DUPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIONTES

Transcripción

1 1 GENÉTICA MOLECULAR (CONTINUACIÓN) DUPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIONTES Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora y una hebra retardada con fragmentos de Okazaki. Se inicia en la burbujas de replicación (puede haber unas 100 a la vez )

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3 3 EXPRESIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO Experiencias de Badle y Tatum con el hongo Neurospora crassa

4 4 Conclusiones: Diferentes mutaciones daban como resultado la perdida de la capacidad para sintetizar diferentes aminoácidos. En diversos casos varias mutaciones diferentes daban como resultado la perdida de la capacidad para formar el mismo aminoácido. Por lo tanto, diferentes mutaciones afectan a enzimas que catalizan una misma ruta metabólica. A B C D F PROLINA a b c d e Sus estudios les llevaron a afirmar que un solo gen codifica una sola enzima. A B C D F PROLINA a b c d e Gen 1 Gen 2 Gen 3 Gen 4 Gen 5 Posteriormente se ha matizado pasando a señalar que un gen codifica una proteína (pues no todas las proteínas son enzimas) y esto se ha corregido de forma más precisa con la expresión un gen-un polipéptido, pues muchas proteínas están formadas por varios polipéptidos.

5 5 Transcripción F. Crick anunció el llamado dogma central de la biologóa, según el cual el ADN traslada parte de su información a una molécula de ARN, que a su vez dirige la formación de una proteína. La transcripción consiste en la síntesis de una molécula de ARN utilizando como molde una hebra de ADN. Vamos a ver como se sintetiza una molécula de ARNm. El ARN m es una copia de una secuencia de ADN con una sola cadena de nucleótidos que se sintetiza según el principio de complementaridad: A-U; T-A; G-C y C-G La transcripción tiene lugar en sentido 5-3, por lo tanto los ribonucleótidos se van añadiendo uno a uno en el extremo 3 de la cadena en crecimiento. Este proceso es catalizado por la ARN polimerasa II.

6 6 Transcripción inversa El dogma central de la biología se creía inviolable, pero en la actualidad se han tenido que añadir dos nuevas rutas, una correspondiente a la autorreplicación del ARN y otra a la transcripción inversa o retrotranscripción. La transcripción inversa se descubrio en virus ARN generadores de tumores, como el caso de virus del SIDA. Pueden producir una ADN polimerasa dependiente de ARN, conocida como transcriptasa inversa o reversotranscriptasa, que sintetiza una cadena de ADN complementaria a la del ARN vírico. La autoduplicación del ARN la realizan un reducido número de virus ARN que poseen ARN replicasa, responsable de la replicación del ARN. Esquema actualizado del dogma de la biología ADN ARN Proteína autorreplicación

7 7 Código genético La secuencia de ARNm está escrita en un alfabeto compuesto por cuatro letras (las bases nucleotídicas A,U,C y G) y se lee de forma unidireccional por el ribosoma en palabras de tres letras (codones o tripletes) formadas por tres bases consecutivas. Existen un total de 64 combinaciones diferentes de las cuatro bases para formar tripletes (4 3 ), por lo que es posible establecer una relación entre los 20 aminoácidos diferentes que participan en la síntesis de proteínas y los 64 codones. Esta relación se conoce como código genético. Una característica del código genético (conocida como degeneración) hace referencia al hecho de que la mayor parte de los aminoácidos está codificada por más de un codón (codones sinónimos). La mayor parte de los codones sinónimos comparte las dos primeras bases del triplete, existiendo la diferencia en la tercera. El mensaje cifrado en la secuencia de ARNm se lee a partir del denominado triplete de iniciación (AUG) en el sentido 5 a 3 y de manera no solapada y sin huecos y termina cuando aparece en la pauta de lectura algún triplete de terminación. El código genético es universal (sólo se han detectado algunas excepciones, referentes al uso de unos poco codones en mitocondrias, cloroplastos y unos pocos protozoos) NO existen solapamientos entre las tripletes de base, a la hora de la lectura, en el ARNm

8 8 Código genético

9 9 Síntesis de proteínas o traducción Consta de las siguientes fases: Activación del ARNt Iniciación de la síntesis Elongación Terminación Activación del ARNt La reacción enzimática que une un aminoácido a su ARNt específico es catalizada por un enzima, la aminoacil-arntsintetasa, existiendo diferentes enzimas para cada tipo de unión del par aa-arnt. Para poderla llevar a cabo se requiere un gasto energético (ATP). aa + ATP+E E-aa-AMP+ARNt+2Pi aa-arnt +E+AMP

10 10 Iniciación Se precisa el concurso de tres factores de iniciación y GTP El ribosoma se ensambla alrededor de la zona 5 del ARNm que contiene el triplete de iniaciación AUG. Unión del primer aa-arnt al sitio P del ribosoma y primer apareamiento codón-anticodón. En procariotas existe una secuencia de ARN (de Shine-Delgarmo) que sirve como sitio inicial de anclaje del ARNm al ribosoma. En eucariotas el anclaje se realiza por el extremo (caperuzón) de 7- metilguanosina.

