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FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
NIVEL INTRACELULAR
• Replicación
• Transcripción
• Traducción
NIVEL INTERCELULAR
• Conjugación
• Transformación
• Transducción
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FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
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MECANISMO DE REPLICACIÓN
DEL ADN
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Replicación
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REPLICACIÓN DEL ADN
• La replicación es un
fenómeno
esencial,
preliminar
a
la
reproducción
y
está
coordinada con el ciclo de
crecimiento y división
celular.
• Se realiza por un
mecanismo
semiconservador que se
lleva a cabo por las ADN
polimerasas, que utilizan
como molde el ADN
existente.
REPLICACIÓN DEL ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
TRANSCRIPCIÓN
• Proceso a través del cual se forma el ARNm a partir de la
información del ADN con la finalidad de sintetizar proteínas.
• El ADN, como sabemos, presenta dos cadenas de polinucleótidos.
• En la síntesis o transcripción del ADN participa una de sus
cadenas, que recibe el nombre de cadena molde, mientras que la
otra cadena se le denomina complementaria.
TRANSCRIPCIÓN
• Se inicia cuando el ADN se abre por efecto de la enzima ARN
polimerasa (ARNpol) dejando libre al ADN molde e iniciando
el proceso de alargamiento del ARNm, mediante la
complementariedad con la cadena molde del ADN:
-
Donde
Donde
Donde
Donde
va la “A” se coloca la “T”,
va la “T” se coloca la “U”,
va la “G” se coloca la “C” y
va la “C” se coloca la “G”.
• En el ADN existen secuencias específicas que indican al
ARNpol donde termina la lectura del gen y provocan la
culminación de la síntesis del ARNm
TRANSCRIPCIÓN
• El primer triplete de bases del ADN que codifica el primer
aminoácido del GEN (esto lo realiza en el siguiente paso
denominado TRADUCCIÓN) es TAC, por lo que el primer codón del
ARNm es AUG.
• Los tripletes de bases de terminación presentes al final de cada
gen son ATT, ATC ó ACT, que en la secuencia del ARNm se
transcribirán como:
TRANSCRIPCIÓN
• En los procariontas, una vez formada la molécula de ARN o incluso
antes de finalizar su síntesis, empieza a ser traducida en
proteínas.
• En cambio, en las eucariontas, antes de transformarse en ARNm,
ARNt, y ARNr, y traducirse en proteínas, tiene que pasar por un
proceso de maduración.
• La maduración del ARN primario, se realiza en el núcleo de la
célula, los ARN que resulten serán más cortos que el primario.
• Existen segmentos que se mantienen en el ARN maduro, a éstos se
les llama EXONES, mientras que los que son descartados se llaman
INTRONES.
• Al madurar el ARN adopta dos formas: ARNm y ARNt, éstos se
convierten en los verdaderos ejecutores de las órdenes dadas por
el ADN para la SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.
LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTES
a) INICIACIÓN
+1
¡
-35
P
P
P
La subunidad (σ ) se disocia del promotor
b) ELONGACIÓN
5’
-10
P
P
¡
-10
nun
P
5´
Movimiento de la enzima
3´
OJAL DE LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTES
Movimiento de la enzima
5´
3´
Cadena que codifica al DNA
Punto de enrollamiento
Punto de desenrollamiento
Cadena molde de ADN
Sitio de unión al RNA
Híbrido RNA-DNA
ELONGACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
EN PROCARIOTES
Burbuja de Transcripción
en la RNA polimerasa
Movimiento de la polimerasa
5´
3´
La cadena de RNA crece
ASAS DE TERMINACIÓN DE LA
TRASCRIPCIÓN EN PROCARIOTES
Estructura secundaria
Región de unión de
doble hélice
Unión en forma de asa
Unión en forma de pinza
de cabello
TRANSCRIPCIÓN DEL DNA
EUCARIOTAS
citoplasma
Núcleo
PROCARIOTAS
DNA Exón intrón
RNA
Transcripción
DNA
Transcripción
Empalme
RNA
ARNm
Traducción
Proteína
RNAm
Traducción
Proteína
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
ADN
Transcripción
3´
5´
ARNhn inicial
Clivaje inicial
Transcrito (ARNhn)
5´
3´
polirribonucleotidil adenosin sintetasa
ARNhn - Poly A
5´
Procesamiento
Fragmento 5´
+
ARNhn - Poly A
ARNm - Poly A con Cap
+
Fragmentos 5´degradados
7mG
7mG
5´cap
Nucleasas
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GEN INTERRUMPIDO
Es
una
secuencia
de
“palabras” y
sus
“silencios” o “espacios conectores”; escritas con un
alfabeto de solo cuatro letras A, T, C, y G y con los
cuales se “escribe” el mensaje cifrado de nuestra
herencia. Así, a cada palabra le llamamos EXON (E) y
a cada silencio le llamamos INTRON (I)
E
I
E
I
GEN
Los procariotas no tienen intrones
E
I
E
QUÉ ES UN GEN?
