Download Diapositiva 1 - IES MURIEDAS. Departamento de Biologia y Geologia

TEMA 10.
Genética molecular
Bonifacio San Millán
IES Muriedas
2º Bachillerato - Biología
Genética Molecular

Introducción.
 Variabilidad
y selección natural
 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
genética
EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
“ Un gen una proteína”
Transcripción
ADN
ARN
Traducción
PROTEÍNA
Genética Molecular

El flujo de la información genética: Dogma Central
de la Biología Molecular: “Un gen, una proteína”
Transcripción
Replicación: ADN
Traducción
ARN
cadena polipeptídica
“Un gen, una proteína”¿seguro?
 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
Expresión de la información genética
Matizaciones de EL DOGMA CENTRAL
DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
Los priones pueden
“replicarse”
Algunos ARN, los ribozimas
pueden autorreplicarse
ADN
No todos los genes se
expresan , algunos
presentan funciones
reguladoras (operador,
promotor, ADN basura,
intrones?)
ARN
Algunos ARN no
se traducen,
intervienen en
procesos
reguladores
Retrotranscripción
Las retrotranscriptasas
catalizan la síntesis de
ADN a partir de ARN
PROTEÍNA
En realidad un gen
puede servir para
codificar varias
proteínas
NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO
GENERALIDADES (ADN)
Requisitos: (4), El material genético
(moléculas con capacidad de almacenar
Información) debe presentar las siguientes
propiedades:




Estable
Replicable
Mutable
Transmisible
¿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
EL EXPERIMENTO DE HERSHEY Y CHASE
La información genética está contenida
en el ADN , no en las proteínas
1
1
El experimento contempla 3 respuestas líticas consecutivas: 1,2 ,3
2
3
2
3
Los fagos liberados
tras la lisis de
nuevas bacterias NO
aparecen marcados
Algunos fagos
liberados tras la lisis
de
nuevas bacterias SI
aparecen 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:
 2.-
(Helicasas, Topoisomerasas, Prot. SSB)
Síntesis:
 Enzimas:
RNA-Polimerasa (Primasa), DNA-Polimerasa Nucleótidos:
dATP, dTTP, dGTP, dCTP, ATP, UTP, GTP, CTP (materia prima y energía)
 Proceso:


 3.-
Síntesis continua: Cebador + copia ADN  hebra conductora
Síntesis discontinua: F. De Okazaki  hebra retardada
Finalización:
 Enzimas:
 Proceso

(
DNA-Polimerasa ,


DNA-Ligasa )

a) Digestión de cebadores, b) síntesis de ADN, c) unión de fragmentos
LA REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN:
MECANISMO
La replicación se lleva a cabo
según el modelo semiconservativo
Tanto en eucariotas como en
Procariotas
Replicación en
Eucariotas
En eucariotas aparecen
muchos ojos de
replicación (replicones )
simultáneamente
Replicación en
Procariotas
En Procariotas aparece un
solo replicón
LA REPLICACIÓN DEL ADN:
Modelo semiconservativo
LA REPLICACIÓN DEL ADN:
Modelo semiconservativo
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:
de Tripletes de ARN ( 43 = 64 codones)
 Propiedades:
 Código
 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
5´ATATTT…..AGATCATGCGCGCGAATTTCGTGGGTCAGGCTTGAAG…..3´
3´TATAAA…..TCTAGTACGCGCGCTTAAAGCACC CAGTCCGAACTTC…..5´
Promotor
.
Transcripción
(En el núcleo)
5´…..AGAUCAUGCGCGCGAAUUUCGUGGGUCAGGCUUGAAG…3´
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.
caja TATA (Promotor)
 ARN- Polimerasa (no
necesita cebador)
 factores de iniciación
LA TRANSCRIPCIÓN DE LA
INFORMACIÓN GENÉTICA
(SÍNTESIS DE RNA)

Iniciación :
 Elementos
 ADN
:
molde (una
hebra): Región
promotora: ej. caja
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 molde
 ARN- Polimerasa
 factores 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)
Humo = Proteína
Tren = Ribosomas
Vía = ARNm
TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO:
(síntesis de cadenas polipeptídicas)

PROCESO: Localizado en los ribosomas
 ACTIVACIÓN
sintetasa
 Ecuación

DE AMINOÁCIDOS : Aminoacil ARNt
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
 B.-
y Factores de elongación
Formación del enlace peptídico:
 Peptidil
 C.-
Translocación al sitio P :
 GTP
-
transferasa (ARNr con actividad catalítica)
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
La Traducción
Análisis resumen del
proceso
 Etapas:
I, E, T
 Elementos:
 ARNm
maduro
 Aminoacil RNAt
 Ribosomas
 Energía (GTP)
 Enzimas:

peptidil transferasa
 Factores

de:
Iniciación, Elongación
y 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
del medio extra o intracelular 
Necesidades proteicas diferentes.
 Morfogénesis: Diferenciación de tejidos, desarrollo
embrionario
 Ciclo celular: diferentes etapas  diferentes necesidades
 Variaciones
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

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 de citosinas e histonas)
Por factores de activación (Hormonas, etc.)  factores de transcripción
que se unen ala ARN polimerasa.

