Genetica molecular

VIIIVIII Biología. 2º Bachil lerato. IES SANTA CLARA.

Belén Ruiz Departamento Biología- Geología.

https://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/2o-biologiaI IES Santa Clara

TEMA 8. GENÉTICA MOLECULAR

NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO

GENERALIDADES (ADN)Requisitos: (4), El material genético (moléculas con

capacidad de almacenar Información) debe presentar las siguientes propiedades:

Estable Replicable Mutable Susceptible de experimentar cambios o

variaciones, que permitiese la aparición de variantes de la información básica.

Transmisible (a la generación siguiente)

¿Qué moléculas pueden cumplir estos requisitos, las Proteínas o el ADN?

El ADN se conocía desde 1869 y cuando se descubrió que los cromosomas se dividían y transmitían durante la división celular se pensó en esta molécula como la portadora de la

información genética.

Esta cuestión fue resuelta por los científicos:(*) Experimento de A. Hersey y M. Chase

Frederick Griffith en 1928 demostró la transferencia de material genético entre células y cómo el material genético de una célula podía modificar la

función de otra.En 1944, Oswald T. Avery, Maclyn Mccarty y Colin MacLeod observaron que la capacidad de transformarse las cepas bacterianas desaparecía al

agregar enzimas destructoras del ADN, y dedujeron que el factor transformante era la molécula de ADN.

En 1952 Martha Chase y Alfred Hersey demostraron, mediante la replicación del bacteriófago

T2, que el material genético era el ADN y no las proteínas.

Al año siguiente, James Watson y Francis Crick

propusieron el modelo de doble hélice para explicar la

estructura del ADN.

EL EL EXPERIMENTOEXPERIMENTO DE DE HERSHEYHERSHEY Y Y CHASECHASELa información genética está contenida La información genética está contenida

en el ADN , no en las proteínasen el ADN , no en las proteínas

Los fagos liberados Los fagos liberados tras la lisis de tras la lisis de

nuevas bacterias nuevas bacterias NONO aparecen marcadosaparecen marcados

Algunos fagos Algunos fagos liberados tras la lisis liberados tras la lisis

de de nuevas bacterias nuevas bacterias SISI aparecen marcadosaparecen marcados

El material genético en procariotas y eucariotas

Procariotas Eucariotas

Todo el ADN codifica, y cada gen codificador se compone de una secuencia continua de nucleótidos.

Solo codifica el 10% o menos de todo el ADN, el resto tiene funciones poco conocidas.

ADN muy poco repetitivo ADN muy repetitivo, posiblemente relacionado con la estabilidad de la estructura de los cromosomas

Las secuencias nucleotídicas codificantes son continuas (solo poseen exones)

Las secuencias codificantes (exones) se alternan con secuencias no codificantes (intrones).Cuanto más compleja y reciente es una especie, más abundantes y más largos son sus intrones. Parece una ventaja evolutiva al favorecer la recombinación.

LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: (DURANTE EL PERIODO S)

MODELOS Replicación SEMICONSERVATIVA Otros modelos rechazados:

La replicación o autoduplicación consiste en la generación de una copia idéntica del ADN, previa a la división celular, para que la información genética se transmita con fidelidad de padres a hijos.

Tipos: Conservativa: se mantiene la doble cadena

original y se sintetiza una copia completamente nueva.

Semiconservativa: Cada una de las hebras de la doble hélice sirve como molde para la síntesis de la otra hebra. Cada célula hija portará una hebra de la célula madre y una hebra nueva. Es el modelo correcto, propuesto por Watson y Crick .

Dispersiva: en cada nueva doble cadena de ADN existen fragmentos de la cadena original y fragmentos nuevos.

LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: MECANISMOMECANISMO

– 1.- Iniciación: Enzimas: (Helicasas, Topoisomerasas, Prot. SSB)

– 2.- Síntesis: Enzimas: RNA-Polimerasa (Primasa), DNA-

Polimerasa Nucleótidos: dATP, dTTP, dGTP, dCTP (materia prima y energía)

Proceso:– Síntesis continua: Cebador + copia ADN ⇒ hebra conductora– Síntesis discontinua: F. De Okazaki ⇒ hebra retardada

– 3.- Finalización: Enzimas: (DNA-Polimerasa , DNA-Ligasa )

Proceso: a) Digestión de cebadores, b) síntesis de ADN, c) unión de fragmentos

a) Inicio de la replicación Se inicia en determinadas (secuencias concretas) zonas del ADN con la formación

de la horquilla o burbuja de replicación, que consiste en la apertura de la doble

hebra por rotura de los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

Participan varias enzimas:

Helicasas: separan las hebras de ADN (rompen los puentes de hidrógeno).

Topoisomerasas I y II (o girasa): desespiralizan las hebras para disminuir

tensiones y evitar rotura de la hebra.

Proteínas SSB: estabilizan la burbuja, impiden que se cierre y dan tiempo a

que las enzimas ADN-polimerasas sinteticen las nuevas cadenas de ADN.

HELICASA

La replicación de lleva a cabo según el modelo semiconservativo

Tanto en eucariotas como en Procariotas

Replicación en Eucariotas

Replicación enProcariotas

En eucariotas aparecen muchos ojos de replicación

(replicones ) simultaneamente

En Procariotas aparece un solo replicón

b) Formación de las nuevas hebras

Inmediatamente comienza la síntesis de las hebras

complementarias sobre cada una de las originales. Este proceso lo

realiza la ADN-polimerasa III, que precisa los siguientes requisitos: AÑADE NUCLEOTIDOS AL EXTREMO 3´LIBRE. 5’ 3’→ . Une nucleótidos

en sentido 5’3’ , es decir, la nueva hebra crece en sentido

contrario a la hebra molde.

Necesita una hebra molde de ADN que corre en sentido 3’5’ y

sobre la que se sintetiza la hebra complementaria.

Utiliza nucleótidos trifosfato, que además proporcionan la energía

necesaria para formar los enlaces correspondientes.

Precisa un ARN cebador para añadir nucleótidos a un extremo 3’

de una cadena nucleotídica previa. La enzima primasa sintetiza el

ARN cebador.

La ADN polimerasa III recorre el

ADN molde en sentido 3’5’, y una

de las hebras es recorrida

normalmente, pero la otra hebra

discurre en sentido opuesto 5’3’ y

la enzima no puede hacerlo de

forma directa sino de forma

discontínua (a pequeños saltos),

formando los denominados

fragmentos de Okazaki, que tras la

unión mediante las enzimas ligasas

forman la hebra retardada.

A continuación la enzima ADN-

polimerasa I elimina los ARN-

cebadores y rellena los huecos del

cebador consiguiendo recuperar

casi todo el ADN.

www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0

c) Finalización

Al final de la síntesis de la cadena copia y la que ha servido como patrón se disponen enrolladas originando la doble hélice.

Este proceso a pesar de lo complejo se produce a gran velocidad, del orden de 45.000 nucleótidos/minuto.

DIFERENCIAS EN EL PROCESO REPLICATIVO ENTRE PROCARIOTAS Y DIFERENCIAS EN EL PROCESO REPLICATIVO ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTASEUCARIOTAS

El mecanismo básico es el mismo, las diferencias son las siguientes:

El ADN eucariota está asociado a histonas, pero el bacteriano no: Así en el

primer caso se deben sintetizar también histonas y en el segundo no.

El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor en los eucariotas que en

los procariotas.

Existen 3 tipos de ADN-polimerasa en procariotas y 5 en las eucariotas.

En las procariotas se forma una sola burbuja de replicación y en las

eucariotas se producen varios cientos en cada cromosoma

simultáneamente, para acelerar el proceso.

La velocidad de replicación es menor en las eucariotas que en las

procariotas.

LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: CORRECCIÓN DE ERRORESCORRECCIÓN DE ERRORES

Simultánea a la síntesis: Exonucleasas

Posterior : (Metilado tardío de adeninas de la hebra nueva. Para detectar errores el

paso imprescindible es detectar la cadena primaria o antigua, que se consigue por

metilación de las adeninas. De manera que la cadena que porta las adeninas metiladas

es la correcta).

