Download duplicación del adn

Biología 2º Bachillerato
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LA HERENCIA Y GENÉTICA MOLECULAR
GENÉTICA:
Parte de la Biología que se ocupa de la herencia biológica e intenta explicar los
mecanismos y circunstancias que rigen la transmisión de los caracteres de generación en
generación. Se diferencian dos tipos de Genética:
1.
GENÉTICA CLÁSICA O GENÉTICA MENDELIANA: que
parte de los caracteres observables (fenotipo), comprueba su transmisión por
herencia a los descendientes y, a partir de aquí, deduce el genotipo, es decir, el gen o
los genes que determinan dichos caracteres. También estudia las leyes reguladoras
de la transmisión de caracteres y para ello realiza cruzamientos entre variedades
distintas.
Primera ley de Mendel o ley de la uniformidad de los caracteres.- Mendel realizó su
primera experiencia cruzando dos razas puras (homocigóticas) para un mismo carácter y
observó que la descendencia obtenida era uniforme en genotipo y en fenotipo.
Esta ley se puede enunciar del siguiente modo: “los híbridos de la primera generación
filial formada por el cruce de dos razas homocigóticas son iguales tanto en genotipo
como en fenotipo”.
A amarillo  a verde
P:
AA
x
aa
F1:
Aa
Aa Aa Aa
La primera generación filial son uniformes en genotipo (100% heterocigóticos) y en
fenotipo (100% amarillos)
Segunda ley de Mendel o ley de la segregación o separación de los genes alelos.- En la
segunda experiencia Mendel autofecundó plantas de la primera generación filial y
obtuvo una segunda generación filial, en la que aparecen individuos que exhiben los
caracteres de la generación parenteral.
Esta ley se puede enunciar diciendo que: “los genes alelos que determinan un carácter se
separan durante la formación de los gametos y se pueden volver a unir al originarse el
zigoto”.
F1:
Aa x Aa
F2:
AA Aa aA aa
75% amarillos y 25% verdes
25% homocigóticos dominantes
50% heterocigóticos
25% homocigóticos recesivos
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Tercera ley de Mendel o ley de la transmisión independiente de los caracteres.- Mendel
cruzó dos razas puras de guisantes, una con semillas de color amarillo y superficie lisa,
con otra de semillas verdes y superficie rugosa.
Se obtiene así una primera generación filial formada por plantas de semillas amarillas y
lisas (lo que se demuestra en la primera ley de Mendel). A continuación cruzo entre si
plantas de la primera generación filial, formándose cuatro clases de gametos que pueden
originar 16 combinaciones diferentes.
Las 16 combinaciones dan lugar a 4 fenotipos diferentes cuyas proporciones son:
 9 amarillos y lisos.
 3 amarillos y rugosos.
 3 verdes y lisos.
 1 verde y rugoso.
El hecho de aparecer combinaciones genotípicas nuevas inexistentes en la generación
paterna demuestran la herencia independiente de las dos caracteres.
Por lo que la tercera ley se enuncia diciendo: “los genes que determinan cada carácter se
transmiten independientemente”
2
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2.
GENÉTICA MOLECULAR: esta vía es inversa a la anterior, pues parte
del genotipo (conoce la secuencia de bases de un gen) y deduce el fenotipo (la
secuencia de aa de una proteína que desempeña una actividad biológica
determinada).
NATURALEZA DEL MATERIAL HEREDITARIO
Aunque el ADN fue descubierto en 1869 por F. Miescher, la primera evidencia que se
tuvo sobre la naturaleza del material hereditario fue, gracias a Griffith (1928), que
estudiaba a finales de los años 30 la neumonía, enfermedad provocada por la bacteria
Streptococcus pneumoniae. Aisló dos cepas bacterianas:
 Una era virulenta y estaba recubierta de una gruesa cápsula, dando en cultivo
colonias de aspecto liso. Griffith les llamo del tipo S.
 La otra cepa no era virulenta, no tenia cápsula y sus colonias tenían aspecto
rugoso, por lo que les llamo del tipo R.
Cuando inyectaba bacterias S en ratones, estos morían mientras que cuando inyectaba
las R eran destruidas por los sistemas inmunes de los ratones, al no tener cápsula.
Por ultimo, Griffith inyectó una mezcla de bacterias S muertas y R vivas, los ratones
murieron, recuperándose de los cadáveres bacterias S vivas. Griffith no supo deducir
que es lo que había pasado.
En 1944 Avery y colaboradores encontraron la explicación a este fenómeno: cuando las
bacterias S morían se rompía su cápsula y su membrana plasmática, liberándose al
medio fragmentos de ADN, que penetraba en el interior de las bacterias R, integrándose
en su cromosoma. Este proceso se denomina transformación.
Si en alguna bacteria el fragmento que penetraba era el que contenía las ordenes para la
síntesis de la cápsula, las bacterias la sintetizaban volviéndose virulentas, por lo cual, se
demostró, que la información genética se encontraba en el ADN.
DUPLICACIÓN DEL ADN
Primeras hipótesis sobre la duplicación del ADN:
Se propusieron tres hipótesis:



Hipótesis semiconservativa: se debe a Watson y Crick. En ella se sostiene que, en
las dos nuevas moléculas de ADN producidas, una de las hebras sería la antigua,
que actuaría como molde, y la otra la moderna, constituida por la polimerización de
nucleótidos libres sobre ese molde, por complementariedad de bases.
Hipótesis conservativa: propone que, tras la duplicación quedan, por un lado, las dos
hebras antiguas juntas y, por otro, las dos hebras nuevas también espiralizadas.
Hipótesis dispersiva: propone que, las hebras, al final, están constituidas por
fragmentos distintos de ADN antiguo y de ADN recién sintetizado.
El experimento que dilucidó cuál de ellas era la correcta, fue realizado por Meselson y
Stahl en 1957. La hipótesis confirmada fue la semiconservativa:
Cultivaron bacterias en un medio con nitrógeno pesado N15, que es un isótopo del
nitrógeno normal N14. Esto conlleva que las moléculas sintetizadas con N15 pesen más
que las construidas con N14, lo que permite fácilmente separarlas por centrifugación.
Para realizar el experimento pasaron las bacterias cultivadas con N15 a un medio con
N14 durante una media hora, tiempo necesario para que se duplique el ADN bacteriano,
lo extrajeron y lo centrifugaron y, se pudo deducir que el ADN recién sintetizado
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ocupaba, en el tubo de centrifugación, una posición intermedia entre el N14 y el N15. Se
trataba pues, de un ADN “híbrido”. Esto descartaba la hipótesis conservativa.
Si se dejaban las bacterias en N14 durante dos divisiones, aparecían dos ADN, uno
híbrido y otro ligero. Esto descartaba la hipótesis dispersiva.
Duplicación del ADN en procariotas (E. coli):
La replicación se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular. Originalmente fue
estudiada en células procariotas, aunque luego se comprobó que el mecanismo es
similar en células eucariotas.
Vamos a describir la duplicación del ADN en E. coli, que dividiremos en dos etapas:
 Desenrollamiento y apertura: la separación de las cadenas empieza en puntos
concretos del cromosoma llamados orígenes de replicación (ori C o puntos de
iniciación, zona donde abundan las secuencias de bases GATC), a partir de los cuales se
forman unas estructuras conocidas como burbujas de replicación, que se
extienden originando las horquillas de replicación, en las que las dos cadenas del
ADN parenteral están ya separadas y actúan como patrones para la síntesis de
dos nuevas cadenas.
Las enzimas que hacen que se abra la doble hélice son:
 Helicasas: rompen los puentes de hidrógeno que unen las dos cadenas de
ADN.
 Topoisomerasas: giran la molécula a medida que se va replicando para
evitar el superenrollamiento, para ello cortan una de las dos hebras
(topoisomerasa I) o las dos (topoisomerasa II o girasa) y, una vez
eliminadas las tensiones, las vuelven a unir. Una vez separadas, las dos
hebras se mantienen así por acción de unas proteínas estabilizadoras SSB
(Single Strand Binding-DNA)
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 Síntesis de dos nuevas cadenas: comienza la síntesis de las hebras
complementarais sobre cada una de las originales. El proceso se lleva a cabo
mediante la ADN polimerasa III, que presenta las siguientes características:




Necesita una hebra molde de ADN que recorre en sentido 3’
5’, sobre la que
sintetiza la hebra complementaria.
Une nucleótidos, o sea, polimeriza, en sentido 5’
3’
utiliza nucleótidos trifosfato, que proporcionan la energía necesaria para la unión.
Para comenzar necesita una cadena corta de ARN llamada ARN cebador o primer
(de unos 10 nucleótidos con un extremo OH 3´libre al que añadir los nuevos nucleótidos) , que es
sintetizado por una ARN polimerasa llamada primasa.
A medida que la doble hélice de ADN original se va abriendo, se forma la burbuja
de replicación, donde va a actuar la ADN polimerasa III. Existe una horquilla de
replicación en cada extremo, pues el proceso es bidireccional, avanza en ambas
direcciones. La ADN polimerasa III recorre la hebra en sentido 3’
5’ de manera
continua, ya que a medida que se abre, la ADN polimerasa avanza y añade
nucleótidos a la cadena en formación o hebra conductora o líder. Sin embargo, la
otra cadena, al ser antiparalela no puede “leerse” directamente por la ADN
polimerasa; este problema se soluciona mediante la síntesis de pequeños fragmentos
de ADN llamados fragmentos de Okazaki (1000 a 2000 nucleótidos) que crecen en
sentido 5’
3’ y que, más tarde se unen para formar la otra réplica, que recibe el
nombre de hebra retardada. Cada fragmento de Okazaki requiere un ARN cebador
para iniciar la síntesis. Posteriormente, se eliminan los cebadores, y los fragmentos
de Okazaki se unen por acción de las enzimas ligasas. La ADN polimerasa I
elimina los ARN cebadores (acción exonucleasa) y, también rellena el hueco dejado
por el cebador (actividad polimerasa)
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DIFERENCIAS EN EL PROCESO
PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
DE
DUPLICACIÓN
EN
La duplicación en eucariotas es muy similar a la de las procariotas. Las únicas
diferencias son:
 Se inician hasta 100 burbujas de replicación a la vez de distribución irregular y,
que se activan de forma coordinada constituyendo las llamadas unidades de
replicación o replicones, mientras que en procariotas tiene un único origen de
replicación.
 Además de las enzimas que intervienen en procariotas, también hay enzimas
para formar las histonas, que han de constituir los nucleosomas. Se ha
comprobado que las histonas originales se mantienen en la hebra conductora,
mientras que se forman nuevas histonas que se unen a la hebra retardada.
 El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor en los organismos eucariotas
(100 a 200 nucleótidos) que en los procariotas (1000 a 2000 nucleótidos).
 Existen tres ADN polimerasas en los procariotas y cinco en los eucariotas.
 La velocidad de replicación en cada replicón es menor en los eucariotas (hasta
50 veces) que en los procariotas; debido a la longitud del ADN del cromosoma
eucariótico y, debido a la presencia de histonas.
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CORRECCIÓN DE ERRORES EN LA DUPLICACIÓN
Aunque las ADN-polimerasas tienen una actividad autocorrectora (miran hacia atrás
antes de incorporar un nucleótido y si hay un error en el apareamiento, eliminan el
nucleótido y lo sustituyen por el correcto). Cometen un error de apareamiento cada 10
millones de bases. Como el genoma humano tiene 3000 millones de bases, se cometería
300 errores en cada duplicación.
Este hecho se evita con una maquinaria enzimática que corrige los errores cometidos
por la ADN-polimerasa, consiguiendo que solo haya un error cada 10000 millones de
bases.
La corrección de errores se realiza mediante un complejo multienzimático que detecta el
nucleótido mal emparejado y regenera la secuencia correcta, en dicho proceso
intervienen varias enzimas:
 Endonucleasas: detectan errores y cortan la cadena anómala
 Exonucleasas: que eliminan el fragmento incorrecto.
 ADN polimerasas que, sintetizan la parte correspondiente al segmento eliminado .
esta acción y la anterior pueden ser realizadas por la ADN polimerasa I.
 ADN ligasas que unen el nuevo segmento al resto de la cadena.
Para detectar los errores es necesario distinguir la cadena nueva de la antigua. Esto tiene
lugar por la metilación de las adeninas que, se realiza pasado cierto tiempo. Así, las
adeninas de la nueva cadena no están aún metiladas y las de la hebra antigua sí.
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
Hoy día sabemos que la información genética es la causa de la síntesis de proteínas
específicas, entre ellas las enzimas. En 1948 se enunció la hipótesis un gen-un enzima,
según la cual cada gen (fragmento de ADN) lleva información para una enzima. Con
posterioridad, fue ampliada, ya que el gen podía codificar una proteína cualquiera, o
más bien, una cadena polipeptídica. En 1970, Francis Crick enunció el dogma central
de la biología molecular, que dice lo siguiente:
El ADN forma una copia de parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARN
mensajero (transcripción), la cual constituye la información utilizada por los ribosomas
para la síntesis de una proteína (traducción):
ADN
transcripción
ARNm
traducción
proteína
No obstante, existen excepciones a este dogma: los retrovirus, poseen ARN como
material genético y cuando se introducen en una célula son capaces de sintetizar ADN
utilizando como molde su ARN. Proceso realizado por una enzima denominada
retrotranscriptasa o transcriptasa inversa. Posteriormente el ADN transcrito se integra en
el ADN celular.
ESTRUCTURA DEL ARN-m
Es un tipo de ARN formado por largas cadenas de polinucleótidos, y sólo presenta
estructura primaria, por lo que tiene aspecto filamentoso. Su función es transportar la
información desde el núcleo al citoplasma para la síntesis de proteínas. En eucariotas,
los ARNm poseen en el extremo 5’ una especie de “caperuza” compuesta por metilguanosina unida al grupo trifosfato, y en el extremo 3’presenta una “cola” formada por
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unos 200 nucleótidos de adenina (poliA). Además, estos ARNm poseen secuencias de
bases que codifican para la síntesis proteica (exones) intercaladas con otras secuencias
que no codifican proteínas (intrones); es decir, la información genética aparece
fragmentada y, requiere un proceso de maduración antes de convertirse en ARNm
funcionales.
TRANSCRIPCIÓN DEL ADN en eucariotas
Consiste en formar una cadena de ARN cuya secuencia de bases nitrogenadas es
complementaria a una de las dos cadenas del ADN. La síntesis de ARN se lleva a cabo
gracias a la ARN polimerasa, que presenta las siguientes características:
 Une nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5’
3’
 utiliza nucleótidos trifosfato de A, G, C y U
 se fija a regiones específicas del ADN o promotores para comenzar su acción.
 Necesita una molécula de ADN como molde, mientras que la otra, llamada
“codificante o informativa” no se transcribe.
 Existen tres tipos de ARN polimerasa en eucariotas:
 ARN-polimerasa I colabora en la síntesis del ARN-ribosomal (excepto el 5s)
 ARN- polimerasa II colabora en la síntesis del ARN-mensajero.
 ARN-polimerasa III colabora en la síntesis del ARN- transferente y el ARNr 5s
La velocidad de transcripción es elevada, 30-40 nucleótidos por segundo.
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El proceso de síntesis se puede dividir en cuatro etapas:

Iniciación: la ARN-polimerasa II (que desenrolla aproximadamente una vuelta
de hélice), reconoce y se une a una región especifica de los genes denominada
promotor, que posee unas secuencias específicas de bases nitrogenadas (CAAT
o TATA). El promotor indica cuál de las dos cadenas de ADN se usa como molde.
 Elongación : una vez unida la ARN-polimerasa al promotor comienza a
sintetizar una cadena de ARN complementaria al ADN del gen, en la dirección
5`
3`. Cuando se han transcrito unas 30 bases del gen, al ARNm en
formación se le añade al extremo 5’ una “caperuza” compuesta por un resto de
guanosina metilada unida a un grupo trifosfato. Esta “caperuza” protege al
mensajero del ataque de las nucleasas y evita su inmediata degradación en el
núcleo. Posteriormente la cadena sigue creciendo, transcribiéndose tanto los
intrones como los exones.
 Terminación: el proceso termina cuando la ARN polimerasa transcribe la
secuencia TTATTT. A continuación interviene la enzima poli-A polimerasa
que añade al extremo 3’ un segmento de unos 200 ribonucleótidos de adenina
(cola de poli A), que interviene en el proceso de maduración y en el transporte
fuera del núcleo. Esta molécula recién sintetizada, que presenta secuencias
intrónicas y exónicas y, que posee una “caperuza y una cola”, se llama ARNm
transcrito primario o pre-ARNm o ARN heterogéneo nuclear (ARNhn).
 Maduración: (splicing) se produce en el núcleo, y supone cortes entre los
intrones y los exones: los primeros se enrollan en lazos y se eliminan, mientras
que los segundo se empalman y forman una molécula de ARNm madura. Los
cortes los realiza una proteína enzimática llamada ribonucleoproteína pequeña
nuclear (RNPpn); el posterior empalme de los fragmentos lo lleva a cabo ARN
ligasas específicas.
En cuanto a los ARNt sintetizados por la ARN polimerasa III, se produce la
modificación de algunas bases nitrogenadas y se le añade el triplete CCA en el
extremo 3’
La formación de los ARNr ocurre en el nucleolo, la región del ADN que los
codifica se denomina organizador nucleolar. Por acción de la ARN polimerasa I se
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sintetiza el ARN nucleolar o 45s, el cual se fragmenta dando los distintos tipos de
ARN r (28s, 18s y 5.8s).
Curiosidad: la toxina α-amanitina producida por el hongo “Amanita phalloides” inhibe las ARN pol
II y III, debido a lo cual se bloquean la transcripción y la síntesis proteíca y de ahí, la gravedad de
la intoxicación (frecuentemente mortal) de este tipo de setas.
DIFERENCIAS EN EL PROCESO
PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
DE
TRANSCRIPCIÓN
EN
 En procariotas la transcripción del ARNm y su traducción son dos procesos
acoplados, ya que a medida que se forman los ARNm los ribosomas los van
traduciendo. En eucariotas son dos procesos independientes ya que la trancripción se
da en el núcleo y la traducción en el citoplasma.
 En eucariotas el ARNm posteriormente a su síntesis sufre un proceso llamado
maduración que, no existe en procariotas ya que los genes son continuos.
 La adición de la “caperuza y cola” también es exclusivo de eucariotas.
 En procariotas hay sólo un tipo de ARN polimerasa, en eucariotas tres.
 También se diferencian en la secuencia de bases de la región promotora.
 En procariotas, los ARNr y ARNt requieren un proceso de maduración para ser
funcionales en el que se producen cortes y uniones de fragmentos
 En procariotas, es muy frecuente que una sola molécula de ARNm lleve
información para la síntesis de varias proteínas diferentes (ARNm policistrónico).
En eucariotas, cada ARNm lleva información para un solo tipo de proteína (ARNm
monocistrónico)
CÓDIGO GENÉTICO
Se denomina código genético a la relación entre la secuencia de nucleótidos (o, más
concretamente , de bases nitrogenadas presentes en ellos) del ARNm y la secuencia de
aa que constituye una proteína.
Ya sabemos que para la traducción del mensaje genético ha de copiarse una cadena de
ARNm a partir del ADN que permanece siempre en el núcleo, pues bien, tanto el
número de nucleótidos diferentes del ADN como del ARNm es 4, mientras que el
número de aa diferentes que forman parte de las proteínas de todos los seres vivos es
20:
 Si un solo nucleótido codificara para un aa, solo podríamos tener información
para 4 aa distintos.
 Si fuesen 2 nucleótidos por aa serian 16 aa diferentes (42=16).
 Si fuesen 3 nucleótidos por aa habría 64 (43=64) combinaciones diferentes, que
son suficientes para 20 aa.
Fue Crick quien demostró que el código genético es un código de 3 letras, tripletes o
codones.
La tarea que se presentaba a continuación era averiguar qué tripletes codifica para cada
aa. Fue el español Severo Ochoa en 1955 quien comenzó a descifrar el código genético,
utilizando una enzima descubierta por él, la polinucleótido-fosforilasa que unía
ribonucleótidos sin necesidad de molde de ADN.
Comenzó sintetizando ARN con un solo nucleótido, por ejemplo, el uracilo y en
presencia de todos los aa, se obtenía un polipéptido formado exclusivamente por
fenilalanina, de donde dedujo que el triplete UUU codifica para la fenilalanina. De esta
manera se descifró todo el código genético.
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Existen 61 codones codificadores de aa y 3 ( UAA, UAG Y UGA, llamados mudos o
sin sentido)que señalan el final del mensaje y no especifican ningún aa. Hay también un
codón (AUG) que, además de codificar para el aa metionina, es la señal de comienzo.
El código genético tiene las siguientes características:
 Está formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas.
 Entre los sucesivos codones no hay espacios ni separaciones de ningún tipo.
 Tiene carácter universal para todas las células de todas las especies, aunque se han
