qué secuencia. ejemplo de estas proteínas sería la queratina implicada en la encontraremos en aquellas constitución del pelo, las uñas y las plumas. proteínas que están constituidas - proteínas globulares que suelen estar formadas por varios por dos o más cadenas tipos de estructura secundaria en la misma cadena polipeptídicas (llamadas cada una Funciones de las polipeptídica y que dan lugar a la estructura terciara que de ellas subunidades). La unión e Función estructural proteinas Las proteínas, en forma de hormonas, anticuerpos o veremos a continuación. Estos tipos de proteínas son interacción entre estas subunidades Algunas proteínas están implicadas en la constitución de la enzimas controlan la actividad celular, ayudan a las generalmente solubles en el agua. Algunos ejemplos de dan como resultado la estructura estructura celular como es el caso de las glucoproteínas (la células a comunicarse, ayudan a trasportar estos tipos de proteínas serían algunas hormonas, los cuaternaria. La hemoglobina,membrana celular) y las histonas (organización del ADN en el diferentes sustancias entre las células, etcétera. anticuerpos, etcétera. proteína que se encarga de Esta imagen corresponde a la forma de estructura núcleo celular). Otras intervienen en dar elasticidad y Función reguladora transportar el oxígeno a los secundaria hélice α. Recibe este nombre debido a laresistencia a órganos y tejidos, como es el caso del colágeno, Algunas proteínas ejercen la función glóbulos rojos, es una de los forma de espiral que adquiere como consecuencia de la elastina y la queratina. de regular la expresión de ciertos mejores ejemplos de proteína que los enlaces que establece entre aminoαcidos por Función de transporte medio de puentes de hidrógeno. genes, mientras que otras tienen una estructura cuaternaria Existe un conjunto de proteínas cuya función es Función de reserva intervienen en la regulación de la transportar diferentes substancias por nuestro división celular. Función homeostática a) La hélice α: en este tipo de estructura,La ovoalbúmina de la clara de huevo, la organismo. Por ejemplo, tenemos la hemoglobina, Algunas proteínas se encargan de el esqueleto polipeptídico adquiere formagliadina del grano de trigo y la hordeina que es la proteína encargada de transportar oxígeno mantener el equilibrio osmótico y de espiral como consecuencia de los de la cebada son el conjunto de Función defensiva por la sangre; las lipoproteínas que, como bien indica actúan junto con otros sistemas puentes de hidrógeno que se forman entre b) Lámina plegada β: esta estructura se produceproteínas que constituyen la reserva de Dentro de esta función, nos encontraríamos con su nombre, transportan lípidos por el flujo sanguíneo; para mantener constante el pH el hidrógeno levemente positivo de un cuando las cadenas polipeptídicas se ubican una aminoácidos para el desarrollo del aquellas proteínas que ejercerían una función de los citocromos que transportan electrones, etcétera. del medio interno. residuo aminoacídico N-H y el oxigeno al lado de la otra, estabilizándose mediante la embrión. defensa en nuestro organismo. Entre las más levemente negativo de otro C-O. En este constitución de puentes de hidrógeno entre el importantes destacarían las inmunoglobulinas, que grupo N-H de una cadena polipeptídica y el tipo de estructura, los grupos R se actúan como anticuerpos frente a posibles Función contráctil Función hormonal grupo C-O de otra diferente. En este tipo de extienden hacia fuera, es decir, sobresalen antígenos. Otros ejemplos relacionados con esta La actina y la miosina son las Este tipo de proteínas circula por la sangre y estructura, los grupos R también sobresalen de de la espiral. Cuando la repetición de este función defensiva serían la trombina y el hormonas implicadas en la formación actúa por todo el cuerpo. Entre estos tipos de la estructura, aunque en forma de zigzag. Función enzimática patrón se repite en un segmento de la fibrinógeno, implicados en la formación de coágulos de las miofibrillas responsables de la hormonas nos encontramos con la insulina y el Las proteínas con función enzimática actúan proteína el resultado final es la hélice α. sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas del contracción muscular. Otras glucagón (que se encargan de regular los como biocatalizadores de las reacciones tracto digestivo y respiratorio que tienen un efecto proteínas con función contráctil niveles de glucosa en sangre), o las hormonasquímicas del metabolismo celular, es decir, su germicida y protegen a las mucosas y, algunas serían las dineinas y las quinesinas segregadas por la hipófisis como la hormona función es disminuir la cantidad de energía toxinas bacterianas, como la del botulismo, o que se relacionan con el movimiento del crecimiento o la calcitonina (que regula el de activación que necesitan las reacciones venenos de serpientes, que son proteínas fabricadas celular y el transporte de substancias metabolismo del calcio).químicas para que puedan llevarse a término. con funciones defensivas. en el interior celular.
  • 12. Las enzimas Genes mitocondrialesEnzimas y su medio: temperatura y pH Definiciones estas moléculas son especialmente sensibles a la temperatura y al pH. Las mitocondrias se heredan mediante el citoplasma materno. Durante el proceso de fecundación, un espermatozoide aporta únicamente los o también denominadas catalizadores biológicos, son grandes moléculas Respecto al pH, influye tanto en la genes nucleares debido a que sólo penetra la parte anterior (que presenta el núcleo) dentro del óvulo, dejando los orgánulos citoplasmáticos de proteínas globulares fundamentales en los seres vivos, debido a que CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASvelocidad con la que se lleva a cabo una fuera del mismo. Por este motivo, el ADN mitocondrial del padre no pasa a la descendencia. todas las reacciones químicas que tienen lugar en las células están reacción catalizada por una enzima, mediatizadas por éstas. La función principal de estas proteínas es las enzimas pueden clasificarse en diferentes como en el grado de actividad de ésta. Por lo que se refiere a los procesos de replicación y traducción, se ha podido comprobar que existen claras diferencias en comparación al ADN acelerar la velocidad de una reacción química y disminuir la energía de tipos en función de la reacción química queLa temperatura, en general un aumento nuclear. Por ejemplo, los ARNr y ARNt se encuentran codificados por el ADN mitocondrial, utilizándose un código genético diferente al universal activación. Por tanto, una reacción no catalizada, es decir, una reacción catalizan. de ésta produce un aumento en la para llevar a cabo el proceso de traducción. Del mismo modo, el proceso de replicación del ADN mitocondrial es también diferente al llevado a en la que no intervengan enzimas requerirá más energía de activación. velocidad de una reacción catalizada. cabo en el ADN nuclear. 