E
VAMOS
I
E
A
ATCTCGGTTAAATGCGG
A
I
E
I
LA
E
CASA
TACAGGTATAGGACAG
LA
BARAJAMIENTO (SPLICING) DIFERENCIAL DE EXONES
E1
I
VAMOS
E1
VAMOS
E2
A
E2
E3
A
LA
E3
A
E2
A
E1
VAMOS
E2
LA
E4
CASA
E3
LA
E4
CASA
I
E3
LA
I
E4
CASA
TRADUCCIÓN
• Es la última etapa de
la síntesis de las
proteínas. En esta
etapa los codones
sintetizarán las
proteínas a partir de
la información que es
presentada por el
ARNm al ARNt.
PROCESO DE
TRADUCCIÓN
La traducción del ARNm tiene lugar en 4 etapas
1. Activación
2. Iniciación
3. Elongación
4. Terminación
• Al final del proceso tiene lugar la maduración de la
proteína formada
ETAPAS DE LA TRADUCCIÓN
1. ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
La activación de los aminoácidos para formar los complejos de transferencia tiene
lugar en el citoplasma y es el paso previo necesario para que pueda comenzar la
traducción.
Consiste en la unión de cada aminoácido a su ARNt específico mediante la intervención
de un enzima, la aminoacil-ARN-t sintetasa y el aporte de energía del ATP.
aa1 + ARNt1 + ATP ----→ ARN t1-aa1 + AMP + PPi
La unión del aminoácido al ARN-t tiene lugar por el extremo 3' del ARN-t. Todos los
ARN-t en su extremo 3' contienen la secuencia 3' ACC 5'. Las aminoacil-ARN-tsintetasas tienen tres zonas distintas:
- Una para el reconocimiento del aminoácido
- Otra para el ARNt
- Otra para el ATP.
Debe existir al menos una aminoacil-ARN-t-sintetasa diferente por cada ARN-t distinto.
El ARNt se une a la aminoacil-ARN-t-sintetasa a través del lazo dihirouracilo (DHU).
Traducción
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TRADUCCIÓN A PROTEÍNAS
Estructura del ARNt: En esta se observa, que
tiene forma de “una mano de 4 dedos”, en la cual se
observa hacia el lado 3’, la secuencia AACCA, la
cual es reconocida por la RNA sintetasa que
colabora para que este RNA porte alli el
aminoácido. Del mismo modo, observamos los
“dedos de esta mano transportadora” que están
formados por la complementariedad que ocurre
entre las bases que las componen.. Estos reciben el
nombre de Asa D, Asa Tψ CG y el Asa Anticodón.
Las dos primeras asas, parece que permiten una
estabilidad a la estructura del ARNt al igual que el
asa pequeña no complementaria; y la tercera Asa
es la que tiene el papel específico de realizar la
traducción exacta de la tripleta o Codón del código
genético (en el ARNm) y por esto a esta Asa se le
llama Anticodón.
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INICIACIÓN
• La iniciación de la replicación comienza siempre en
una secuencia específica de nucleótidos conocida
como origen de la replicación, en el que hay un gran
contenido de Adenina y Timina.