Endonucleasas detectan los errores y cortan la cadena.

Exonucleasas: eliminan los nucleótidos erróneos.

ADN-polimerasas tipo I sintetizan el fragmento de ADN eliminado.

ADN-ligasas unen el nuevo segmento sintetizado a la cadena de ADN.

Errores: 1 / 107-8 ⇒ 1 / 1010

( variabilidad ⇒ evolución)

Expresión de la información genética

EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

“ Un gen una proteína”

ADN ARN PROTEÍNA

Transcripción Traducción

Hoy día se sabe que la información genética es la causa de la síntesis de

proteínas, entre ellas las enzimas, responsables de las características

estructurales y funcionales de un organismo.

En 1948 se enuncia la hipótesis:

un gen → una enzima

En 1970 Francis Crick enuncia el dogma central de la biología molecular:

El ADN copia una parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARN mensajero (proceso denominado transcripción), la cual constituye la información utilizada por

los ribosomas para la síntesis de una proteína (proceso de traducción).

ADN → ARN → Proteína

El mensaje se transmite en dos etapas sucesivas, en las que el ARN es el

intermediario imprescindible.

El flujo de la información genética: Dogma Central de la Biología Molecular: “Un gen, una proteína”

Excepciones al dogma 1.- No todos los genes se expresan en proteínas2.- Retrotranscripción3.- Algunos ARN no se traducen4.- En realidad “un gen varias proteínas diferentes.”5.- Priones6.- Los ribozimas

Transcripción Traducción

Replicación: ADN ARN cadena polipeptídica

“Un gen, una proteína”¿seguro?

Expresión de la información genética

Expresión de la información genética

Matizaciones de EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

ADN ARN PROTEÍNA

No todos los genes se expresan , algunos

presentan funciones reguladoras (operador, promotor, ADN basura,

intrones?)

RetrotranscripciónLas retrotranscriptasas catalizan la síntesis de ADN a partir de ARN

En realidad un gen puede servir para

codificar varias proteínas

Algunos ARN no se traducen,

intervienen en procesos

reguladores

Los priones pueden “replicarse”

Algunos ARN, los ribozimas pueden autorreplicarse

La información fluye del ARN al AND, es la transcripción inversa o retrotranscripción, fue descubierta en los virus

de ARN (Retrovirus)

LA TRANSCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (SÍNTESIS DE RNA)

Consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a otra (ARN),

que se pueda utilizar directamente para la síntesis de proteínas.

En el proceso de transcripción se forma una cadena de ARN cuya secuencia de bases

nitrogenadas es la misma que la de la hebra madre del ADN.

La responsable de la transcripción es la enzima ARN polimerasa ADN dependiente, que

presenta las siguientes características:

Une nucleótidos mediante enlace fosfodiéster (nucleotídicos), siempre en sentido 5’→3’.

Utiliza nucleótidos trifosfato.

Necesita una molécula de ADN como molde o patrón.

Se fija a regiones específicas del ADN (genes promotores) para comenzar su acción a partir

de ese punto.

LA TRANSCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (SÍNTESIS DE RNA)

INICIACIÓN :–Elementos :

ADN molde (una hebra): Región promotora: ej.TATA (Promotor)

ARN- Polimerasa (no necesita cebador)

factores de iniciación:

ELONGACIÓN: ( 5´ → 3´ ):

“Formación de un fragmento transitorio de ADN-ARN espiralizado” –Elementos :

ADN molde ARN- Polimerasa factores de elongación nucleótidos trifosfato (ATP,

UTP,GTP,CTP)

TERMINACIÓN:

Elementos : ADN molde: Región de

terminación ej. TTATTT (E) ARN- Polimerasa factores de terminación

http://www.youtube.com/watch?v=Jqx4Y0OjWW4

ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL GENÉTICO

– Procariotas: 100% transcribible

– Eucariotas: DNA basura

(FUNCIONES PARCIALMENTE DESCONOCIDAS)

DNA transcribible:– Genes fragmentados:

Exones e Intrones ⇒ maduración de ARNm

Transcripción en células procariotas

En procariotas solo existe un tipo de ARN polimerasa, formada por dos subunidades:

α y β.