1) Transferasas: la función de estas enzimas es No obstante, temperaturas muy transferir radicales de un sustrato a otro sin que elevadas inactivan a las enzimas. ¿cómo se organiza y dispone el material genético en las mitocondrias? En el ser humano, el ADN mitocondrial, secuenciado por el grupo de La mayoría de reacciones químicas no se producen así sin más, sino que éstos queden libres en ningún momento. Sanger en 1981, tiene un tamaño de 16.569 pb. Se caracteriza por la ausencia de secuencias intercaladas no codificantes (intrones). De forma necesitan energía para poderse llevar a cabo. Esta energía recibe el añadida, las repeticiones de genes no son frecuentes. Además, tampoco es habitual la presencia de ADN espaciador intergénico. nombre de energía de activación y tiene unas funciones características. 2) Oxidoreductasas: catalizan reacciones de La función principal de las enzimas Por un lado, permite a las moléculas chocar con suficiente fuerza para oxidación o reducción del sustrato. Dentro de En relación con los productos génicos del ADN mitocondrial, cabe destacar que éste codifica 22 ARN de transferencia, 2 ARN ribosómicos y 13 es reducir considerablemente la superar su repulsión mutua y, por otro lado, debilita los enlaces químicos este grupo se encuentran: polipéptidos. Las proteínas mitocondriales están implicadas en los procesos de fosforilación oxidativa para la obtención de energía, aunque energía de activación de las existentes y forma otros nuevos. hemos de tener presente que la respiración celular (funciones respiratorias oxidativas) está controlada tanto por genes mitocondriales como por reacciones químicas. Cuando una a) Las deshidrogenasas: la función de estas genes ubicados en el núcleo celular. De esta forma, los polipéptidos implicados en dichos mecanismos de fosforilación oxidativa suelen estar reacción no es catalizada, se Las enzimas suelen unirse temporalmente a pequeñas moléculas enzimas es separar átomos de hidrógeno de los formados por varias cadenas proteicas codificadas por genes mitocondriales y nucleares. Las cadenas codificadas por genes nucleares se han de precisará una gran cantidad de llamadas sustratos. El resultado de esta unión es el debilitamiento de los sustratos. transportar del citoplasma de la célula a las mitocondrias. Por otro lado, es cierto que en el núcleo se codifican diferentes productos vitales para energía de activación. enlaces químicos existentes, favoreciendo la formación de otros nuevos b) Las oxidasas: estas enzimas oxidan el la actividad y función biológica de las mitocondrias (factores de iniciación de la traducción, polimerasas del ADN y del ARN, etcétera). sustrato cuando aceptan electrones. 3) Ligasas: catalizan la unión de moléculas o Coenzima grupos con la energía proporcionada por la desfosforilazión de la ATP. Algunas cosas de la introducción del Una coenzima es un transportador orgánico que, módulo 2 durante el proceso catalítico, se une mediante 4) Hidrolasas: estas enzimas se encargan de enlaces débiles a la parte proteica de una enzima romper enlaces e introducir radicales de –H y – (apoenzima). La función de los coenzimas es OH. transportar grupos químicos. Hemos de tener presente que durante el proceso de catálisis, la 5) Isomerasas: la función de estas enzimas es coenzima se modifica; además, éstos no suelen ser cambiar la posición de un grupo de la molécula específicos de un solo tipo de apoenzima. Las a otra parte de ésta. coenzimas pertenecen al grupo de las vitaminas. Algunos de estos compuestos transportan electrones 6) Liasas: separan grupos sin intervención de y protones participando en las reacciones de agua y, generalmente, originan enlaces dobles oxidación y reducción. Otros, por su parte, se en la molécula, o bien añaden grupos a encargan de transportar radicales. Los primeros moléculas que tienen enlaces dobles y que reciben el nombre de coenzimas de oxidación y posteriormente los pierden. reducción, mientras que los segundos reciben el nombre de coenzimas de transferencia. ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS-En cuanto a la estructura de estas moléculas, están formadas por varias cadenaspolipeptídicas que se encuentran plegadas. Esta estructura particular permite que, en lasuperficie de la enzima, se forme lo que se conoce como sitio activo, que es el lugar concretodonde se produce la unión enzima-sustrato y se lleva a cabo la catálisis que es el proceso En la parte superior de la figura se muestra el dogma original propuesto por Francis Crick sobre losmediante el cual se incrementa la velocidad de una reacción química. precoses de replicación, transcripción y traducción de la información genética. En la parte inferior de la figura se muestra una actualización de dicho dogma en relación con la formación que se tiene hoy en día-Especifidad enzimática de los mecanismos que operan en algunos tipos de virus en relación con la transcripción y a la replicaciónNo todos los sustratos tienen afinidad para los sitios activos de las enzimas. Sólo aquellos del propio ARNque tienen la misma forma pueden unirse a éstas.-CatálisisUna vez finalizada la catálisis, el sustrato se convierte en producto. Para terminar el proceso,el producto y la enzima se separan, quedando ésta libre para poder unirse de nuevo a otrosustrato. Esto es posible debido a que, aunque la forma de la enzima puede variar un gen es una secuencia de nucleótidos del ADN quetemporalmente durante el curso de una reacción, al finalizar ésta vuelve a adoptar su forma el ADN es el constituyente primario de los codifica los aminoácidos y el orden que se tiene queoriginal. cromosomas de las células y es el portador seguir para formar una cadena polipeptídica (sea o no del mensaje genético. La función del ácido una enzima). Dichos genes se denominan genes-A mayor número de sustratos, mayor número de interacciones se producirá con las enzimas ribonucleico (ARN) es transcribir el mensaje estructurales. De todas formas, existen otrasy, por lo tanto, se producirán más reacciones químicas en un tiempo determinado. genético presente en el ADN y traducirlo a secuencias del ADN que se encontrarán implicadas en proteínas. otros procesos, como la codificación de factores deEl fenómeno de saturación por sustrato transcripción, proteínas reguladoras y la secuencia deNormalmente, la cantidad de enzimas suele ser mucho menor que la cantidad de sustratos, los diferentes ácidos ribonucleicos.y este desequilibrio produce lo que se conoce como fenómeno de saturación por sustrato.Cuando todas las moléculas de la enzima están unidas a sustratos, la enzima trabaja lo más En esta imagen, puede observarse cómo el sustrato se acopla al sitio activo Un gen es una secuencia de nucleótidos del ADN querápido que puede y no aporta ningún beneficio extra el hecho de que haya más sustratos de la enzima, produciéndose la catálisis y la conversión del sustrato contiene la información para sintetizar proteínas,libres debido a que la enzima no dispone de sitios activos para actuar como catalizadora. (molécula A) en producto (molécula B), finalizándose el proceso con la para regular los diferentes mecanismos de la liberación del producto y quedando la enzima disponible de nuevo. expresión génica y para codificar la secuencia deMuchas enzimas requieren de otras moléculas no proteicas para poder funcionar, y entre nucleótidos que conformarán los diferentes ácidosestas se encuentran: ribonucleicos.a) los cofactores: son iones inorgánicos como el magnesio (Mg2), el zinc (Zn2) y el hierro(Fe2) que se unen temporalmente a ciertas enzimas y son esenciales para su función y, en la superficie de las enzimas se encuentra el sitio activo, queb) los coenzimas: también se unen temporalmente y actúan como transportadores de es el lugar concreto donde se produce la unión enzima-grupos funcionales. Los coenzimas no suelen ser específicos a un solo tipo de enzima, sino sustrato y se lleva a cabo la catálisis.que pueden unirse a muchos tipos.
