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Una breve introducción a
la Biología Molecular
José R. Valverde
SCS/CNB
2015
El dogma central
A partir del ADN se fabrica el ARN y a partir de éste,
las proteínas.
La mayoría de las funciones vitales son llevadas a
cabo por proteínas.
Para reproducirnos debemos transmitir a nuestra
descendencia las instrucciones para fabricar las
proteínas.
La información se almacena en ADN.
Para fabricar proteínas usamos una “copia de
trabajo” en ARN.
El ADN
Ácido desoxirribonucléico.
Es una molécula muy larga en la que se codifica la información para
“fabricar” nuevos seres vivos.
La información se codifica en “unidades” o “letras”, que se unen unas a
otras para formar unidades semánticas, “palabras”, “frases”, “párrafos”,
“libros” y, en resumen, toda la biblioteca de información necesaria.
Las “letras” se codifican usando unas sustancias llamadas nucleótidos
unidas a un “esqueleto” (los “renglones”) de desoxirribosa-fosfato. En
el ADN se usan cuatro “letras”: A, T, G y C.
Con esas cuatro letras se codifica toda la informacion necesaria para
fabricar un nuevo ser vivo.
Para ganar seguridad, se mantiene una copia de seguridad
“complementaria”
«Chromosome-es» de KES47 - File:Chromosome zh.svg. Disponible bajo la licencia CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromosome-es.svg#mediaviewer/File:Chromosome-es.svg
Codificando la información
Los nucleótidos van “encadenados” en dos “cadenas” o
“hebras” de ADN.
La información en una hebra es complementaria de la
información en la otra (como un negativo) y puede usarse
para reconstruir o reparar daños.
La información puede estar codificada en cualquiera de las
dos cadenas, en ocasiones pueden incluso solaparse
mensajes.
No solo se guarda cómo hacer las proteínas (genes), también
cuándo hay qué hacerlas y en qué cantidades (regulación).
...
A –
C T –
G …
T
G
A
C
...ACTG...
||||
...TGAC...
...TGAC...
||||
...ACTG...
«DNA chemical structure es-2008-08-01» de derivative work: Jfreyreg (talk)DNA_chemical_structure_es.svg: Miguelsierra DNA_chemical_structure_es.svg. Disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_chemical_structure_es-2008-0801.svg#mediaviewer/File:DNA_chemical_structure_es-2008-08-01.svg
Un poco de Gramática
Far out in the uncharted backwaters of the unfashionable
end of the western spiral arm of the Galaxy lies a small
unregarded yellow sun.
Orbiting this at a distance of roughly ninety-two million miles
is an utterly insignificant little blue green planet whose apedescended life forms are so amazingly primitive that they still
think digital watches are a pretty neat idea.
This planet has - or rather had - a problem, which was this:
most of the people on it were unhappy for pretty much of the
time. Many solutions were suggested for this problem, but most
of these were largely concerned with the movements of small
green pieces of paper, which is odd because on the whole it
wasn't the small green pieces of paper that were unhappy.
And so the problem remained; lots of the people were mean,
and most of them were miserable, even the ones with digital
watches.
Palabra
Sufijo
Many were increasingly of the opinion that they'd all made a
big mistake in coming down from the trees in the first place. And
some said that even the trees had been a bad move, and that no
one should ever have left the oceans.
Párrafo
Frase
(compuesta)
Sintagma
nominal
Sintagma
verbal
Sílabas
Fonemas
Puntuación
Un poco de genética
ADN
TAGTCCGGGGTATAAACGTAATAGTTAATTAGAAAAAGAATTATATGTTTGATAAGAGTATTATATTGTCTACTGTTAAAAAAGGATAGAGTTATTTTATTTAGATTAGCCTGGAAGAAG
|<|<-- tRNA-fM ---------------------------------AACTCCCTCCCTCGTTACGCTTCAGTTTGAAGCATAAGCTCGGGGGGGGGGGGGTTCTTCTCTCCCAGGGGTGTTAAAGAGTAAGCTAAATTAAGCTACTGGGCTCATACCCCAATGATA
--- tRNA-W ----------------------------------------------->|
ND-2 ->...
---------------->|
M K W L C L F F S Y I L M V S S H S W L G L W L S M E M N S L...//...
GAGTAATCTCTCTTTAAATGATTAAGTGATTATGCCTATTTTTTTCCTATATTCTTATAGTGTCCTCCCACTCTTGGTTAGGTTTGTGGCTTAGTATAGAAATAAATTCTTT...//...
