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UNIDAD 7
GENÉTICA
MOLECULAR
El experimento de Griffith
Griffith usó 2 cepas de una especie bacteriana (Streptococcus pneumoniae):
• Cepa S, con cápsula, que provoca enfermedad en ratones (es virulenta).
• Cepa R, sin cápsula, que no provoca enfermedad (no virulenta).
Infectó ratones con bacterias R + bacterias
S muertas: Se producía enfermedad y se
recuperaban bacterias S vivas.
Explicación: las bacterias R habían cogido
“algo” de las S que provocaba la virulencia.
Después se demostró que ese “algo” era
ADN: El ADN es responsable de las
características de un individuo.
Concepto de gen
Un gen contiene información para un determinado carácter
¿Para qué sirven los genes?
Gen: fragmento de ADN que contiene la información necesaria para sintetizar una proteína.
Las proteínas constituyen la mayor parte de la célula y realizan la mayoría de las funciones
biológicas a través de reacciones químicas.
Las proteínas son cadenas de aminoácidos (hay 20 distintos). Los aminoácidos se disponen
ordenadamente, en una secuencia determinada.
La información del ADN determina el tipo y el orden de aminoácidos de cada proteína.
Proteínas importantes del cuerpo humano
• Albúmina: abunda en el plasma sanguíneo.
• Anticuerpos: encargados de la defensa del organismo.
• Caseína: forma parte de la leche materna.
• Colágeno: componente mayoritario de la piel y el hueso.
• Hemoglobina: transporta el oxígeno en la sangre.
• Insulina: mantiene la concentración adecuada de glucosa en el organismo.
• Actina, miosina: proteínas contráctiles de los músculos.
• Queratina: componente principal de pelo y uñas.
• Enzimas: responsables de realizar las reacciones químicas del organismo.
¿Qué son los ácidos nucleicos?
Los ácidos nucleicos son largas cadenas, formadas por compuestos químicos llamados
nucleótidos. Cada nucleótido tiene 3 componentes:
• Ácido fosfórico.
• Un azúcar (monosacárido), llamado desoxirribosa (ADN) o ribosa (ARN).
• Una base nitrogenada. Hay 4 distintas en cada tipo de ác. nucleico:
 En el ADN: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
 En el ARN: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U).
Esquema de un nucleótido de ADN
Componentes del nucleotido
La doble hélice del ADN
Los científicos J. Watson y F. Crick elaboraron en 1953 el
modelo de doble hélice del ADN.
Las dos cadenas del ADN se disponen enrolladas la una
sobre la otra en helicoidal → estructura de doble hélice.
El ADN
La molécula de ADN está formada por 2 cadenas de nucleótidos, dispuestas en paralelo.
Las bases de una de las cadenas se unen con las de la otra de la siguiente forma:
• La adenina con la timina (A ·· T).
• La citosina con la guanina (G ·· C).
→
se dice que son complementarias.
Bases complementarias  cadenas complementarias.
Cadenas antiparalelas
La secuencia (orden en el que se
colocan las parejas de las 4 bases en
el ADN) es la clave para almacenar
la información genética.
Con este “alfabeto” de 4 “letras” se
forman infinidad de “palabras”
distintas de gran longitud.
Características del ADN
Polinucleótidos
Doble hélice
Puentes de
hidrogeno
Cadenas antiparalelas
El ARN
Es una cadena sencilla de nucleótidos.
Se forma al “transcribirse” (copiarse) una porción de ADN (gen).
Hay varios tipos de ARN, que intervienen en la formación de las
proteínas. Sus funciones son:
• Formar los ribosomas (orgánulos de la célula donde se
forman las proteínas) → ARN ribosómico
• Llevar la información genética para formar una determinada
proteína (del núcleo al citoplasma) → ARN mensajero.
• “Traducir” dicha información, aportando los aminoácidos
necesarios → ARN de transferencia.
Diferencias ADN, ARN
ARN transferente
Se une a aminoácidos
para formar proteínas
en los ribosomas
ARN mensajero
Copia información del
AND y la transporta
hasta los ribosomas
ARNm
ARNt
ARN ribosomico
Se asocia a proteínas y
forma los ribosomas
ARNr
Propiedades y funciones de los ácidos
nucleicos
• Dogma central de la biología molecular
Replicación del ADN
Representación esquemática del
proceso de duplicación del ADN
Cadenas de ADN
originales
Nucleótidos
Cadenas de ADN
nuevas
TRANSCRIPCIÓN
Es el proceso mediante el cual la información
contenida en el ADN se transmite en forma de
ARN mensajero
TRADUCCIÓN
Es el proceso que hace posible la fabricación
de una proteína en los ribosomas a partir del
mensaje transcrito en el ARNm.
El código genético
Es la relación entre las bases nitrogenadas (ADN y ARN) y los aminoácidos (proteína)
El código genético, en el que trabajaron muchos científicos (entre ellos Severo Ochoa) fue
descifrado en 1962.