Hormonas:

Peptídicas: Activación de sistemas de transducción  activador (A)


A (AMPciclico) + ADN  Unión de la ARN-Polimerasa a factores
de transcripción  (transcripción)
Esteroideas:

Hormona + receptor citoplasmático + ADN  Unión de la
ARN-polimerasa a factores de transcripción  (transcripción)

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  C, A  G)
pirimidínica x púrica: transversiones 
(T  G, A  C)
Deleciones e Inserciones: Pérdida o inserción de bases (mutaciones
graves)
LAS MUTACIONES cromosómicas
 CROMOSÓMICAS:
Afectan a un cromosoma (varios genes)
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
 Nº
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 ( trisomías y monosomías)
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

Efectos: M. cromosómicas (deleciones y traslocaciones)
 Radiaciones


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


no ionizantes : UV
Efectos: dímeros de T
 Químicos:

ionizantes (x, , ,  y neutrones)
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:
 nuevos alelos : importancia adaptativa y evolutiva
 “Fenómenos” sexuales:
 Meiosis:
 Mutaciones
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)
TEMA 11 Genética molecular
TEST DE REPASO
1. ¿De dónde obtienen las células de
nuestro organismo los nucleótidos
para fabricar nuevo ADN? ¿Y el resto
de los animales? ¿Y las plantas?
Nosotros: De las alimentos una vez digeridos y transformados en nutrientes
ya que al proceder de otros seres vivos presentan en su composición los
mismos nucleótidos. Recuerda que el código genético es universal.
Los animales: exactamente igual ya que nosotros somos animales.
Los vegetales: Al ser capaces de fabricar materia orgánica (fotosíntesis)
pueden fabricar también nucleótidos a partir de agua, dióxido de
carbono y sales minerales (nitratos y fosfatos).
2. Imagina que los dos fragmentos siguientes de una molécula de
ADN representan, el primero de ellos un gen original y el segundo
un gen mutado, y que el primero de ellos determina el color negro
del pelo del lobo. (se lee la segunda hebra)
A AATGCGCGCGAATTTCGTGGGT CAGGCTTGAAG
TTT ACGCGCGCTTAAAGCACC CAGTCCGAACTTC
AAAUG CGC GCG AAU UUC GUG GGU CAG GCU UGA AG
Met –Arg– Ala –Asn- Phe- Val - Gly – Gln –Ala- FIN
• AAATGCGCGCGAGTTTCGTGGGTCAGGCTTGAAG
• TTTACGCGCGCTCAAAGCTCC CAGTCCGAACTTC
•
Localiza la mutación en el segundo gen. Indica la nueva secuencia de
aminoácidos resultante de su expresión..
AAATGCGCGCGA GTT TCG TGGGT CA GGCT TGAAG
TTT ACGCGCGCT CAA AGCTC CCAGT C CGAACT TC
AAAUG CGC GCG AGU UUC GUG GGU CAG GCU UGA AG
Met –Arg– Ala – Ser- Phe- Val - Gly –Gln –Ala- FIN
Razona en qué condiciones el ejemplo que has puesto sería una mutación
beneficiosa o perjudicial
El nuevo alelo podría proporcionar un enzima que catalizara la síntesis de
un pigmento diferente o una enzima no funcional por lo que el lobo
podría ser albino. En este caso probablemente la mutación sería
perjudicial en el bosque (sus presas le verían fácilmente), pero podría ser
beneficiosa en zonas ártica ya que podría camuflarse mejor, en este caso
esta nueva característica sería seleccionada por selección natural,
apareciendo una nueva adaptación.
3. ¿Qué consecuencias tendría para la evolución, en general, la ausencia
de mutaciones? Razónalo.
No existiría variabilidad ya que no existirían alelos diferentes de un
mismo gen por lo que la selección natural no se produciría y la
evolución no sería posible.
4. Después de la Segunda Guerra Mundial se ha generalizado la
utilización de antibióticos para controlar las bacterias productoras de
enfermedades. Sin embargo, suelen aparecer bacterias que se vuelven
resistentes a los antibióticos. ¿Cómo puedes explicar la aparición de esta
resistencia?
Alguna mutación al azar producirá bacterias resistentes, al utilizar
antibióticos estas sobrevive , mientras las demás mueren. Entones las
resistentes proliferan y necesitamos nuevos antibióticos para combatirlas.
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  evolución
b) mutaciones
a) 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 ADN
b) Sustitución: cambio de base (nucleótido). Deleción: pérdida de base
c) 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 necesidades
En 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
10. 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, proteína
La expresión genética requiere de varios procesos consecutivos. En
primer lugar, la trascripción, donde una ARN polimerasa se encarga de
copiar, por complementariedad una de las hebras del ADN molde, de
manera que se obtiene una molécula de ARN. 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 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)
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)
C.-
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
TERMINACIÓN