• Requiere una serie de proteínas iniciadoras especiales
(proteínas desestabilizadoras de la hélice) y enzimas
conocidas como helicasas, que rompen los puentes de
hidrógeno abriendo la hélice, formándose las
horquillas de replicación, una a cada lado de la
burbuja a que da lugar la separación de las ramas del
ADN.
INICIACIÓN
• Una vez abierta la cadena de ADN se
unen otras proteínas y enzimas
adicionales:
 Proteína SSB (proteínas de unión a
cadena): no permiten que el ADN se
vuelva a naturalizar o formen
estructuras secundarias.
 Las enzimas Topoisomerasas: evitan
que
se
retuerzan
y
formen
superenrollamientos cortando una o
más hebras del ADN aliviándolos
2. INICIACIÓN
El RNAm llega hasta el ribosoma que está separado en sus dos
subunidades y se une a la subunidad mayor; a continuación se une la
subunidad menor. En los ribosomas existen dos lugares en los que
pueden caber transferentes, el llamado Sitio-P (= peptidil) y el
Sitio-A (= aminoacil). El RNAm se une de tal forma que el primer
codón se coloca en el sitio P.
Fig.Iniciación de la traducción (Tomada de
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Traduccion/)
LA TRADUCCION A PROTEINAS. Este proceso, que se lleva a cabo ahora
en el citoplasma, se da básicamente en 3 fases. En la diapositiva,
observamos los componentes actuantes en el proceso de la traducción:
a. La secuencia del ARNm que se va a traducir a proteínas en forma de
tripletas: Cada tripleta de ribonucleótidos corresponde a un aminoácido
específico. “El código genético se lee en forma de tripletas”
b. El ribosoma, con su subunidad grande y la pequeña, en la cual se
observan los sitios aminoacil (donde entra el aminoácido) y peptidil (en
donde va creciendo la cadena de aminoácidos).
c. ARNt o de transferencia con y sin el aminoácido. Este es el transportador
del aminoácido.
d. Cadena de aminoácidos o polipeptídica.
Gráfico inferior:
La fase de iniciación, se da cuando el ribosoma se adhiere a la cadena de
ARNm en la primera tripleta llamada o codón AUG y al mismo tiempo, el
ARNt, con su secuencia anticodón (UAG), asigna el primer aminoácido de la
cadena de aminoácidos que será sintetizada.
Nota: Las fases de la traducción a proteínas, responden a unos codones o
tripletas específicas, para demarcar cada una tal como se definen a
continuación:
Iniciación: AUG
Elongación: Todas las tripletas que codifican para aminoácidos específicos.
Terminación: UAG , UAA y UGA
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ELONGACIÓN
• Durante la iniciación de la replicación, la
doble hélice de ADN se abre por acción
de una helicasa.
• A continuación, una molécula de ADN
polimerasa se une a una de las hebras de
ADN (catalizan la síntesis real de las
nuevas cadenas)
• Se mueve recorriendo la hebra usándola
como molde para ir sintetizando la
cadena líder, añadiendo nucleótidos y
recomponiendo la doble hélice.
• Sólo es capaz de sintetizar nuevo ADN en
sentido 5`
3` partiendo de un ARN
corto específico (ARN cebador)
ELONGACIÓN
• El ARN cebador es una molécula
formada por nucleótidos de ARN
catalizados por enzimas
ARN
primasas.
• Durante la síntesis, en cada
horquilla de replicación se van
formando dos copias nuevas, sobre
cada una de las dos hebras de ADN
que se separaron en la fase de
iniciación.
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TRADUCCIÓN A PROTEÍNAS
La fase de elongación se da en tres
pasos:
ELONGACIÓN
A
N
FC
UAC
AUG CGU
B
N F CN R C
UAC GCA
AGA. AGA.
GCU. UGA.
AUG CGU
GCU. UGA
Paso No. 1 de elongación:
En la grafica A, se observa al
ribosoma recorriendo la cadena de
ARNm. El sitio aminoacil ya ha
recibido el aminoácido y trasladado
el mismo al sitio peptidíl para que se
comience el primer “eslabón” en la
cadena de aminoácidos que
formaran la proteína completa.
