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Tema 15. Funciones del DNA

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Funciones del DNA: replicación, transcripción y traducción

Funciones del DNA: replicación, transcripción y traducción

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  • 1. LOS GENES Y SU FUNCIÓN
  • 2. DNA y genes  El mensaje genético está escrito en la molécula de DNA en forma de secuencia de bases nitrogenadas.  El mensaje genético se transmite de una generación a la siguiente mediante la REPLICACIÓN del DNA  El mensaje genético se expresa en los caracteres biológicos del organismo mediante la TRASCRIPCIÓN y TRADUCCIÓN.  En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA que contiene una información cuya expresión determina algún aspecto concreto del funcionamiento del organismo.
  • 3. DNA como material genético  Los experimentos de Griffith, Avery, McLeod y McCarthy (primer mitad del siglo XX) confirmaron el ADN como la molécula portadora de la información genética.  Conclusión: una sustancia química procedente de una célula es capaz de transformar genéticamente otra célula
  • 4. Experimento de Griffith (1928)  Utilizó dos cepas de Streptococus pneumoniae: cepa S (smooth), con colonias de superficie lisa y letales para los ratones y cepa R no encapsulada (rough), con colonias rugosas y que no mataban a los ratones.  Las cepas S muertas por calor son también inofensivas, excepto cuando se las mezcla con cepa R vivas que producen una infección fatal. Además en los ratones infectados se encuentran células vivas con cápsulas características de la cepa S.  Conclusión: una sustancia química procedente de una célula S muerta es capaz de transformar genéticamente las cepas R vivas y hacerlas letales.  Ese factor que Griffith no supo cual era, fue reconocido más tarde por Avery, Mc Leod y Mc Carthy (1944) como el ADN.
  • 5. Replicación del DNA  Watson y Crick expusieron la idea inicial de sobre el mecanismo de la replicación. Las dos cadenas del DNA se separarían y, frente a cada una de ellas, se colocarían los nucleótidos complementarios formándose el enlace fosfodiéster para dar lugar a una molécula completa. Cada nueva molécula de ADN tiene una hebra original y una hebra nueva.
  • 6. Replicación del DNA  Según la hipótesis de Watson y Crick (1953) la replicación del DNA sería semiconservativa.  Sin embargo a priori habrían dos posibilidades:  Replicación conservativa.  Replicación semiconservativa. Conservativa Semiconservativa
  • 7. Experimentos de Meselson y Sthal  Meselson y Sthal (1958) realizaron un experimento con cultivos de bacterias que demostraron que la replicación del DNA es semiconservativa
  • 8. Mecanismo replicación  La replicación o duplicación del DNA requiere:  Un DNA molde.  Desoxirribonucleósidos trifosfato de A, T, G y C.  Energía (la proporcionan los dNTP)  Las enzimas siguientes: • Girasas o topoisomerasas. Desenrollan el DNA. • Helicasas: Separan las dos hebras del DNA. • Proteínas SSB. Estabilizan el DNA monocatenario en la replicación. • DNA polimerasas. • Primasa. Sintetiza el RNA cebador. • Ligasa. Forma enlaces ester entre los fragmentos adyacentes.
  • 9. El problema del superenrrollamiento
  • 10. ADN polimerasas  Catalizan la adición de nucleótidos (dNTP) uno a uno al extremo 3’ de una cadena, siempre en dirección 5’→3’.  El enzima necesita un cebador (hebra a la que añadir dNTP).  La enzima va añadiendo los nucleótidos (dirección 5´→ 3´) al extremo 3´ del cebador conforme va recorriendo la hebra molde (3´→ 5´).  En procariotas se han descrito la Pol I, Pol II y Pol III.
  • 11. ADN polimerasas  Las DNA pol son enzimas procesivas: avanzan sobre la hebra molde sin soltarse mientras catalizan la adición de nucleótidos al extremo 3’ de la otra hebra.  Las enzimas que catalizan el proceso de replicación sólo unen nucleótidos en sentido 5’→3’ es por esto que ambas cadenas, al ser antiparalelas, deben de replicarse de manera diferente.
