UNIDAD V: ÁCIDOS NUCLEICOS OBJETIVOS CONTENIDOS Conceptuales Procedimentales Actitudinales Conceptuales Procedimentales Actitudinales Señalar los procesos del ADN y Código Genético. Explicar las propiedades generales de ácidos nucleicos. Diagramar los procesos del ADN y Código genético. Caracterizar las propiedades generales de ácidos nucleicos. Practicar con ética, y responsabilidad el análisis de las propiedades, procesos y funciones del ADN y Código genético. Señalamiento de los procesos del ADN. Explicación de las propiedades generales de los ácidos nucleicos. Diagramación de los procesos del ADN y Código genético. Caracterización de las propiedades generales de los ácidos nucleicos. Practica con ética y responsabilidad el análisis de las propiedades, procesos y funciones del ADN y Código genético. El ADN es el portador de la información genética y a través de ella puede controlar, en forma indirecta, todas las funciones celulares. Debemos recordar aquí que las enzimas son proteínas que catalizan todas las funciones biológicas y se sintetizan en las células de acuerdo a la información genética. Vale decir que a la información genética la podemos comparar con un recetario, donde están las recetas de todas las proteínas del organismo. Encontramos ADN en el núcleo de las células animales y vegetales, en los organismos procariontes, en organoides como los cloroplastos y mitocondrias, como así también en algunos virus, a los que llamamos ADN - virus. La molécula de ADN es el depósito químico de la información genética de un organismo, la cual es almacenada como una secuencia de desoxirribonucleótidos en la cadena de ADN. Para que está información sea preservada y trasmitida a las generaciones futuras debe existir: 1. Un mecanismo que permita copiar las moléculas de ADN (replicación). 2. Un mecanismo que descifre el mensaje contenido en el ADN (trascripción y traducción).
REPLICACIÓN Es el proceso por el cual se hace una réplica o copia idéntica del ADN. El modelo de Watson y Crick explica ingeniosamente como es que las moléculas de ADN reproducen copias exactas de sí mismas. El proceso de replicación ocurre cada vez que la célula madre quiere formar células hijas. Características: a. Semi conservativa Cada cadena parental actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria, dando origen a dos moléculas idénticas de ADN. Cada célula hija contiene la mitad de la información original de la célula madre.
b. Toda replicación es bidireccional c. Semidiscontinua. Una de las cadenas se copia de manera directa y se le conoce como cadena continua y la cadena que la genera se le llama cadena molde. La cadena molde se lee 3 5 y la cadena continua que se va formando se lee 5 3. La otra cadena (llamada cadena codificante, que se lee 5 3 ) se copia de tramo en tramo y la cadena formada se le llama cadena retardada. Proceso de duplicación La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación, requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas. Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación". Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los
procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas". Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' to 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki. La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada. Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.
Conclusión: 1. La replicación es un proceso clave en el ciclo celular y necesario para que se lleve a cabo la división celular. 2. Las ADN polimerasas necesitan siempre un fragmento corto de ARN, cebador, con un extremo hidroxilo 3 libre para añadir nucleótidos. Las ADN polimerasas siempre recorren la hebra molde en el sentido 3-5. 3. Las hebras que se sintetizan en cada división celular siempre son ligeramente más cortas que las parentales, debido al hueco dejado por los ARN cebadores. 4. Como es fácil de adivinar, con las sucesivas divisiones celulares se irán acortando progresivamente las copias de las nuevas hebras que se sinteticen. Estos déficits son los causantes de los acortamientos de los TELÓMEROS. La pérdida de los telómeros trae consecuencias fatales para las células. TRASCRIPCIÓN Es el proceso por el cual los mensajes genéticos contenidos en el ADN son leídos o trascritos y transferidos del núcleo celular a los ribosomas. Transcripción = síntesis de ARN. Ocurre en el interior del núcleo. Necesita: Una cadena de ADN que actúe como molde. Enzimas: ARN-polimerasa. Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U. Proceso: Iniciación Comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce en el ADN que se va transcribir una señal que indica el inicio del proceso = centros promotores. Centros promotores = secuencias cortas de bases nitrogenadas.
La ARN-polimerasa hace que la doble hélice de ADN se abra exposición de la secuencia de bases del ADN unión de los ribonucleótidos. Elongación Adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN. ARN-polimerasa: lee ADN 3-5 síntesis ARN 5-3 La cadena de ARN sintetizada es complementaria de la hebra de ADN que se utiliza como molde. Complementariedad entre las bases de ADN y ARN: G-C A-U T-A C-G
Terminación La ARN-pol reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. Implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN-pol del ARN transcrito. La ARN-pol transcribe regiones de ADN largas, que exceden la longitud de la secuencia que codifica la proteína. Una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína. Extremo 3 se añade una secuencia de ribonucleótidos de adenina cola poli-a. Extremo 5 se añade una caperuza permitirá identificar este extremo en el proceso de traducción posterior.
Traducción: Es el proceso por el cual los mensajes genéticos son descifrados y utilizados para construir proteínas. Tiene lugar en los ribosomas, de una forma muy similar en procariontes y eucariontes. Comprende las siguientes etapas: a) Iniciación. Comienza por el triplete iniciador del ARNm (AUG), que está próximo a la caperuza 5'. Este triplete va precedido de la secuencia AGGAGG (secuencia de Shine-Dalgarno) que es la zona de unión con el ribosoma. Se forma el complejo de iniciación con los factores de iniciación (FI) y la energía suministrada por el GTP, la subunidad menor del ribosoma reconoce la caperuza y se une al ARNm en la zona próxima al triplete o codón iniciador. Esta caperuza aporta el ARNt iniciador que a su vez aporta el aminoácido metionina. Este ARNt contiene un triplete complementario al AUG, es decir el UAC, llamado anticodón (la proteína sintetizada contiene en su extremo el aminoácido metionina) Una vez encajado el ARNt-metionina, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma, formándose así el ribosoma completo y funcional. En él hay dos sitios claves: a) Sitio P (sitio peptidil) ocupado por el ARNt-metionina.
b) Sitio A (sitio aminoacil) que está libre para recibir un segundo ARNt (sólo el que su anticodón coincida con el del codón del ARNm) cargado con un nuevo aminoácido. b) Elongación de la cadena peptídica: Es un proceso catalizado por el enzima peptidil transferasa, el cual, mediante enlaces peptídicos va uniendo aminoácidos a la cadena peptídica. Cada vez que llega un aminoácido ocurre un proceso cíclico de elongación.
c) Fin de la síntesis de la cadena peptídica: Ocurre cuando aparece uno de los codones de terminación (UAA,UAG,UGA). En este momento un factor proteico de terminación (RF) se une al codón de terminación e impide que algún ARNt con otro aminoácido (ARNt-aminoacil) se aloje en el sitio A. En este momento se produce la hidrólisis de la cadena peptídica y se separan las dos subunidades del ribosoma.
EL CÓDIGO GENÉTICO El código genético viene a ser como un diccionario que establece una equivalencia entre las bases nitrogenadas del ARN y el leguaje de las proteínas, establecido por los aminoácidos. Después de muchos estudios (1955 Severo Ochoa y Grumberg; 1961 M. Nirenberg y H. Mattaei) se comprobó que a cada aminoácido la corresponden tres bases nitrogenadas o tripletes (61 tripletes codifican aminoácidos y tres tripletes carecen de sentido e indican terminación de mensaje).
Características: 1. Es casi universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias. 2. No es ambiguo, pues cada triplete tiene su propio significado. 3. Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura. 4. Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos. 5. Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas. 6. Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5-3.
Preguntas: 1. Cuál secuencia de bases en una cadena de ADN es complementaria con la siguiente secuencia en otra cadena. 5 --G G C T A A T C C G T--3 2. Cuál secuencia de bases de ARN sería posible a partir de una cadena de información que posee la siguiente secuencia de bases? 5--G A T A T T C C G C--3 3. Cuál secuencia de bases de ARN seria complementaria con la siguiente secuencia de bases del filamento patrón del ADN? 3--G A T T A C C G T A--5