Unidad 1: Información Unidad 1: Información Genética y ProteínasGenética y Proteínas

¿Qué es el material hereditario?• A comienzos del sigo XX, la comparación entre el

comportamiento de los cromosomas en la meiosis y el de los supuestos factores hereditarios postulados por Mendel llevó a la conclusión de que los cromosomas son los portadores de la información hereditaria.

• Se sabía que los cromosomas están formados por proteínas y por ácido desoxirribonucleico, de modo que se debía responder cuál de estas dos moléculas es el material genético.

Proteínas V/S ADN

• Proteínas: formadas por veinte tipos de aminoácidos y que hay una enorme variedad de ellas, tanto estructural como funcionalmente.

• ADN: formado solo por cuatro tipos de nucleótidos y se creía, erróneamente, que ellos se ordenan en una secuencia que se repite a lo largo de la molécula.

Evidencias de que el ADN es el material hereditario

• 1928 el bacteriólogo Frederick Griffith estudiando las bacterias causantes de la neumonía inicia con la idea de que no son las proteínas las responsables de la herencia.

La explicación fue que los rugosos se habían transformado en lisos, a causa de “algo transferido a ellos” desde los restos de lisos muertos.

• En 1944 con la interrogante propuesta por Griffith, Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demostraron que el principio transformante de los neumococos de rugosos a lisos era el ácido desoxirribonucleico (ADN)

Evidencias de que el ADN es el material hereditario

• En otro ámbito de investigación biológica, Max Delbruck y Salvador Luria descubrieron, en 1940 que los virus actúan haciendo entrar a las células una sustancia que las transforma en fábricas de virus Relevante debido a la estructura de los Virus.• 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron un experimento para averiguar cual era dicha sustancia.

Evidencias de que el ADN es el material hereditario

Estructura del ADN• 1869 Friederich Miescher descubrió los ácidos nucleicos dentro del

núcleo de la célula.• 1950 Erwin Chargaff analizó la composición de las bases nitrogenadas

Las cantidades de A y T son iguales, mientras que, las de G y C también mantienen la misma proporción.

• Por lo tanto el 50% de las bases nucleotídicas son purinas (A y G) y el otro 50 % son pirimidinas (T y C)

• Maurice Wilkins y Rosalind Franklin obtuvieron fotografía del ADN.• 1953 James Watson y Francis Crick publicaron la primera

descripción de la estructura del ADN:– El ADN parece ser una doble cadena enrollada sobre si misma “doble

hélice” (bases nitrogenadas al centro)– Cada cadena del ADN mantiene unidos entré si covalentemente a los

nucleótidos (entre el fosfato de uno y la desoxirribosa siguiente)– El apareamiento de las bases es el siguiente: A=T, CΞG y se realiza mediante

puentes de hidrógeno.– Un extremo de la cadena queda libre un fosfato, en la posición 5’ del azíucar,

mientras que en el otro, un grupo hidroxilo en la posición 3’ (la hebra complementaria va en sentido contrario)

Estructura del ADN

Dogma central de la Biología Molecular

El ADN dentro de la célula

Conjunto de cromosomas de los organismos de Conjunto de cromosomas de los organismos de

una especie se le denomina cariotipouna especie se le denomina cariotipo

Morfología cromosomas

HeterocromatinaHeterocromatina Heterocromatina, es una forma inactiva y condensada de ADN y

proteínas localizada en la periferia del núcleo.1.- H. constitutiva, idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética2.- H. facultativa, diferente en los distintos tipos celulares y que contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan.

Eucromatina, diseminada por el resto del núcleo y no visible con el microscopio de luz. Representa la forma activa de la cromatina en la que se está transcribiendo el material genético de las moléculas de DNA a moléculas de ARNm.

EucromatinaEucromatina

Cariotipo de una mujer

Cariotipo de un hombre

Cariotipo• Corresponde a la ordenación de los cromosomas

homólogos de acuerdo a pautas estandarizadas. • El cariotipo humano posee 46 cromosomas agrupados

en siete grupos y una pareja de cromosomas sexuales (XX en la mujer y XY en el hombre).

• Los 44 cromosomas no sexuales se denominan cromosomas autosómicos o autosomas.

Mujer XX Hombre XY Cromosoma sexual Y es el factor determinante de que

un individuo sea hombre

Cariotipos en diferentes especies

• Nº de cromosomas es específico para cada especie

Especie Nº cromosomas

Nº genes

H. Sapiens 23 32.786

Bos taurus 30 39.815

Salmón 25 18.429

Maíz (Zea mays) 10 23.362

Arroz

(3 variedades)

14 47.112

Mosca del vinagre 4 14.442

Neurospora sp.

(hongo)

7 10.083

Sacharomyces cereviseae (levadura)

16 6.179

Números cromosómicos

Números cromosómicos

Los alelos y las proteínas• Un gen ocupa un lugar definido en los cromosomas

y puede estar representado por más de un alelo pueden existir variantes de un mismo gen

• Las formas alternas de un gen son los alelos.