detectado excepciones en el ADN mitocondria, en algunos protoctistas ciliados y en
micoplasmas.
 El código está degenerado, esto significa que, salvo el triptófano y la metionina,
que están codificados por un único codón, los demás aa están codificados por más
de un triplete (codones sinónimos). Generalmente sólo se diferencian en la última
base, esto proporciona cierta ventaja, puesto que si se produce una alteración no
deseada en una base nitrogenada es posible que el codón alterado siga codificando
para el mismo aa.
La complementariedad codón-anticodón sólo es estricta en lo que se refiere a las dos
primeras bases del anticodón, mientras que puede haber cierta relajación en lo que
concierne a la tercera base del anticodón, que puede aparear no sólo con la base
complementaria normal del codón, sino también con otras bases distintas. Este
apareamiento un tanto defectuoso de la tercera base del anticodón, se denomina
“balanceo” y, es la causa de la degeneración del código genético.
Phe: fenilalanina
Gln: glutamina
Tyr: tirosina
His: histidina
Lys: lisina
Asn: asparagina
Ile: isoleucina
Cys: cisteína
Arg: arginina
Val: valina
Asp: ácido aspártico
Leu: leucina
Trp: triptófano
Met: metionina
Gly:glicina
Glu: ácido glutámico
Ser: serina
Pro: prolina
Thr: treonina
Ala: alanina
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TRADUCCIÓN: BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS
La traducción consiste en la síntesis de proteínas, disponiéndose los aa en el orden que
indica la secuencia de ARNm. Los aa son transportados hasta los ribosomas por
moléculas de ARNt, que poseen tres de sus bases complementarias de un codón de
ARNm, constituyendo el anticodón. Estos aa se van uniendo mediante enlaces
peptídicos formando la proteína.
Fases de la traducción:
 Activación de los aa: para cada uno de los 20 aa que forman parte de las
proteínas, existe una enzima específica denominada aminoacil-ARNt-sintetasa y
al menos un ARNt especifico. El aa se une al extremo 3` del ARNt formando el
aminoacil ARN-t (para ello se necesita ATP)
 Inicio de la síntesis: previamente tiene que salir del núcleo el ARNm y las dos
subunidades del ribosoma.
Toda molécula de ARNm maduro tiene en el extremo 5` la “caperuza” y, a
continuación una región denominada líder, que no se traduce y, que puede tener
de 20 a 600 nucleótidos y que termina cuando aparece un codón de AUG
(MET).
El líder sirve de unión para la subunidad pequeña del ribosoma, el primer ARNt
que se une será el que tiene el anticodón UAC complementario del codón AUG
y que leva en su extremo 3` el aa metionina (MET), por lo que la metionina es el
primer aa de todas las proteínas, aunque posteriormente sea eliminado
enzimáticamente. Al conjunto de ARNm, la subunidad menor y el ARNt con la
metionina se le denomina complejo de iniciación. Para su formación es
necesario GTP y unas moléculas llamadas F.I. (factores de iniciación) una vez
constituido el complejo se le une la subunidad mayor del ribosoma.
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 Alargamiento de la cadena: el ribosoma tiene dos zonas en las que pueden unirse
los ARNt:
 El lugar P o peptidil, que es aquel al que se une el ARNt con la
metionina.
 El lugar A o aminoacil, una vez que se le ha unido la metionina al lugar
P, se situara un ARNt cuyo anticodón sea complementario del codón
siguiente al AUG en la dirección 5`
3`.
La metionina se unirá mediante enlace peptídico al aa recién llegado, siendo
catalizada esta reacción por la enzima peptidiltransferasa (que se encuentra en
la subunidad mayor del ribosoma). Debido a ello, el ARNt que llevaba la
metionina, queda sin ella en el lugar P y es expulsado como consecuencia del
desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm en la dirección 5`
3`. Por
lo que ahora tendremos el ARNt, que estaba en el lugar A con la metionina
unida a su aa correspondiente, en el lugar P (translocación del dipéptido al sitio
P) y volvemos a tener el lugar A vacío. Posteriormente se une un nuevo ARNt al
lugar A terminando el proceso según hemos visto.
En el alargamiento de la cadena intervienen unas moléculas llamadas F.A
(factores de alargamiento), y se necesita energía que es aportada por el GTP.
 Terminación: el proceso continúa hasta que el ribosoma llega a un codón sin
sentido. Los factores de terminación (F.T.) se sitúan en el lugar A y hacen que la
enzima peptidil transferasa libere el péptido del ARNt al que estaba unido y
provocando el desprendimiento de la cadena polipeptídica recién formada y la
disociación del ribosoma.
Tanto en eucariotas como en procariotas un mismo ARNm puede ser leído por
varios ribosomas al mismo tiempo formándose un polisoma.
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GENES Y REGULACIÓN GENÉTICA
Un gen es la unidad mínima de información genética, es decir, un gen es una secuencia
de ADN que tiene como función producir una secuencia de aa que constituyan una
proteína. También se define como un fragmento de ADN con información para un
ARN. Los genes suelen estar formados por varios fragmentos de ADN (exones) que
codifican para sintetizar una proteína, separados por los intrones que son secuencias sin
sentido.
Operón: es un modelo de regulación de la síntesis de proteínas en procariotas: es un
conjunto de genes que codifican para proteínas diferentes implicadas en procesos
bioquímicos estrechamente relacionados, por ej. El conjunto de enzimas que intervienen
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en la síntesis o degradación de un compuesto. Este modelo fue propuesto en los años 60
por Jacob y Monod.
Hay proteínas que en determinadas circunstancias han de ser sintetizadas por la célula y
en otras no. El operón va a conseguir que se sintetice solamente cuando las células las
necesita.
El operón esta formado por:

Genes estructurales: son los que codifican para la síntesis de las
proteínas.

Gen regulador: codifica para la síntesis de una proteína represora (activa
o inactiva) y es el agente que controla la expresión.

Gen promotor: secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa para
comenzar la transcripción.

Gen operador: región intercalada entre el promotor y los genes
estructurales y, donde puede unirse el represor o proteína reguladora impidiendo
la transcripción de los genes estructurales.
Se diferencian dos tipos de sistemas de regulación: inducible y represible:
 Sistema inducible: Característico de los procesos catabólicos (estudiado en el
operón lactosa). Se sintetiza un represor activo que bloquea el operador e impide la
síntesis de los enzimas encargados de metabolizar la lactosa y transformarla en los
productos A, B y P. La lactosa aportada por la dieta se comporta como un ligando
capaz de unirse a la proteína represora y provocarle un cambio conformacional que
la inactiva, por lo que se desbloquea el operador y los genes estructurales se
expresan, y los enzimas catalizan la transformación de la lactosa hasta el producto
final P. Cuando descienden los niveles de lactosa, el operador vuelve a bloquearse
por el represor activo.
 Sistema represible: Característico de los procesos anabólicos (estudiado en el
operón histidina). Se sintetiza un represor inactivo, por lo que los genes se expresan
y es posible la síntesis de histidina (producto final P). Pero, cuando hay un exceso
de esta sustancia, sus moléculas se unen al represor y lo activan; se bloquea
entonces el operador, se reprimen los genes y se deja de sintetizar histidina. Si
disminuye su concentración, vuelve a inactivarse el represor, se expresan los genes,
y se sintetiza de nuevo histidina.
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En eucariotas: se cree que la regulación de la síntesis de proteínas se realiza del
siguiente modo:

En una primera fase mediante señales hormonales determinadas zonas de
la cromatina se descondensan para ser transcritas.

En una segunda fase intervienen un conjunto de proteínas reguladoras
que activan la transcripción de los genes localizados en las regiones
descondensadas de la cromatina (eucromatina). Se cree que la actuación de estas
proteínas reguladoras también se realiza mediante hormonas.
El mecanismo de acción depende del tipo de hormona. En el caso de las esteroideas,
penetran en el interior celular y, tras su unión a proteínas citoplasmáticas receptoras,
pasan al núcleo, donde se unen a determinadas secuencias de ADN permitiendo la
transcripción de determinados genes. Las hormonas peptídicas, no atraviesan la
membrana plasmática, sino que se unen a determinados receptores específicos de ésta,
lo que provoca la activación de la enzima adenilato ciclasa que cataliza la síntesis de
AMPC a partir de ATP. El AMPC actúa como un mensajero intracelular y, tras diversos
procesos posibilita la activación génica (favorece la descondensación de la cromatina y
las proteínas reguladoras de la transcripción).
La importancia de LOS FACTORES REGULADORES DE LA TRANSCRIPCIÓN, se pone de manifiesto
en el hecho de que, en algunos tipos de cánceres, dichos factores presentan alteraciones que provocan la
activación desmesurada de ciertos genes implicados en la división celular.
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MUTACIONES
En 1901 De Vries, uno de los descubridores de las leyes de Mendel, introdujo el
término mutación, que indicaba aparición súbita de una nueva alternativa para un gen.
Cada una de las alternativas de un mismo gen se denomina alelo (para el gen color de
ojos existen los alelos color oscuro y color claro). Morgan definió mutación como
cualquier cambio brusco en el material genético. Las repercusiones biológicas de las
mutaciones se derivan de la alteración que se produce en la secuencia de bases
nitrogenadas del ADN, que se traduce en un cambio en la secuencia de aa que
constituyen la proteína correspondiente y, por tanto, se puede ver alterada su
funcionalidad.
Los tipos de mutaciones atendiendo a las células afectadas son:
 Germinales: afectan a los gametos o, a las células madre que originan los
gametos, por lo que se transmiten a la descendencia.
 Somáticas: afectan al individuo, pero no son heredables.
Otras clasificaciones son: según las causas (naturales o inducidas), según los efectos
(neutras, beneficiosas o perjudiciales), según el tipo de expresión (dominantes o
recesivas)
Según la alteración genética provocada, existen tres tipos de mutaciones: mutaciones
génicas, cromosómicas y genómicas.
 Génicas o puntuales: Afectan a la secuencia nucleotídica de un gen y, a
veces, pueden tratarse del cambio de un solo nucleótido, que puede ser
suficiente para que una proteína no realice su función, como por ejemplo
en el caso de la anemia falciforme, en la que el cambio de un nucleótido
en el gen que codifica para la hemoglobina hace que cambie un aa en
ésta y sea incapaz de transportar oxígeno.
Se distinguen varios tipos de mutaciones génicas:
 Mutaciones por sustitución de una base por otra distinta: que pueden ser a su
vez: transiciones (una base púrica es reemplazada por otra base púrica o, una
pirimidínica por otra pirimidínica), y las transversiones (cambio de una base
púrica por una pirimidínica o viceversa).
 Mutaciones por pérdida o inserción de bases: son más graves que las anteriores,
ya que, a partir del punto de deleción o adición, todos los tripletes de bases
estarán cambiados y, por tanto, el mensaje codificado será totalmente distinto.
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 Mutaciones por cambio de lugar de algunos segmentos del ADN
(transposiciones): también provoca la aparición de nuevos tripletes, lo que
modificará el mensaje genético.
Entre las causas que originan dichas mutaciones, se encuentran:
Las mutaciones por sustitución son posibles porque algunos de los átomos de
hidrógenos de cada una de las cuatro bases pueden cambiar sus posiciones, para
originar formas tautoméricas distintas a las usuales en una proporción muy baja.
Estos tautómeros permiten apareamientos atípicos de bases en la doble hélice y,
provocan en la replicación, la formación de secuencias nucleotídicas erróneas.
Ejemplo, la base G siempre se enfrenta a la citosina, pero su forma tautomérica (que
representaremos entre comillas) “G”, se emparejaría con la T.
Los agentes mutágenos también pueden ocasionar desaminaciones (pérdidas de
grupos amino en las bases nitrogenadas que conlleva que se emparejen con otras
bases), despurinaciones (rotura del enlace entre una base púrica y la desoxirribosa),
o la formación de dímeros de timina.
Los dímeros de timina son provocados por las radiaciones UV del sol , que inducen
la formación de un enlace covalente entre dos bases pirimidínicas sucesivas
(dímeros); como consecuencia, se rompen los puentes de hidrógeno que mantenían
con sus bases complementarias y, la doble hélice se desorganiza.
El sistema de reparación del ADN