  • 13. La traducción El codigo genético: el lenguaje de la vidaUna vez ya tenemos transcrita en el ARN la información contenida en los genes, debemos "traducirla" a polipéptidos siguiendo las reglas del código genético. Recordar: Las proteínas son cadenas de aminoácidos que están plegadas enel espacio y que tienen una función fisiológica muy específica. Hablamos de traducción porque pasamos de un lenguaje basado en la complementariedad de bases y en las bases individuales a un lenguaje basado en aminoácidos. Una proteína es una molécula que contiene cientos de aminoácidos. Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos para formar las La secuencia de aminoácidos que conforman la estructura primaria de una proteína queda codificada en el ARNm. La proteínas. Existen veinte tipos distintos de aminoácidos para crear los millares desíntesis de la proteína se lleva a cabo en los ribosomas. En células eucariotas, un ribosoma tiene dos subunidades: una proteínas del ser humano. La secuencia concreta de aminoácidos que subunidad grande (60S, ARN 28S + 49 proteínas) y una subunidad pequeña (40S, ARNr 18S + 33 proteínas). conformará una proteína específica determinará la estructura tridimensional de la misma y su función biológica. El ADN dispone de la información necesaria para Mediante un intrincado mecanismo enzimático, los ARN de transferencia van incorporando los aminoácidos especificar los aminoácidos que conformarán una proteína determinada y en qué especificados por la secuencia lineal de codones del ARNm. Por ello, ha de existir tantos ARNs de transferencia como orden se establecerán dentro de la cadena polipeptídica. No obstante, los ácidoscodones diferentes en el ARNm. En el ARNt hay un triplete de nucleótidos (anticodón) que es complementario al codón nucleicos son largas cadenas de nucleótidos compuestos por cuatro tipos del ARNm, de manera que el aminoácido que trasporta cada ARNt es el que especifica su codón. De esta forma, se diferentes de bases nitrogenadas. Con ello, queda patente la necesidad de unpuede seguir las leyes del código genético para saber qué aminoácido corresponde y en qué posición para la síntesis de código que permita llevar a cabo una traducción del lenguaje de los ácidos una determinada proteína. nucleicos al lenguaje de las proteínas. Los ARNt transportan los aminoácidos que correspondan al ribosoma para la síntesis de una proteína. Dichos ¿Cómo es posible codificar con cuatro letras la información existente sobre los aminoácidos se unen en el extremo 3 de los ARNs de transferencia. Un proceso enzimático (carga del ARNt) es el veinte aminoácidos que podrán unirse en un orden concreto para formar unaencargado de que cada ARNt lleve el aminoácido que corresponde con su anticodón (enzimas denominadas aminoacil cadena polipeptídica? ARNt sintetasas). Si cada base codificara un aminoácido, el número máximo de aminoácidos que podría formar parte de las proteínas sería de cuatro. Si cada dos bases se codificaran un aminoácido, el número de aminoácidos que se podría utilizar sería Los tres pasos de la traducción de dieciséis. Por el contrario, si cada tres bases se codificaran un aminoácido, el número de combinaciones posibles sería de sesenta y cuatro. Por lo tanto, al tener veinte aminoácidos se necesita llevar a cabo una lectura de las bases de 1) Iniciación tres en tres. El mensajero se une a la subunidad pequeña del ribosoma junto con los factores de iniciación (IF1, IF2 e IF3). Un ARNt Por lo tanto, el lenguaje de la vida, o código genético, se basa en una lectura de que transporta el aminoácido metionina se une al codón del agrupaciones de tres bases. Dichas agrupaciones de tres bases se denominan ARNm en el sitio P del componente de traducción (es lo que tripletes en el ADN y codones en el ARNm. Para el ADN, las bases que podrán denominamos complejo de iniciación). Se libera el IF3, y la conformar los tripletes son: adenina, guanina, citosina y timina. Por su parte, en subunidad grande del ribosoma se une al complejo, el ARNm las bases que formarán los codones son: adenina, guanina, citosina y liberándose los factores de iniciación 1 y 2. Seguidamente se uracilo. une (al sitio A del ribosoma) el siguiente ARNt cuyo anticodón es complementario al siguiente codón del ARNm. Las diferentes distribuciones en que se ubicarán las bases en el triplete definirán los aminoácidos que se irán uniendo para formar una proteína. Es decir, cada agrupación de tres bases especificará un aminoácido. 2) Prolongación Gracias al EF-Tu se posibilita el inicio de la prolongación. Se genera un enlace peptídico entre los aminoácidos (peptidil Propiedades del código genético transferasa) y el ARNt que se ha quedado sin carga (sin aminoácido) se desplaza al sitio E, saliendo posteriormente 1) El código genético es redundante o degenerado debido a que un aminoácido del ribosoma. El ARNm se transloca tres bases hacia la puede ser codificado por más de un codón. Esto ocurre en dieciocho de los izquierda, de modo que el ARNt que carga con los dos aminoácidos; la metionina y el triptófano están especificados sólo por un codón. aminoácidos se mueve al sitio P (la acción del EF-G es crítica para completar este primer paso). Posteriormente, entra en el 2) Cada agrupación de tres ribonucleótidos (codón) especifica un solo aminoácido, sitio A (ayudado por el EF-Tu) el tercer ARNt (cuyo anticodón con lo cual no presenta ambigüedades. sea complementario del codón siguiente del ARNm) cargado con un nuevo aminoácido. Se lleva a cabo un nuevo enlace 3) La lectura del código se ha de realizar de una forma lineal (sin comas y sin peptídico formando un tripéptido. El ARNt que se ha quedado ninguna interrupción). Así, la lectura del ARNm se inicia en un punto y avanza de sin carga (sin aminoácido) se desplaza al sitio E, saliendo codón en codón, sin separación entre ellos. Es importante recordar que un gen es posteriormente del ribosoma. El ARNm se transloca tres bases una secuencia lineal de nucleótidos que ocupa un lugar físico concreto en un hacia la izquierda, de modo que el ARNt que carga con los tres cromosoma. Mediante la transcripción, se obtendrá el ARNm que contendrá la aminoácidos se mueve al sitio P. Se continúa el proceso hasta combinación de agrupaciones de bases ribonucleotídicas que se traducirán en una 3) Terminación llegar al codón de terminación del ARNm. secuencia lineal de aminoácidos. la terminación del proceso de traducción se encuentra señalada por tres tripletes: UAA, UAG y 4) se basa en señales de inicio y terminación del proceso. El codón AUG es la señal UGA. La aparición del codón de terminación en el de inicio especificando el aminoácido metionina. No obstante, dicho aminoácido se ARNm implica la acción de factores de liberación (o inserta no formilado en la cadena polipeptídica. En raras ocasiones, el codón GUG de terminación) que dependen del GTP que escinden (que especifica habitualmente el aminoácido valina) puede codificar el aminoácidola cadena polipeptídica del ARNt terminal, liberándola metionina, constituyendo una señal de iniciación. En cuanto a la terminación, del complejo de traducción. Por lo tanto, los existen tres señales formadas por la agrupación de los ribonucleótidos siguientes: componentes del complejo de traducción se separan UAG, UAA y UGA. Dichas señales no codifican ningún aminoácido (con lo cual, no y el polipéptido se pliega en la proteína. son reconocidas por ningún ARN de transferencia). 5) es necesario destacar que el código genético no se solapa. De tal forma que iniciado el proceso cada ribonucleótido forma parte sólo de una agrupación (codón). Mecanismo que da lugar a un POLIRRIBOSOMA Anticodón 6)Se trata de un código que resulta casi universal. Hasta los inicios de los años ochenta, se pensaba que este código era universal, es decir, que todos los seres Al seguir la fase de prolongación, y en el momento que la zona inicial En el ARNt hay un triplete de nucleótidos vivos lo utilizaban para traducir el mensaje de los ácidos nucleicos a las proteínas. del ARNm ya ha pasado por el ribosoma, el ARNm se libera y puede (anticodón) que es complementario al codón Hoy en día sabemos que existen algunas excepciones (por ejemplo, en el ADN asociarse con otra subunidad pequeña para iniciar de nuevo el proceso. del ARNm, de manera que el aminoácido que mitocondrial de levaduras y del ser humano, en genes nucleares de algunos Este mecanismo se puede repetir varias veces en una misma molécula de transporta cada ARNt es el que especifica su protozoos ciliados). mensajero, dando lugar a un polirribosoma. codón.
  • 14. Definición En la figura, podemos observar algunosEl origen de las diferentes formas alternativas que La mutación Tipos de mutaciones tipos de mutaciones puntiformespuede presentar un gen lo podemos encontrar en (marcadas con asterisco). las mutaciones. mutaciones génicas mutaciones genómicas mutaciones cromosómicas IntroducciónLa función del material genético es albergar y transmitir la información a la progenie. Para ello, existen diferentes mecanismos que ayudarán a regular y solventar la integridad del ADN, evitando que sufraalteraciones. No obstante, en ocasiones se da lugar a alteraciones que son alteraciones que afectan al afectan a la estructura del propio no se pueden corregir ni reparar. Se estima que uno de cada mil puede modificarse un solo gen número de cromosomas cromosoma errores que ocurren no es reparado, de modo que la información que tener presente la existencia de se alberga en esa porción de material genético queda alterada de una diferentes tipos en función del generación a la sucesiva ocasionándose una mutación. mecanismo y del trozo de ADN que afecte. pueden producirse por mutación delección diferentes causas al tratarse de mutaciones en genes hay diferentes tipos en función de si el específicos, las alteraciones se número de cromosomas de una célula (o de circunscribirán a cambios en los la totalidad de células) es múltiplo exacto del Deleción Traslocación nucleótidos que conforman dicho gen. número haploide (n) y distinto del número De esta forma, por ejemplo, puede ser el trozo La modificación de un diploide (2n) (poliploidía), o bien si el número se puede escindir delecionado de que haya una pérdida de algunos de de cromosomas de una célula no es el un trozo de un estos nucleótidos. Este tipo de nucleótido o varios puede un cromosoma implicar la aparición de número haploide ni múltiplo exacto del cromosoma se une a otro mutación se denomina deleción (por número haploide normal (aneuploidía). ejemplo,...GCCATCGAA... en lugar graves alteraciones en el cromosoma de...GCCTTAATCGAA...). fenotipo de una persona. Se ha podido comprobar que Este tipo de alteraciones puede ocurrir por Inversión Duplicación diferentes alteraciones errores en los procesos de división celular Mutación inserción congénitas son provocadas (mitosis o meiosis) o bien por otras causas el trozo de ADN relacionadas con el proceso de fecundación y Puede ocurrir que por este tipo de mutaciones, se inserta en el el de duplicación cromosómica. un trozo del por ejemplo algunas mismo lugar pero Esta mutación génica ocurre cuando se cromosoma se alteraciones metabólicas en sentidoinserta uno o más pares de nucleótidos replique dos veces como la fenilcetonuria o la inverso (por ejemplo,...GCCCAATTAATCGAA... alcaptonuria (las dos son en lugar de...GCCTTAATCGAA...). enfermedades de carácter recesivo). Posibilidades a tener en cuenta... Mutación sustitución -los errores que suceden durante la replicación del ADN tienen una tasa muy baja (un error por cada millón de replicaciones). Las sustituciones son mutaciones -Los errores que ocurren no suelen tener efecto, o el efecto es nimio en relación con la actividadque ocurren cuando un nucleótido genética.es modificado por otro nucleótido -En algunas ocasiones, las mutaciones sí que pueden afectar gravemente al fenotipo de la persona, distinto (por ejemplo,... alterando el polipéptido que codifica el gen mutado.AGTCCATAATGAA... en lugar de... -También algunas mutaciones pueden tener efectos beneficiosos sobre el ser humano al aumentar ATCATAATGAA...). la variabilidad dentro de la especie y facilitar la adaptación de aquellos individuos que han perpetuado sus propios genes. Imaginemos que una mutación se da en una célula sexual (gameto) de un individuo. Dicha mutación podrá trasmitirse a los descendientes de este individuo y, de esta Mutación inversión forma, pasará de una generación a otra. Supongamos que dicha mutación provoca algún cambio en el fenotipo que implica una ventaja clara para la supervivencia del individuo. Así, los individuos que Las inversiones es un tipo de tengan la mutación llegarán a la madurez sexual, podrán perpetuar sus genes en la descendencia y, mutación génica que implica a su vez, trasmitir la mutación ventajosa. Todo el reservorio de mutaciones adaptativas y favorables Las mutaciones por desplazamientos deque un conjunto de nucleótidos para la conservación de una determinada población de sujetos podrá llevar al impulso de una pauta de lecturade un gen sean introducidas en nueva especie (selección natural). orden opuesto (por En este tipo de mutación puntiforme, -En algunas ocasiones las mutaciones pueden modificar el fenotipo en relación con manifestacionesejemplo,...GCCATAATGAA... en cuando hay una inserción o una pérdida de diferenciales en los descendientes del progenitor que tiene la mutación. Por