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Ud.14. genética molecular

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Ud.14. genética molecular

  1. 1. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Genética molecular14 C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  2. 2. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Genética molecular14 1. El ADN como depositario de la información genética. 2. Concepto molecular de gen. 3. Replicación del ADN 1. Etapas de la replicación 2. Diferencias entre el proceso replicativo en procariotas y eucariotas. 4. Expresión de la información genética: dogma central de la biología molecular. 5. Transcripción. 6. El código genético 7. Traducción. 8. El genoma de procariotas y eucariotas 9. El proyecto genoma humano. 10. Concepto de proteoma y proteómica. Aplicaciones en biociencias. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  3. 3. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl ADN como portador de información genética Interfase Análisis de los Cromosomas. (ADN + proteínas) “Collar de perlas”Fibra de ADNunida a proteínas C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  4. 4. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl ADN como portador de información genética Interfase ¿Qué molécula posee la información genética? “Collar de perlas”Fibra de ADNunida a proteínas C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  5. 5. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl ADN como portador de información genética Interfase ¿Las proteínas en su secuencia de aminoácidos? “Collar de perlas”Fibra de ADNunida a proteínas C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  6. 6. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl ADN como portador de información genética Interfase ¿El ADN en su secuencia de nucleótidos? “Collar de perlas”Fibra de ADNunida a proteínas C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  7. 7. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO Primeras evidencias: Las proteínas. El ADN tiene una estructura demasiado sencilla. Las proteínas son más complejas y tienen funciones catalíticas. ¿Quién es el depositario de la 1928. Experimento de información Griffith (buscando vacuna contra la neumonía provocada por genética? Streptococcus pneumoniae) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  8. 8. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO Streptococcus pneumoniae (presenta dos variantes o cepas distintas)Cepa S: (del inglés smooth, liso). Poseen cápsula gelatinosa de polisacáridos que impide que el sistema inmunológico delratón las ataque. Provocan la enfermedad Cepa R: (del inglés rough, rugoso). Sin cápsula gelatinosa de polisacáridos.Forman colonias rugosas. No provocan laenfermedad ya que el sistema inmune del ratón las ataca rápidamente. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  9. 9. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Experiencias de F. Griffith Bacterias S Bacteria con cápsula muertas por (virulenta) calor Tipo S1 De los ratones muertos se extraen bacterias 2 De los ratones inoculados no se extraen vivas de la cepa S bacterias vivas Bacterias R Bacteria sin cápsula vivas Bacterias S (no virulenta) muertas por Tipo R calor3 De los ratones inoculados no se extraen 4 De los ratones muertos se extraen bacterias bacterias vivas, pues no crecen en el animal. vivas de la cepa S C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  10. 10. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularCONCLUSIÓN. En las bacterias muertas (cepa S) existía algo, llamado PRINCIPIO TRANSFORMANTE que era captado por las bacterias vivas no virulentas (cepa R) y transformaba sus caracteres hereditarios convirtiéndose en virulentas. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  11. 11. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE BACTERIAS S)Cultivaron las bacterias en tubos deensayo (in vitro)Fueron destruyendo, uno por uno,todos los componentes bioquímicosde las células S para evitar latransformación e identificar elresponsable.Degradaron polisacáridos de lapared y al inyectarlas en el ratón latransformación se producía. Acontinuación degradaron proteínas yla transformación se producía.Así sucesivamente hasta que atacaral ADN de las bacterias. Latransformación no se producía C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  12. 12. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE BACTERIAS S)La molécula de ADN contiene lainformación necesaria paraconvertir las bacterias R novirulentas en bacterias Svirulentas.Demostraron además, del papelbiológico del ADN, que lasbacterias pueden intercambiarmaterial genético(transformación) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  13. 13. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular1. Se inoculan ratones con cepas S, contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.2. Los ratones inoculados con cepas R no contraen la enfermedad. De ellos se extraen bacterias vivas pues no crecen en el animal3. Se inoculan ratones con cepas S, muertas por el calor. No contraen la enfermedad. De ellos no se extraen bacterias vivas.4. Los ratones inoculados con cepas S, muertas por el calor y, simultáneamente, cepas R vivas contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias vivas S. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  14. 14. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEn 1944 Avery y colaboradores demostraron que el principio transformante era el ADN, que determinaba o no la producción de la cápsula bacteriana. CONCLUSIÓN El ADN era el material genético en bacterias. En 1952 se demostró que era el material genético en el resto de organismos C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  15. 15. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl concepto molecular de gen Genética clásica Un gen contiene información para un determinado carácter El concepto de gen ha ido cambiando según aumentaban los conocimientos sobre genética molecular. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  16. 16. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 2. CONCEPTO MOLECULAR DE GENExperimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa Sólo precisa una fuente de carbono, biotina y ciertos minerales. Sometieron al hongo a ciertas dosis de rayos X. Obtuvieron mutantes incapaces de sintetizar determinados aminoácidos, por lo que solo sobrevivían al añadir al medio los aminoácidos. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  17. 17. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 2. CONCEPTO MOLECULAR DE GENExperimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa Descubrieron : A cada mutante le faltaba el enzima específico que catalizaba algún paso de la síntesis del aminoácido al que habían alterado. Los mutantes se diferenciaban de la cepa salvaje en un solo gen. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  18. 18. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 2. CONCEPTO MOLECULAR DE GENExperimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa Descubrieron : Si se altera el gen, no se fabrica la enzima correspondiente y la ruta se bloquea. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  19. 19. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN1 gen 1 enzima1 gen 1 proteína1 gen 1 cadena polipeptídica C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  20. 20. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 2. CONCEPTO MOLECULAR DE GENDesde el punto de vista funcional:Fragmento del ADN que lleva la información para fabricar una cadena polipeptídica de una proteína, necesaria para que se exprese un carácter en un individuo C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  21. 21. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularREPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  22. 22. Biología. 2º bachilleratoREPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS Unidad 14. Genética molecular El ciclo celular Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Síntesis de proteínas y Estado de quiescencia. aumento del tamaño celular. Fase G1 Fase G0 0 1 Replicación del ADN y síntesis de histonas. CitocinesisDivisión del Fase Scitoplasma Interfase Fase de mitosisDivisión celular Transcripción y traducción de genes que Fase G2 codifican proteínas necesarias para la 2 división. Duplicación de los centriolos C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  23. 23. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. REPLICACIÓN (DUPLICACIÓN) DEL ADNCapacidad de hacer copias de si mismo.Esto permite transmitir la información genética a las células hijas. La replicación permite a las células hijas contener el mismo ADN que la célula madre. Las células duplican su ADN antes de la división celular (en eucariotas en la fase S de la interfase). C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  24. 24. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. REPLICACIÓN DEL ADN ¿Cómo se produce la duplicación? 3 hipótesis Hipótesis Hipótesis Hipótesis semiconservativa conservativa dispersivaCadena antigua Cadena nueva C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  25. 25. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular TEORÍA CONSERVATIVAUna doble hélice conserva las dos cadenas originales, y la otra está formada por las dos cadenas de nueva C.E.M HIPATIA-FUHEM síntesis. Miguel Ángel Madrid
  26. 26. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular TEORÍA DISPERSIVA ADN copiaCada una de las dos cadenas hijas contiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de la nueva C.E.M HIPATIA-FUHEM síntesis Miguel Ángel Madrid
  27. 27. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular TEORÍA SEMICONSERVATIVACada doble hélice conserva una hélice de las dos originales y sintetiza una nueva (Watson y Crick) HIPATIA-FUHEM C.E.M Miguel Ángel Madrid