La ARN polimerasa se debe unir al factor σ para reconocer y fijarse a la zona

promotora (rica en timina y adenina: TATAATG. Después el factor σ se suelta. La ARN polimerasa fijada al ADN produce el desenrollamiento de una vuelta de la

doble hélice, y comienza a sintetizar ARN en sentido 5’→3’.

La cadena de ARN finaliza al llegar a la señal de terminación (zona rica en guanina

y citosina). El factor ρ reconoce esta zona.

La velocidad de transcripción es alta: une 30 a 40 nucleótidos por segundo).

Mediante este proceso se sintetizan tres tipos de ARN: mensajero, ribosómico y

transferente. Este último debe sufrir un proceso de maduración antes de activarse.

No se corrigen los errores producidos durante la síntesis de ARN ya que son bien

tolerados y nunca se transmiten a la descendencia.

Transcripción en células eucariotas

La transcripción es más compleja en eucariotas.– Intervienen factores proteicos ausentes en las procariotas.– Hay 3 tipos de ARN polimerasas diferentes:

Tipo I: transcribe ARN ribosómico. Tipo II: transcribe ARN mensajero. Tipo III: transcribe ARN de transferencia.

Tras la transcripción es preciso un proceso de maduración antes de que el ARN sea funcional (deben ser eliminados los intrones y dejar solamente los exones).

Para transcribir el ADN es preciso que las histonas hayan desbloqueado la hebra de ADN y que éste se haya desespiralizado.

La región promotora tiene una secuencia específica: TATA o CAAT. Cuando se han agregado 30 nulcLeótidos, se añade al extremo 5’ una caperuza de

7-metil-guanosina trifosfato (punto de reconocimiento para procesos posteriores). Tras la señal de finalización (secuencia TTATTT), sobre el extremo 3’ se añade una

cadena de unos 200 poli-A.

http://www.youtube.com/watch?v=Jqx4Y0OjWW4

ARN Polimerasa

MADURACIÓN DEL ARN

Maduración del ARNm

http://www.youtube.com/watch?v=w8FSDQwumTw&feature=related

Este proceso afecta sobre todo al ARN mensajero.

Proceso en el que se eliminan los intrones y se unen los exones entre sí constituyendo una única cadena.

En este proceso participan las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn), también conocidas con espliceosomas o tijeras genéticas, capaces de cortar y volver a unir el ARN.

El ARNt tras su síntesis debe plegarse hasta adoptar la forma funcional. Aspecto característico de boomerang.

La síntesis de ARNr es compleja y se produce en el nucléolo.

LA EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

Un gen determina una proteína (normalmente un enzima) y esta a su vez, un carácterEL CÓDIGO GENÉTICO:la relación entre la secuencia de nucleótidos (concretamente, de las bases nitrogenadas presentes en ellos) del ARNm y la secuencia de aminoácidos que constituyen una proteína. El código genético es la clave que permite la traducción del ADN a su forma funcional, es decir, las proteínas.–Código de Tripletes de ARN ( 43 = 64 codones) De los que 61

codones codifican para aminoácidos y 3 codifican el fin de la traducción (UAA, UAG y UGA).

–Propiedades:1.- Triplete de iniciación AUG y tres de terminación UAA, UGA, UAG2.- Código lineal: el orden de los codones ⇒ orden de aminoácidos3.- NO espaciamientos, NO solapamientos4.- Está DEGENERADO: 64 codones para 20 aminoácidos5.- Es Universal, es el mismo para todas las células de todas las especies.

CÓDIGO GENÉTICO

LA EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA: EL CÓDIGO GENÉTICO

 …..AAATGCGCGCGAATTTCGTGGGTCAGGCTTGAAG…..…..TTTACGCGCGCTTAAAGCACC CAGTCCGAACTTC…..