ejemplo, las lugar de... GCCATAATGAA...). un nucleótido durante la duplicación del mutaciones dinámicas ocurren cuando se da una repetición anómala de un triplete de bases en un material genético se desplaza la pauta de trozo de ADN (gen). Este tipo de mutación puede inducir el fenómeno de anticipación de un gen, de lectura del mensajero, de tal forma que el manera que si ese gen es el responsable de una patología determinada, ésta se manifestará en los producto final (polipéptido) que codificaba descendientes de manera temprana y con una sintomatología más acusada. Mutaciones puntiformes el gen es diferente. en muchas de lasocasiones, las mutaciones Mutaciones silenciosasque afectan a un solo gen se deben a alteraciones cuando la modificación es de un solo en un solo nucleótido. nucleótido (mutación puntiforme) sin Las mutaciones erróneas Este tipo de mutaciones generar alteraciones fenotípicas. génicas se denomina Las mutaciones sin sentido Las mutaciones erróneas son aquellas ¿Cómo es posible que no se modifiquemutaciones puntiformes. mutaciones puntiformes que suceden cuando se la estructura del polipéptido que Otro tipo de mutación puntiforme son las mutaciones sin sentido. En modifica un nucleótido por otro nucleótido en la codifica el gen? La respuesta la este caso, el cambio de un solo secuencia de ADN. Esto implica que el codón de podemos encontrar en el código Las mutaciones puntiformes ARNm que codificaba un aminoácido genético. Recordemos que el código pueden tener diferentes nucleótido en uno de los tripletes de ADN genera el cambio de un determinado se convierta en otro codón que genético es redundante. De esta forma, efectos sobre la síntesis de codifica otro aminoácido. Con una mutación es posible que la modificación de uno polipéptido que codifica el codón de ARNm que codifica un aminoácido en un codón de paro, errónea se modifica la estructura primaria de la de los nucleótidos en los tripletes no gen. proteína sintetizada y, por lo tanto, esto puede altere el producto final debido a que, con lo cual se interrumpe la síntesis del polipéptido de forma afectar a la estructura tridimensional de la según el código, correspondería el avanzada. misma e incluso a su función biológica. mismo aminoácido.
  • 15. Control epigenético, modificaciones y niveles de la expresión genética El control epigenético hace referencia al mecanismo mediante el cual se puede modificar la acción de un determinado gen sin alterar el ADN de dicho gen. El control epigenético desempeña una función crítica en la diferenciación celular, en la organogénesis y en la morfogénesis. Por un lado, dicho control permite que cada célula se diferencie fisiológica y La epistasis es el fenómeno Cuando se da una interacción entre genes ubicados en distintos loci hablamos de un morfológicamente a pesar de tener el mismo ADN que otras células cuya diferenciación será totalmente consistente en el fenómeno conocido como epistasia. En la epistasia, un genotipo determinado para un diferente. De forma añadida, los mecanismos implicados en el control epigenético permiten que lasenmascaramiento de la expresión gen específico impide que se manifieste el fenotipo esperado para otro gen. células que conforman un organismo asuman configuraciones específicas que supongan la génesis de lasfenotípica de un gen (hipostático) Recordemos que cuando hablamos del fenómeno de dominancia se trata de una diferentes estructuras corporales y de los órganos internos. Además, dichos mecanismos tambiénpor parte de otro gen (epistático) interacción genética dentro del mismo locus, mientras que en el caso de la epistasia la permitirán que las diferentes proteínas que necesita una determinada célula en momentos temporales que no constituye una forma interacción genética se da entre loci. En definitiva, hemos de tener presente que claramente diferenciados se sinteticen en relación con estos requerimientos y no de manera libre, alternativa del primero (no es algunos rasgos fenotípicos son producto de múltiples genes que interactúan entre ellos conllevando una producción ingente o a una producción insuficiente de las mismas. alélico). (epistasis) y que recogen variadas influencias de factores ambientales. -Dos ejemplos donde se ponen de manifiestoA excepción de las células sexuales (que tienen sólo un cromosoma de cada par), el resto de células de nuestro cuerpo tiene En genética humana, hay ejemplos que ponen de complejas relaciones desdela misma información genética: genes ubicados en diferentes lugares de los veintitrés pares de cromosomas. Cada tejido del manifiesto la importancia de la regulación y los un punto de vista organismo se encuentra compuesto por diferentes tipos de poblaciones celulares. cambios fenotípicos ligados a diferentes aspectos: epigenético són: la herencia limitada al sexo y PREGUNTAS QUE SE DESPRENDEN... la herencia influida por el sexo. ¿Cómo puede ser que todas las células tengan la misma información genética y que su función sea tan diferente? ¿qué eslo que hace que, por ejemplo, una célula pancreática pueda liberar insulina en ciertos momentos del día en relación con los Aspectos o mecanismos a tener en cuenta procesos metabólicos, mientras que una célula piramidal de la médula espinal libere acetilcolina mediante su botón sobre el control epigenético: terminal para generar la contracción muscular? La respuesta es que cada tipo celular fabricará unas proteínas específicas. Otro fenómeno que hay que destacar es el de En relación con las mutaciones dinámicas, un caso a considerar es el pleiotropia. Se ha de tener presente que un síndrome de frágil X. Este síndrome tiene su causa en la expansión anómala ¿Y si nos centramos en las diferencias morfológicas de las células? ¿Qué es lo que hace que un hepatocito tenga una mismo gen, en función del tipo de tejido en el de un triplete (CGG), que genera un estrechamiento del cromosoma X en la morfología determinada mientras que una célula muscular tenga otra significativamente diferente? -Otro aspecto a tener presente en relación con las que se exprese, puede tener efectos muy región q27.3. En este síndrome se da la paradoja de Sherman según la cual La respuesta inicial la podríamos completar argumentando que, en cada tipo de célula, los genes que se expresan son interacciones que pueden poner en marcha los genes diferentes en diferentes zonas de nuestro una premutación (55 a 200 repeticiones del triplete que no afectan o distintos. En cada tipo de célula, se expresan sólo un 5% de sus genes. De este modo, por ejemplo, en una neurona se es el de las variaciones en la expresión de los genes. organismo. Del mismo modo, en algunas afectan muy poco al fenotipo) puede convertirse en mutación (más de 200 activarán y expresarán unos genes que permanecerán inactivos en una célula de la piel. Los genes que se expresen en la Existe un fenómeno en genética denominado ocasiones podemos comprobar que un mismo repeticiones del triplete que producen la manifestación de la enfermedad) neurona serán aquellos que le permitan llevar a cabo sus funciones y, por lo tanto, codificar las proteínas