1- La duplicación del ADN. Necesidad• Si lleva la información genética es necesario que se

duplique para poder repartirla a las células hijas.• Desde principios del S. XX, se sabe que los

cromosomas llevan la información genética, ¿cómo se sabe?:– El espermatozoide sólo pasa su núcleo al óvulo, en

el núcleo están los cromosomas.– Si los cromosomas están formados por proteínas y

ADN , ¿quién de los dos lleva la información genética?• Una experiencia que ayudó a resolver esta

incógnita, fue la experiencia realizada por Griffith (1928) y explicada por Avery, MacLeod y McCarthy en 1952:

Explicación:

Las bacterias R, se transforman en S y producen la muerte del ratón. ¿Cómo?

Al calentar se destruyen las proteínas pero no el ADN por lo que fragmentos de ADN de las S pueden entrar en las R y las transforman en S el ADN lleva la información genética.

2- Primeras hipótesis sobre la duplicación del ADN

• Semiconservativa

• Conservativa

• Dispersiva

3- Experimento de Meselson y Sthal

Para demostrar la hipótesis correcta, Meselson y Sthal en 1957, trabajaron con bacterias Escherichia coli (E. coli).

- Cultivaron las bacterias en un medio con N15 o pesado durante un tiempo por lo que las bacterias que se van obteniendo tendrán ADN pesado; al hacer la centrifugación se obtendría lo siguiente:

- Pasaron unas bacterias del medio pesado a medio ligero (con N14), durante media hora (tiempo de una duplicación), hicieron la centrifugación y obtuvieron lo siguiente

Se obtuvieron ADNs semiligeros; con este resultado se descarta la hipótesis conservativa.

- Repitieron la experiencia, pero durante una hora (tiempo de dos duplicaciones) obtuvieron la siguiente imagen

Se obtuvieron ADNs semiligeros y ligeros; con este resultado se descarta la hipótesis dispersiva.

trifosfato + hebra patrón no se unían nucleótidos complementarios.- ADN polimerasa + Mg +2 + nucleótidos trifosfato + hebra patrón + un cebador (fragmento complementario) se unían nucleótidos complementarios a la hebra patrón, pero siempre siguiendo la dirección de crecimiento 5’ 3’.

2-SENTIDO DEL CRECIMIENTO DE LAS NUEVAS HEBRAS

1- La síntesis del ADN in vitro Kornberg (discípulo de Ochoa), en 1956, aisló la enzima ADN-polimerasa (enzima capaz de unir nucleótidos de ADN in vitro), realizó la siguiente experiencia:- ADN polimerasa + Mg +2 + nucleótidos

Conclusión: La ADN polimerasa:- necesita un cebador para continuar la copia complementaria.- siempre une nucleótidos siguiendo el crecimiento de la hebra en dirección 5’ 3’.

2. Problema de la dirección en la duplicación del ADN in vivo

Cairns en 1963:E. coli en un medio con timina marcada con tritio (H3), que emite partículas β que son captadas por película fotográfica.

– Cada 2’ ó 3’ depositaba el cultivo sobre la placa fotográfica.

– Observándose las siguientes imágenes:

• Las imágenes que se ven son las hebras complementarias que se están formando.

- Confirma la hipótesis semiconservativa sobre la duplicación.- La duplicación empieza en un punto y se dirige hacia los extremos (es bidireccional)

Existen dos problemas:- La ADN polimerasa necesita cebador.- No hay ninguna ADNp, que produzca el crecimiento de la hebra en dirección 3’ 5’.

• Okazaki en 1968 descubrió unos fragmentos de ácido nucleico formados por unos 50 nucleótidos de ARN seguidos de unos 1000 ó 2000 nucleótidos de ADN (Fragmentos de OKazaki).

Primero actuaría una ARNp que no necesita cebador, uniendo los nucleótidos de ARN, que servirán de cebador para que pueda continuar la ADNp. (siempre en dirección 5’ 3’).Por detrás, irá ocurriendo lo mismo pero a fragmentos. Cada fragmento crece de 5’ 3’).

3-Mecanismo de la duplicación del ADN• El proceso es distinto en procariotas (bacterias) y

eucariotas.• En bacterias:

– Empieza en una señal de inicio (secuencia determinada de nucleótidos).

– Actúan enzimas, que abren, sujetan la hélice y producen cortes en ella para evitar superespiralizaciones (helicasas, girasas……).

• En ambas hebras, a partir del pº de inicio y en dirección 5’ 3’, se van uniendo, por la acción de la ARNp, unos 40 nucleótidos de ARN (cebador), uniéndose a continuación nucleótidos de ADN por la acción de la ADNp, formándose la hebra continua o conductora.