Cada grupo de 3 bases consecutivas (del ADN / ARN) codifica un aminoácido diferente.
El código genético es “universal”: es el mismo para cualquier ser vivo.
Tabla del código genético
• En negro, las distintas
combinaciones de 3 bases del
ARN.
• En rojo, las abreviaturas de los
aminoácidos correspondientes.
• “Stop”: combinaciones que no
codifican ningún aminoácido e
indican el final de la proteína.
Síntesis de proteínas
La síntesis de las proteínas sigue los siguientes pasos:
1. El ADN transcribe el mensaje codificado al ARN mensajero (ARNm).
2. El ARN mensajero sale del núcleo → citoplasma
Allí será traducido el mensaje codificado.
→ se une a un ribosoma.
3. El ARN de transferencia (ARNt), selecciona un aminoácido específico para
cada grupo de 3 nucleótidos del ARNm.
Así se unen los aminoácidos de acuerdo con la información codificada
cadena de aminoácidos (proteína).
→
Esquema del proceso de
formación de una proteína
Las mutaciones
Son alteraciones en el orden de las bases
nitrogenadas del ADN → proteínas
defectuosas.
Pueden provocarlas sustancias químicas y
algunos agentes físicos (radiaciones...).
Pueden pasar inadvertidas, producir cáncer,
enfermedades, malformaciones o la muerte.
Pero también originan nuevos caracteres que
mejoran la supervivencia de los organismos y
dan lugar a la evolución de las especies.
Ingeniería genética
Conjunto de técnicas cuyo objetivo es trasplantar genes entre las especies de seres vivos.
Consisten en aislar, manipular e introducir determinados genes en el genoma de otro
individuo. Los pasos que se siguen son:
a) La identificación del gen que se quiere manipular. Se puede alterar dicho
gen, introduciendo mutaciones en él.
b) El corte y aislamiento del gen.
c) La transmisión del gen a otra célula (bacteriana o de un ser pluricelular).
d) Cuando la célula traduzca dicho gen, producirá una proteína.
Herramientas de la ingeniería genética
• Para cortar. Enzimas de restricción: cortan el ADN en secuencias específicas.
• Para unir. La ADN ligasa: Une fragmentos de ADN cortados por las enzimas de restricción.
• Para transmitir. Los plásmidos: pequeñas moléculas circulares de ADN (con capacidad de
autorreplicarse) que están dentro de las bacterias. Se usan como vehículos o vectores.
Enzimas de restricción
Las producen las bacterias para defenderse de los virus.
Rompen el ADN en trozos → reconocen determinadas secuencias de bases nitrogenadas y
por allí cortan el ADN. Cada enzima efectúa el corte en distinto lugar.
Biotecnología: fabricación de proteínas
Nació en 1975, como resultado de aplicar la ingeniería genética a la obtención de productos
comerciales.
Las principales proteínas recombinantes comercializadas son:
• La insulina humana, que sustituyó a las insulinas de cerdo o vaca que producían
reacciones inmunológicas adversas. Fue el 1º producto que se comercializó.
• El factor VIII de coagulación sanguínea, para tratar la hemofilia.
• El interferón humano: tratamiento de la esclerosis múltiple.
• La hormona de crecimiento: para tratar el enanismo hipofisario.
• La ADN polimerasa I: tratamiento de la fibrosis quística.
• Vacunas basadas en proteínas recombinantes (hepatitis B).
También hay aplicaciones en la industria alimentaria y de los detergentes.
Proceso de obtención de insulina humana recombinante
Usos actuales de la biotecnología
Producción de
sustancias terapéuticas
Insulina
Producción de energía
Eliminación de
metales pesados
Biorremediación
Producción de
alimentos
Transgénicos u organismos modificados genéticamente (OMC)
Son organismos que portan un gen de otra especie (transgén). Ejemplos:
• Bacterias superdegradadoras de manchas de petróleo.
• Bacterias productoras de plásticos biodegradables.
• Plantas con resistencia a plagas de insectos (para evitar el uso de pesticidas), como el maíz.
• Variedades de tomate con maduración muy lenta o con resistencia a la salinidad.
• Plantas de arroz que producen betacaroteno (precursor de la vitamina A).
Para incluir genes en plantas se usan plásmidos obtenidos de la bacteria Agrobacterium (que
parasita células vegetales).
Terapia génica
Consiste en reparar genes defectuosos en los seres humanos
Puede curar o tratar enfermedades hereditarias o que tienen componentes genéticos (cáncer,
Parkinson, etc).
Se crean retrovirus no patógenos
a los que se inserta el gen humano
Esos virus infectan las células
humanas, e incluyen en ellas su
material genético (junto con el
gen deseado).
Un paso más sería la terapia de
células reproductoras humanas,
puesto que los cambios en estas
células serían hereditarios.