En la grafica B, se observa que el
ARNt (anticodón GCA) ya ha
reconocido la segunda tripleta en el
ARNm (codón CGU).
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a) Formación de una horquilla de
replicación
b) Síntesis por la DNA-polimerasa de la
hebra conductora (izquierda) y de la hebra
seguidora en fragmentos de Okazaki
(derecha)
c) Unión de todos los fragmentos por la
DNA-ligasa
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TERMINACIÓN
Terminación de la
Traducción: Este proceso
termina cuando el complejo
ribosoma-ARNt y moléculas
accesorias, encuentra en la
cadena de ARNm una tripleta
o codón de parada, como
UAA, UAG y UGA. En la
gráfica se muestra el momento
en el cual el ribosoma
encuentra la tripleta o codón
de parada UGA, determinando
así el fin de la traducción.
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TERMINACIÓN
• Cuando una ADN polimerasa hace contacto con el
extremo del otro fragmento de Okazaki contiguo
el ARN cebador de este es eliminado y otra
enzima, la ADN ligasa, conecta los dos
fragmentos de Okazaki de ADN recién
sintetizado, catalizando las reacciones de
condensación que unen los grupos fosfatos y
azúcar de los nucleótidos contiguos, y así una vez
unidos todos los fragmentos de Okazaki se
completa la doble hélice de ADN
• La ADN polimerasa III no puede empezar de cero,
necesita un extremo OH libre en donde unir el
primer nucleótido, por eso se requiere un primer
ARN primasa.
• Lectura: 3`
5`
• Síntesis: 5`
3`
• Entonces hay una hebra líder y una hebra
retrasada.
TERMINACIÓN
• Una vez terminada la copia de ADN, deben
remover los pedazos de ARN (ADN polimerasa I)
y unir toda la cadena (ligasa).
• En la copia puede haber errores (mutaciones)
que en general son corregidas simultáneamente
por LA ADN polimerasa III
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Transferencia genética
extracelular
• Transducción
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Tipos de transducción
• Lítica (destrucción celular)
• Lisogénica (no hay destrucción
celular)
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Conjugación
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Transformación
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Técnicas utilizadas
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Enzimas utilizadas en la tecnología del DNA
recombinante
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Existen más de 90 enzimas de restricción purificadas y
caracterizadas.
Nombre: abreviatura tres letras que se refiere al
organismo, seguida de un número romano
• EcoRI
• HindIII
• HaeIII
Escherichia coli
Haemophilus influenzae
Haemophilus aegyptius
FRAGMENTO DE RESTRICCIÓN: Fragmentos de ADN
generados por una determinada enzima de restricción.
Mapa de
restricción
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Endonucleasas de restricción tipo II
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ROTURA DE MOLÉCULAS DE DNA EN FRAGMENTOS
REPRODUCIBLES MEDIANTE ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN
Las enzimas de restricción sólo reconocen y cortan secuencias específicas.
Generan extremos cohesivos (con monocadenas) o extremos romos.
La rotura del DNA produce una serie característica de fragmentos, y estos se pueden ligar a
otros DNA, como el vector de clonación cortado (plásmido).
La reacción de ligación está facilitada por el apareamiento de extremos cohesivos
complementarios, y los fragmentos de DNA con extremos cohesivos diferentes (no
complementarios) no suelen ligarse.
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POLICONECTOR
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Separación de DNA de diferentes
tamaños
Electroforesis en gel
•
•
•
Poliacrilamida
fragmentos menores de 500 pb
Diluciones diluidas agarosa
Electroforesis en gel de campo pulsante
Visualización
•
•
Colorante bromuro de etidio
Marcaje radiactivo (32P) antes de electroforesis
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’
Secuenciación del DNA
Determinación de la secuencia
exacta de un ácido nucleico
• A. Maxam y W. Gilber
Por
hidrólisis química específica
Hebra de DNA marcada en el extremo
5’ con 32P
5’-32P-GCTACGTA-3’
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Secuenciación DNA método Sanger
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Hibridación de ácidos nucleicos
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Método de transferencia Southern aplicado a la
determinación de la huella dactilar de DNA
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Clonación de DNA
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Tipos de vectores de clonación utilizados en
E. coli
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Plásmidos
Moléculas de DNA circular que se replican aparte del
cromosoma bacteriano
El plásmido es una molécula circular de DNA que
tiene una existencia independiente en la célula.