• Por detrás de cada hebra continua y a una distancia de 1000 ó 2000 nucleótidos, se irán uniendo unos 50 nucleótidos de ARN complementarios por la acción de la ARNp, después actuará una ADNp, que irá uniendo desoxirribonucleótidos (fragmentos de Okazaki). Este proceso se irá repitiendo formándose así la hebra discontinua o retardada.

• La ADNp corta los segmentos de ARN, y une nucleótidos cubriendo los huecos.

• Una ADN ligasa unirá los fragmentos.

• En eucariotas:– ADN más largo y unido a histonas, el proceso sería

muy lento.– Varios ojos o burbujas de replicación o replicones.

1-Teoría un gen un enzima:

• Garrod en 1901, estudió la alcaptonuria (ennegrecimiento de cartílagos y de la orina), producida por la falta de un enzima.– Se transmitía dentro de una familia

(enfermedad hereditaria), por lo tanto era debida a la información genética.

– En esa época se empiezan a conocer los genes, y más adelante ya se sabía que los genes son ADN.

– Se deduce: La síntesis de los enzimas (proteínas) depende del ADN.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

• Beadle y Tatum en 1948, realizaron unas experiencias irradiando con UV un hongo.– UV proteínas, no las altera– UV ADN lo altera

Al irradiar con UV el hongo, no sintetiza determinados enzimas (proteínas)

– Se deduce: si los UV no destruyen a las proteínas, pero alteran al ADN y al alterarlo no se han sintetizado las proteínas, está clara la relación entre ADN y proteínas .

(gen enzima)

2- La expresión del mensaje genético

• Beadle y Tatum: paralelismo gen-enzima.• Watson y Crick “teoría colinearidad” :

hay una correspondencia entre el orden de los nucleótidos de un gen y la secuencia de los aas de la proteína que codifica ese gen.

• El proceso se realiza en dos etapas:– Transcripción: paso del mensaje del ADN, formándose

un ARNm complementario al ADN (en el núcleo en las eucariotas).

– Traducción: formación de la proteína siguiendo el mensaje del ARNm (en los ribosomas). transcripción traducción

ADN ARNm proteínas

1- El mecanismo de la transcripción

• Proceso de obtención de cualquier ARN con la información del ADN.

• En la síntesis de proteínas se obtiene el ARNm.• Intervienen:

– ADN– Ribonucleótidos tri-P de A, G, C, y U– ARN polimerasas– cofactores

• El proceso es distinto en procariotas y eucariotas.

Proceso en procariotas:• Iniciación:

– Marcada por unas determinadas secuencias ( secuencia de consenso)

– La ARNp se une a la hebra de ADN– Se coloca el primer ribonucleótido

complementario al ADN.

• Elongación:– Sigue creciendo la cadena en dirección

5’ 3’ con la actuación de la ARNp. (40 nucleótidos por seg.)

ADN 3’……… TACGCTACGGCCACT…… 5’ARNm 5’ …… AUGCGAUGCCGGUGA … 3’

• Finalización:– Marcada por determinadas secuencias, el

ARNm y la ARNp se desprenden del ADN.

Proceso en eucariotas:• Iniciación.

– Igual que en procariotas• Alargamiento o elongación.

– Cuando se han unido unos 30 nucleótidos, en el extremo 5’ se añade la metil guanosín trifosfato (caperuza)

• Finalización.– Marcada por una secuencia,

a continuación en el extremo 3’ se añaden unos 200 nucleótidos de Adenina (cola poliA); se ha formado un pre-ARNm.

• Maduración.

Maduración:

– Como el ADN de eucariotas, tiene segmentos sin información, estos también se han copiado, distinguiéndose en el pre-ARNm fragmentos con información (exones) y fragmentos sin información (intrones).

- Una vez que se tiene la información en el ARNm, se tiene que producir la traducción, pero para ello es necesario conocer la relación existente entre nucleótidos y aminoácidos, es la CLAVE GENÉTICA o CÓDIGO GENÉTICO

–En la maduración hay enzimas que cortan y separan los intrones, y otros (ARNligasas) que unen los exones.

3.La Clave Genética

• Se consiguió encontrar gracias a los siguientes descubrimientos:– Severo Ochoa y otros (1955) aislaron la polinucleótido

fosforilasa (enzima capaz de unir nucleótidos sin hebra patrón):

– Niremberg (1961), utilizando moléculas de poliU, realizó la siguiente experiencia:

Dedujo: hay colinearidad entre Uracilo y Fenilalanina.

- Si repetía la experiencia con poliC, sólo se unían los aminoácidos en el tubo de la Prolina, por lo tanto hay colinearidad Citosina y Prolina.

formaron un poliU (UUUUUUUU……).

