Perspectiva

“Genética Molecular”

Guía de estudio N° 1

PERSPECTIVA: GENÉTICA MOLECULAR GUÍA DE ESTUDIO N° 1

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BASES FÍSICAS Y BIOQUÍMICAS DE LA HERENCIA Antes del descubrimiento de la estructura química del material genético, el gene era una unidad de herencia abstracta e indivisible. En la historia de la genética este período se conoce como GENETICA FORMAL o CLASICA. A partir del descubrimiento de la estructura del ADN, comienza la llamada GENETICA MOLECULAR.

La GENÉTICA CLÁSICA permitió dilucidar principios biológicos básicos sin entender la naturaleza del gen. Se ocupa de la teoría cromosómica de la herencia, la concepción de que los genes están en forma lineal en los cromosomas. La GENÉTICA MOLECULAR es el estudio del material genético: su estructura, replicación y expresión, ADN recombinante (ingeniería genética). A estas dos ramas de la genética se le suma la GENÉTICA EVOLUTIVA, la cual tiene por objeto el estudio de los mecanismos del cambio evolutivo.

GENÉTICA CLÁSICA GENÉTICA MOLECULAR GENÉTICA EVOLUTIVA

• Principios de Mendel • Estructura del ADN • Genética cuantitativa

• Mitosis y meiosis • Química del ADN • Equilibrio Hardy-Weinberg

• Determinación del sexo • Transcripción y traducción • Evolución

• Ligamiento al sexo • Clonación del ADN • Especiación • Cartografía

cromosómica • Regulación de la

expresión génica

• citogenética • Mutación y reparación del ADN

• Herencia extracromosómica

Los problemas de herencia ya no se enfocan como hace algunos años debido a los conocimientos aportados por la Biología Molecular. Es por eso que "revisaremos" los logros históricos que hacen a la GENETICA CLASICA, pero teniendo en cuenta nuestros conocimientos de la estructura del ADN y el flujo de la información genética.

Comenzaremos tratando de responder los siguientes interrogantes:

• ¿Dónde almacenan las células la información genética? • ¿Qué parte de los cromosomas contiene la información genética? • ¿Cómo se reproduce tan perfectamente la información del ADN? • ¿Cuál es la unidad de información • ¿Cómo son codificados los genes? • ¿Cómo procede el ADN para dictar mediante su secuencia la estructura de una

proteína?

Para realizar un breve repaso de los conceptos básicos que se requieren de la BIOLOGÍA MOLECULAR, se les propone resolver las siguientes cuestiones

Actividades

1. Especifique los aportes realizados por los siguientes científicos en relación a la función y estructura del ADN: Frederick Griffith, Oswald Avery, Rosalind Franklin, Edwin Chargaff, Matthew Meselson y Franklin Stahl.

Bibliografía: • Claro, G. (2003). Aproximación histórica a la Biología Molecular a través de sus

protagonistas, los conceptos y la terminología fundamental. Panace@ (IV) 12, disponible en: http://medtrad.org/panacea/IndiceGeneral/n12_tribuna_GClaros.pdf

• González Astorga, J. (2001). Breve cronología de la Genética. Ciencias 63, disponible en: http://www.ojs.unam.mx/index.php/cns/article/view/11789/11111

• Naranjo, T. (2010). Hitos de la Genética: una síntesis. Reduca (Biología) (3) 4, disponible en: http://darwin.bio.ucm.es/revistas/index.php/reduca-biologia/article/viewFile/44/84

• Mirando dentro del gene, en: Barahona, A. y Piñero, D. (1994). Genética: La continuidad de la vida. Fondo de Cultura Económica. México. Disponible en: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/125/htm/sec_5.htm

Analice los siguientes videos (Disponibles en la página Web de la asignatura):

• El ADN y el experimento de Griffith

• ¿Cómo se descubrieron los cromosomas?

• ¿Cómo se descubrieron los genes?

• Watson y Crick y la doble hélice del ADN

Recorra las diferentes páginas web (Disponibles en la sección Enlaces/Páginas Web de la página Web de la asignatura) para encontrar más información relacionada con la temática.

En la sección Enlaces/Gráficos interactivos encontrará una interesante línea de tiempo sobre la historia del ADN y un material del MUNDO SALUD: “Descifrando la vida”

2. Construir una cronología con los eventos que usted considere más importantes hasta el “descubrimiento” (modelización) de la molécula del ADN.

3. ¿Cuáles son las principales características del ADN? ¿Cuáles son los diferentes tipos?

