Ácidos nucleicos 5ª Parte: Cromosomas, genes, alelos y mutaciones Tema 11 de Biología NS Diploma BI Curso 2013-2015
Base química de la herencia BE El ADN es la molécula portadora de la información genética gracias a que cumple cuatro condiciones imprescindibles: 1. Debe poder contener cualquier tipo de información biológica. Al ser una macromolécula formada por cuatro tipos de nucleótidos y al tener un gen miles de pares de nucleótidos, las combinaciones son casi infinitas.
Base química de la herencia BE 2. Debe ser resistente a las alteraciones (mutaciones). Si por cualquier razón se coloca un nucleótido incorrecto, se aparea inadecuadamente con el complementario, por lo que la doble hélice queda alterda. La célula posee mecanismos para reconocer el error, eliminar el nucleótido incorrecto y sustituirlo por el correcto. No obstante, la posibilidad de mutación no debe ser nula con objeto de promover la evolución.
Base química de la herencia BE 3. Duplicación. Las células hijas reciben la misma información que la progenitora. Para esto, basta con que se separen las dos cadenas de la hélice y se sintetice, junto a cada una, la complementaria.
Base química de la herencia BE 4. Transcripción de la información. El obligado emparejamiento de nucleótidos complementarios permite a la célula copiar en un ARN mensajero la secuencia complementaria de una de las hebras. Esta secuencia complementaria puede ser luego traducida en forma de proteína, según las normas del código genético.
Flujo de la información genética El ADN porta la información genética, es decir, nuestros genes proporcionan la información, pero son las proteínas las que realizan el trabajo. Cómo se expresa la información genética contenida en el ADN? Cómo pasa la información desde el ADN hasta las proteínas que la ejecutan?
Redefinición del dogma central de la Biología Molecular Ciertos virus (retrovirus) pueden realizar la transcripción al revés (retrotranscripción) ya que poseen una enzima llamada transcriptasa inversa o retrotranscriptasa, que fabrica ADN complementario a un ARN molde. Otros virus (virus de ARN) son capaces de replicar el ARN. Ciertas proteínas (priones) tienen la capacidad de autoperpetuarse convirtiendo las normales en defectuosas.
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética La primera prueba de que los genes estaban formados por ADN procede de los experimentos de transformación bacteriana realizados por F. Griffit en 1928. Existían dos cepas de Neumococo: Una patogénica encapsulada, denominada S porque que al sembrarla en placa producían colonias lisas, y otra no patogénica sin cápsula, denominada cepa R sin cápsula, que producían colonia rugosas. Descubrimiento: Al mezclar virulentas muertas (S) con no virulentas vivas (R), las últimas se habían transformado en S, podían formar cápsula y adquirían patogenicidad. La sustancia que pasaba de las bacterias L muertas a las R vivas, y transformaba a ésta última en S, el principio transformante, no pudo aislarse.
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética En 1944 Avery, McLeod y McCarty identificaron dicho principio transformante como ADN. El lisado de bacterias S lo mezclaron con bacterias R vivas, las cuáles se transformaban en S y mataban a las ratas. Comprobaron que de todas las sustancias presentes en el lisado bacteriano (proteínas, azúcares, ác. nucleicos y lípidos) sólo el ADN producía dicha transformación. Este cambio de paradigma fue contestado por parte de muchos investigadores, ya que hasta el momento se creía que eran las proteínas y no el ADN el responsable, y por otro lado, se dudaba de que las bacterias tuvieran genes. http://www.dnaftb.org/17/animation.html
Descubrimiento del ADN como portador de la información genética
Material genético en procariotas y eucariotas La secuencia de bases nitrogenadas del ADN constituye la información codififcada que las células emplean para fabricar sus proteínas. Sin embargo, la organización de esta secuencia es diferente en las células procariotas y en las eucariotas. Las principales diferencias quedan recogidas en la siguiente tabla: ADN eucariota ADN procariota Lineal Se localiza en el núcleo Asociado a proteínas histonas Los genes presentan exones intercalados con secuencias no codificantes (intrones) Sólo el 10% del ADN codifica a proteínas No tienen plásmidos Circular Se localiza en el citoplasma Desnudo Genes continuos, sin intrones Casi todo el ADN codifica a proteínas Presencia de plásmidos En ambos el ADN consiste en una doble hélice de desoxirribonucleótidos
ADN y cromosomas Durante la interfase, el ADN eucariota se encuentra en forma de cromatina (fibra 30 nm), pero cuando la célula va a dividirse, cada una de las moléculas lineales de ADN se condensa hasta formar los cromosomas, perfectamente visibles al microscopio durante la metafase mitótica (cromosoma metafásico), y cuya estructura se discutirá cuando se vea el núcleo celular. Cromosoma eucariota: Representa el máximo nivel de empaquetamiento del ADN y está formado por ADN y proteínas histonas. Locus: Posición específica de un gen en un cromosoma. Gen: Factor heredable que controla una característica específica. Alelo: Forma específica de un gen, que difiere de otros alelos en una o varias bases y que ocupa el mismo locus que los otros alelos del gen. Web Learn.genetic de la Universidad de Utah
Genes y genomas Genoma: Toda la información genética de un organismo. Web Learn.genetic de la Universidad Utah Video1
Genes y cromosomas Puede decirse que un gen es una región de ADN que controla una característica hereditaria específica, habitualmente correspondiente a una sola proteína o a un solo ARN. Existen distintos tipos de genes: - Genes reguladores son aquellos que codifican para proteínas que regulan la expresión de otros genes estructurales, como por ejemplo la síntesis de enzimas. - Genes estructurales son aquellos que codifican a proteínas que llevan a cabo todas las funciones del organismo y que proceden de ARNm maduros tras la eliminación de los intrones. - Genes no traducidos que codifican a ARNt y ARNr.
Mutaciones Las mutaciones son cambios al azar en el genoma, y se definen como un cambio heredable de la secuencia de nucleótidos de un cromosoma, es decir, alteraciones genéticas. Las mutaciones se pueden clasificar según varios criterios: Se define mutación génica como un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos de un gen, bien por sustitución, deleción o inserción.
Causas de las mutaciones: Mutágenos físicos * Longitud de onda muy corta (muy energéticos). * Rayos gamma, rayos X, partículas alfa y beta. * Causan: Animación1
Causas de las mutaciones: Mutágenos químicos Los análogos de bases tienen similitud estructural con las bases nitrogenadas, como el 5-bromouracilo con la timina, y se incorporan en el ADN que se replica en lugar de la base correspondiente, permitiendo el apareamiento posterior con la guanina en lugar de adenina. Hay moléculas que reaccionan directamente con el ADN que no está replicándose, ocasionando cambios químicos en las bases, lo que provoca apareamientos incorrectos. Un ejemplo es el ácido nitroso, que provoca la desaminación oxidativa de la adenina y la citosina, originando transiciones (A por G o C por T).
Causas de las mutaciones: Mutágenos químicos Los agentes intercalantes que se insertan entre dos pares de bases del ADN separándolas entre sí. Durante la replicación, esta conformación anormal puede conducir a inserciones o delecciones en el ADN, originando mutaciones por corrimiento de lectura. Las sustancias más características de este grupo son los colorantes de acridina. Las formas reactivas del oxígeno (superóxidos, peróxidos y radicales hidroxilo) que se producen durante el metabolismo aeróbico normal pueden dañar el ADN. Una de las principales alteraciones que originan es la transformación de la Guanina en 8-oxo-G que aparea con la Adenina. Esta alteración del ADN produce transversiones: GC TA.
Causas de las mutaciones: Mutágenos biológicos Animación2
Consecuencias de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones Mutaciones génicas: Producidas por el cambio de uno o varios nucleótidos en la secuencia de un gen. Pueden deberse a: Animación3
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Consecuencias perjudiciales de las mutaciones
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica La anemia falciforme es una enfermedad sanguínea en la que los glóbulos rojos adquieren forma de hoz y son incapaces de transportar oxígeno. Ocurre más frecuentemente en la población de origen africano, donde el 1% la padece. Las personas con anemia pueden llegar a fallecer debido a problemas renales, infecciones e ictericia. La anemia falciforme se debe a una mutación génica en uno de los genes de la hemoglobina, pigmento transportador de oxígeno en los glóbulos rojos. La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria formada por 4 subunidades, dos cadenas alfa y dos cadenas beta, a cada una de las cuáles se les une un grupo hemo.
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica El gen para la beta-globina esta localizado sobre el cromosoma 11 y tiene muchos variantes alélicos, entre ellos, el de la hemoglobina falciforme (Hb S ), responsable de la formación de los glóbulos rojos anormales (falciformes). La anemia falciforme es un ejemplo de enfermedad hereditaria producida por la presencia en los cromosomas homólogos 11 de la hemoglobina S en su forma homocigótica (Hb S Hb S ). Una persona con fenotipo normal presenta en la pareja de homólogos del cromosoma 11 el alelo normal para la hemoglobina A en su forma homocigótica (Hb A Hb A ). Una persona hereocigótica (Hb A Hb S ) es portadora, y aunque puede vivir normalmente, hasta un 40% de su hemoglobina es anormal.
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica La hemoglobina anormal se debe a una sustitución de una única base en el codón GAG del ARNm normal, que pasa a GUG, dando como resultado la sustitución del aminoácido ácido glutámico por valina, en la posición 6 de la cadena beta, resultando la hemoglobina S, en lugar de la hemoglobina A normal. Animación4
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme como ejemplo de mutación génica
Anemia falciforme y malaria
Anemia falciforme y malaria Video2
Consecuencias evolutivas de las mutaciones
Consecuencias evolutivas de las mutaciones
Pruebas Acceso a la Universidad