que necesite esa expresividad variable, que se refiere a que un mismo efecto puede estar causado por diferentes cuando es trasmitida por una mujer (impronta genómica). De esta forma, neurona. gen puede manifestarse en grados diferentes en genes o conjunto de genes. Cuando sucede esto un sujeto varón premutado puede trasmitir la enfermedad a los nietos sujetos distintos. De esta forma, cuando un gen hablamos de heterogeneidad genética. mediante una hija no afectada (premutada). Debido es esta dinámica de - ¿qué mecanismo o sistema tiene la capacidad de establecer que, en una célula, se expresen unos genes mientras que en penetra, éste se puede manifestar de forma herencia, inicialmente se pensaba que el síndrome X frágil seguía un patrón otras células lo hagan otros genes distintos? diferencial en personas diferentes en relación con el de herencia recesivo ligado al cromosoma X. Hoy en día, sabemos que sigue Hay algunos aspectos que sí se conocen. Se ha podido comprobar que existen diferentes moléculas (proteínas, ARNs, grado de expresividad. Por normal general, los genes un patrón de herencia dominante con penetrancia incompleta.hormonas, factores de crecimiento, etcétera) que son capaces de regular la actividad de los genes. Aquí es donde desempeña dominantes manifiestan expresividad variable, una función capital la epigénesis o control epigenético. El control epigenético hace referencia al mecanismo mediante el cual Un fenómeno que merece especial atención es el de mientras que los recesivos carecen de ella. se puede modificar la acción de un determinado gen sin alterar el ADN de dicho gen. impronta genética. Se trata de un fenómeno que manifiestan ciertos genes por el que un mismo gen se expresa de forma-Los factores epigenéticos son los responsables de que las neuronas sean neuronas y que los hepatocitos sean hepatocitos, diferente en función de si se ha heredado de la madre o del -Se ha podido comprobar que la cabría preguntarse si es posible que haya alguna interacción con estímulos ambientales. padre. Un ejemplo de este fenómeno son los síndromes de -Otro aspecto a tener presente es la comparación repetición errónea de un triplete de basesSon múltiples las evidencias experimentales que sugieren que diferentes factores epigenéticos son los responsables de activar Prader-Willi y de Angelman. Se han podido comprobar genética entre diferentes especies. En este de un gen (mutación dinámica) puede los genes en respuesta a diferentes estímulos ambientales. Imaginemos dos sujetos que son genéticamente idénticos, por diferentes alteraciones localizadas en la banda 11 del brazo sentido, se ha podido comprobar que generar un fenómeno de anticipación ejemplo dos hermanos gemelos homocigóticos. A pesar de que genéticamente estos gemelos comparten el 100% de la carga largo del cromosoma 15 (15q11). Esta región manifiesta una aproximadamente la mitad de los genes de la genética. De esta forma, la manifestación genética, podemos encontrar diferencias notables entre ellos en relación con múltiples factores más o menos complejos. expresión diferente en función de si los cromosomas son especie Drosophila melanogaster (mosca de la de una patología en los descendientes que paternos o maternos. En un individuo normal, el alelo han heredado el gen induce que ésta se dé ¿qué es lo realmente crucial, los genes que tenemos o cuándo y cómo se expresan dichos genes? fruta) son similares (paralelos) a los del ser materno es metilado, mientras que el paterno es con una sintomatología más grave y en Un aspecto importante que cabe destacar, dentro de los mecanismos implicados en relación con la modificación de la acción humano. Si nos comparamos con un chimpancé o desmetilado. A veces, puede ocurrir que haya un error por edades más tempranas. de un determinado gen sin la alteración del ADN de dicho gen, es la disparidad encontrada entre los genes del ser humano y con un ratón, casi la totalidad de sus genomas se parte de uno de los progenitores, resultando en la deleciónla cantidad de proteínas que se producen en el organismo. Se estima que la producción proteica ronda entre los 500 y 1.000 x corresponde con el genoma del ser humano. ¿Qué de dicha región del cromosoma 15. Si la deleción se hereda 103 proteínas. es, entonces, lo que nos diferencia? La respuesta la del padre, el resultado el síndrome de Prader-Willi que cursa encontramos en lo que se refiere a los niveles de con obesidad, hipogonadismo e hipotonía, mientras que si la ¿Cómo es posible que la cantidad total de proteínas diferentes que produce nuestro organismo supere al total de genes actividad o expresión genética. De esta forma, un deleción se hereda de la madre el resultado es el síndrome -Los genes pueden expresarse de forma diferencial en relación con el ambiente. que contiene el genoma humano? mismo gen presente en el ratón y en el ser de Angelman que cursa con temblores, epilepsia, expresiones -Por ejemplo, hoy en día, para algunos tipos de patologías, se habla de factores Evidencias experimentales han sugerido algunos mecanismos que podrían explicarlo: humano puede tener niveles de actividad muy faciales de sonrisa permanente, etcétera. ambientales de riesgo y factores ambientales protectores.-los mecanismos de splicing alternativo explicarían la obtención de proteínas diferentes en función de los trozos del gen que diferentes. se transcriban y traduzcan. -Se puede aumentar la expresión de los genes de riesgo para una determinada -Un segundo mecanismo estaría relacionado con la combinación de genes, de tal forma que los aminoácidos que forman las enfermedad cuando la persona está expuesta a factores ambientales de riesgo. proteínas podrían combinarse de múltiples formas para producir proteínas diferentes. ¿qué sucede en un sujeto en La penetrancia -Se puede disminuir la expresión de los genes de riesgo aportando factores -Un tercer mecanismo que podría clarificar esta disparidad sería la modulación de la expresión de los genes. cuestión? ¿Cómo podemos se refiere a la frecuencia con que un ambientales protectores. gen dominante o un gen recesivo en pero entendida a escala individual... analizar la penetrancia a escala homocigosis, se manifiesta individual? En psicopatología se ha podido comprobar que el estrés (teniendo sobre todo PENETRANCIA COMPLETA fenotípicamente en la población. presente los efectos fisiológicos de una respuesta a largo plazo en relación con la La penetrancia puede tomar la expresión fenotípica en la la penetrancia es un fenómeno de todo o nada. Si activación del eje hipotálamo-hipofisario-adrenal) constituye uno de los factores valores que van de 0 a 1. Si un gen población y de frecuencias tenemos un gen dominante con una penetrancia ambientales que pueden aumentar de manera notable los efectos de los genes de tiene una penetración de 1 quiere de 0.6, significa que en un determinado conjunto riesgo de algunas alteraciones. decir que la penetrancia es poblacional de cada diez personas que tengan el completa (se manifiesta gen sólo manifestarán el rasgo seis de ellas. No -Tener en cuenta la interacción (control genético de la sensibilidad hacia el medio fenotípicamente el 100% de las obstante, para esas diez personas la manifestación ambiente) que se da entre los factores genéticos y los factores ambientales. veces). Consecuencia de la penetrancia incompleta seguirá un fenómeno de todo o nada. un gen dominante presente en el genotipo Los factores genéticos y los factores ambientales no actúan independientemente los PENETRANCIA INCOMPLETA no se manifiesta siempre en el fenotipo. Este unos de los otros en la génesis y explicación de la manifestación de algunos rasgos Cuando el valor es diferente a 1, la fenómeno se puede explicar por los fenotípicos vertebrales dentro de la psicología. De hecho, sólo los genes mutantes penetrancia es incompleta o nula (en el fenómenos de epistasis y/o las interacciones con una alta penetrancia actúan sin interacción con el medio ambiente. caso de que su valor sea de 0) que despliegan los factores ambientales sobre el gen en cuestión.