4. Todos los organismos celulares presentan un ADN de doble cadena como molécula hereditaria. ¿Qué variantes pueden presentarse en los virus?

5. Deduzca en cada caso el tipo de ácido nucleico e indicar si la cadena es doble o sencilla. Justificar.

Molécula % A % G % T % C % U

1 33 17 33 17 0 2 33 33 17 17 0 3 26 24 0 24 26 4 21 40 21 18 0 5 15 40 0 30 15

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6. ¿Qué se entiende por Dogma central de la Biología? ¿Qué modificaciones sufrió a la luz de los nuevos descubrimientos?

7. ¿Qué explica la teoría “un gen una proteína”? ¿Qué modificaciones sufrió a la luz de los nuevos descubrimientos?

Como fuentes bibliográficas para la resolución de las próximas preguntas podrá consultar, en la página Web de la asignatura, las secciones:

• Multimedia/Animaciones

• Multimedia/Presentaciones

• Enlaces/Presentaciones en pdf

• Enlaces/Páginas web: Origen y evolución del ADN móvil.

• Brown, T.: Genomas, transcriptomas y proteomas, en: (2008), Genomas. Médica

Panamericana. Buenos Aires. Disponible en: http://www.medicapanamericana.com/datos/Works.4251.Sample.bin

• Cabrero, J. y Camacho, J. (2009). Cromosomas parásitos. Investigación y Ciencia 394. Disponible en: http://www.investigacionyciencia.es/Archivos/07-09_Camacho.pdf

• Colón Ramos, D. y Vila Sanjurjo, A. (2009). El ribosoma y la traducción genética. Investigación y Ciencia 399. Disponible en: http://www.investigacionyciencia.es/Archivos/12-09_Vila.pdf

• Vera, L. (2008). El código genético cumple 40 años. Revista de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (102) 1. Disponible en: http://www.rac.es/ficheros/doc/00684.pdf

• Klug, W. y otros (2006). Conceptos de genética. Cap.: 10 al 18. Prentice Hall. Madrid.

• De Robertis, E y Hib, J. (2003). Biología Celular y Molecular. El Ateneo Bs. As.

Indique en cada ítem que bibliografía consultó y le resultó más útil para su resolución.

No olvide indicar otras fuentes bibliográficas consultadas.

8. Explique los mecanismos de replicación del ADN como consecuencia de que las

cadenas de ADN sean antiparalelas.

9. Explique por qué la síntesis de ADN resulta: semiconservativa, bidireccional y discontinua.

10. Durante la replicación del ADN se producen diferentes procesos en los cuales intervienen diferentes enzimas. Ordene las etapas en el orden correspondiente, indicando las enzimas que actúan en cada caso:

• Corrección de pruebas. • Reducción de tensión y giro.

• Finalización de la síntesis. • Ubicación de nucleótidos complementarios. • Enrollamiento del ADN. • Iniciación en varios puntos de origen. • Separación de cadenas.

11. ¿Cómo se vincula la replicación del ADN con los procesos de división celular?

12. ¿En qué se diferencia el proceso de replicación en procariontes y eucariontes?

13. ¿Qué es y en qué consiste un nucleosoma? De los siguientes términos, tache aquellos que no tengan nada que ver con dicho concepto: cromatina / inversión / histona / transposón / ADN / eucariota / cromosoma / ARN / topoisomerasa II / empaquetamiento.

14. Justifique la elección realizada describiendo los procesos y enzimas que permiten la compactación del ADN.

15. ¿Cómo pueden clasificarse las secuencias de ADN?

16. ¿Qué son los transposones y retrotransposones?

17. ¿A qué se llama cromosomas parásitos?

18. ¿En que consiste la transcripción?

19. Enuncie los acontecimientos más importantes que ocurren durante la síntesis de una proteína.

20. ¿Cómo se produce la regulación de la síntesis proteica en organismos procariotas y eucariotas?

a) ¿A qué se denomina regulación de la expresión de un gen? b) ¿Cómo se realiza dicha regulación en una bacteria? c) Comparar el operón LAC y el operón triptófano. d) Los genes a, b y c representan al gen represor (I), la región operadora (O) y al gen estructural de la β-galactosidasa (Z), aunque no necesariamente en este orden. El orden en el que están escritos los símbolos en los genotipos tampoco es necesariamente la secuencia real del operón lac. Indicar qué símbolos (a, b o c) representan a cada uno de los genes I, O y Z.