La ADN-polimerasa y la corrección de pruebas: la ADN-polimerasa , antes
de añadir un nuevo nucleótido, revisa que el anterior esté bien apareado. Si no es
así, lo retira gracias a su actividad 3 exonucleasa. Aún así, añade un nucleótido
equivocado cada 107 nucleótidos añadidos.

El sistema de reparación: reduce los errores a un nucleótido equivocado cada
109 añadidos. Existen tres sistemas diferentes:
o
Reparación con escisión del ADN: participan varias enzimas, una
endonucleasa, que detecta el error y corta a ambos lados la hebra; una
exonucleasa, que elimina el segmento delimitado; una ADN-polimerasa
I, que sintetiza el fragmento correctamente y una ADN-ligasa, que lo
empalma con los extremos.
o
Reparación sin escisión del ADN: enzimas fotorreactivas capaces de
eliminar dímeros de timina.
o
Sistemas SOS: cuando se produce un gran número de mutaciones la
duplicación del ADN se paraliza al no poder corregir todos los errores.
Las enzimas correctoras SOS eliminan este bloqueo incorporando al azar
un nucleótido. El resultado es que la célula se divide pero incorporando
gran número de mutaciones.
En algunas ocasiones, las mutaciones son beneficiosas y han ocasionado la
evolución y la variabilidad de las especies. Hoy en día la teoría evolutiva más
aceptada es la neodarwinista, que nos dice que la variabilidad genética de las
poblaciones esta causada por:
 La aparición de mutaciones.
 La recombinación de genes durante la meiosis.
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La posterior selección natural provocaría que los genotipos mas favorables
dejasen tras de si una mayor descendencia. Por lo que se puede considerara que
hay dos tipos de mutaciones:
 Las positivas: que han originado la diversidad de las especies y la
evolución.
 Las negativas: que originan enfermedades.
Las mutaciones génicas, atendiendo a su origen, pueden ser:
 Naturales: por equivocación de las enzimas que duplican y transcriben el
ADN.
 Artificiales: inducidas por la temperatura, rayos ultravioletas, rayos X,
etc.

Cromosómicas: afecta a la estructura de los cromosomas, la secuencia
de bases nitrogenadas de los genes no está alterada, pero existen cambios en el
número de genes o en su disposición lineal en los cromosomas. La mayoría tiene
lugar por un fallo en el apareamiento meiótico que puede producir un
sobrecruzamiento erróneo, quedando un cromosoma con un fragmento extra y el
otro con un déficit.
Pueden ser de varios tipos:
 Deficiencias y deleciones: pérdida de fragmentos de cromosoma (en el extremo
deficiencias, y deleciones en otro lugar)
 Duplicaciones: repetición de un segmento de un cromosoma.
 Inversiones: la disposición de los genes en un fragmento está invertida.
 Translocaciones: un fragmento cromosómico cambia de posición trasladándose
a otro lugar del mismo cromosoma, a su homólogo o a otro cualquiera.

Genómicas o numéricas: consisten en la alteración del número de
cromosomas de una especie, ya sea por exceso o por defecto. Pueden ser de dos
tipos:
 Euploidías: alteración en el número de juegos cromosómicos. Ej monoploidías
(n cromosomas), poliploidías (3n, 4n,.....)
 Aneuploidías: no existe alteración del número de juegos cromosómicos
completos, sólo falta o sobra algún cromosoma. Ej: nulisomías (2n-2
cromosomas), monosomías (2n-1 cromosomas), trisomías (2n+1 cromosomas, la
trisomía del par 21 origina el síndrome de Down o mongolismo)...
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Entre las causas de las mutaciones genómicas, se encuentran:

Fusión céntrica: unión de dos cromosomas no homólogos con pérdida de algún
centrómero.

Fisión céntrica: escisión de un cromosoma en dos.