  • 16. -En el genoma humano, nos encontramos un conjunto de genes que codifican ARN (genes estructurales) y otros genes Genes reguladores y genes codificadores de proteínasque sirven como catalizadores:FUNCIÓN: su presencia permite la regulación de la expresión de otros genes (genes reguladores).-Existen determinados factores (proteínas, genes, factores de crecimiento) que pueden elicitar la puesta en marcha de Diferentes niveles de regulación de la expresión génica en eucariotaslos mecanismos de regulación de la expresión genética. En la regulación de la expresión génica en eucariotas veíamos que existían diferentes niveles posibles de-La regulación de la expresión génica puede llevarse a cabo en diferentes niveles: regulación:a. se puede llevar a cabo un control transcripcional del ADN.b. es posible la regulación a partir del transcrito primario de ARN mediante un control del procesamiento del ARN. 1) Regulación de la transcripción.c. en el trasporte del mensajero al citoplasma de la célula. Una vez allí, se puede regular la degradación de los 2) Regulación de los mecanismos de procesamiento y splicing del transcrito primario.mensajeros y se puede implementar un control traduccional. 3) Regulación del trasporte del mensajero.d. se podrían llevar a cabo controles en la actividad proteica. 4) Degradación del ARNm. 5) Regulación de la traducción.-Desde un punto de vista temporal, podemos distinguir entre la regulación de la expresión génica a corto y a largo 6) Modificación y actividad proteica.plazo: -la organización de los cromosomas en el núcleo celular puede intervenir en la expresión genética.a) La regulación a corto plazo se encuentra vinculada con diferentes mecanismos del metabolismo de las células quegeneran modificaciones en el material genético que alteran, de forma transitoria, la expresión génica. -En el núcleo de las células, los cromosomas se ubican en zonas específicas (territorio cromosómico).-En cuanto a la regulación de la expresión génica a corto plazo, existe un tipo de genes, denominados genes -Un cromosoma se encuentra separado del resto de cromosomas por un dominio denominado dominioreguladores, que codifican proteínas reguladores que pueden impedir la expresión de otro tipo de genes (genes intercromosómico. En este dominio se produce la transcripción y el procesamiento.estructurales) al unirse a las secuencias reguladores del ADN, impidiendo el proceso de transcripción. Se trataría, por lotanto, de un proceso de regulación de la expresión génica en el ámbito transcripcional. -En el momento que un gen se traslada al extremo del territorio cromosómico, la expresión del gen implica una En la bacteria Escherichia coli, cuando está disponible la lactosa, ésta entra al interior celular y modificación y la activación de la cromatina por enzimas que transforman la estructura nucleosomal (por ejemplo, puede convertirse en alolactosa (que servirá como inductor en el proceso de regulación de lab) la regulación a largo plazo, ésta se encuentra vinculada con procesos del desarrollo del organismo que implican mediante el uso del complejo SWI/SNF dependiente de hidrólisis de ATP para alterar la estructura de los expresión génica) o bien escindirse en galactosa y glucosa, mediante la enzima β-galactosidasa.cambios en el material genético, lo cual bloquea la expresión de algunos genes. Este bloqueo es permanente aunque no nucleosomas), dejando accesibles los promotores (las secuencias que se encuentran implicadas en elnecesariamente irreversible. reconocimiento de la maquinaria transcripcional). -En la bacteria Escherichia coli, la enzima β-galactosidasa se encarga de escindir la lactosa que entra-En la regulación de la expresión génica en eucariotas, existen diferentes moléculas implicadas en la regulación de los -El inicio del proceso de transcripción es la principal forma de regulación de la expresión génica, y los en el interior de la célula en galactosa y glucosa. No obstante, la cantidad de enzima dependerá de ladiferentes niveles anteriormente descritos. promotores varían en cuanto a la localización y organización. cantidad de lactosa en el medio. Por lo tanto, la célula tiene que recibir información de cuando la En general, la porción promotora de la transcripción suele incluir las cajas GC, CCAAT y TATA, donde esta última lactosa está disponible para poder sintetizar la cantidad óptima de enzima necesaria para elPor ejemplo, una de las moléculas implicadas en la regulación eucariótica son los factores de crecimiento. constituye el núcleo del promotor y es donde se une la ARN polimerasa II. Otras secuencias reguladoras, como la metabolismo de este hidrato de carbono. Cuando la lactosa está ausente, se expresa un gen caja CCAAT, constituyen elementos de las porciones promotoras que se ubican cerca del promotor. regulador que codifica una proteína reguladora que se une a la secuencia reguladora de los genesHasta el momento, hemos visto que los genes reguladores codificaban proteínas que servían para regular la que codifican la síntesis de las enzimas implicadas en el metabolismo de la lactosa y, por lo tanto, setranscripción de genes estructurales, -los intensificadores (secuencias de ADN) que controlan la tasa de transcripción pueden ubicarse después, antes o inactiva la transcripción de dichos genes. Al llegar la lactosa al interior de la célula, una parte se dentro del gen que se expresa. Estas secuencias pueden interaccionar con diferentes factores de transcripción y convierte en alolactosa, ésta se convierte en un inductor, uniéndose al represor y permitiendo elpero ¿qué mecanismo regula los genes reguladores? con proteínas reguladoras. proceso de transcripción.Existen evidencias experimentales que sugieren que una de las moléculas que podrían controlar la expresión de los - en las células eucariotas existen tres ARN polimerasas para llevar a cabo el proceso de transcripción (ARNgenes reguladores son los factores de crecimiento (por ejemplo, el factor de crecimiento nervioso, NGF). polimerasa I, ARN polimerasa II, ARN polimerasa III). El promotor para cada tipo de ARN polimerasa se acopla a diferentes