Problema Genotipo Actividad (+) o inactividad (-) del gen Z Sin inductor Con inductor

1 a- b+ c+ + + 2 a+ b+ c- + + 3 a+ b- b- - -

21. ¿A qué se llama maduración diferencial del ARN?

22. Defina: capping, poliadenilación, splicing.

23. Explique la maduración y función de ARNt y ARNr.

24. Justifique las siguientes afirmaciones:

a) El ADN no sirve de molde para la síntesis de proteínas. b) El ARNr no influye en la síntesis de proteínas. c) El código genético no puede utilizarse en ciertos organelos. d) La transcripción del ADN es determinante del fenotipo de la célula.

25. ¿A qué se denomina traducción? ¿Cuáles son sus etapas?

26. En otro planeta de nuestra galaxia se han encontrado proteínas que poseen 216 aminoácidos diferentes, ácidos nucleicos con seis bases nitrogenadas distintas y un

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código genético organizado en tripletes.

a) ¿Son suficientes seis bases nitrogenadas? b) ¿Podría existir un mecanismo de traducción semejante al de nuestro planeta? c) ¿La iniciación y la finalización de la traducción podrían ser semejantes? Justifique la respuesta teniendo en cuenta las características del código genético

27. Dada la siguiente secuencia de nucleótidos de un segmento de ADN que se traduce a un polipéptido:

3’-TACAATGGCCCTTTTATC-5’ 5’-ATGTTACCGGGAAAATAG-3’

a) Deduzca la secuencia de ribonucleótidos en el ARN mensajero. b) Determine la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido. c) Indique la hélice codificadora y la estabilizadora en el ADN. d) Señale los anticodones de los ARNt implicados teniendo en cuenta la hipótesis de la flexibilidad de la tercera base del anticodón.

28. Ubique en un cuadro comparativo las siguientes características según correspondan

a una célula procariota o eucariota.

• Único sitio de comienzo de duplicación de ADN. • Los genes no poseen operón. • La transcripción y la traducción se dan casi simultáneamente. • Regulación de la síntesis a través del operón. • ARNm monogénicos. • Regulación de síntesis positiva. • La transcripción y traducción se dan en momentos y lugares diferentes. • Presenta factores de transcripción. • Una sola ARN polimerasa. • ADN circular y desnudo. • AA iniciador de la traducción: metionima. • Splicing solo en archeobacterias. • Muchos orígenes de replicación. • ADN lineal y asociado a histonas. • Recombinación génica a través del crossing—over. • ARNm más duradero. • Recombinación genética por conjugación. • ARNm poligénicos o policistrónicos. • Regulación de síntesis negativa. • ARNm poco duradero. • Tres ARN polimerasa. • AA iniciador de la traducción: formil—metionina.

29. Señalar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) Todos los tipos de histonas forman parte de la estructura octamérica del nucleosoma. b) El ADN satélite más importante se localiza en la cromatina de los centrómeros. c) Los retroposones son segmentos de ADN integrados al ADN cromosómicos. d) Las secuencias repetidas de la familia Alu, ricas en G y C poseen exclusivamente una función estructural. e) Los ribosomas participan en el splicing. f) Las histonas son las únicas responsables del compactamiento del ADN. g) Los factores de transcripción presentes en las células eucariotas son específicos de cada tejido.

30. Analice los siguientes esquemas, indique un título para cada uno y señale las diferencias correspondientes.

31. Esquematizar un cromosoma y ubicar las secuencias de nucleótidos imprescindibles para la replicación.

32. El zorro ártico posee 50 cromosomas pequeños y el zorro rojo 38. Explicar por qué resultan estériles los híbridos entre estas dos especies.

33. En espermatozoide humano tiene una cantidad “C” de ADN. Determine cuanto ADN ( C, 2C, 4C,…) tendrá una célula somática:

a) En la fase G1. b) En la fase G2. c) Al final de la meiosis I.

34. ¿Qué científicos estudiaron, describieron o se destacaron en los diferentes procesos descriptos en las actividades anteriores?

35. A modo de conclusión y para comenzar con los temas de nuestro próximo módulo,

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lea y analice el texto: Pierce, B.: Introducción a la Genética, en: (2010) Genética. Un enfoque conceptual. Médica Panamericana. Buenos Aires. Disponible en: http://www.medicapanamericana.com/datos/Works.3978.Sample.bin

• A medida que realice la lectura responda las cuestiones que se plantean y luego realice una autoevaluación utilizando las respuestas que aparecen al final del texto.

• Elija dos preguntas de cada una de las secciones (comprensión, aplicación y complejas) y resuélvalas.