Transcripción(En el núcleo)

 .

 …..AAAUGCGCGCGAAUUUCGUGGGUCAGGCUUGAAG….. Traducción

(En el citoplasma: ribosomas)

 Met  – Arg – Ala – Asn – Phe – Val – Gly – Lys – Gln - Ala

INICIO                                    STOP

TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas polipeptídicas)

PROCESO: Localizado en los ribosomas– ACTIVACIÓN DE AMINOÁCIDOS : Aminoacil ARNt

sintetasaEcuación global:

– aa + ATP + ARNt → aa-ARNt + AMP + PPi– SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: (cadenas polipeptídicas)

INICIACIÓN – Comienza con el codón AUG → Metionina (E) o

formil metionina (P) – - COMPLEJO DE INICIACIÓN = 1° Subunidad menor

+ 2° ARNm + 3° fMet-ARNt + 4° Subunidad mayor - GTP y Factores de iniciación

En esta fase todo el sistema se prepara para la síntesis, se forma el COMPLEJO DE INICIACIÓN:– En primer lugar, el ARNm se une por el extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma gracias al

factor proteico IF3.– A continuación, se produce la fijación del primer aminoacil-RNAt por complementariedad entre

el anticodón del ARNt y el codón de ARNm.– El primer codón siempre es AUG y el aminoácido que porta es metionina.– Por último se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo que se

precisa el factor proteico IF1 e iones Mg++. El ribosoma tiene dos zonas activas: sitio P o peptidil y sitio A o aminoacil. El A es donde se une el

aminoacil-ARNt y el P es donde se sitúa el aminoácido una vez unido a la cadena peptídica. El proceso de iniciación precisa energía, que es aportada por el GTP.

ELONGACIÓN– A.- Unión del aa1-ARNt al sitio

A: GTP y Factores de

elongación – B.- Formación del enlace

peptídico: Peptidil transferasa (ARNr

con actividad catalítica)– C.- Translocación al sitio P :

GTP y Factores de elongación

– Queda libre el sitio A– Unión al sitio A de un nuevo

aa2-ARNt y repetición del proceso ( A, B, C )

En esta etapa se sintetiza la cadena peptídica por la unión sucesiva de aminoácidos. El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm y los ARNt aportan los aminoácidos correspondientes. Se pueden diferenciar 3 subetapas:

– Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A. Solo se produce si el ARNt es complementario del codón del ARNm y aquí se consume una molécula de GTP.

– Formación del enlace peptídico. Una vez anclados los dos aminoaciles-ARNt a los sitios P y A, la enzima peptidiltransferasa (situada en la subunidad mayor) produce el enlace peptídico.

– Translocación del dipéptido al sitio P. Se produce el desplazamiento del ribosoma un codón en sentido 5’ 3’. Así el segundo aminoacil-ARNt salta al sitio P quedando libre el sitio A para que se →una un nuevo aminoacil-ARNt.

TERMINACIÓN– Termina con las secuencias UAA, UAG o

UGA que no codifican para ningún aminoácido.

– - Factor de terminación y GTP: Unión a sitio A del Factor de terminación

Existen 3 codones de terminación: UAA, UAG y UGA, para los que no existe ARNt y cuando llega a este punto la síntesis proteica se detiene.

Esta fase también precisa energía en forma de GTP. Al detenerse la síntesis:

La cadena peptídica se libera del ribosoma. La dos subunidades ribosómicas se separan. El ARNm es destruido para que no se hagan copias innecesarias.

La síntesis se produce a una velocidad de 1400 aminoácidos por minuto y las cadenas de ARNm suelen ser leídas por más de un ribosoma simultáneamente.

http://www.youtube.com/watch?v=Ikq9AcBcohA&feature=fvwrel

La Traducción en células eucariotas

Diferencias en eucariotas con relación a procariotas: Se produce en RER en vez de citoplasma. El ARNm eucariota es más estable. El ARNm eucariota es monocistrónico (solo porta

información para un péptido). Los ribosomas son diferentes. El primer ARNt lleva metionina. Los factores proteicos implicados en el proceso son

diferentes. El extremo 5’ de los ARNm tiene metilguanosina trifosfato

para ser reconocido. El primer ARNt se une antes a la subunidad menor que al

ARNm.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

GEN :“Secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, que desempeña una función específica tal como codificar una molécula de ARN o una cadena polipeptídica”.