factores de transcripción. Los factores de transcripción generales regulan el comienzo de la Regulación transcripcional de la expresión génica a corto plazo en función de transcripción, estableciendo la plataforma para la unión del ARN polimerasa y el comienzo del proceso. las proteínas reguladoras de genesEl efecto que producen estas sustancias de naturaleza peptídica se encuentra relacionado con los procesos mitóticos ycon los mecanismos de diferenciación celular. Existen diferentes factores de transcripción que pueden unirse a los lugares intensificadores, modificando la tasa de transcripción (factores positivos o activadores y factores negativos o represores).En función de la respuesta de los genes a estos factores, inicialmente se distinguió entre:a) genes de respuesta lenta (expresión del gen aproximadamente una hora después de la unión del factor a su receptor) -También se tienen que movilizar los coactivadores que acoplan las proteínas precisas para la transcripción.b) genes de respuesta rápida (expresión del gen aproximadamente unos quince minutos después de la unión del factor Algunos factores de transcripción presentan dominios que se unen a coactivadores (por ejemplo, hormonas).a su receptor). -Además de la metilación del ADN, la regulación postranscripcional es muy importante. El transcrito primario se-Para que una proteína tenga una función biológica determinada, es crítica su estructura tridimensional. modifica antes del proceso de traducción. El splicing alternativo (en castellano, corte y empalme alternativo) puede generar diferentes formas de ARNm a partir de un solo ARNm. De esta forma, la expresión de un gen puede-La estructura tridimensional de las proteínas puede verse modificada por diferentes factores. dar lugar a un conjunto de proteínas estructuralmente diferentes.Los correpresores. -El silenciamiento: un mecanismo de regulación en la expresión génica.-Existen moléculas que pueden unirse a ciertas proteínas reguladoras para modificar su estructura tridimensional, Existen diferentes moléculas de ARN que actúan en el ámbito nuclear, modificando la estructura de la cromatina yposibilitando que la proteína tenga la forma adecuada para unirse a la secuencia reguladora de un gen y bloquear de generando un silenciamiento génico (por ejemplo, mediante la interferencia del ARN).esta manera su expresión. -Una vez que el ARNm se encuentra procesado y trasportado al citoplasma de la célula para poner en marcha el-De la misma forma, una proteína reguladora que se encuentra unida a la secuencia reguladora de un gen (bloqueando proceso de traducción, se puede regular la expresión génica actuando sobre la estabilidad del mensajero. Parecesu expresión al impedir la unión del ADN polimerasa), puede cambiar su estructura tridimensional al unírsele un ser que la estabilidad de algunos ARNm se puede controlar y regular mediante ARNs cortos. Además, también esinductor. posible regular la estabilidad del mensajero actuando sobre el nivel de traducción: la traducción controla la estabilidad del ARNm.-Este mecanismo específico de regulación se ha descrito tanto en células eucariotas como en células procariotas. En la La regulación de la expresión génica en el ámbito transcripcional mediante proteínas reguladoras.bacteria Escherichia coli este proceso de regulación es crítico para el metabolismo de la lactosa. Gen inactivado mediante la unión de una proteína reguladora en la secuencia reguladora del ADN Proteína reguladora de la expresión génica a corto plazo La regulación de la expresión génica se puede levar a cabo en diferentes niveles.
  • 17. La transcripción Imágenes del apartado de genes reguladores El ADN de las células eucariotas se encuentra situado en el núcleo celular, mientras que la maquinaria para la síntesis de proteínas se halla en el citoplasma. Modelo del operón El ADN nunca sale del núcleo de la célula. Luego, ¿cómo es posible utilizar la información del ADN para sintetizar nuevas proteínas? Regulación de la expresión génica en eucariotas a partir del efecto de factores de crecimiento DEFINICIÓN DEL PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN El proceso de transcripción consiste en sintetizar una molécula de ARN sobre un molde de ADN. Como resultado de este proceso, obtendremos una molécula de ARNm que es complementaria a la secuencia específica del gen de una de las dos cadenas de la molécula de ADN. Cuando se sintetiza el ARN, se utiliza el principio de complementariedad de bases, teniendo presente que en lugar de timina se utilizará como base el uracilo. Tenemos que tener presente que el ARN es sintetizado en el núcleo de la célula y migrará al citoplasma para poner en marcha el proceso de traducción. En general, podemos decir que la cantidad de ARN es proporcional a la de proteína sintetizada. La molécula que dirige la transcripción es la ARN polimerasa. Se ha podido comprobar que en células eucariotas existen tres ARN polimerasas para llevar a cabo el proceso de transcripción (ARN polimerasa I, ARN polimerasa II, ARN polimerasa III). El promotor para cada tipo de ARN polimerasa se acopla a diferentes factores de transcripción. Cómo empieza el proceso? Este proceso empieza cuando el ARN polimerasa se une a la doble hélice de ADN en un lugar determinado (región de la cadena molde), llamado promotor. Los promotores contienen secuencias específicas de ADN (como la caja TATA) que son críticas para la unión de la enzima. En este promotor se deben haber unido una serie de señales, que son las que activan el proceso y lo promueven. Finalización de la transcripció: señal de parada de la transcripción Regulación transcripcional de la expresión génica La transcripción termina cuando la ARN polimerasa alcanza una región especifica del ADN ubicada al final del gen (señal de parada de la transcripción). La hebra de ARN sintetizada se libera y elimplicada en el metabolismo de la lactosa en la bacteria ARN polimerasa se separa pudiéndose unir a otra secuencia promotora. Tal como hemos visto, no todo el ADN se transcribe en mensajero. Escherichia coli. El transcrito primario se modifica de forma previa a la traducción. De forma que se eliminan las secuencias intercaladas no codificantes (intrones) y se unen los exones. El transcrito de ARN se modifica inicialmente mediante la adición de una caperuza de 7-metil-guanosina (7mG) en el extremo 5 y de una cola de poli A en el extemo3. Estas modificaciones son esenciales para que el transcrito de ARN pueda seguir siendo procesado y pueda ser trasportado al citoplasma celular que es donde se pondrá en marcha la traducción. La secuencia de nucleótidos que conforman el pre-ARNm puede modificarse antes de la traducción (edición del ARN). Principalmente, se han estudiado dos tipos diferentes de mecanismos de edición del ARN: edición por inserción/deleción y edición por sustitución. Los factores que se unen a los intensificadores pueden interaccionar con proteínas reguladoras del complejo de transcripción Imágenes de la transcripción Modelo del mosaicismo en mujeres Niveles de regulación de la expresión génica en eucariotas