K S K K M E I P G I L S M G F N I F L P L F F L *
AAAGTCTAAGAAAATAGAGATCCCGGGTATTCTATCAATAGGGTTTAATATTTTTCTTCCTCTATTCTTTTTGTAAAGCTTTAATAATTTACTTTAATATAGATGGGGGTATTATCTACA
|<--- tRNA-I -------TAATTACAGTATCAACGTAATCCTTTTTATCAGGCACCCCATCTCTTCTTATTATATATGAAATGTAAATTTCTCTTTAAGAATCAAAATCTTACGTGCACAGAACACTTATATACACAT
------------------------------------------>|
|<--- tRNA-Q --------------------------------------------------->|
CACCCTGCTTACAATAAAATAATTTTTAGTTAATTAGGCCCGGGTTAGAAACAACTCAAGATTTGCAATCTTGTATTTTTTTTAAACTACTGAGCCGTAAATTAATCATAGTAAAGGGAA
|<--- tRNA-C ---------------------------------------------->|
|<--- tRNA-Y
Mostramos solo una cadena de ADN (la otra es fácil de deducir) elegida arbitrariamente.
Marcamos los genes con cajas.
Anotamos cada gen indicando qué codifica.
Cuando un gen codifica una proteína, incluímos la traducción; * indica dónde acaba.
Indicamos en cuál de las dos hebras de ADN está codificado (qué hebra debe copiarse a ARN) poniendo
la antotación arriba o abajo.
Hojeando un libro
Ésta es una representación de la secuencia de ADN de un
virus bacteriófago (que infecta a bacterias).
A este nivel de reducción no podemos ver las letras, que
quedan reducidas a una línea.
El ADN, como nuestros textos, siempre se lée en la misma
dirección. Como una hebra es la inversa de la otra, una hebra
se debe leer en sentido opuesto a la otra.
Indicamos cada gen con una caja y una flecha. La dirección de
la flecha indica qué hebra (y por tanto en qué sentido)
debemos leer.
El ARN
Ácido ribonucléico
Para fabricar las proteínas, se sacan copias de la región del
ADN que tiene las instrucciones para fabricar la proteína
deseada.
Trabajar con una copia evita dañar el plan maestro. Haciendo
muchas copias se puede acelerar y aumentar la producción
de proteínas.
El ARN es tambien un acido nucléico formado por 4
nucleótidos (A, U, G, C) unidos por un esqueleto de ribosafosfato.
Como se hacen muchas copias y debe ser leido (los
nucleótidos deben estar accesibles), es monocatenario.
«Difference DNA RNA-ES» de User:Sponktranslation: User:Jcfidy http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg. Disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía
Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNAES.svg#mediaviewer/File:Difference_DNA_RNA-ES.svg
Tipos de ARN
La copia del ADN con las instrucciones para hacer una proteína
se llama ARN mensajero.
Para decodificar el ARN mensajero se usan fragmentos de ARN
unidos a aminoácidos (los “ladrillos” con los que se hacen las
proteínas), llamados ARN de transferencia.
La traducción se hace en el ribosoma, una máquina compuesta
de proteínas y de ARN llamado ARN ribosomal.
Para regular cuándo y cómo se expresan ciertos genes se usan
fragmentos pequeños llamados ARN regulador.
By Yikrazuul (Own work) [CC BY-SA 3.0
(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via
Wikimedia Commons
«Protein translation» de Bensaccount at en.wikipedia.
Disponible bajo la licencia CC BY 3.0 vía Wikimedia
Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Protein_translation.
gif#mediaviewer/File:Protein_translation.gif
Las proteínas
Se construyen a partir de la secuencia de ARN enlazando
sucesivamente unos bloques llamados aminoácidos.
Se usan unos 20 aminoácidos. Podemos pensar en ellos
como una secuencia que usa un alfabeto de 20 letras.
En lugar de ser lineales, se arrugan (pliegan) en complejas
estructuras tridimensionales.
El codigo genético
En el ADN y ARN solo usamos cuatro “letras”. Para
hacer las proteínas usamos veinte “letras”.
Como solo tenemos 4 letras, no podemos establecer
una biyección entre letras de ADN/ARN y letras de
proteínas. Necesitamos usar más de una letra de
ADN/ARN para cada aminoácido.
4 · 4 = 16 < 20. Tampoco podemos usar dos letras.
4 · 4 · 4 = 64. Podemos usar tres (tripletes o codones).
Los codones que sobran se usan para añadir
redundancia y reducir los errores.
El código “universal”
Es el usado por la mayoría de
los organismos.
Existen algunas excepciones,
principalmente en las
mitocondrias y algunos
(pocos) organismos.
Es un código “degenerado”:
varios tripletes pueden
codificar el mismo significado.
Todos los genes empiezan
con un codón especial (el
codón de iniciación, Met) y
terminan en un codón de
terminación que no codifica
ningun aminoácido (Stop).
El genoma
El “libro de la vida”
Es el conjunto de toda la informacion genética de un organismo.
Se compone de una o más moleculas de ácido nucléico llamadas
cromosomas.
Los cromosomas pueden ser lineales o circulares.
Contiene todos los genes y todas las secuencias reguladoras.
También contiene “instrucciones” para “fabricar” nuevos genes.
También contiene mucha información adicional que aún hay que
interpretar.
Por extension usamos “-oma” para indicar todo el conjunto de elementos
de un mismo tipo en un organismo (proteoma, transcriptoma, reguloma,
metaboloma...). Los científicos también tienen sentido del humor.
¿Dudas?