Están en pares en los cromosomas: uno proviene de la madre y el otro del padre

• Homocigoto: ambos alelos son idénticos para un gen

• Heterocigoto: posee alelos diferentes para un gen

• Homocigoto: Individuo que para un gen dado tiene en cada cromosoma homólogo el mismo tipo de alelo, por ejemplo, AA o aa

• Heterocigoto: Individuo que para un gen dado tiene en cada cromosoma homólogo un alelo distinto, por ejemplo, Aa.

• Genotipo: Es el conjunto de genes que contiene un organismo heredado de sus progenitores. En organismos diploides, la mitad de los genes se heredan del padre y la otra mitad de la madre.

• Fenotipo: Es la manifestación externa del genotipo, es decir, la suma de los caracteres observables en un individuo. El fenotipo es el resultado de la interacción entre el genotipo y el ambiente.

Proteínas tejido- específicas y Proteínas tejido- específicas y proteínas constitutivasproteínas constitutivas

• Si bien todas las células de nuestro cuerpo poseen los mismos genes, la expresión de estos genes puede variar.

• La regulación de la expresión de los genes en los tejidos está dirigida por complejos mecanismos de señales químicas, que activan o inactivan la expresión de los genes, dependiendo de la célula y el tejido en que se encuentren

• Proteínas Tejido – específicas.• Proteínas constitutivas.

Tabla que muestra algunas proteínas tejido-específicas, su ubicación y su función

ProteínasProteínas Tipos celulares Tipos celulares en los que se en los que se

encuentraencuentra

FunciónFunción

VasopresinaVasopresina Neuronas (hipotálamo)Neuronas (hipotálamo) Hormona que aumenta la Hormona que aumenta la presión sanguínea y la presión sanguínea y la

absorción de agua en los absorción de agua en los riñonesriñones

HemoglobinaHemoglobina Eritrocitos (sangre)Eritrocitos (sangre) Transporta el oxígeno a través Transporta el oxígeno a través de la sangrede la sangre

Lipasa pancreáticaLipasa pancreática Células acinares (páncreas)Células acinares (páncreas) Participa en la digestión de Participa en la digestión de lípidos en el intestino delgadolípidos en el intestino delgado

ColágenoColágeno Fibroblastos (piel)Fibroblastos (piel) Otorga resistencia a huesos y Otorga resistencia a huesos y pielpiel

InmunoglobulinasInmunoglobulinas Linfocitos (sangre)Linfocitos (sangre) Participan en la erspuesta Participan en la erspuesta inmuneinmune

glucagónglucagón Células Células αα del páncreas del páncreas Hormona que estimula el Hormona que estimula el aumento de los niveles de aumento de los niveles de

glucosa en la sangreglucosa en la sangre

Estructuras de las proteínas

• Son polímeros cuyos monómeros corresponden a los aminoácidos.• Existen solo veinte aminoácidos producidos por los seres vivos

que originan miles proteínas (aprox. 30 mil )• Las proteínas difieren entre si tanto en las propiedades

estructurales como en su función

Aminoácidos hidrofóbicos Aminoácidos hidrofóbicos Glicina (Gly)Alanina (Ala)Valina (Val)Leucina (Leu)Metionina (Met)Isoleucina (Ile)

Aminoacidos hidrofilicosAminoacidos hidrofilicosSetrina (Ser)Treonina (Thr)Cisteína (Cys)Prolina (Pro)Asparragina (Asn)Glutamina (Gln))

Aminoacidos AromaticosAminoacidos AromaticosFenilalanina (Phe)Tirosina (Tyr)Triptófano (Trp))

Aminoacidos cargados Aminoacidos cargados positivamentepositivamente

Lisina (Lys)Arginina (Arg)Histidina (His)

Aminoacidos cargados Aminoacidos cargados negativamentenegativamente

Aspartato (Asp)Glutamato (Glu)

SímboloSímboloGG

AA

VV

LL

MM

II

SS

TT

CC

PP

NN

QQ

FF

YY

WW

KK

RR

HH

DD

EE

ESTRUCTURA DE LOS GENESESTRUCTURA DE LOS GENES

• La mayor parte de los genes son fragmentos del ADN que determinan la síntesis de una proteína, aunque existen otros que realizan funciones reguladoras, como por ejemplo los Operones.

• La secuencia de nucleótidos que constituyen un gen, y los genes entre sí no se disponen linealmente, sino que están espaciados por fragmentos de ADN que no poseen información que pueda ser transcrita.

• En todo gen distinguimos las siguientes regiones :1. Región promotora.2. Región codificadora.3. Región terminadora.

Región promotora : Es una porción o zona del ADN que no codifica ningún aminoácido, pero que sirve para que las enzimas que realizan la transcripción reconozcan el principio del gen.

Región codificadora : Es la parte del gen que contiene la información para la síntesis de proteínas. Dentro de esta región existen fragmentos de ADN que sí contienen información y que se llaman EXONES, y existen fragmentos que no contienen información y que se llaman INTRONES. El principio de esta región codificadora viene determinado por la secuencia de bases TAC y su final por los tripletes ATT, ATC, o ACT.

