Genetica Molecular

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Curso Biologia-CI

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Genetica Molecular

  1. 3. Experiencias de F. Griffith Final Bacteria con cápsula (virulenta) Tipo S Tipo R Bacteria sin cápsula (no virulenta) De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas, pues no crecen en el animal. De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S 1 Bacterias S muertas por calor Bacterias S muertas por calor Bacterias R vivas 1 2 3 4
  2. 5. Estructura del ADN Extremo 3’ Extremo 5’ Extremo 3’ Extremo 5’ Final 6
  3. 6. Los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son polímeros, formados por la unión de nucleótidos mediante enlaces fosfodiester entre sus grupos fosfato. DESOXIRRIBOSA RIBOSA CITOSINA ADENINA GUANINA TIMINA CITOSINA ADENINA GUANINA URACILO Final DIFERENCIAS EN LA COMPOSICIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS DE ADN Y ARN 3’ 5’ PENTOSA BASES NITROGENADAS ADN ARN
  4. 7. Estructura de un nucleótido BASE NITROGENADA GRUPO FOSFATO PENTOSA (MONOSACÁRIDO) PIRIMIDINA PURINA BASES PÚRICAS BASES PIRIMIDÍNICAS Un nucleótido está formado por: PENTOSA Final AZÚCARES Tipos de bases nitrogenadas: Tipos de pentosas GUANINA ADENINA URACILO TIMINA CITOSINA DESOXIRRIBOSA RIBOSA
  5. 8. Estructura y función del ADN ESTRUCTURA FUNCIÓN <ul><li>Dos cadenas de nucleótidos antiparalelas . Una en sentido 5’  3’ y la otra en sentido 3’  5’. </li></ul><ul><li>En el interior las bases nitrogenadas y en el exterior las pentosas y los grupos fosfato. </li></ul><ul><li>Las dos cadenas de nucleótidos se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre bases complementarias (A-T y C-G). </li></ul><ul><li>Portador de la información hereditaria. </li></ul><ul><li>La información está codificada en la secuencia de bases nitrogenadas. </li></ul><ul><li>Tiene capacidad de duplicarse. </li></ul>Final T T A A G G C C Doble hélice de ADN Fosfato Bases nitrogenadas Enlace de hidrógeno Desoxirribosa 5´ 5´ 3´ 3´
  6. 9. Estructura, tipos y función del ARN y la lleva hasta los ribosomas <ul><li>Las moléculas de ARN suelen estar formadas por una sola cadena de nucleótidos. </li></ul>ARN mensajero (ARN-m) ESTRUCTURA TIPOS y FUNCIÓN ARN ribosómico (ARN-r) ARN de transferencia (ARN-t) <ul><li>Copia la información del ADN </li></ul><ul><li>Forma parte de la estructura de los ribosomas . </li></ul><ul><li>Forma moléculas que transportan los aminoácidos </li></ul>colaborando en la síntesis de proteínas. para formar la cadena de proteínas . Final 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
  7. 11. ARN mensajero ADN Final ARN mensajero Su función es copiar la información genética del ADN y llevarla hasta los ribosomas. En eucariotas porta información para que se sintetice una proteína: MONOCISTRÓNICO . En procariotas contiene información separada para la síntesis de varias proteínas distintas: POLICISTRÓNICO . Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruído rápidamente por las ribonucleasas . 12
  8. 12. ARN ribosómico, nucleolar y otros tipos Ribozima ARN ribosómico Agrupa a varios ARN diferentes y constituye hasta un 80% del total de ARN de una célula. ARN nucleolar Se encuentra asociado a diferentes proteínas formando el nucléolo. Una vez formado se fragmenta dando lugar a los diferentes tipos de ARNr. Otros tipos de ARN Algunos tienen función catalítica: ribozimas . Otros se asocian con proteínas para formar ribonucleoproteínas . Existen algunos que pueden escindirse en varios fragmentos por si mismos: autocatalíticos . Final 14
  9. 13. Niveles de complejidad del ADN ADN monocatenario lineal (virus) ADN bicatenario lineal (virus) ADN monocatenario circular (virus) ADN bicatenario circular (bacterias) Cromatina (eucariotas) ADN asociado a histonas Dímero concatenado (mitocondrias) Cromosomas Final 8
  10. 14. Número de cromosomas <ul><li>Es constante en todas las células que pertenecen a un mismo organismo, excepto en las células reproductoras o gametos, que contienen la mitad de cromosomas que una célula normal. </li></ul><ul><li>La mayoría de organismos tienen dos juegos de cromosomas (diploides). </li></ul><ul><li>No guarda relación con el nivel evolutivo alcanzado por la especie. </li></ul>CARIOTIPO HUMANO FEMENINO CARIOTIPO HUMANO MASCULINO Final 16 Cromosomas sexuales XX Cromosomas sexuales XY
  11. 15. Tipos de mutaciones MUTACIONES MUTACIONES GERMINALES MUTACIONES SOMÁTICAS TEJIDO GERMINAL TEJIDO SOMÁTICO SEGMENTOS DE CROMOSOMAS CROMOSOMAS ENTEROS JUEGOS CROMOSÓMICOS PUEDEN TRANSMITIRSE A LA DESCENDENCIA UN SOLO GEN MUTACIONES GÉNICAS MUTACIONES CROMOSÓMICAS SI SÍ NO según el nivel del material genético afectado según el tipo de tejido afectado afectan a afectan a afectan a afectan a
  12. 16. Flujo de información genética ADN ARN m Transcripción Traducción ARN t PROTEÍNA Entre la información del ADN que se encuentra en el núcleo y la síntesis de proteínas que se realiza en los ribosomas (citoplasma), existe un intermediario: el ARN m Replicación Este esquema fue considerado durante muchos años el “ dogma central de la biología molecular ”. RIBOSOMAS NÚCLEO Final 3
  13. 17. Redefinición del dogma central de la biología molecular ARN ADN Traducción Transcripción Transcripción inversa Replicación PROTEÍNAS Transcriptasa inversa Transcriptasa inversa Transcriptasa inversa RETROVIRUS Final Algunos virus poseen ARN replicasa , capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción. Replicación ADNc (complementario) ADNc bicatenario ADNc monocatenario Degradación del ARN DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR 4 Transcriptasa inversa ARN vírico Envoltura Membrana plasmática de la célula huésped
  14. 18. El ciclo celular Fase G 0 Fase G 1 Fase de mitosis Citocinesis Fase S Final Fase G 2 1 Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia. Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular. Replicación del ADN y síntesis de histonas. Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos División celular División del citoplasma Interfase
  15. 19. Posibles modelos en la replicación del ADN CONSERVATIVO DISPERSIVO SEMICONSERVATIVO Final 2
  16. 20. Fases de la replicación: iniciación Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Final 4 Ori C Proteínas específicas La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice Proteínas SSB Helicasa Topoisomerasa Girasa Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Impiden que el ADN se vuelva a enrollar Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación Burbuja de replicación
  17. 21. El mecanismo de elongación 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. Final 6 3’ 5’ 5’ 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN ( cebador o primer ) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider . Fragmentos de Okazaki La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada .
  18. 22. El mecanismo de elongación (II) La primasa sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación. Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. La ligasa une los fragmentos de ADN. Final 7 1 2 3 4 5 6 Nuevo cebador Cebador Ligasas Hebra retardada Hebra retardada Primasas Cebador Nuevo cebador
  19. 23. El proceso de la transcripción INICIACIÓN ELONGACIÓN TERMINACIÓN La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores . Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan a la cadena molde. La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. . La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. En procariontes son secuencias palindrómicas. En eucariontes 1 2 3 Final 6 Cadena inactiva de ADN ARN - polimerasa Cadena molde de ADN (transcrita) ARN Señal de corte Punto de corte Cola poli-A Poli-A polimerasa
  20. 24. Síntesis de ARN: requisitos previos La síntesis de ARN o transcripción necesita: CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE ARN -POLIMERARAS RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U En eucariotas Final 5 Ribonucleótido trifosfato Ribosa Bases <ul><li>ARN polimerasa I ARNr </li></ul><ul><li>ARN polimerasa II ARNm </li></ul><ul><li>ARN polimerasa III ARNt y ARNr </li></ul>
  21. 25. La maduración del ARN ORGANISMOS PROCARIONTES ORGANISMOS EUCARIONTES Transcrito primario Bucle Bucle Los ARNm no sufren proceso de maduración. Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contiene muchas copias del ARNt y ARNr. El ARN transcrito primario sufre un proceso llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones. Final 8 ARNasa ARNt ARNr RNPpn Exón Intrón Exón Intrón Exón Punto de unión entre exones
  22. 26. Código genético AUG UGA UAA UAG Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC? Final 10 Iniciación Terminación
  23. 27. Síntesis de proteínas: iniciación y elongación E P A ARNt - Met ARNm INICIACIÓN ELONGACIÓN Final 14 E P A Codón iniciador (AUG) Subunidad grande Posición E Posición P Posición A Aminoacil -ARNt Enlace peptídico El aminoácido se libera del ARNt Desplazamiento del ribosoma 5’ 3’
  24. 28. Síntesis de proteínas: terminación ARNm Separación de las dos subunidades del ribosoma ARNm A medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la estructura secundaria y terciaria que les corresponde. Final 15 Codón de terminación (UAA, UGA, UAG) ARNt Porción final de la cadena proteica Factor de liberación
  25. 29. ADN sintético y PCR La reacción en cadena de la polimerasa (PCR), junto con la producción de ADN sintético ha posibilitado la multiplicación de ADN hasta cien mil veces en un tubo de ensayo. 5’ 5’ Desnaturalización Extensión del iniciador Desnaturalización Extensión del iniciador Repetición del ciclo La técnica de la PCR se usa en: - Estudios comparativos o evolutivos. - Amplificar y clonar ADN de restos humanos momificados o restos de animales y plantas ya extinguidos. - Amplificar cantidades pequeñas de ADN en una muestra, muy útil en medicina forense. Final 7 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ Genes diana Iniciador ADN polimerasa
  26. 30. Animales transgénicos para la obtención de sustancias de interés PRODUCCIÓN DE LECHE Rebaño de descendientes transgénicos que producen la proteína Oveja nodriza Transferencia génica Óvulo de oveja fecundado Purificación de la proteína Medicamento como la  -1-antitripsina o el activador del plasminógeno. Final 11
  27. 31. El proyecto Genoma 1989 Comienza la secuenciación del Genoma (3000 millones de pares de bases). ¿Por qué? Porque encierra nuestra identidad, nuestra historia evolutiva, nuestro presente y nuestras posibilidades futuras. Técnicamente: ¿Puede hacerse? OBJETIVOS MEDIOS ¿Para qué? Conocer la base de múltiples enfermedades. Comprender la estructura bioquímica de las células. Saber cómo funcionan y se regulan los genes. Evitar el envejecimiento celular. Final 3
  28. 32. Objetivos del proyecto genoma humano Final 20
  29. 36. Terapia génica Consiste en la introducción de genes en células humanas mediante la utilización de un virus modificado como vector. in vivo Se puede realizar: in vivo ; introduciendo directamente el virus en el organismo. ex vivo ; modificando en un cultivo de células del paciente que serán introducidas de nuevo en el organismo. ex vivo Cultivo de virus Partículas virales Inyección de las células Células alteradas genéticamente Extracción de células Vector Introducción en el organismo Gen terapéutico

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