TEMA 16 LA BASE QUÍMICA DE LA HERENCIA: GENÉTICA MOLECULAR

Transcripción

1 TEMA 16 LA BASE QUÍMICA DE LA HERENCIA: GENÉTICA MOLECULAR

2 TEMA 16 La base química de la herencia: Genética molecular A.- Los ácidos nucleicos y su papel en la transmisión y expresión de la información genética. - Concepto molecular de gen. B.- La replicación del DNA. - Etapas de la replicación. C.- La transcripción. -Etapas de la síntesis de RNA. D.- El código genético. E.- La traducción o biosíntesis de proteínas. - Elementos que intervienen en la traducción. - Fases de la síntesis de proteínas. F.- Genómica y Proteómica. - Regulación de la expresión génica G.- Los errores en la información genética: mutaciones. - Tipos de mutaciones. - Agentes mutagénicos y cáncer. H.- Implicaciones de las mutaciones en la evolución y aparición de nuevas especies. I.- Organismos modificados genéticamente.

3 Concepto Mendeliano de Gen Un gen es un carácter heredable transmitido a través de las células reproductivas X

4 El gen en la teoría cromosómica de la Herencia Los genes residen en los cromosomas, que por tanto, son grupos de genes Cariotipo de una mujer normal Cariotipo de una mujer con síndrome de Turner (XO)

5 Concepto molecular de gen Cuando Watson y Crick proponen el modelo de la doble hélice de ADN se inicia la llamada genética molecular Esta disciplina surge por la unión de conocimientos de naturaleza genética, celular y bioquímica Un gen es la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN que permite sintetizar una proteína

6 BIOTECNOLOGÍA Experimento realizado en la Universidad de Nueva York Avance histórico hacia la vida artificial: fabrican un cromosoma sintético en una célula de levadura Es la primera vez que se logra producir ADN sintético en una célula compleja como la que tienen todas las plantas y animales (incluyendo el ser humano) El hallazgo abre la puerta a la posibilidad de producir alimentos, fármacos y biocombustibles con genes artificiales que realizarían funciones programadas por el ser humano 27/marzo/2014

7 Transcripción Un gen una proteína

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9 DOGMA? REPLICACIÓN TRANSCRIPCIÓN TRANSCRIPCIÓN INVERSA TRADUCCIÓN RNA RNA DE INTERFERENCIA PROTEÍNAS

10 Una de las propiedades más importantes del modelo de la doble hélice de Watson y Crick es que supone un mecanismo sencillo para copiar el ADN Esta sencillez de copiado se basa en la complementariedad de las hebras

11 Experimento de Meselson y Stahl (1957) Replicación semiconservativa ADN pesado ( 15 N) Molécula parental original ADN híbrido ( 15 N)/ ( 14 N) Primera generación de moléculas hijas ADN ligero ( 14 N) ADN híbrido ( 15 N)/ ( 14 N) Segunda generación de moléculas hijas

12 Mapa de los genes implicados en el metabolismo del ADN en Eschercchia coli

13 INICIO En procariotas hay un único punto de inicio de la replicación. En eucariotas hay varios puntos de inicio de la replicación En ambos casos es un proceso bidireccional Varios puntos de inicio en Eucariotas Un único punto de inicio en procariotas

14 Sentido de la polimerización Extremo 5 P O Extremo 3 OH N NH Extremo 5 P O -O P Extremo 3 OH O - O H H OH O N H H OH N NH 2

15 Sentido de la polimerización O NH Extremo 5 P Enlace fosfodiéster H 2 O O OH P O HO H H O OH P O Extremo 3 OH O O N O H N H OH N O H H H H OH OH O N NH NH 2 DINUCLEÓTIDO

16 Hebra en crecimiento Sentido de polimerización: 5 P 3 OH 3 Hebra molde 5 Sentido de lectura: 3 OH 5 P

17 Estructura de la horquilla de replicación Hebra conductora Dirección de avance de la horquilla de replicación Fragmentos de Okazaki Hebra retardada

18 El PPi es hidrolizado y aporta la energía necesaria para esta reacción Polimerización del DNA GENÉTICA MOLECULAR La DNA polimerasa utiliza como sustrato dexosinucleótidos trifosfato