  • 12. ADN polimerasas  Además, las enzimas no pueden formar cadenas de nuevo, sólo pueden elongar cadenas, es por esto que toda nueva cadena de ADN comienza por un fragmento de ARN, el primer o cebador, pues el ARN sí puede sintetizarse de nuevo. Este primer será posteriormente eliminado.  Las DNA polimerasas tienen varios centros activos: uno para la actividad polimerasa y otros para desempeñar una acción exonucleasa (rompe enlaces fosdodiéster).
  • 13. Replicación del DNA en procariotas  En experimentos con procariotas se comprueba que la replicación es bidireccional, semidiscontinua y tiene un único origen de replicación (ORI C en Escherichia coli).
  • 14. Horquillas de replicación Formas observadas Interpretación A los 5 minutos A los 12 minutos A los 28 minutos A los 48 minutos 1.ª generación 2.ª generación Punto de crecimiento Hélice de la 2.ª generación Punto de crecimiento Hélice de la 1.ª generación
  • 15. Horquilla de replicación Horquillas observadas 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ Punto de inicio Ninguna polimerasa añade nucleótidos en estos puntos 5’ 5’ 3’ 3’ Origen de replicación Crecimiento discontinuo Crecimiento continuo
  • 16. Horquilla de replicación  Las helicasas desenrollan el ADN y las proteínas SSB mantienen las dos hebra separadas.  La tensión generada al desenrollar la doble hélice se reduce por las topoisomerasas que introducen cortes en la molécula de ADN.  La cadena lider se sintetiza de forma continua.  La cadena retrasada se sintetiza de forma discontinua.  El descubrimiento de los fragmentos de Okazaki (pequeños fragmentos de RNA con 1000-2000 nucleótidos de DNA unidos al extremo 3’) dieron la pista sobre como se replica la hebra retrasada.
  • 17. Horquilla de replicación  La primasa sintetiza los ARN cebadores y a continuación la ADN pol III forma pequeños fragmentos de ADN unidos a este ARN.  Finalmente, en ambas cadenas la ADN pol I elimina los ARN cebadores y rellena los huecos con desoxirribonucleótidos.  Una ligasa une los fragmentos de ADN.  La síntesis de las dos cadenas, conductora y retardada, se produce de forma simultánea en cada horquilla de replicación.
  • 18. Replisoma Primasa
  • 19. Replisoma 1. Topoisomerasa 2. Helicasa 3. Proteínas ssb 4. Primasa 5. DNA pol III 6. DNA pol I 7. Ligasa
  • 20. Complejo del replisoma
  • 21. Holoenzima DNA polimerasa
  • 22. Replicación en eucariotas  Los nucleosomas son un obstáculo para el avance de la replicación.  Los octámeros de histonas de la cromatina han de desmontarse y duplicarse para volver a ensamblarse sobre el DNA replicado.  Además para compensar la mayor longitud de las moléculas de DNA hay múltiples orígenes de la replicación.  Las enzimas DNA pol son más complejas y los fragmentos de Okazaki menores (100-200 nucleótidos) que en procariotas.
  • 23. Horquillas de replicación
  • 24. Replicación en eucariotas Origen de la replicación Horquilla de replicación Hebra retardada Hebra conductora Origen de la replicación Burbujas de replicación Hebra conductora Nucleosomas Nuevos nucleosomas Hebra retardada
  • 25. Fidelidad de la replicación  La DNA pol III tiene un sistema de corrección de error:  Actividad exonucleasa 3’→ 5’ que elimina el nucleótido introducido de manera errónea.  La tasa de errores inicial de incorporación de nucleótidos es de: 1/10.000, mientras que la tasa de error real durante la síntesis de las nuevas cadenas: 1/1.000.000.000  Si tras la replicación se detecta un error de apareamiento:  Las endonucleasas reconocen el error y rompen el enlace fosfodiéster  La DNA pol I elimina el nucleótido incorrecto y añade el correcto  La DNA ligasa sella la muesca  Los errores no originados en la replicación también se reconocen y se corrigen.
  • 26. Concepto de Gen  En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA que contiene información cuya expresión determina algún aspecto concreto del funcionamiento celular.  En sentido más restringido, un gen es un fragmento de DNA que determina la síntesis de una molécula de RNA o una proteína.  Genes estructurales  Genes reguladores:
  • 27. Genes estructurales y reguladores  Genes Estructurales: producen proteínas cuya acción se manifiesta en caracteres del organismo. Supone la transcripción y la traducción del gen.  Genes reguladores: Su expresión no produce directamente ningún carácter del organismo, sino que regulan los procesos de replicación, transcripción o traducción.  Pueden producir rRNA, tRNA o moléculas de RNA que se unen a segmentos del DNA regulando su acción.  También pueden producir proteínas reguladoras que se unen a segmentos del DNA regulando su acción.
  • 28. Dogma central de la Biología Molecular DNA RNA PROTEÍNAS Replicación Transcripción Traducción Transcripción inversa (Retrovirus)
  • 29. TRANSCRIPCIÓN  Consiste en la síntesis de ARN a partir de ADN.  El enzima implicado es la RNA polimerasa.
  • 30. Síntesis de RNA  La primera síntesis del RNA “in vitro” fue lograda por Severo Ochoa, lo que le valió el premio Nobel en 1959.  La enzima descubierta por Ochoa, la Polinucleótido fosforilasa, no es la encargada de la transcripción “in vivo”  La ARN polimerasa fue descubierta en 1960 por Hurwizt y Weis.
  • 31. Mecanismo de la transcripción  La síntesis de RNA requiere:  Un DNA molde  Ribonucleótidos trifosfato de A, U, G y C  Energía (la producen los rNTP)  RNA polimerasa (enzima procesiva)
  • 32. Transcripción en procariotas 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ ARN-polimerasa ARN Iniciación Elongación Finalización ARN transcrito completo 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ Promotor Terminador
  • 33. Transcripción en procariotas  La RNApol se une en la región promotora (para ello se necesita la subunidad σ).  La RNApol sintetiza el RNA en dirección 5’→3’.  Al final del gen la secuencia de terminación provoca la liberación de la RNApol de la hebra molde.  Los RNAm procariotas suelen ser policistrónicos (un RNAm lleva información para fabricar varias proteínas)
  • 34. RNAm en procariotas DNA
  • 35. Imágenes de la Transcripción  Transcripción simultánea de genes por varias moléculas de RNA polimerasa.
  • 36. Transcripción en eucariotas  Existen 3 tipos de RNA polimerasas:  RNA Pol I → transcribe los genes rRNA  RNA Pol II → sintetizan mRNA  RNA Pol III → sintetiza los tRNA y el rRNA 5S  Para la transcripción del DNA han de desmontarse los nucleosomas (histonas pueden tener papel regulador).  Los RNAm son monocistrónicos.  El RNAm ha de procesarse (maduración)  Los genes estructurales poseen intrones (secuencias que han de ser procesadas)
  • 37. ARN nucleolar y 5S ADN Núcleo Nucléolo Proteínas ribosómicas Nucleoplasma Citosol ARN nucleolar 45 S ARNm ARN 28 S ARN 5,8 S ARN 5 S Subunidad ribosómica de 60 S Subunidad ribosómica de 40 S Ribosoma de 80 S
  • 38. RNA mono y policistrónico
  • 39. Maduración del RNAm eucariota  Adición de la “caperuza” al extremo 5’.  Se añade una guanosina trifosfato invertida y metilada en el N 7 (m7 Gppp), que lo protege de una degradación prematura (por enzimas exonucleasas) y constituye la señal de inicio en la síntesis de proteínas.  Adición de la cola poli-A al extremo 3’.  Se añade una cola de 150/200 nucleótidos de ácido poliadenílico También es un estabilizador frente a las exonucleasas.  Se eliminan los intrones: “Splicing”.  Son secuencias transcritas pero que no contienen información para la síntesis de proteínas.