Región terminadora : Es la región que marca el final del gen.

Replicación de ADN

MODELOS DE REPLICACIÓN MODELOS DE REPLICACIÓN En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales, y por eso se dice que la replicación del DNA es semi-conservadora.

a) Conservadora. Se sintetiza una molécula totalmente nueva, copia de la original.

b) Dispersivo. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y fragmentos de la nueva.

c) Semiconservadora (modelo correcto). En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales.

LA REPLICACIÓN AVANZA EN FORMA DE HORQUILLA

Debido a que en la célula ambas cadenas de la doble hélice de DNA se duplican al mismo tiempo, éstas deben separarse para que cada una de ellas sirva de molde para la síntesis de una nueva cadena. Por eso, la replicación avanza con una estructura en forma de horquilla .

BIDIRECCIONALIDADBIDIRECCIONALIDADEl movimiento de la horquilla es bidireccional, es decir, a partir de un punto se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos.

La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del DNA.

Este problema lo resolvieron los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en la década de 1960, al descubrir que una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que, en su honor, se denominan fragmentos de Okazaki.

DNA POLIMERASASLa DNA polimerasa es la enzima que cataliza la síntesis de la nueva cadena de DNA a partir de desoxirribonucleótidos y de la molécula de DNA plantilla o molde que es la que será replicada. La enzima copia la cadena de nucleótidos de forma complementaria (A por T, C por G) para dar a cada célula hija una copia del DNA durante la replicación.

MODO DE OPERACIÓN:MODO DE OPERACIÓN:En cada horquilla de replicación, la DNA polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de DNA que son complementarias respecto a las 2 cadenas originales.

TIPOS:TIPOS:ADN polimerasa I: Repara y sustituye segmentos (Exonucleasa)ADN polimerasa II: Acción reparadora, correción (Exonucleasa de 3´ a 5´)ADN polimerasa III: Síntesis de ADN.

INICIACIÓN

Para que pueda formarse la horquilla de replicación es necesario que las dos cadenas se separen para sintetizar el cebador y el DNA de la cadena de nueva síntesis. Para ello el DNA debe desenrollarse y el punto de partida viene determinado por una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de replicación. (Adenina y Timina)

ELONGACIÓN

Puesto que la ADN Pol III necesita de un extremo 3'-OH libre, es necesario que una RNA primasa catalice la formación de un fragmento corto específico de RNA llamado cebador, que determinará el punto por donde la DNA polimerasa comienza a añadir nucleótidos. Pero debido a la unidireccionalidad de la actividad polimerasa de la DNA Pol III, que sólo es capaz de sintetizar en sentido 5´ → 3', la replicación sólo puede ser continua en la hebra adelantada; en la hebra rezagada es discontinua, dando lugar a los fragmentos de Okazaki.

TERMINACIÓN

El final de la replicación se produce cuando la DNA polimerasa III ha copiado el ADN y se produce entonces el desacople de todo el replisoma y la finalización de la replicación.

Eliminación de los Fragmentos de Okazaki…Eliminación de los Fragmentos de Okazaki…

Las siguientes enzimas participan en la correción de errores de la replicación.

• Endonucleasa: Corta las regiones erradas.• ADN polimerasa I: Rellena los espacios.• ADN ligasa: Une las regiones separadas.

Transcripción del ADN

TranscripciónTranscripción• La maquinaria de transcripción debe detectar la localización de un

gen uniéndose a la región denominada sitio de inicio, y que está constituido por la secuencia TAC

• Las proteínas que están encargadas de reconocer el sitio de inicio se denominan factores de transcripción facilitan la actividad de las enzimas de transcripción

• Una vez que el factor de transcripción se ha unido a una región cercana al gen por transcribir, la enzima ARN polimerasa inicia la lectura del ADN y la síntesis del ARNm complementario.

• La ARN polimerasa comienza la síntesis de ARN a partir de la lectura de la secuencia TAC y finaliza al llega a una secuencia de término, que puede ser : ATT, ACT o ATC

• Una vez que la ARN polimerasa alcanza la secuencia de término, para finalizar el proceso debe realizar: eliminación de los intrones, modificación del extremo 3’ y modificación del estremo 5’.

http://www.maph49.galeon.com/arn/rnapoly.html

1) "SPLICING":

Se conoce como "eliminación y empalme", es la eliminación de fragmentos del ARNm que no intervienen en la síntesis de la proteína y en el empalme o unión de los fragmentos que harán parte del ARNm.

2) ADICION DEL CAP:

Consiste en adicionar el nucleótido guanina modificado en 7 metil guanina (m7G) en el extremo 5’ del primer nucleótido (generalmente una adenina) del transcrito primario. La función de este CAP es reconocer el primer codón para iniciar la traducción del ARNt.

3)ADICION DEL POLI A: Consiste en adicionar de 200 a 250 adeninas en el extremo 3' del

transcrito primario.

Al POLI A se le atribuyen la función de proteger el ARNm de las ADNasas citoplasmáticas.