19 3 T 5

20 ADN Topoisomerasa II (Girasa) SSB Helicasa Primasa Cebador (ARN) Cebador de fragmento de Okazaki Síntesis de la hebra retardada

21 Terminación de la hebra retardada Mella DNA Polimerasa I ADN Ligasa Animación de replicación

22 C.- La transcripción Procesamiento postranscripcional del ARN Los ARNs sintetizados requieren un procesamiento posterior: Añadir el extremo 5 Cap y la cola de poli A Eliminar los intrones (sólo en Eucariotas) Splicing

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24 El código genético 1ª posición extremo 5 U C A G 2ª posición U C A G 3ª posición extremo 3 Phe Ser Tyr Cys U Phe Ser Tyr Cys C Leu Ser STOP STOP A Leu Ser STOP Trp G Leu Pro His Arg U Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G Ile Thr Asn Ser U Ile Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met (INICIO) Thr Lys Arg G Val Ala Asp Gly U Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G

25 ETAPA PREVIA: ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS El ARNt y los aminoácidos se unen para formar los AminoaciltRNA de acuerdo a la siguiente reacción aa Esta + trna reacción + ATP esta catalizada aa-trna por + AMP unas enzimas +PP i llamadas aminoaciltrna sintetasa

26 Activación de los aminoácidos Enlace éster

27 ETAPA DE INICIACIÓN La subunidad pequeña del ribosoma se une con el ARNm por el extremo 5 P

28 Formil Metionina

29 ETAPA DE INICIACIÓN

30 1 3 Formación del enlace peptídico 2

31 ETAPA DE FINALIZACIÓN Al codón de fin se une un Factor de liberación (RF)

32 Síntesis de proteínas

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34 3 ADN original 5 A T C G A A C C G T T G C A C T A G C T T G G C A A C G T G 5 3 Agente físico o químico 3 5 A T C G A A C C G T T G C A C T A G C T T G G A A A C G T G 5 ADN con mutación génica 3

35 Un caso bien conocido de mutación puntual es el de la anemia falciforme: una simple mutación en una base de un triplete produce la sustitución de un Ac glutámico por una valina DNA TACTTAA RNAm AUGAAUU Proteína Glu Hemoglobina normal

36 Un caso bien conocido de mutación puntual es el de la anemia falciforme: una simple mutación en una base de un triplete produce la sustitución de un Ac glutámico por una valina DNA TACATAA Mutación puntual RNAm AUGUAUU Proteína Val Hemoglobina falciforme

37 El simple cambio de un nucleótido de Timina por otro de Adenina puede significar la diferencia entre la vida y la muerte Eritrocitos falciformes con hemoglobina S

38 Mutaciones cromosómicas: alteran la estructura de un cromosoma

39 Mutaciones genómicas: Aneuploidias alteran el número genómica natural de la especie Poliploidías: tetraploides

40 Alopoliploidías Nabo x Col (Raphanobrassica)

41 Trisomías y monosomías Síndrome de Down Síndrome de Turner

42 Las etapas por las que pasa una célula transformada hasta producir la enfermedad cancerosa son: Hiperplasia: crecimiento manteniendo el aspecto normal Displasia: las células aparecen con una morfología alterada Neoplasia: son células ya propiamente cancerígenas, pero no invaden otros tejidos Metástasis: las células neoplásicas invaden otros tejidos

43 Las mutaciones son el origen de variación, y por tanto, imprescindibles para la aparición de nuevas especies. Biston betularia: fenotipo salvaje Biston betularia mutante: fenotipo melánico

44 las herramientas de la ingeniería genética Enzimas. DNA polimerasas, RNA polimerasas, endonucleasas de restricción, ligasas, Transcriptasas inversas Taq polimerasa

45 Vectores Plásmidos y bacteriófagos

46 Un organismo transgénico es aquel al que se le introduce un gen de otra especie diferente Veamos un ejemplo: La Green fluorescent Protein es una proteína de 238 aa que absorbe luz de dos longitudes de onda: 475 nm (luz azul) 395 nm (ultravioleta) Al ser excitada esta proteína emite luz de 508 nm (Luz verde)

47 395 nm 475 nm 508 nm GFP

48 Esta proteína se extrae de una medusa: Aequorea victoria

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50 Enlaces del tema Simulación de la sintesis de ADN Transcripción y Código genético interactivo