  • 40. Maduración del RNA en eucariotas Promotor 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ ARN Unidad de transcripción Iniciación 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ m7-Gppp Elongación Capucha 5' ARN-polimerasa m7-Gppp
  • 41. Maduración del RNA en eucariotas 5’ 3’ 3’ Finalización 5’ PoliA-polimerasa m7-Gppp Capucha 5' OH ARN heterogéneo nuclear Cola de poli-A OH
  • 42. Maduración RNAm: Splicing  El RNA se une a unas proteínas (Ribozimas: snRNA) que hacen que el intrón adopte forma de bucle.  El RNA se escinde enzimáticamente (con pérdida de los intrones) y se suelda de nuevo.
  • 43. Maduración del RNA en eucariotas Maduración 5’ 3’ 5’ 3’ Exón 1 Intrón Exón 2 RNPpn Proteína Espliceosoma 5’ 3’ Intrón ARNm Exón 1 Exón 2 Los snRNP son RIBOZIMAS: moléculas de RNA que catalizán reacciones químicas.
  • 44. Splicing  Hibridación DNA-RNAm
  • 45. T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G 1- Iniciación: Una ARN-polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación que se encuentran en el ADN. ARNpolimerasa Transcripción
  • 46. T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G 2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'→3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-GTP en el extremo 5‘ con función protectora. m-GTP ARNpolimerasa Transcripción
  • 47. A U G C U C G U G 3- Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA-polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera. m-GTP poliA-polimerasa U A G A A A A A ARNm precursor Transcripción
  • 48. precursor AAAAAA AUG UAG cola 4. Maduración (cont.): El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro. ARNm maduro Cabeza Transcripción
  • 49. Diferencias entre Transcripción y Replicación  La transcripción es selectiva: únicamente se transcriben algunas regiones del DNA.  En la transcripción se copia una sola hebra del DNA, la hebra molde. Hay genes que se transcriben de una hebra y otros, de la contraria.  La transcripción es reiterativa: un gen puede transcribirse muchas veces.
  • 50. Traducción  Consiste en la síntesis de proteínas según las instrucciones del mRNA.  La clave del proceso es descifrar la información contenida en la secuencia de nucleótidos del mRNA para determinar la secuencia de aminoácidos de la proteína.  El código que relaciona la secuencia de bases del mRNA con la secuencia de aas en las proteínas es el código genético.
  • 51. El código genético  CRICK demostró que los aas están codificados por tripletes de tres bases nitrogenadas en la cadena de RNAm; son los codones.  El código genético es universal.  Existen 64 codones, dado que solamente hay 20 aas, se deduce que varios tripletes codificarán para un mismo aa: se dice que el código genético está degenerado.
  • 52. Código genético
  • 53. Ejemplo de codificación de un péptido con 6 aas.
  • 54. TRADUCCIÓN  En la traducción intervienen:  Los ribosomas,  El RNAm y el RNAt,  Los aminoácidos  Diversos enzimas: Las aminoacil-tRNA sintetasas y la ribozima peptidiltransferasa.
  • 55. Formación de los aminoacil-ARNt  Son resultado de la unión de los aminoácidos al RNAt Activación del aminoácido: Aa + ATP aa-AMP + Ppi 1º FASE Aminoacil-RNAt Transferencia del aminoácido activado: aa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP 2º FASE
  • 56. Mecanismo de la traducción  El proceso de traducción consta de 3 fases:  Fase de iniciación: el RNAm se une con la subunidad menor del ribosoma sobre el codón de iniciación (AUG). También se une el RNAt-Met y posteriormente la subunidad mayor del ribosoma.  Fase de elongación: el ribosoma avanza sobre el RNAm recorriéndolo en sentido 5’- 3’ y la cadena polipeptídica se va alargando.  Fase de terminación: cuando el ribosoma encuentra un codón de terminación se desprende la cadena polipeptídica y se separan las subunidades del ribosoma y el RNAm.