NECESIDAD DE REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA Variaciones del medio extra o intracelular ⇒ Necesidades proteicas

diferentes. Morfogénesis: Diferenciación de tejidos, desarrollo embrionario Ciclo celular: diferentes etapas ⇒ diferentes necesidadesPUNTOS DONDE ES POSIBLE REGULAR LA

EXPRESIÓN GENÉTICA Transcripción (PRINCIPALMENTE) Maduración de ARNm Transporte de ARNm, Traducción.

Regulación en procariotas

François Jacob y Jacques Monod en los años 1960 propusieron el modelo OPERÓN

para explicar la regulación de la transcripción. Según este modelo se distinguen 4

tipos de genes: Genes estructurales: contienen la información para la síntesis de las enzimas

que intervienen en la ruta metabólica. Gen promotor: Está constituido por la secuencia de ADN donde se une la ARN

polimerasa para comenzar la transcripción.

Gen operador: Es el lugar del ADN donde puede unirse una proteína reguladora e

impedir la transcripción de los genes estructurales. Se sitúa inmediatamente

delante de éstos.

Gen regulador: sintetiza la proteína reguladora. Puede localizarse enn un lugar

distinto a los otros genes del operón.

Según se trate de una ruta catabólica o anabólica se diferencian dos tipos de

regulación génica: inducible y represible.

Elementos del OPERÓN

Sistema inducible

Cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina inducción positiva. Por ejemplo, en E. coli en ausencia de galactósido (sustrato) hay de una a diez unidades de galactosidasa (enzima) por  miligramo de materia seca, mientras que en presencia de galactósido se detectan hasta 10.000 unidades de galactosidasa por miligramo de materia seca. Al compuesto que desencadena la síntesis del enzima se le denomina Inductor.

Los sistemas inducibles se corresponden a procesos catabólicos de degradación, por ejemplo, el operón lactosa, el operón arabinosa, el operón maltosa. Se trata de sistemas enzimáticos encargados de degradar la lactosa, arabinosa, maltosa, etc.

Regulación en procariotas: Sistema inducible (control +)

Sistema represible

Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza el enzima

impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. Al

compuesto que impide la síntesis del enzima se le denomina correpresor.

Los sistemas represibles se corresponden con procesos síntesis o Anabolismo, por ejemplo

el operón triptófano y el operón histina. Se trata de las rutas metabólicas que conducen a

la síntesis de triptófano y síntesis de histidina.

Regulación en procariotas: Sistema represible (control -)

Regulación en eucariotas

La regulación en organismos eucariotas y sobre todo pluricelulares

es mucho más compleja que en procariotas.

La regulación se puede producir en varios procesos: Transcripción.

Maduración del ARNm transcrito.

Transporte del ARNm.

Traducción.

El mecanismo más habitual se realiza en la transcripción actuando

sobre la ARN polimerasa y sobre procesos específicos: Separación de las histonas, para acceder al ADN.

Existencia de factores activadores intra y extracelulares

(hormonas, fitocromo en las plantas, etc.).

Regulación en eucariotas: Sistemas complejos (normalmente de control

+) Estructura de la cromatina y eliminación de histonas

(condensación) Factores epigenéticos (metilaciones)

Por factores de activación (Hormonas, etc.)

ADN no codificante (“basura”, intrones, secuencia no codificante de ADN)

Hormonas

LAS MUTACIONES Concepto: alteraciones “cualitativas”

en la secuencia de bases del ADN

CLASIFICACIÓN: GÉNICAS O

PUNTUALES CROMOSÓMICAS GENÓMICAS

LAS MUTACIONES génicas– GÉNICAS O PUNTUALES: afectan a un GEN

(1 o más bases)

• Causas: – Errores en la replicación– Agentes físicos, químicos y biológicos.