Los plásmidos son muy abundantes en las bacterias,
y mas escasos en las células eucariotas.
Llevan en su seno varios genes, a menudo
responsables de características útiles para la célula.
Por ejemplo, la capacidad para soportar
concentraciones tóxicas de un antibiótico, como el
cloranfenicol o la ampicilina.
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Conjugación
Los plásmidos se pueden clasificar en dos grupos:
conjugativos y no conjugativos.
Los conjugativos tienen la capacidad de promover la
conjugación.
El plásmido F de E. coli es capaz de integrarse en el
cromosoma. Cuando la conjugación tiene lugar en esta
situación, parte del cromosoma se transfiere a la cepa F-.
Solo los plásmidos conjugativos tienen la capacidad de ser
transferidos en la conjugación. A veces, en presencia de un
plásmido conjugativo, otro plásmido puede transferirse.
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Plásmido pBR322
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Clonación de un DNA foráneo en E. coli con pBR322
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Vectores de clonación del bacteriófago λ
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Clonación con cósmidos
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GLOSARIO
•
•
•
•
•
Bacteriófago: Virus que infecta a Bacterias.
También llamado fago.
Cebador o primer: Molécula de ácido nucleico,
de cadena simple, que hibrida a una hebra
molde de tal manera que su extremo 3’ queda
disponible para servir como inicio de la síntesis
de la nueva hebra de ADN complementario al
molde. Es necesario para la síntesis de ADN por
las enzimas polimerasas.
Codón: Triplete de bases que específica un
aminoácido.
Codón de iniciación: Codón en el ARN
mensajero que indica al ribosoma el lugar
donde debe comenzar la síntesis de la
proteína. Comúnmente es 5’ AUG 3’.
Codón de terminación: Uno de los tres
codones en el ARN mensajero que causa una
terminación de la síntesis de proteínas.
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• Conjugación: Transferencia de material
genético de una bacteria a otra mediante
contacto físico entre las células. En
Escherichia coli, el contacto ocurre
mediante una estructructura especial
denominada pilus.
• Cromosomas: Componentes de las células
que contienen la información genética.
Cada cromosoma tiene numerosos genes.
Siempre se presentan en pares, uno
proviene del padre y el otro de la madre.
Los cromosomas de pares diferentes son a
menudo visiblemente distintos entre ellos.
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• Electroforesis en gel: Proceso para separar
moléculas forzándolas a migrar a través de
un material semisólido (gel) bajo la
influencia de un campo eléctrico.
• Electroporación: Técnica que emplea una
corriente eléctrica para crear poros
transitorios en una menbrana celular por
los cuales puede introducirse el ADN.
• Endonucleasa: Enzima que rompe un ácido
nucleico en una unión fosfodiéster no
terminal. Un tipo de endonucleasas, las
enzimas
de
restricción,
reconocen
secuencias específicas de bases a lo largo
de una molécula de ADN y la rompen
después del reconocimiento.
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• Enzima: Proteína que acelera la velocidad
de una reacción química. Las enzimas son
catalizadores que promueven reacciones
repetidamente sin sufrir ningún cambio.
• Enzimas de restricción: Enzima que
reconoce una secuencia específica de bases
en el ADN y rompe la molécula en esa
secuencia o en un sitio cercano a ella. La
secuencia de reconocimiento se denomina
sitio de restricción. Diferentes enzimas de
restricción reconocen diferentes sitios de
restricción.
Se
denominan
también
endonucleasas de restricción.
• Enzimas reparadoras de ADN: Proteínas
que reconocen y reparan anormalidades en
el ADN.
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• Gen: Unidad de información
hereditaria. Sección de una
molécula de ADN que especifica
la producción de una proteína
particular.
• Genoma: El total del material
hereditario de una célula.
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GRACIAS
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