GENÉTICA. Ing. J. De Jesús Medina Basurto Ingeniero Agrónomo Especialista en Horticultura Universidad Autónoma Agraria «Antonio Narro»

Transcripción

1 GENÉTICA Ing. J. De Jesús Medina Basurto Ingeniero Agrónomo Especialista en Horticultura Universidad Autónoma Agraria «Antonio Narro»

2 II. EL MATERIAL HEREDITARIO Ing. J. De Jesús Medina Basurto Ingeniero Agrónomo Especialista en Horticultura Universidad Autónoma Agraria «Antonio Narro»

3 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA GEN Partícula de material genético que, junto con otras, se halla dispuesta en un orden fijo a lo largo de un cromosoma, y que determina la aparición de los caracteres hereditarios en los seres vivos.

4 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA Un gen es una unidad de información en un locus de Ácido desoxirribonucleico (ADN) que codifica un producto funcional, o Ácido ribonucleico (ARN) o proteínas y es la unidad de herencia molecular.

5 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA Los genes se disponen, pues, a lo largo de ambas cromátidas de los cromosomas y ocupan, en el cromosoma, una posición determinada llamada locus. El conjunto de genes de una especie se denomina genoma. Los genes están localizados en los cromosomas en el núcleo celular.

6 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA Un gen es una secuencia o segmento de ADN necesario para la síntesis de ARN funcional, como el ARN de transferencia o el ARN ribosomal. Sin embargo, estos dos tipos de ARN no codifican proteínas, lo cual es hecho por el ARN mensajero. Para ello, la transcripción genera una molécula de ARN que posteriormente sufrirá traducción en los ribosomas, proceso por el cual se genera una proteína

7 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA -Genes como entidades abstractas -Se duplican y pasan a la generación siguiente - De algún modo controlan los caracteres hereditarios - ADN es el MATERIAL HEREDITARIO

8 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA UNIDADES BASICAS DEL ADN

9 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA NUCLEOTIDOS Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato.

10 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA NUCLEOTIDOS El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.

11 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA NUCLEOTIDOS Son los monómeros de los ácidos nucleícos (ADN y ARN) en los cuales forman cadenas lineales de miles o millones de nucleótidos, pero también realizan funciones importantes como moléculas libres (por ejemplo, el ATP o el GTP)

12

13 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA

14 BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA

15 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ADN está presente en todas las células y es el responsable de codificar la información genética del organismo, de una forma similar a que en los libros está codificada la información que contienen en forma de letras y palabras.

16 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO La estructura del ADN es de una molécula lineal que se suele representar con forma de escalera de caracol, siendo los lados de la escalera cadenas lineales de nucleótidos (cada uno de ellos contiene una base nucleotídica), cada nucleótido está unido a un nucleótido del otro lado de la escalera por puentes de hidrógeno, que suelen ser representados por los peldaños de la escalera.

17 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO Para "leer" la información contenida en el ADN se toma una sola de las hebras de la escalera, y leer su secuencia de nucleótidos. Sólo hay 4 posibles nucleótidos: A (adenina), T (timina), C (citosina) y G (guanina). Para formar los "peldaños de la escalera", la adenina sólo puede estar unida a la timina, y viceversa, y la citosina sólo puede estar unida a la guanina, y viceversa (regla mnemotécnica: Aníbal Troilo / Carlos Gardel)

18 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO Por eso cuando se ha leído una sola de las hebras del ADN, ya se tiene también la información de la complementaria. La cantidad de ADN leído se mide en número de bases nucleotídicas, así se pueden encontrar unidades de medición como las "kilobases" (una kilobase = mil bases de ADN leídas).

19 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El núcleo de las células de las plantas y los animales contiene genoma de tipo eucariota: ADN ordenado en cromosomas, cada cromosoma es una sola molécula de ADN lineal, empaquetada.

20 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO Los dos orgánulos con ADN, que son las mitocondrias (y los cloroplastos, en plantas) tienen genoma de tipo bacteriano: Una molécula de ADN circular, al igual que sus ancestros que eran bacterias.

21 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO

22 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El tamaño del ADN es mucho mayor en el núcleo que en los orgánulos: en el núcleo es tan grande que se mide en "megabases", en las mitocondrias en cambio, es de unas 200 a kilobases, en los cloroplastos es de unas 130 a 160 kbases (una kbase es igual a mil bases, o mil "peldaños de la escalera").

23 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO La forma de heredar el ADN también difiere en el núcleo y los orgánulos: El ADN del núcleo se hereda de forma biparental (como el ADN del núcleo de los animales).

24 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ADN de las mitocondrias y el de los cloroplastos de las plantas se hereda por parte de uno solo de los padres, en general por parte de la madre (al igual que las mitocondrias de los animales). Esto es debido a que en general los orgánulos que serán transmitidos a la generación siguiente son los que están albergados en el óvulo.

