Tema 1: Breve lección de biología (1)

Transcripción

1 Tema 1: Breve lección de biología (1) Bioinformática Clásica Genomas y ADN Dr. Oswaldo Trelles Universidad de Málaga Los fundamentos de la vida residen en la materia que compone a los organismos y sobretodo en la información que rige su organización, su funcionamiento, su desarrollo, su proliferación, su identidad y su evolución. En este apartado hacemos un recorrido general para entender las fuentes de información que nos proporcionan los organismos vivos y su inter-relación.

2 Todos los organismos vivos están hechos de células. Se distinguen dos tipos de células. En los organismos procariotas, las células no tienen núcleo diferenciado, no hay orgánulos celulares y su ADN se estructura en una única molécula En los organismos eucariotas se diferencia claramente un núcleo (acotado por una membrana) en donde reside el material genético característico del organismo. En la célula eucariota hay presencia de otros orgánulos celulares en el citoplasma, que es la región entre el núcleo y la membrana que separa a la célula del exterior. Hay dos tipos de orgánulos, la mitocondria que es común a todos los eucariotas y el cloroplasto que sólo está presente en las plantas. Estos orgánulos son de interés porque disponen también de material genético propio (deduzca porqué el ADN mitocondrial se transmite sólo por línea materna).

3 El ADN es la molécula portadora de la información hereditaria. El ADN (ácido desoxirribonucleico), contiene la dotación genética de los organismos vivos que se transmite de padres a hijos. Se almacena en el interior celular (en procariotas), y en el interior del núcleo en eucariotas. El ADN se forma por la unión de cuatro tipos de moléculas (monómeros): Adenina, Citosina, Guanina y Timina (A, C, G y T), formando cadenas lineales muy largas y pareadas de acuerdo al modelo de doble hélice descubierto por Watson y Crick en Este doble apareamiento (T-A y C-G) permite la replicación, usando una de las hebras como molde y pareando los correspondientes nucleótidos en la nueva cadena. Detalles: Los nucleótidos están formados por un monosacárido, la desoxirribosa, un grupo fosfato, y una base nitrogenada que es lo que distingue a cada una de las cuatro. Dos de ellas son purinas (A y G) y dos pirimidinas (C y T). Éstas cuatro moléculas se van uniendo una tras otra mediante enlaces fosfodiester (condensación entre los grupos fosfato),

4 Cuando hablamos de una secuencia de ADN nos referimos a la sucesión de letras que representan los nucleótidos (aminoácidos en proteínas) que la forman (unas sesiones más adelante estaremos en condiciones de identificar a qué organismo pertenece la secuencia real- que se muestra a la izquierda). El GENOMA de un organismo es su dotación genética completa (el total del ADN) y puede ser tan corto como un par de folios para algunos virus, unas 200 páginas en el caso de bacterias, o necesitar unos 28 volúmenes, cada uno de ellos de unas 1500 páginas con 1500 letras por página... una buena biblioteca, la humana, la enciclopedia de la vida. Podemos asociar cada uno de estos volúmenes con los cromosomas, y cada uno de ellos contiene diversos capítulos con instrucciones que son los genes. cada una de estas instrucciones permite preparar sintetizar- una proteína.

5 El ADN se organiza en cromosomas. Los cromosomas contienen genes. Durante la mitosis (reproducción celular), el ADN se organiza en estructuras conocidas como cromosomas (el resto del tiempo el ADN se encuentra desplegado en el interior del núcleo). (ver En humanos hay 23 pares de cromosomas, 22 son homólogos (iguales en tamaño y forma: autosomas), y la última pareja depende del sexo: el femenino posee dos cromosomas iguales llamados X, mientras que el masculino tiene uno grande X y otro más pequeño Y (esta pareja se denomina heterocromosomas). Las células sexuales -óvulos y espermatozoides- solo tienen la mitad de la dotación genética (un cromosoma de cada par, dotación haploide) y al producirse la fecundación se reúnen las dos dotaciones para formar las parejas (dotación diploide), recibiendo el nuevo ser la mitad de las dotaciones genéticas de sus progenitores para formar la suya propia y diferente.

6 Al desenrollar el ADN queda expuesta la composición de nucleótidos que se van enlazando a lo largo y en pareja (doble hélice complementaria). La secuencia se suele leer del extremo 5 (amino) al extremo 3 (carboxilo) y es como se suele almacenar en las bases de datos. En la figura superior, la cadena de ADN se leería ACGTTGA...ACAG... La gran función del ADN es contener las instrucciones para producir una determinada proteína.

7 Las técnicas de alto rendimiento permiten secuenciar -obtener o leer la secuencia del ADN- masivamente Se ha pasado de método un doctorando un gen a la secuenciación masiva del ADN; del laboratorio húmedo (wet-lab) al laboratorio virtual, en los que los secuenciadores hacen su trabajo automáticamente. Sanger en los años 50 tardó casi diez años en obtener la secuencia de 51 aminoácidos que componían la insulina humana. Hoy en día las técnicas de alto rendimiento permiten leer genomas completos (en organismos de genoma reducido) en poco más de un mes de trabajo. Esta producción masiva de datos es la que hace despegar el uso de la computación para su gestión y análisis; ya no solamente en el caso de los datos de secuencias, sino también en los de estructura, expresión de genes, etc.

8 La versión ampliada de este tema se encuentra en los apuntes del Tema 1: Breve lección de biología, accesibles a través de la plataforma de aprendizaje virtual de la UNIA. Consulta estos materiales para completar tus conocimientos