Segregación errónea durante la meiosis: distribución errónea de las
cromátidas homólogas entre las células hijas.
AGENTES MUTÁGENOS
Son aquellos factores que aumentan sensiblemente la frecuencia normal de mutación. Se
clasifican en: físicos, químicos y biológicos.
Agentes mutagénicos físicos: son
 Radiaciones ionizantes (rayos X y, las partículas  y  emitidas en procesos
radiactivos que provocan la ionización de los átomos de las sustancias que
atraviesan), y que pueden provocar cambios enzimáticos, alteraciones en la
estructura de los cromosomas, mutaciones génicas, etc.
 Radiaciones no ionizantes: como las radiaciones ultravioleta (UV) que, pueden
originar mutaciones génicas (dímeros de timina o de citosina).
Agentes mutagénicos químicos: se trata de sustancias que tienen acción mutagénica
(colorantes industriales, pesticidas, ácido nitroso, gas mostaza...) , pueden originar
modificaciones de las bases nitrogenadas, sustituciones de bases, introducción de ciertas
moléculas en el ADN, etc. El benzopireno (humo del tabaco) se intercala entre las dos
cadenas del ADN y las une covalentemente. El ácido nitroso causa transición de bases,
transforma la C en U.
Agentes mutagénicos biológicos: algunos agentes biológicos aumentan la frecuencia de
la mutación génica, por ejemplo , los virus que, pueden producir cambios en la
expresión de algunos genes y los transposones, que son segmentos móviles de ADN que
pueden cambiar de posición trasladándose a otro lugar distinto dentro del mismo
cromosoma o incluso a otro cromosoma y, pueden originar mutaciones ya que causan
activación o inactivación génica no deseada al insertarse en los genes estructurales o en
los reguladores.
MUTACIONES Y CÁNCER
Un tumor o neoplasia es benigno si las células tienden a crecer lentamente y se
mantienen juntas.
El cáncer es causado por un proceso de división celular sin control que provoca una
multiplicación rápida y desorganizada de las células que conduce a la destrucción del
tejido afectado e, incluso, a la invasión de otros órganos (metástasis).
Existe una relación entre determinados cambios en el material genético y la aparición de
células cancerosas. Por otra parte, ciertos agentes mutagénicos también son
cancerígenos.
Se sabe que, en el proceso, se producen defectos en determinados genes que participan
en la regulación de la división celular, por lo que ésta se descontrola y se vuelve caótica.
En este proceso intervienen dos tipos de genes:
Oncogenes: que provocan un aumento de las señales que estimulan la división celular,
promoviendo la proliferación continua de las células. Se cree que los oncogenes
proceden de otros genes llamados protooncogenes. La alteración de éstos por agentes
mutágenos originaría los oncogenes activos.
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Genes supresores de tumores: la mutación de estos genes, que codifican proteínas
inhibidoras de la división celular, estimulan un aumento del ritmo reproductor de las
células.
Por otra parte, la mutación de los genes implicados en la corrección de errores del ADN
evitaría la reparación de éstos tras la acción del agente mutagénico y, contribuiría al
desarrollo definitivo del tumor.
Hay otras sustancias denominadas promotor que facilitan que los oncogenes se
traduzcan.
Además algunos virus tienen la capacidad de transformar la célula hospedadora en
células cancerosas (virus oncogénicos) debido a que producen mutaciones. Estos virus
insertan el ácido nucleico viral en el ADN cromosómico de la célula huésped y, el material genético
vírico puede alterar los mecanismos de control del crecimiento y de la división celular y, con ello, la
célula normal se transforma en cancerosa.
MUTACIONES Y EVOLUCIÓN
Los principales agentes de la variabilidad en las poblaciones son: la recombinación
genética y las mutaciones.
La recombinación genética consiste en una reordenación de los genes ya existentes en la
población, que puede traducirse en la aparición de nuevos genotipos pero no de nuevo
material hereditario. Las mutaciones, por el contrario, permiten la aparición de genes
que antes no existían, por lo cual las posibilidades biológicas se amplían enormemente.
Las mutaciones beneficiosas suelen pasar inadvertidas en un primer momento, por lo
que las ventajas evolutivas se manifiestan lentamente. No obstante, si el gen mutado
proporciona algún beneficio a los individuos que lo llevan, irá sustituyendo
paulatinamente al gen original en la población, ya que la proporción de los individuos
portadores irá aumentando.
La importancia de las mutaciones se pone de manifiesto durante la adaptación de una
población a un entorno nuevo (cambios medioambientales, colonización de una nueva
área geográfica). En estos casos, actúa la selección natural y favorece la supervivencia
de los que portan las mutaciones adaptativas más favorables.
Las mutaciones cromosómicas poseen también un gran interés en los procesos
evolutivos. Parece demostrado que la duplicación y posterior mutación de fragmentos
cromosómicos han hecho posible la aparición de las diversas cadenas de hemoglobinas
(α, β, γ, δ), y de la mioglobina humana y de los primates a partir de una única globina
ancestral.
Las mutaciones genómicas contribuyen asimismo a la evolución, las plantas poliploides
tienen órganos más desarrollados que los diploides.
Como un proceso intermedio entre las mutaciones cromosómicas y las genómicas se
puede incluir la unión de cromosomas; así el cromosoma 2 del ser humano parece que
procede de la fusión de dos cromosomas telocéntricos (que aún se encuentran en los
primates superiores actuales) de una especie ancestral.
21