Implicaciones de los avances en biotecnología
Implicaciones
ecológicas
Extinción de especies
naturales
Implicaciones
sanitarias
Aparición de nuevos virus o bacterias
que provoquen enfermedades
desconocidas
Implicaciones
sociales
Vulneración del derecho
a la intimidad
Implicaciones
éticas
La manipulación de material
genético de nuestra especie
Implicaciones
legales
La posibilidad de patentar plantas y
animales transgénicos, así como
secuencias del genoma humano
El proyecto Genoma Humano
A finales de los 80 se propuso el objetivo de identificar y conocer la secuencia de nucleótidos
de los genes humanos. Dicho proyecto (Proyecto Genoma Humano) se inició en 1990.
• Una vía de trabajo es conocer la posición de los genes y elaborar el mapa
genético humano.
• La otra vía es deducir la secuencia de cada gen. Para ello se utilizan técnicas
de fragmentación del ADN y de análisis de los fragmentos obtenidos.
El conocimiento de la secuencia normal de los genes permitirá conocer dónde están las
mutaciones que provocan enfermedades genéticas. Permite la producción de sondas genéticas
para detectar enfermedades genéticas y sus portadores.
Una de las primeras sorpresas es que nuestra especie tiene solo unos 30000 genes, cuando se
creía que serían unos 100000.
Huellas genéticas
El ADN de un individuo sólo coincide en
su totalidad con el de un gemelo idéntico.
Como el 99,9% del genoma es igual
entre todos los seres humanos, lo difícil
es encontrar las diferencias en el 0,1%
restante.
Pero hay regiones del ADN en las que
unos pequeños fragmentos
(minisatélites) se repiten una y otra vez.
Las veces que se repite cada minisatélite
cambia de un individuo a otro.
Analizando la repetición de esas
secuencias se obtiene una especie de
“código de barras” que identifica a
cualquier ser vivo.
Aplicaciones
a) Pruebas de paternidad: Se comparan las huellas genéticas de la madre, del hijo y de dos
posibles padres. La del hijo contiene una serie de bandas que corresponden a la madre y el
resto corresponden al padre.
Huellas genéticas de un niño y de sus padres
En este caso se demuestra
que el hombre no es el padre
b) Investigaciones criminales: se
compara la huella genética obtenida de
una muestra encontrada en el lugar del
crimen con las huellas genéticas de los
sospechosos, para comprobar si el
patrón de las bandas de la muestra
hallada coincide con la de uno de ellos.
c) Otras aplicaciones:
•
Demostrar la denominación de
origen y la composición de los
alimentos.
•
Comprobar la identificación y
parentesco de personas no
documentadas (p. ej., en casos de
inmigración ilegal).
Las células madre
Fecundación (óvulo + espermatozoide) → cigoto → tras 4 o 5 días → blastocisto (esfera
hueca formada por unas 150 células). En su interior están las células madre embrionarias.
Tras la implantación en el útero:
• las células del exterior → la placenta
• las interiores → el feto.
Células madre: concepto y tipos
Son las células que no están especializadas en ninguna función, pueden multiplicarse
activamente y diferenciarse para formar tejidos (cardíaco, nervioso…).
Son fundamentales en el crecimiento y la reparación de tejidos dañados.
Se pueden obtener de tejidos (médula ósea, cordón umbilical, hígado), pero abundan
(lógicamente) en embriones y fetos. Se aislaron por primera vez en 1998.
Hay 3 tipos de células madre, según su capacidad de transformación:
Tipo
Características
Se forman…
Totipotentes
Pueden dar lugar a un organismo
completo.
A los 2 días de la
fecundación
Pluripotentes
Generarán células de cualquier
tejido.
A los 4-5 días
Multipotentes
Solo crean células de un tejido
determinado.
A partir de 5 días
Los dos primeros tipos se llaman células madre embrionarias.
Clonación
En 1997 una oveja inglesa, Dolly era el 1º mamífero concebido en laboratorio por clonación.
Se extrajo el núcleo de un óvulo de oveja (II) y se implantó en su lugar el núcleo de una
célula mamaria de otra oveja adulta (I). Esta técnica se llama transferencia nuclear.
La oveja Dolly era genéticamente idéntica a la oveja adulta de la que se había obtenido el
núcleo celular.
La clonación también puede suceder de forma natural: en muchos organismos unicelulares,
en plantas (reproducción por esqueje) e incluso en el ser humano (gemelos univitelinos).
“Clonación” natural
“Clonación” artificial
Aplicaciones (futuras) de la clonación
• Nuevos tratamientos médicos: La clonación terapéutica busca conseguir células madre
para regenerar tejidos dañados sin rechazo (lesiones de infartos, quemaduras, tejidos
afectados por enfermedades).
• La reproducción humana (lograr embriones humanos con el ADN de otra persona para
conseguir un recién nacido idéntico a ella). Esta utilidad es muy polémica.
• Recuperar especies de animales y plantas desaparecidas o en peligro de extinción.
• Obtener animales mejorados para una determinada producción (carne, lana, leche
enriquecida, hormonas humanas como la insulina).