25 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El orden en que se encuentran los genes en las mitocondrias es variable, y de hecho el genoma de las mitocondrias se reordena espontáneamente con mucha frecuencia (que se "reordene" quiere decir que se corta en pedazos y se vuelven a pegar de una forma distinta de la que estaban).

26 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO Este reordenamiento ocurre con tanta frecuencia que incluso dentro de una misma planta se encuentran genomas diferentes en mitocondrias diferentes, y por lo tanto no son útiles para diferenciar especies o grupos de especies, ni para establecer parentescos.

27 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ADN de los cloroplastos es estable (no se reordena con tanta frecuencia), tan estable que se encuentran los mismos arreglos de ADN en el genoma de los cloroplastos de todos los descendientes de un ancestro común.

28 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO Por eso, el ADN de los cloroplastos es el más utilizado en los análisis moleculares de ADN. Los reordenamientos son raros y por lo tanto: Es más fácil rastrear mutaciones (que dan información de parentesco). Y cuando sí ocurre un reordenamiento, al ser tan raros también dan información de parentesco.

29 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ADN de las mitocondrias se reordena con mucha frecuencia, pero las mutaciones ocurren con mucha menor frecuencia que en los cloroplastos.

30 ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ADN del núcleo acumula muchas mutaciones y posee muchos polimorfismos, por lo que es utilizado para establecer diferencias entre especies cercanas o entre poblaciones de la misma especie. Es más difícil de analizar que el genoma de los orgánulos por lo que sólo se hacen los análisis moleculares del ADN del núcleo en las especies que tienen importancia agrícola.

31 TRANSFORMACION BACTERIANA Es la alteración genética de una bacteria resultante de la absorción directa, incorporación y expresión de material genético exógeno (ADN exógeno). El ADN exógeno se encuentra en el ambiente y se introduce a través de la membrana de la célula bacteriana.

32 TRANSFORMACION BACTERIANA La transformación ocurre de forma natural en algunas especies de bacterias, aunque también se puede efectuar por medios artificiales. Para que ocurra la transformación, la bacteria debe estar en un estado de competencia, lo que puede ocurrir como una respuesta limitada en el tiempo a las condiciones ambientales, tales como la falta de nutrientes y una densidad celular elevada.

33 TRANSFORMACION BACTERIANA La transformación es uno de los tres procesos por los que el material genético exógeno se puede introducir en una célula bacteriana. Los otros dos son la conjugación y la transducción. A la transformación de células eucariotas se le llama transfección.

34 TRANSFORMACION BACTERIANA

35 TRANSFORMACION BACTERIANA

36 TRANSFORMACION BACTERIANA

37 TRANSFORMACION BACTERIANA El término transformación es también usado, de manera más general, para describir mecanismos de transferencia de ADN o ARN en biología molecular. Por ejemplo la producción de transgénicos como maíz transgénico requiere la inserción de nueva información genética en el genoma del maíz usando el mecanismo apropiado de transferencia de ADN; al proceso se le llama comúnmente transformación.

38 TRANSFORMACION BACTERIANA El ARN también puede ser transferido en las células usando métodos similares, pero esto no provoca normalmente cambios heredables y por lo tanto no es una transformación real.

39 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos para confirmar que es el ADN la base del material genético (y no las proteínas), en lo que se denominó el experimento de Hershey y Chase.

40 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE Si bien la existencia del ADN había sido conocida por los biólogos desde 1869, en aquella época se había supuesto que eran las proteínas las que portaban la información que determina la herencia.

41 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE En 1944 mediante el experimento de Avery-MacLeod- McCarty se tuvo por primera vez algún indicio del rol que desempeña el ADN.

42 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2, un virus cuya estructura había sido recientemente investigada mediante microscopio electrónico.

43 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE El fago consiste únicamente en una cubierta proteica o cápside que contiene su material genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el cápside. Como consecuencia, el sistema genético de la bacteria reproduce el virus.

44 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-32 (P- 32). El ADN contiene fósforo, a diferencia de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga.

45 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE Hallaron que el indicador radiactivo era visible sólo en las células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas.

46 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE En un segundo experimento, marcaron los fagos con el isótopo azufre-35 (S-35). Los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del ARN. Tras la separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético lo que infecta a las bacterias

47 FAGOS MARCADOS RADIACTIVAMENTE

48 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO El material genético se emplea para guardar la información genética de una forma de vida orgánica y está almacenado en el núcleo de la célula. Para todos los organismos conocidos actualmente, el material genético es casi exclusivamente ácido desoxirribonucleico (ADN). Algunos genomas de virus usan ácido ribonucleico (ARN o RNA) en vez de ADN.

49 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO Se cree que el primer material genético fue el ARN, manifestado por moléculas de ARN que autoreplicaban flotando en masas de agua. Este período hipotético en la evolución de la vida celular se llama la hipótesis del mundo de ARN, basado en la capacidad del ARN de actuar como un material genético y como un catalizador, conocido como una ribozima.

50 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO Sin embargo, cuando las proteínas (que pueden formar enzimas) llegaron a la existencia, la molécula más estable, el ADN, se convirtió en el material genético dominante, una situación que continúa hoy. La naturaleza de la doble cadena del ADN permite que las mutaciones se corrijan, y también el ARN es intrínsecamente inestable.

51 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO Las células modernas usan el ARN principalmente para construir proteínas de las instrucciones del ADN, en la forma de ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN de transferencia.

52 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO ARN mensajero Es el ácido ribonucleico que transfiere el código genético procedente del ADN del núcleo celular a un ribosoma en el citoplasma, es decir, el que determina el orden en que se unirán los aminoácidos de una proteína y actúa como plantilla o patrón para la síntesis de dicha proteína.

53 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO ARN ribosómico Es el tipo de ARN más abundante en las células y forma parte de los ribosomas. Estos se encargan de la síntesis de proteínas según la secuencia de nucleótidos presente en el ARN mensajero. El ARN ribosómico está formado por una sola cadena de nucleótidos (aunque presenta regiones de doble hélice intracatenaria).

54 ARN COMO MATERIAL ARN de transferencia HEREDITARIO Encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas y ordenarlos a lo largo de la molécula de ARNm, a la cual se unen por medio de enlaces peptídicos para formar proteínas durante el proceso de síntesis proteica. Existe una molécula de ARNt para cada aminoácido, con una tripleta específica de bases no apareadas, el anticodón.

55 ARN COMO MATERIAL HEREDITARIO El ARN y el ADN son macromoléculas compuestas de nucleótidos (Son Polinucleótidos), de los cuales hay cuatro en cada molécula. Tres nucleótidos componen un codón, un tipo de "palabra genética", que es como un aminoácido en una proteína. La traducción codón-aminoácido se conoce como traducción. Los cromosomas están formados por la sustancia del ADN. Cada característica del ser humano, como el color de ojos o la forma de las orejas, está codificada en una parte del ADN. Cada de una de estas partes se llama gen, que son pequeños fragmentos de cromosomas que portan la información para una característica determinada.

56 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO Virus Animales. Virus vegetales.

57 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO El material hereditario de los virus está organizado en cromosomas de diferente tipo. Desde el punto de vista genético, los virus pueden clasificarse en virus ADN o ARN.

58 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO Doble hélice o hélice sencilla, y en circular o lineal.

59 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO Tobacco mosaic virus o TMV, es un virus ARN que infecta plantas, especialmente al tabaco y a otros miembros de la familia Solanaceae. La infección produce manchas características en las hojas (de ahí su nombre).

60 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO Es un virus de ARN monocatenario positivo. Es decir, cuando entra en una célula vegetal su ARN será transcrito por la ARN polimerasa dependiente de ARN a múltiples ARN de hebra negativa, que darán lugar a proteínas infectivas.

61 VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO Su estructura está formada por una envuelta cilíndrica de unos 18 nm de diámetro y unos 300 nm de longitud y hueca, en su interior hay un canal de 4 nm. Esta cubierta está formada por más de monómeros proteicos y una molécula de ARN de un tamaño que ronda las 6500 bases.

62 CONCLUSIONES ADN es el MATERIAL HEREDITARIO ADN Y ARN están formados por Adenina, Citocina y Guanina La Tiamina solo está presente en el ADN El Uracilo presente en ARN Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato.

63 CONCLUSIONES PURINAS: Citosina y Guanina PIRIMIDINAS: Adenina y Tiamina Los dos orgánulos con ADN, que son las mitocondrias (y los cloroplastos, en plantas) tienen genoma de tipo bacteriano: Una molécula de ADN circular, al igual que sus ancestros que eran bacterias El ADN de las mitocondrias y el de los cloroplastos de las plantas se hereda por parte de uno solo de los padres, en general por parte de la madre

64 CONCLUSIONES En el caso de las bacterias existen tres mecanismos de recombinación: transformación, conjugación y transducción. Se cree que el primer material genético fue el ARN, manifestado por moléculas de ARN que autoreplicaban flotando en masas de agua. Tobacco mosaic virus o TMV, es un virus ARN que infecta plantas, especialmente al tabaco y a otros miembros de la familia Solanaceae.

65 BIBLIOGRAFIA AN INTRODUCTION TO GENETIC ANALYSIS Eighth Edition Anthony J.F. Griffiths (U. of British Columbia) Susan R. Wessler (U. of Georgia) Richard C. Lewontin (Harvard U.) William M. Gelbart (Harvard U.) David T. Suzuki (U. of British Columbia) Jeffrey H. Miller (U. of California, Los Angeles)