  • 57. Mecanismo de la traducción  En los ribosomas pueden distinguirse tres sitios activos o locus:  Locus P (centro peptidil): Se coloca el primer Aminoacil-tRNA.  Locus A (centro aceptor): Se sitúan los siguientes Aminoacil- tRNA.  Locus E (centro de salida): Se sitúa el tRNA a punto de liberarse del ribosoma.  El movimiento de las 2 subuds. del ribosoma necesita energía obtenida con la hidrólisis del GTP.  En cambio, los enlaces peptídicos se realizan sin consumo de energía por la adecuada situación espacial de los aminoácidos.
  • 58. 1er aminoácido ARNt Anticodón Codón ARNm Subunidad menor del ribosoma AAAAAAAAAAA P A A U G C A A U A C  Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met). 5’ 3’ U G C U U A C G A U A G
  • 59. Subunidad menor del ribosoma AAAAAAAAAAA P A A U G C A A U A C Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor del ribosoma. El complejo ARNt- glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). El centro activo del ribosoma al que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A). 5’ 3’ G U U U G C U U A C G A U A G (i)
  • 60. ARNm AAAAAAAAAAA P A A U G C A A U A C Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln). La formación de este enlace la cataliza la peptidiltransferasa 5’ G U U U G C U U A C G A U A G 3’
  • 61. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera. 5’ G U U U G C U U A C G A U A G ARNm 3’
  • 62. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación IV: El ARNm se traslada, quedando el ribosoma sobre el siguiente triplete. 5’ 3’ G U U U G C U U A C G A U A G ARNm
  • 63. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación V: Entrada del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys). 5’ G U U U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G
  • 64. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys). 5’ G U U U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G
  • 65. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu). 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G (i)
  • 66. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma. 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G
  • 67. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina. 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G A A U Leu
  • 68. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación X: El RNAt-Leu se une al codon UUA. 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A C G A A U
  • 69. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A A U
  • 70. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg). 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ A A U G C U
  • 71. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop. 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ Arg-Leu-Cys-Gln-Met G C U
  • 72. AAAAAAAAAAA P A A U G C A A 5’ U G C U U A C G A U A G ARNm 3’ Arg-Leu-Cys-Gln-Met G C U Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.
  • 73. AAAAAAAAAAA Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma. 5’ ARNm 3’ A U G C A A U G C U U A C G A U A G
  • 74. Polirribosomas
  • 75. Procesamiento de las proteínas  El polipéptido formado ha de sufrir transformaciones (plegamientos, unión a otros polipéptidos, eliminación de algunos aas…) hasta convertirse en la proteína funcional.  La cadena polipétidica puede perder algunos aas del extremo n-terminal.  La maduración de las proteínas es paralela a su traslocación al Retículo Endoplásmico Rugoso (RER).
  • 76. Regulación génica  Los mecanismos de regulación que genes han expresarse en un momento u otro y en qué células del organismo.  Es más eficiente la regulación de la transcripción que la de la traducción, porque los efectos de la activación o de la represión del gen se amplifican en poco tiempo.
  • 77. Teoría del Operón  Jacob y Monod describieron un mecanismo de regulación de la transcripción en procariotas (les valió el premio Nobel en 1965).  Este modelo se ha mostrado válido para numerosos genes en todos los organismos, y fue deducido del estudio la síntesis del triptófano en Escherichia coli.
  • 78. Operon Trip  La biosíntesis del trip tiene lugar en 5 reacciones enzimáticas sucesivas.  Las 5 enzimas que catalizan dichas reacciones son codificadas por 5 genes estructurales que se agrupan consecutivamente en el DNA bacteriano.  Este agrupamiento recibe el nombre de operón.
  • 79. Operon Trip  El operador es una secuencia de ADN (en la región promotora) donde se une una proteína represora que impide la unión de la RNApol y por tanto la transcripción.  La proteína represora es producida en su forma inactiva por un gen regulador que no forma parte del operón.  La proteína represora puede estar en 2 conformaciones:  activa se une al operador, impidiendo la transcripción de los genes estructurales  inactiva que no puede unirse al operador
  • 80. Regulador Operón reprimible Operador Gen a Gen c Gen b ARNm Represor inactivo triptófano Vía metabólica del triptófano enzimas Operón Triptófano: sistema represible  Si no hay triptófano el represor está en su forma inactiva. Los genes estructurales de la vía de síntesis se transcriben y se traducen, con lo que se sintetiza el trip necesario.