Código que establece la relación entre nucleótidos y aminoácidos

• Si la clave genética fuera de pares de nucleótidos: 42, sólo se podrían codificar 16 aas.

• Si la clave fuera de trios (tripletes) 43=64, por lo tanto es nº suficiente.

• Características del código o clave genética:– Es de tripletes: cada aa

es codificado por tripletes de nucleótidos.

Si la colinearidad fuera:cada nucleótido codifica a un aminoácido

Sólo se podrían codificar 4 aa, y son 20.¿Problema?

-Es universal: el mismo para todos los seres vivos. -Es degenerado: varios tripletes codifican a un mismo aa. -Hay tripletes que no codifican a ningún aa (tripletes sin sentido)

4.La traducción o biosíntesis de las proteínasEn la biosíntesis de proteínas se distinguen tres etapas:• Activación de los aas.

– Unión de los aa específico a su ARNt (dependerá del triplete anticodón del ARNt), por la acción de la enzima aminoacil-ARNtsintetasa

• Traducción:– Iniciación de la síntesis– Alargamiento– Finalización

• Asociación de varias cadenas

Proceso de la traducción o biosíntesis de las proteínas.

• Traducción:– Iniciación de la síntesis:

• se une el ARNm a la subunidad menor del ribosoma.

• se desplaza allí el 1er aminoacil-ARNt complementario al 1er triplete codón del mensajero, que siempre es AUG, uniéndose a continuación la subunidad mayor del ribosoma (el primer aminoacil-ARNt queda colocado en el centro P del ribosoma)

– Elongación o alargamiento: • A continuación se coloca el

2º aminoacil-ARNt enfrente del 2º codón del mensajero, quedando colocado en el centro A del ribosoma

• Entre los dos aas se establece el enlace peptídico

• Se libera el 1er ARNt• Se produce la translocación

ribosomal, el ribosoma se desplaza un codón sobre el mensajero, con lo que el dipeptidil-ARNt queda situado en el centro P (peptidil), quedando libre el centro A (aceptor)

• A continuación llegará al centro A el siguiente aminoacil-ARNt complementario al 3er codón.

• Se establecerá el enlace peptídico entre el dipeptidil-ARNt y el aminoacil-ARNt

• Se liberará el 2º ARNt, siguiente translocación…, y seguirá el proceso hasta

– Finalización:• Se producirá cuando aparezca

un triplete sin sentido. Se liberarán la cadena peptídica, las subunidades del ribosoma y el ARNm

- Asociación de varias cadenas:•Al tiempo que se van uniendo los aas, la cadena peptídica va adoptando su estructura: 2aria, 3aria, o 4aria (en algunos casos se unirán varias cadenas).

Como la mayoría de los ARNm son muy largos, en su traducción pueden intervenir varios ribosomas al tiempo, el conjunto de esos recibe el nombre de POLISOMAS O POLIRRIBOSOMAS.

• Necesaria una regulación.• En bacterias: regulación por operón y AMPc• Modelo del operón:

– Monod 1947:• E. coli con lactosa, si se añade glucosa baja

el nivel de galactosidasa.– Jacob y Monod, años más tarde:

• comprueban que bajan los niveles no sólo de galactosidasa sino de todos los enzimas que intervienen en la degradación de la lactosa.

5.Regulación de la expresión génica

– En 1961 propusieron el modelo del operón: • Supone que el ADN que codifica la formación de los

enzimas necesarios para la degradación de la galactosa contiene:

dos tipos de genes:– Estructurales (z, y, a):

» Codifican proteínas estructurales y enzimáticas– Reguladores (i):

» Codifican proteínas que regulan a los genes estructurales

zona promotor (p):

zona operador (o):

lugar al que se une la ARNp.

debe estar libre para que pueda actuar la ARNp

•En condiciones normales, el gen i sintetiza un ARNm que codifica la síntesis de una proteína reguladora o represor que se fija al operador e impide la acción de la ARNp.

•Al añadir lactosa, esta se une al represor, lo desprende del operador y la ARNp será capaz de avanzar, produciéndose la transcripción y después la traducción de los genes estructurales, formándose los enzimas correspondientes.

• ¿Por qué al añadir glucosa dejan de sintetizarse los enzimas?– Se ha comprobado que para

que la ARNp se fije, es necesaria la presencia del AMPc.

– Se ha demostrado que al añadir glucosa o al obtener suficiente, la cantidad de AMPc va bajando, como consecuencia la ARNp se desprenderá del ADN y se cortará la transcripción y traducción, por lo que se acaba la síntesis de los enzimas (galactosidasa).

Realizado por Reme Rufino, utilizando como base el texto de Santillana para 2º de Bachillerato