  28. 28. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La duplicación del ADN Experimento de Meselson y Stahl (1958) Medio N15 Medio N14 ADN N14 ADN N14-15 ADN N15 ADN inicial ADN después ADN después ADN después de la 1.ª de la 2.ª de la 3.ª duplicación duplicación duplicación1- Cultivaron bacterias en un medio con N-15 (Las bases nitrogenadas incorporaron el isótopo).2- Transfirieron las bacterias a un medio con N-14. El ADN obtenido tenia la misma proporción N14, N15. Cada bacteria había heredado la mitad de ADN de su progenitora y la otra mitad la sintetizaba de los componentes del medio. C.E.M HIPATIA-FUHEM3- Aparecían ADN hibrido (N14-N15) y ADN solo con N14 Miguel Ángel Madrid
  29. 29. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. La duplicación del ADN Núcleo (eucariotas) Nucleoide (procariotas)¿Dónde ocurre? Matriz (mitocondrias) Estroma (cloroplastos) FASE S DEL¿Cuándo ocurre? CICLO CELULAR (en interfase) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  30. 30. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular3. La duplicación del ADN Principales características de la replicación  Es semiconservativa. Se produce por adición de mononucleótidos en sentido 5´ 3`  Es bidireccional. Se forman dos horquillas de replicación que avanzan en sentidos opuestos.  En virus y bacterias hay un único punto de inicio, mientras que en eucariotas hay varios. Es semidiscontinua. En una cadena (llamada conductora) se sintetizan fragmentos bastante grandes de forma continua, mientras que en la otra (llamada retardada) la síntesis es discontinua, es decir, se sintetizan pequeños fragmentos de forma separada y después se unen (los llamados fragmentos de Okazaki). Ello se debe a que las dos cadenas son antiparalelas y a que la síntesis es siempre en sentido 5´  3´ C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  31. 31. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. La duplicación del ADN ¿Qué necesitamos?- ADN molde- Nucleótidos: ATP, GTP,CTP,TTP- Proteínas SSB (impiden que se enrede el ADN)- Enzimas: - Helicasas: rompen puentes de H entre las dos cadenas complementarias - Topoisomeras (girasas). Desenrollan ADN, evitan tensiones - ADN ligasas (unen fragmentos ADN mediante enlaces fosfodiéster). Así sellan el hueco entre dos fragmentos de Okazaki. - ARN polimerasas (también llamadas primasas). Sintetizan fragmentos de ARN (llamados ARN cebador) usando como molde ADN y actúa como iniciador de la síntesis de ADN. - Nucleasas. Rompen enlaces fosfodiéster entre nucleótidos, escinden ARN cebador y reparan lesiones en el ADN. - ADN polimerasas. Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre nucleótidos. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  32. 32. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. La duplicación del ADN Sintetiza el ARN ARN POLIMERASA cebador usando (primasa) como molde el ADN ARN polimerasa ARN cebador ADN (40-50 nucleótidos)3` 5` ADN molde ADN polimerasa C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  33. 33. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3. La duplicación del ADN Función polimerasa Precisa ARN cebador (primer o iniciador) y la cadena molde de ADN Lee en sentido 3´ 5´ ADN POLIMERASA Función exonucleasa Detecta errores, elimina nucleótidos cuyas bases están mal emparentadas y ARN cebador ARN polimerasa ARN cebador ADN (40-50 nucleótidos) 5` 3`3` 5` ADN molde ADN polimerasa C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  34. 34. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEn procariotas distinguimos: ADN POLIMERASA I (Retira fragmentos ARN cebador: exonucleasa Sintetiza ADN en los huecos: polimerasa Es correctora, ya que repara errores de la síntesis de ADN) ADN POLIMERASA II (Interviene en procesos de reparación del ADN Tiene actividad polimerasa en sentido 5` 3´y exonucleasa en 3´ 5´) ADN POLIMERASA III (Sintetiza ADN en sentido 5´ 3´: polimerasa) RECUERDA La ADN polimerasa: Precisa ARN cebador Lee en sentido 3´ 5 Sintetiza en sentido 5´ 3´ C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  35. 35. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularRECUERDALa actividad polimerasa consiste en catalizar la unión de nucleótidos a lacadena de ácido nucleico que se está sintetizando.La actividad exonucleasa consiste en escindirnucleótidos de los extremos de los ácidos nucleicos.C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  36. 36. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Fases de la replicación: elongaciónJunto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas. EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN POLIMERASA INICIACIÓN dirección función dirección función elimina 5’→ 3’ I cebador 5’→ 3’ síntesis no 3’→ 5’ reparación II 3’→ 5’ reparación 5’→ 3’ síntesis no III 3’→ 5’ reparación 5’→ 3’ síntesis no C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  37. 37. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular3. La duplicación del ADN: Mecanismo de la duplicación en procariotas Fase de iniciación Fase de elongación Fase de terminación C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  38. 38. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Fases de la replicación: iniciaciónConsiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Ori C (abundan secuencias ricas en GATC) La replicación empieza en un punto del ADN donde abundan las secuencias de bases GATC (Ori C) En él se separan las dos cadenas de ADN por acción de las enzimas. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  39. 39. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Fases de la replicación: iniciación Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Ori C (abundan secuencias ricas en GATC) Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Girasa Topoisomerasa Proteínas específicas Proteínas SSB Impiden que el ADN se vuelva a enrollar HelicasaLas proteínasespecíficas seunen al punto La helicasa rompe los de iniciación enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  40. 40. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Fases de la replicación: iniciaciónResultado: se forma una burbuja de replicación en la que haydos zonas en forma de “Y”, llamadas horquillas de replicación, donde se sintetizan las nuevas cadenas de ADN C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  41. 41. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular RECUERDA La ADN polimerasa III: Precisa ARN cebador Lee en sentido 3´ 5 Sintetiza en sentido 5´ 3´ Burbuja de replicaciónC.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  42. 42. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular El mecanismo de elongación o formación de las nuevas cadenas de ADN La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. 3’ 5’ Una de las hebras se 5’ sintetiza de modo contínuo 3’ por la ADN polimerasa III. Fragmentos de Es la conductora o lider. 5’ Okazaki 3’ 3’ 3’ 5’ 3’La ADN polimerasa III necesitaun fragmento de ARN (cebadoro primer) con el extremo 3’libre para iniciar la síntesis. 5’ RECUERDA La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que La ADN polimerasa: se unirán más tarde. Es la retardada. Precisa ARN cebador Lee en sentido 3´ 5 Sintetiza en sentido 5´ 3´ C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  43. 43. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularC.E.M HIPATIA-FUHEM 43 Tema 6: Estructura y Miguel Ángel Madrid
  44. 44. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La primasa (ARN polimerasa) 3’ sintetiza un ARN cebador o primer 5’ La ADN polimerasa III reconoce los nucleótidos y los empareja según Cadena complementariedad continua conductora 3’ 5’ FRAGMENTO DE OKAZAKI ( 1000 – 2000 nucleótidos) Cadena retardada 5’ 3’ 3’ La primasa (ARN polimerasa) sintetiza un ARN cebador o primer La ADN5’ plomimerasa III sintetiza un corto fragmento de ADN C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  45. 45. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularC.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  46. 46. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular El mecanismo de elongación (II) 1 La primasa (ARN polim) sintetiza un cebador 2 Las ADN polimerasa III comienzan la síntesis en cada hebra de la burbuja de replicación. de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. Cebador Primasas Cebador 3 La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre 4 La ADN polimerasa III comienza a sintetizar un cada hebra retardada. fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Hebra retardada Hebra retardada 5 Cuando la ADN polimerasa III llega al cebador 6 La ligasa une los fragmentos de ADN. de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. Nuevo cebador LigasasNuevo cebador C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  47. 47. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular VOLVERSíntesis de nuevas cadenas de ADN Horquillas observadas 5’ 3’ 3’ 5’ Ninguna polimerasa añade Punto de inicio nucleótidos en estos puntos 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ Origen de Crecimiento Crecimiento replicación continuo discontinuo 5’ 3’ 5’ 3’ Fragmentos de Okazaki C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  48. 48. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Fases de terminación Tiene lugar cuando las dos horquillas de replicación del cromosoma circular de E. colise encuentran, y se han formado dos cromosomas completos que permanecen ligados C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  49. 49. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Burbuja de replicaciónC.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  50. 50. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular CORRECCIÓN DE ERRORES DE LA ADN POLIMERASAGracias a su acción exonucleasa (elimina nucleótidos mal apareados y adiciona los correctos) Número de errores 1 por cada 100 000 bases C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  51. 51. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Replicación en los eucariontes Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias:Los fragmentos de Okazaki en eucariotas son más cortos, entre 150-200 nucleótidos (enprocariotas de 1000 – 2000 nucleótidos)La replicación se inicia simultáneamente en carios puntos del cromosoma llamados replicones.Existen cinco tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, δ, y ε ).Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Losnuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora. TelómeroCuando se elimina el último 3’cebador, la ADN polimerasa 5’ 3’ 5’no podrá rellenar el hueco, 5’ 5’al no poder sintetizar en Cebador Último cebadordirección 3’ - 5’.Debido a esto el extremo del 3’ 5’cromosoma (telómero) se vaacortando cada vez que lacélula se divide. Esto se 5’ La ADN polimerasa polimeriza Eliminaciónasocia al envejecimiento y desde el extremo 3’ libre de cebadoresmuerte celular. 3’ Hebra más corta 5’ C.E.M HIPATIA-FUHEM 5’ Miguel Ángel Madrid
  52. 52. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotas Hebra conductora Origen de la replicación Origen de la replicación Hebra Horquilla retardada de replicación Hebra retardada Burbujas de replicaciónNucleosomas Hebra conductora Nuevos nucleosomas C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  53. 53. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular LA TELOMERASAEn las células que se dividen continuamente (células madre de los gametos, células embrionarias y células cancerosas) hay una enzima, denominada telomerasa, que impide el acortamiento de los telómeros. .Se forma por una porción proteica y ARN que actúa como molde. A partir de este molde, la enzima sintetiza ADN para completar la hebra retardada. Recuerda: los telómeros son los extremos de los cromosomas La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el riesgo de cáncer. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  54. 54. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular María Blasco. Centro de Investigaciones oncológicasLa telomerasa podría detener elenvejecimiento, pero guarda una estrecharelación con el cáncer. Los investigadorestrabajan con ratones para alargar la vida sinaumentar el riesgo de cáncer. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  55. 55. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular4. La expresión del mensaje genético En 1970 Francis Crick enunció el Dogma Central de la Biología Molecular. ARNt ADN ARNm PROTEÍNA Transcripción Traducción Replicación NÚCLEO RIBOSOMAS Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”., pero los cirus son una excepción a este dogma C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  56. 56. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULARAlgunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseentranscriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción. Transcriptasa inversa ADNc ADNc (complementario) bicatenario ARN vírico Transcriptasa Envoltura inversaRETROVIRUS Transcriptasa Transcriptasa inversa inversa ADNc Membrana plasmática Degradación monocatenario de la célula huésped del ARN DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Transcripción ADN ARN PROTEÍNAS Transcripción Traducción inversa Replicación Replicación C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  57. 57. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular4. La expresión del mensaje genético Las secuencias de ADN que pueden moverse a diferentes partes del genoma de una célula se conocen como transposones o «genes saltarines». Fueron descubiertos por Bárbara McClintock, por lo que recibió el premio Nobel en 1983. Transcripción Traducción ADN ARNm Proteína Transcripción inversaDuplicación Duplicación C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  58. 58. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 3´ 5´ Hebra molde Hebra molde Transcripción Transcripción 5´ 3´ Traducción Traducción C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  59. 59. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularC.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  60. 60. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularTRIPLETE ¿Qué es un triplete y un codon? ADNAATTCGAGCTAGCAGCCACTTACGAGTACGTAC ARNACUUUCCCGACGCAAAACGUUUUUCGAACUUCODON Triplete: Cada una de las secuencias posibles de tres nucleótidos en el ADN. Codon: Secuencia de tres nucleótidos en el ARN C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  61. 61. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Síntesis de ARN: requisitos previosLa síntesis de ARN o transcripción necesita: CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE • ARN polimerasa I ARNr ARN -POLIMERARAS En eucariotas • ARN polimerasa II ARNm • ARN polimerasa III ARNt y ARNr RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U Bases Ribosa Ribonucleótido trifosfato¿Dónde ocurre?. NÚCLEO C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  62. 62. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular5. La transcricpción. Síntesis de ARN RECUERDA LA ARN polimerasa RECORRE LA CADENA DE ADN EN SENTIDO 3` 5´Y AÑADE LOS NUCLEÓTIDOS COMPLEMENTARIOS A LOS DE LA CADENA DE ADN QUE SE TRANSCRIBE C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  63. 63. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular5. La transcricpción. Síntesis de ARN Fase de iniciación Fase de elongación Fase de terminación Fase de maduración C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  64. 64. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular El proceso de la transcripción1 INICIACIÓN La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores (ricos en A y T). Cola poli-A Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan a la cadena molde. Poli-A TERMINACIÓN 3 polimerasa La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. En procariontes son secuencias palindrómicas. Punto de En eucariontes corte2 ELONGACIÓN La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. . Señal de Cadena molde de ADN (transcrita) corte ARN ARN - polimerasa NO OLVIDES Cadena inactiva de ADN HIPATIA-FUHEM polimerasa lee en dirección C.E.M La ARN Miguel Ángel Madrid 3` 5´
  65. 65. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular LA LUPA AMPLÍA 5. Transcripción: maduración en procariotas LA IMAGEN Promotor ARN-polimerasa5’ 3’3’ 5’ No existe maduración del ARNm, se unen a los ribosomas y se traducen Iniciación5’ 3’3’ 5’ Los ARNr y ARNt (transcritos ARN primarios) precisan de un Elongación proceso de maduración5’3’ 3’ para ser funciones 5’ Finalización Los ARN que se forman son5’ 3’3’ 5’ policistrónicos (contienen información para la síntesis de varios ARN transcrito completo polipéptidos) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  66. 66. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Transcripción: maduración en procariotas Promotor ARN-polimerasa5’ 3’3’ 5’ Iniciación5’ 3’3’ 5’ ARN Elongación5’ 3’3’ 5’ Finalización5’ 3’3’ 5’ ARN transcrito completo C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  67. 67. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Los ARN que se forman son Transcripción: maduración en eucariotas monocistrónicos Promotor Unidad de transcripción 5’ 3’ Iniciación 3’ 5’ ARN ARN-polimerasa1. Tras la unión de los 30 primeros ribonucleótidos 5’ 3’ se añade una 3’ 5’ caperuza de metilguanosina en 5´ m7-Gppp Elongación Capucha 5 5’ 3’ 3’ 5’ CONTINUAR m7-Gppp C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  68. 68. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Transcripción en eucariotas 5’ 3’Finalización 3’ 5’ 2. Después de PoliA-polimerasa la separación del ARN, una m7-Gppp enzima la poliA- polimerasa Capucha 5 añade una OH secuencia de unos 200 nucleótidos de adenina (cola de poli A) ARN heterogéneo nuclear Cola de poli-A m -Gppp 7 OH Capucha 5 CONTINUAR C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  69. 69. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Transcripción en eucariotas. Proceso de maduración Maduración 5’ 3’ Exón 1 Intrón Exón 2 Proteína RNPpn Espliceosoma. 5’ 3’3. Eliminación Mecanismo dede intrones splicing(segmentos deARN que son setraducen) Intrón Exón 1 Exón 2 El ARNm ya está en ARNm condiciones de salir del núcleo 5’ 3’ C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  70. 70. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular ¿ LO SABÍAS? La toxicidad de la Amanita phalloides (provoca diarreas,vómitos, dolores abdominales e incluso la muerte) se debe a una sustancia, 1 alfa amanitina, que no se destruye con la cocción y se comporta como un inhibidor de la ARN polimerasa II en eucariotas, lo que bloquea la síntesis de ARNm C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  71. 71. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular COMPARACIÓN TRANSCRIPCIÓN PROCARIOTAS EUCARIOTASLocalización Nucleoide (citoplasma) NúcleoGenes Continuos Fragmentos (intrones y exones)ADN Bajo grado de Muy empaquetado empaquetamientoARN polimerasa 1 ARN polimerasa que ARN poli I: ARNr sintetiza ARNm, ARNr, ARN poli II: ARNm ARNt… ARN poli III: ARNtTipos de genes Policistrónicos MonocistrónicosMaduración ARNr y ARNt ARNm C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  72. 72. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 6. El código genético ¿Cómo se pasaba de un lenguaje de cuatro letras a otro lenguaje formado por 20 elementos distintos? Se necesitaba un Ese diccionario es el diccionario código genéticoARN polímero lineal de 4 nucleótidos diferentes. Proteínas: polímeros de 20 aminoácidos C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  73. 73. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl código genéticoSi solo fuese 1 base 41 = 4 aa INSUFICIENTESi solo fuesen 2 bases 42 = 16 aa 3 bases INSUFICIENTE 43 = 64 aa SUFICIENTE C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  74. 74. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl código genético 3 bases 43 = 64 aa SUFICIENTE, pero sobran palabras, lo que significa que varios tripletes son sinónimos, porque codifican (significan) el mismo aminoácido C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  75. 75. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular EL CÓDIGO GENÉTICO AUG Iniciación Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC?UAG UAA UGA Terminación C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  76. 76. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularEl código genético El código genético establece una relación de correspondencia entre las bases nitrogenadas del ARN y los aminoácidos que codifica C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  77. 77. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Características del código genético UNIVERSAL DEGENERADO Existen más codones (64) que aminoácidos (20).El mismo para todos los organismos, incluso A excepción de la metionina y el triptófano, unlos virus. aminoácido está codificado por más de un codón.El código ha tenido un solo origen evolutivo. Esto es una ventaja ante las mutaciones.Existen excepciones en las mitocondrias yalgunos protozoos. CARECE DE SOLAPAMIENTO SIN IMPERFECCIÓN Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellosCada codón solo codifica a un aminoácido. y sin compartir bases nitrogenadas Posibilidad de solapamiento Met Gli Tre His Ala Fen Ala Met Leu Leu Pro Codones de iniciación C.E.M HIPATIA-FUHEM Solapamiento Miguel Ángel Madrid
  78. 78. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular7. La traducción. Biosíntesis de proteínas Si te has fijado, el proceso de transcripción es un proceso de copia donde no se cambia de idioma, pues se pasa del idioma del ADN a ARN Sin embargo, en la traducción, que no es un proceso de copia, si se cambia de idioma, se pasa del idioma de los ácidos nucleicos (A,G,C,U) al de las proteínas (20 aminoácidos) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  79. 79. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular EL PROCESO DE TRADUCCIÓN ocurre RIBOSOMAS LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS necesita ENZIMAS Y ARN DERIBOSOMAS AMINOÁCIDOS ARN MENSAJERO ENERGÍA TRANSFERENCIAFormados por Donde se unen los Como la Tiene SUBUNIDAD dos Donde se une el AMINOACIL-ARNt zonas GRANDE -SINTETASA Por donde SUBUNIDAD se une al PEQUEÑA ANTICODÓN Donde se Donde se sitúa el SITIO A AMINOÁCIDO EXTREMO 3’ une el Tienen tres SITIO P POLIPÉPTIDO lugares SITIO E ARNt C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  80. 80. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular VOLVER La traducción. Biosíntesis de proteínasVeamos primero cómo es un ribosoma Cadena polipeptídica en formación Aminoácido ARNt Aminoacil-ARNt Subunidad mayor Anticodón 3’ 5’ ARNm Subunidad menor ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  81. 81. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularOtra imagen por si no te queda claro… ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  82. 82. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularRecordemos como era un ARNt (Unión a la (Unión al peptidil- ribosoma) transferasa en el ribosoma NOTA.- EXISTEN TANTOS RNAt como aminoácidos, uno para cada uno, en total 20 clases de RNAt (Unión al codon complementario del RNAm en el ribosoma) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  83. 83. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularUna imagen más simple del ARNt por si no te quedaba claro… COOH H C NH2 Aminoácido (serina) CH2 OH Aquí en el extremo 3`es donde se une el aminoácido al ARNt Extremo 3` ARNt Anticodón U C G C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  84. 84. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La traducción. Biosíntesis de proteínas Paso previo: ESTA FASE PREVIA Activación de los aminoácidos TIENE LUGAR EN ELCITOPLASMA Y NO EN LOS RIBOSOMAS ARNt Aminoacil-ARNt Aminoacil-ARNt-sintetasa Cada aminoácido se une a una molécula de ARNt especifica gracias a la enzima aminoacil-ARNt- sintetasa CONTINUAR C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  85. 85. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularLa traducción. Síntesis de proteínas Fase de iniciación Fase de elongación Fase de terminación C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  86. 86. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La traducción. Biosíntesis de proteínas Iniciación de la síntesis 3’ U 5’ A C Metionina 5’ A U 3’ G ARNt iniciador E A GDP GTP 3’ 3’5’ 5’ Subunidad menor C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  87. 87. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La traducción. Biosíntesis de proteínas Elongación de la cadena polipeptídica Aminoácido El aminoácido se Se libera el ARNt que ha Enlace traslada al otro ARNt cedido el aminoácido Anticodón peptídico ARNt P A P P A E A E E GDP GDP GTP GTP 3’ 3’ 3’ 3’ 5’5’ 5’ 5’ Complementariedad El ribosoma se entre codón trasloca un codon y anticodón CONTINUAR C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  88. 88. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular La traducción. Biosíntesis de proteínas Finalización de la síntesis Polipéptido libre Último ARNt P A E 3’ 3’ 5’ 5’ Factor de El codón de finalización liberaciónpuede ser UAA, UAG o UGA Separación del ARNm y las El triplete de terminación no es reconocido por ningún subunidades ribosómicas ARNt, y sí por unos factores de liberación de naturaleza proteica que se sitúan en el sito A, y hacen que la peptidil transferasa separe la cadena polipetídica del ARNt C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  89. 89. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular Polirribosomas en eucariotasSi el ARN a traducir es lo suficientemente largo puede ser leído por más de unribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. La síntesis ocurre a razónde unos (15 aminoácidos unidos por segundo. Una proteína media (300 aa) sesintetizaría en unos 15 segundos. Después, el RNAm es destruído ARNm Proteína en formación Microfotografía electrónica (MET, Ribosoma falso color) de un polirribosoma. C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  90. 90. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular ¿ LO SABÍAS? Determinados antibióticos se utilizan como dardos para destruir bacterias, al actuar sobre dianas molecularesrelacionadas con la traducción y bloquear algunas etapas de la síntesis e proteínasEstreptomicina: trisacárido que se une a la subunidad 30 Sdel ribosoma procariota e interfiere en la iniciación de lasíntesis.Eritromicina: bloque la traslocación del ribosoma e inhibela elongación.Tetraciclina: Se une a la subunidad 30 s del ribosoma ybloquea el sitio A, impidiendo la entrada del ARNt C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  91. 91. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 1. Estructura del genoma en procariotas y eucariotas GENOMA Conjunto de genes de un organismoNO TODO EL ADN CONTENIDO EN LOS CROMOSOMAS CODIFICA PARA PROTEÍNAS, EXISTE GRAN CANTIDAD DE GENES REGULADORES C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  92. 92. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 1. Estructura del genoma en procariotas y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS1 Cromosoma circular (ADNdc)Presencia de plásmidos (número variablesegún tipo de bacteria). Contienen genes noesenciales para el crecimiento y lareproducción de la célula. Replicaciónindependiente1 200 – 12 000 genesGenes continuos (toda la informacióncontenida en los genes se traduce enproteínas) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  93. 93. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 1. Estructura del genoma en procariotas y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN VIRUS1 Sola molécula lineal o circular de ADN oARN C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  94. 94. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular 1. Estructura del genoma en procariotas y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN EUCARIOTASLa mayor parte localizado en el núcleo.(repartido en los diferentes cromosomaslineales)Una pequeña parte en mitocondrias ycloroplastos (vegetales): ADNdc (similarprocariotas)Humanos: genoma nuclear: 25 000 genes que codifican proteínas (exones) y los diversos tipos ARN (1,5 % del total); Genoma mitocondrial: 37 genes ADN no codificante (98,5 %) C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  95. 95. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecularADN NO CODIFICANTE ADN repetitivo o satélite: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca ADN regulador (promotores…: Mucho de él hasta la fecha de función desconocida Intrones: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid
  96. 96. Biología. 2º bachillerato Unidad 14. Genética molecular8. Genoma en organismos eucariontes No existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de ADN. La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante Una parte del genoma se encuentra en los ADN repetitivo satélite cloroplastos y las mitocondrias. ADN repetitivo intermedio ADN de intrones ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES Gen Gen regulador Intrones Operador Exones: secuencias codificantes Promotor C.E.M HIPATIA-FUHEM Miguel Ángel Madrid

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