  • 81. Regulador Operón reprimible Operador Gen a Gen c Gen b ARNm Represor inactivo triptófano Vía metabólica del triptófano enzimas Represor activo  En presencia de demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor se une al operador, impidiendo que la transcripción y traducción de los genes a, b y c ocurra, con lo que la vía de síntesis se paraliza.
  • 82. Operón Lac  El operón Lac está formado por 3 genes estructurales que regulan la síntesis de las enzimas que intervienen en el catabolismo de la lactosa en Escherichia coli.  Este es un operón inducible, lo que permite la síntesis de proteínas enzimáticas solamente cuando son necesarias (si hay lactosa que deba ser catabolizada).  La cantidad de las enzimas del operón lac aumenta cerca de 1000 veces, tan sólo 2 minutos después de la aparición de lactosa.
  • 83. Regulador Operón LAC Operador Gen x Gen a Gen y ARNm Represor activo Si no hay lactosa los Genes no se transcriben Operón Lac: sistema inducible  Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcriben, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.
  • 84. Regulador Operador Gen x Gen a Gen y ARNm Represor Transcripción Traducción Enzimas para metabolizar la lactosa Lactosa Represor inactivo Operón LAC  Si hay lactosa, se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes x, y, a, con lo que se sintetizarán las enzimas para metabolizar la lac. Cuando haya desaparecido la lac el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y, y a.
  • 85. Concepto de gen  La genética molecular nos ha mostrado que los genes son fragmentos de DNA capaces de determinar la síntesis de moléculas de RNA y de proteínas, o bien de regular el funcionamiento de otros genes.  La genética mendeliana tradicional postula que un gen es un factor hereditario que determina un carácter del organismo. ¿CÓMO DETERMINAN LOS CARACTERES DE UN ORGANISMO EL RNA Y LAS PROTEÍNAS?
  • 86. Experimentos de Beadle y Tatum  Postularon la hipótesis un gen-un enzima (les valió el premio Nobel en 1958)  Obtuvieron mutantes por irradiación del Hongo Neurospora crassa  La forma silvestre del hongo es capaz de crecer en un medio mínimo.  El moho, es capaz de sintetizar todos los compuestos necesarios para sus funciones vitales(agua, azúcar, sales minerales y biotina, vitamina del grupo B).
  • 87.  Los mutantes que crecen en presencia de arginina no pueden sintetizar algunos de los compuestos intermediarios de la ruta de síntesis de este aa.  En la síntesis de arg se dan varias reacciones, catalizadas por las enzimas a, b, c, producidas por los genes 1,2,3 Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina ↑ ↑ ↑ Enzima a b c ↑ ↑ ↑ Genes 1 2 3
  • 88.  El primer mutante puede vivir en un medio suplementado con ornitina, aunque no tenga arg.  El segundo mutante no puede vivir en un medio mínimo enriquecido con ornitina, pero sí en un medio que contenga citrulina, aunque no contenga arginina.  El tercer mutante no puede vivir más que en medios que contengan arginina. Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina ↑ ↑ ↑ Enzima a b c ↑ ↑ ↑ Genes 1 2 3
  • 89. Un gen – un enzima  Estos experimentos demostraron que los caracteres de un organismo (en este caso la dependencia de un determinado nutriente) son debidos a la presencia de las enzimas adecuadas para catalizar determinadas reacciones químicas, y la presencia de las enzimas se debe a la acción de los genes.  Un gen – un enzima – una reacción química – un carácter
  • 90. Un gen – un enzima  Otro ejemplo que lo pone de manifiesto es el albinismo dioxifenilalanina
  • 91. El proteoma  Es el conjunto de proteínas que puede producir un organismo. Lo estudia la proteómica.  Es mayor que el número de genes, por lo que es necesario conocerlo para comprender el funcionamiento de un organismo.  El principio un gen – un enzima, es una simplificación.
  • 92. Proteoma  Hay más proteínas que genes:  Splicing alternativos  Modificaciones postraduccionales  Genes polimórficos