• Tipos:– Sustituciones: Cambios de bases

» púrica x púrica o pirimidínica x pirimidínica : transiciones ⇒ (T ≡ G, A ≡ C)

» pirimidínica x púrica: transversiones ⇒ (T ≡ C, A ≡ G)

– Deleciones e Inserciones: Pérdida o inserción de bases (mutaciones graves)

LAS MUTACIONES cromosómicas

CROMOSÓMICAS: Afectan a un cromosoma (varios genes)

Nº incorrecto de genes ⇐ Sobrecruzamiento erróneo por apareamiento desigual en profase I

Deleciones cromosómicas Duplicaciones (importancia

evolutiva) Alteraciones en el orden de los

genes Inversiones Translocaciones

Transposiciones: “transposones” o “genes

saltarines”) Translocación recíproca

cc

– Mutaciones CROMOSÓMICAS: Profase I

Mutaciones CROMOSÓMICAS

LAS MUTACIONES genómicasGENÓMICAS

Vistas en meiosis Aneuploídías Poliploidías

Efectos fenotípicos: Aneuploidías

En autosomas: Normalmente letales

En cromosomas sexuales: efectos graves

Poliploidías Animales: Normalmente letales Vegetales: mayor tamaño

TIPOS DE AGENTES MUTÁGENOS

– Físicos: Radiaciones Radiaciones ionizantes (x, α, β, γ y neutrones)

Efectos: M. cromosómicas (deleciones y traslocaciones)

Radiaciones no ionizantes : UV Efectos: dímeros de T

– Químicos: Sustancia químicas Reacciones químicas: Ej.benzopirenos, acridina,

nitrosaminas, … Análogos químicos: Ej. 5-bromouracilo análogo

de la T,…– Efectos: M. puntuales, principalmente

sustituciones– Biológicos: virus o transposones

Virus:(oncogenes) : provirus ⇒ saltos intercelulares

– Efectos: Principalmente a nivel de regulación ( ej. papiloma humano)

Transposones: saltos intracelulares

SUSTANCIAS MUTAGÉNICAS

EFECTO FENOTÍPICO DE LAS MUTACIONES

Silenciosas, beneficiosos, perjudiciales. MUTACIONES Y EVOLUCIÓN – Fuentes de variabilidad:

Mutaciones ⇒ nuevos alelos : importancia adaptativa y evolutiva “Fenómenos” sexuales:

Meiosis:

» Segregación cromosómica ⇒ reordenación de alelos

» Recombinación ⇒ reordenación de alelos

Fecundación ⇒ reordenación de alelos

Fen. Parasexuales: conjugación, etc. MUTACIONES Y CANCER (en regulación del ciclo

celular)

TEST DE REPASO

TEMA 8 Genética molecular

Comenta brevemente la relación existente entre variedad alélica y evolución, b) ¿de qué forma se originan nuevas variantes alélicas a partir de un alelo original?a) variedad alélica permite selección natural ⇒ evoluciónb) mutacionesa)Describe, por medio de un esquema, el fenómeno de transcripción genética, indicando su finalidad biológica b) tipos de moléculas que intervienen en el mismo, indicando además en qué lugar de la célula se lleva a cabo (indicar para eucarióticas y procarióticas respectivamente).a) Esquema + finalidad: (síntesis de ARN) b) ADN molde, ARN- Polimerasa, factores de iniciación, elongación y terminación; Ribonucleótidos trifosfato (ATP, UTP, GTP, CTP).c) Eucariotas: En el núcleo

Procariotas: En el citosol a) Define el concepto de mutación. b) ¿En qué consiste una mutación por sustitución? ¿y por deleción? c) ¿De cuál de los dos tipos de mutación cabría esperar una alteración fenotípica mayor? Razona la respuesta.a) Alteraciones “cualitativas” en la secuencia de bases del ADNb) Sustitución: cambio de base (nucleótido). Deleción: pérdida de basec) Deleción: la secuencia de tripletas resulta alterada a partir de ese punto⇒ proteína muy diferente, si la sustitución determina codón de terminación, tb. grave