11 11 Elongación El segundo codón de ARNm se coloca en el sitio A del ribosoma y se une a él el segundo aa-arnt. Cuando tanto el sitio A como el P están ocupados, la peptidil transferasa crea un enlace peptídico entre los dos aminoácidos (reacción de transpeptidación), acoplanto el primer aa al segundo. El ARNt del primero se libera del ARNm. Translocación: desplazamiento del ribosoma en sentido 5 a 3 en el ribosoma el espacio de un codón, con lo que el dipeptido formado pasa del sitio A al sitio P dejando libre el sitio A para que se pueda acoplar un nuevo aa-arnt. Precisa GTP y factor de elongación (G). Repetición de esta secuencia tantas veces como aminoácidos tenga el péptido, hasta llegar a un codón sin sentido.

12 12 Terminación La elongación finaliza cuando el locus aminoacídico coincide con alguno de los tres codones de terminación existentes. El polipeptido se desprende, las dos subunidades del ribosoma se vuelven a separar y el ARN-m se destruye.

13 13 Regulación de la expresión Vamos a estudiar el proceso de regulación de la síntesis de proteínas en procariotas, dado que es menos compleja que en eucariotas. Aunque la regulación se puede producir a cualquier nivel del proceso de síntesis proteica (replicación, transcripción o traducción), el nivel mejor estudiado es el de la transcripción. La regulación implica la existencia de interacciones entre el ambiente químico de la célula y proteínas reguladoras especiales, codificadas por genes reguladores. Estas proteínas pueden funcionar como controles negativos, reprimiendo la transcripción del ARNm (sistema reprimible) o como controles positivos, intensificando la transcripción (sitema inducible). Concepto de operón.- Es un conjunto de genes que actúan de forma integrada y que controlan la síntesis de enzimas que intervienen en una determinada ruta metabólica. Los genes que lo forman son: Gen regulador: codifica la síntesis de una proteína reguladora. Suele estar físicamente separado del resto de los genes del operón. Promotor: Lugar de anclaje de la ARNpol al operón. Operador: solapado al promotor, es el lugar de anclaje de la proteína reguladora, cuando actúa como represora, impidiendo el avance de la ARNpol sobre los genes estructurales del operón. Genes estructurales: codifican los enzimas que van a posibilitar un determinado proceso celular.

14 14 Sistema reprimible: Operón de la lactosa La bacteria sólo producirá los genes para el consumo y metabolismo de la lactosa si esta molécula se encuentra en el medio.

15 15 Sistema inducible: Operón del triptofano Genes estructurales: existen cinco genes estructurales en el siguiente orden trpe-trpd-trpc-trpb-trpa. Elementos de control: promotor (P) y operador (O). El promotor y el operador están al lado de los genes estructurales y en el siguiente orden: P O trpe-trpd-trpc-trpb-trpa. Curiosamente, las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales actúan en la ruta metabólica de síntesis del triptófano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma. Gen regulador (trpr): codifica para la proteína reguladora. Este gen se encuentra en otra región del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del operón. Correpresor: triptófano

16 16 Alteraciones del material genético Tanto en la autoduplicación para formar copias idénticas, como debido a sus interacciones con el medio ambiente, puede sufrir el ADN alteraciones en sus estructura o composición que determinan errores que pueden ser fatales para la célula o el organismo que los contenga. Estos errores que provocan la modificación de la información genética o hereditaria se denominan mutaciones. Tipos de mutaciones.- Según la extensión: Génicas o puntuales: afectan a un solo gen. Son las mutaciones en sentido estricto. Cromosómicas: afectan a la estructura de los cromosomas, por lo tanto a varios genes a la vez. Genómicas: afectan al número de cromosomas. Estos dos últimos tipos son considerados por muchos autores como aberraciones cromosómicas. Según la causa: Espontáneas: consecuencia de la interacción normal con el medio celular. Inducidas: provocada por diversos agentes mutagénicos. Agentes físicos: LUV, radiaciones ionizantes (rayos X, gamma y beta). Agentes químicos: