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 ADN - Etapas de la replicación C.- La transcripción. -Etapas de la síntesis de ARN 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.

El gen en la teoría cromosómica de la Herencia

Los genes residen físicamente en los cromosomas, que por tanto, son grupos de genes

Cariotipo de una mujer normal Cariotipo de una

mujer con síndrome de Turner (XO)

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Concepto molecular de gen

Un gen es la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN que permite sintetizar una proteína

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Transcripción

El concepto molecular de gen se puede resumir en: un gen una proteína

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PROTEÍNAS

REPLICACIÓN

TRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓN

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

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REPLICACIÓN

TRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓN

PROTEÍNAS

TRANSCRIPCIÓN INVERSA

¿DOGMA?

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En eucariotas hay varios puntos de inicio de la replicación

En ambos casos es un proceso bidireccional

Un único punto de inicio en procariotas

Varios puntos de inicio en Eucariotas

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NH

O

ON

O

OH

HH

HH

OPOH

HO

O

NH

N

N

O

NH2N

O

OH

HH

HHOH

OPOH

O

O

• Sentido de la polimerización

H2O

DINUCLEÓTIDO

Extremo 5´P

Extremo 3´OH

Enlace fosfodiéster

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Hebra molde

Hebra en crecimiento

Sentido de polimerización: 5´P → 3´ OH

Sentido de lectura: 3´ OH → 5´P

5´

3´

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Dirección de avance de la

horquilla de replicación

Estructura de la horquilla de replicación

Fragmentos de Okazaki

Hebra retardada

Hebra conductora

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La ADN polimerasa utiliza como sustrato dexosinucleótidos trifosfato

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ADN Topoisomerasa II (Girasa)

Helicasa

Primasa Cebador (ARN)

SSB

Cebador de fragmento de Okazaki

Síntesis de la hebra retardada

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ADN Ligasa

DNA Polimerasa I Mella

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Terminación de la hebra retardada

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Reparación de errores

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)

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Tomando los símbolos de los ácidos nucleicos por grupos, las combinaciones posibles serian...

4n, donde n es el número de nucleótidos

• 41 = 4 aminoácidos

• 42 = 16 aminoácidos

• 43 = 64 aminoácidos

Por tanto, con cuatro símbolos tomados en grupos de 3, tenemos información suficiente para codificar los 20 aminoácidos

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El código genético 1ª posición extremo 5´

2ª posición U C A G

3ª posición extremo 3´

U

Phe Ser Tyr Cys U

Phe Ser Tyr Cys C

Leu Ser STOP STOP A

Leu Ser STOP Trp G

C

Leu Pro His Arg U

Leu Pro His Arg C

Leu Pro Gln Arg A

Leu Pro Gln Arg G

A

Ile Thr Asn Ser U

Ile Thr Asn Ser C

Ile Thr Lys Arg A

Met (INICIO) Thr Lys Arg G

G

Val Ala Asp Gly U

Val Ala Asp Gly C

Val Ala Glu Gly A

Val Ala Glu Gly G

ETAPA PREVIA: ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

El ARNt y los aminoácidos se unen para formar los AminoaciltRNA de acuerdo a la siguiente reacción…

Esta reacción esta catalizada por unas enzimas llamadas aminoaciltRNA sintetasa

aa + tRNA + ATP → aa-tRNA + AMP +PPi

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Activación de los aminoácidos Enlace éster

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ETAPA DE INICIACIÓN

La subunidad pequeña del ribosoma se une con el ARNm por el extremo 5´P

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Formil Metionina

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ETAPA DE INICIACIÓN

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Formación del enlace

peptídico

1

2

3

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CICLO DE ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA

ETAPA DE FINALIZACIÓN

Al codón de fin se une un Factor de liberación (RF)

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Síntesis de proteínas

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CROMOSOMA GENES TAMAÑO

1 4220 247 199 719

2 1491 242 751 149

3 1550 199 446 827

4 446 191 263 063

5 609 180 837 866

6 2281 170 896 993

7 2135 158 821 424

8 1106 146 274 826

9 1920 140 442 298

10 1793 135 374 737

11 379 134 452 384

12 1430 132 289 534

13 924 114 127 980

14 1347 106 360 585

15 921 100 338 915

16 909 88 822 254

17 1672 78 654 742

18 519 76 117 153

19 1555 63 806 651

20 1008 62 435 965

21 578 46 944 323

22 1092 49 528 953

X 1846 154 913 754

Y 454 57 741 652

Total 32 185 3 079 843 747

Número de genes y tamaño (en pares de bases) del ADN del genoma humano

Base de datos del genoma humano

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Distribución de las proteínas del proteoma humano

Generalmente los genes se regulan en unidades denominadas Operones

Un Operón incluye los genes denominados estructurales y los reguladores

La RNA polimerasa se une en una región llamada promotora y las sustancias reguladoras en el operador.

Genes estructurales Genes reguladores

Promotor Operador

A C B

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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

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Mutaciones cromosómicas: alteran la estructura de un cromosoma

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Mutaciones genómicas: aneuploidias alteran el número genómica natural de la especie

• Poliploidías: tetraploides

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Trisomías y monosomías

Síndrome de Down Síndrome de Turner

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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

GENÉTICA MOLECULAR

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

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Las mutaciones son el origen de variación, y por tanto, imprescindibles para la aparición de nuevas especies.

Ambiente natural Ambiente contaminado

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VECTORES

Plásmidos y virus

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