Define el concepto de código genético. ¿Por qué consideramos que el código es universal y degenerado?a) Código de tripletes de ribonucleótidos (ARN) cada uno de los cuales se corresponde con un determinado aminoácido o con un factor de terminación. b) Universal: todos los seres vivos, degenerado varios tripletes se corresponden con un mismo aa, recuerda 43 = 64 para 20 aa

¿Cuál es la razón por la cual la replicación del ADN no tiene lugar de igual manera en la hebra principal y en la retardada? ¿En qué consiste esta diferencia? Las polimerasas sintetizan en dirección 5´---3´ ⇒ la horquilla 3´---5´ (disposición adecuada) ⇒ s. continua. La horquilla 5´---3´ (disposición contraria) ⇒ fragmentos de Okazaki ⇒ s. discontinua. Todo según el modelo semiconservativo + necesidad de cebadores.¿De qué forma asegura la maquinaria replicativa la fidelidad de la copia de ADN? Modelo semiconservativo (por complementariedad de bases). Explicar modelo

Por qué razón es tan importante que la expresión genética esté regulada? Razona la respuesta.- Variaciones del medio extra o intracelular ⇒ Necesidades proteicas diferentes.- Morfogénesis: Diferenciación de tejidos, desarrollo embrionario- Ciclo celular: diferentes etapas ⇒ diferentes necesidadesEn definitiva, las condiciones ambientales cambiantes determinan distintas necesidades celulares y en consecuencia la expresión o no de ciertos genes.

Define el concepto de gen e indica las diferencias más relevantes en la estructura de un gen eucariótico y otro procariótico. ¿De qué forma se refleja esta diferencia en el producto de la transcripción? Razona la respuesta. Ayúdate de un dibujo.

a) GEN: “Secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, que desempeña una función específica tal como codificar una molécula de ARN o una cadena polipeptídica”.b) Procariotas: continuos, E: fragmentados (intrones y exones)c) Eucariotas. Necesidad de maduración de ARN. Dibujar transcrito 1 ario extremos, intrones y exones y 2ario

Desarrolla un texto corto (no más de 10 líneas) en el que se relacionen de forma coherente y en un contexto biológico los siguientes conceptos: transcripción, polimerasa, DNA molde, proteínaLa expresión genética requiere de varios procesos consecutivos, fundamentalmente la trascripción de una de las hebras del ADN molde a partir del reconocimiento de la región promotora, para dar una molécula de ARN, todo ello catalizado por las ARN polimerasas. En eucariotas dicho transcrito sufre una serie de procesos de maduración con el fin de eliminar los intrones de manera que el ARNm maduro pueda ser traducido en los ribosomas en la proteína correspondiente.

Representa mediante un esquema claro cómo tiene lugar la traducción de un mRNA (etapa de inicio y etapa de elongación), indicando los elementos moleculares que intervienen en el mismo. 1º) Dibujo de elementos de complejo de iniciación: subunidades del ribosoma + Metionil o formilmetionil RNAt + ARM m maduro + GTP + factores de iniciación 2º) Dibujo del proceso de elongaciónA.- Unión del aa1-ARNt al sitio A: GTP y Factores de elongación B.- Formación del enlace peptídico: Peptidil transferasa (ARNr con actividad catalítica)C.-Translocación al sitio P: GTP y Factores de elongación

- Queda libre el sitio AUnión al sitio A de un nuevo aa2-ARNt y repetición del proceso (A, B, C)

INICIACIÓN

ELONGACIÓN

TERMINACIÓN

Biología. 2ºBachillerato. SANZ ESTEBAN, Miguel. SERRANO BARRERO, Susana. TORRALBA REDONDO. Begoña. Editorial Oxford.

Biología. 2ºBachillerato. ALCAMÍ, José. BASTERO, Juan José. FERNÁNDEZ, Benjamín. GÓMEZ DE SALAZAR, José María. MÉNDEZ, Mª Jesús. SLÖCKER Javier. Editorial SM.

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