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TEMA 10. Genética molecular
2º Bachillerato - BiologíaBonifacio San MillánIES Muriedas
Genética Molecular
Introducción. Variabilidad y selección Naturaleza del material genético
Teoría cromosómica de la herencia Postulados
El flujo de la información genética: Dogma Central de la Biología Molecular: “Un gen, una proteína” Excepciones al dogma
Naturaleza del material genético, evidencias experimentales.
Genética Molecular
Teoría cromosómica de la herencia Postulados
Los factores hereditarios(genes) se localizan en los cromosomas (ADN + Histonas).
El lugar que ocupa un determinado gen en un cromosoma concreto se denomina “locus”(loci plural)
Los “Loci” se encuentran situados linealmente a lo largo del cromosoma.
Las distintas variantes de un mismo gen se llaman alelos
Genética Molecular
Teoría cromosómica de la herencia Postulados (continuación)
Los alelos se encuentran en los loci de los cromosomas homólogos (cada uno de ellos procede de un progenitor); por eso existe un par de alelos por carácter.
Los cromosomas se distribuyen equitativamente en la división celular por mitosis o por meiosis.
La meiosis produce gametos Durante la meiosis se producen intercambios de
fragmentos de cromosomas homólogos (recombinación)
El origen de los alelos está en las mutaciones del ADN.
Expresión de la información Expresión de la información genéticagenética
EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
“ Un gen una proteína”
ADN ARN PROTEÍNA
Transcripción Traducción
Genética Molecular
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 proteínas 2.- Retrotranscripción 3.- Algunos ARN no se traducen 4.- En realidad “un gen varias proteínas diferentes.” 5.- Priones 6.- Los ribozimas
Transcripción Traducción
Replicación: ADN ARN cadena polipeptídica
“Un gen, una proteína”¿seguro?
Expresión de la información genéticaExpresión de la información genéticaMatizaciones de EL DOGMA
CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
ADN ARN PROTEÍNA
No todos los genes se No todos los genes se expresan , algunos expresan , algunos presentan funciones presentan funciones
reguladoras (operador, reguladoras (operador, promotor, ADN basura, promotor, ADN basura,
intrones?)intrones?)
RetrotranscripciónRetrotranscripciónLas retrotranscriptasas Las retrotranscriptasas catalizan la síntesis de catalizan la síntesis de ADN a partir de ARNADN a partir de ARN
En realidad un gen En realidad un gen puede servir para puede servir para codificar varias codificar varias
proteínasproteínas
Algunos ARN no Algunos ARN no se traducen, se traducen,
intervienen en intervienen en procesos procesos
reguladoresreguladores
Los priones pueden Los priones pueden “replicarse”“replicarse”
Algunos ARN, los Algunos ARN, los ribozimas pueden ribozimas pueden autorreplicarse autorreplicarse
NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO
GENERALIDADES (ADN)Requisitos: Requisitos: (4),(4), El material genético
(moléculas con capacidad de almacenar Información) debe presentar las siguientes propiedades:
EstableEstable ReplicableReplicable MutableMutable TransmisibleTransmisible
¿Qué moléculas pueden cumplir estos requisitos, las Proteínas o el ADN?
Esta cuestión fue resuelta por los siguientes autores:(*) Experimento de A. Hersey y M. Chase(*) Experimento de A. Hersey y M. Chase
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
LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN: (DURANTE EL PERIODO
S) MODELOS
Replicación SEMICONSERVATIVA Otros modelos rechazados:
LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN:
MECANISMO
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
LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN:
MECANISMO
La replicación de lleva a cabo La replicación de lleva a cabo según el según el modelo semiconservativomodelo semiconservativo
Tanto en eucariotas como en Tanto en eucariotas como en Procariotas Procariotas
Replicación en Eucariotas
Replicación enProcariotas
En eucariotas aparecen En eucariotas aparecen muchos ojos de muchos ojos de
replicación (replicones ) replicación (replicones ) simultaneamentesimultaneamente
En Procariotas aparece un En Procariotas aparece un solo replicónsolo replicón
LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN:
CORRECCIÓN DE ERRORES Simultánea a la síntesis: Exonucleasas
Posterior : (Metilado tardío de adeninas de la hebra nueva) 1.- Endonucleasas 2.- Exonucleasa 3.- DNA- Polimerasas 4.- DNA- Ligasas
Errores: 1 / 107-8 1 / 1010 ( variabilidad evolución)
LA EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Un gen determina una proteína (normalmente un enzima) y esta a su vez, un carácter
EL CÓDIGO GENÉTICO: Código de Tripletes de ARN ( 43 = 64 codones) Propiedades:
1.- Triplete de iniciación AUG y tres de terminación UAA, UGA, UAG
2.- Código lineal: el orden de los codones orden de aminoácidos
3.- NO espaciamientos, NO solapamientos 4.- Está DEGENERADO: 64 codones para 20
aminoácidos 5.- Es Universal
LA EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA: EL
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
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:
LA TRANSCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (SÍNTESIS
DE RNA)
Elongación: ( 5´ 3´ ): “Formación de un
fragmento transitorio de ADN-ARN espiralizado”
Elementos :ADN moldeARN- Polimerasafactores de elongación nucleótidos trifosfato
(ATP, UTP,GTP,CTP)
LA TRANSCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (SÍNTESIS
DE RNA)
Terminación: Elementos :
ADN molde: Región de terminación ej. TTATTT (E)
ARN- Polimerasa factores de terminación
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
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS Y
EUCARIOTAS MADURACIÓN DEL ARN
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) PROCESO: Localizado en los ribosomas
ACTIVACIÓN DE AMINOÁCIDOS : Aminoacil ARNt sintetasa Ecuación 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
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) INICIACIÓN
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) 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 )
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) ELONGACIÓN
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) 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
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: (síntesis de cadenas
polipeptídicas) TERMINACIÓN
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
necesidades
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
PUNTOS DONDE ES POSIBLE REGULAR LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Transcripción (PRINCIPALMENTE) Maduración de ARNm Transporte de ARNm, Traducción.
PUNTOS DONDE ES POSIBLE REGULAR LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Transcripción (PRINCIPALMENTE) Maduración de ARNm Transporte de ARNm, Traducción.
LA REGULACIÓN A NIVEL DE TRANSCRIPCIÓN
Regulación en procariotas: Sistema inducible (control +)
LA REGULACIÓN A NIVEL DE TRANSCRIPCIÓN
Regulación en procariotas: Sistema represible (control -)
LA REGULACIÓN A NIVEL DE TRANSCRIPCIÓN
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)
LA REGULACIÓN A NIVEL DE TRANSCRIPCIÓN
Hormonas
LAS MUTACIONES
Concepto: alteraciónes “cualitativas” en la secuencia de bases del ADN
LAS MUTACIONES
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
LAS MUTACIONES cromosómicas
Mutaciones CROMOSÓMICAS: Profase I
LAS MUTACIONES cromosómicas
Mutaciones CROMOSÓMICAS:
LAS MUTACIONES genómicas
GENÓMICAS 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, , , 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
LAS MUTACIONES
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 (visto en regulación del ciclo celular)
TEST DE REPASO
TEMA 11 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.7. ¿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)
INICIACIÓNELONGACIÓN
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
TERMINACIÓN
