El genomaEl genoma

Es el juego completo desecuencias en elmaterial genético de unorganismo. Esto incluyela secuencia de cadala secuencia de cadacromosoma más el ADNde cada organelo.

Ratón HumanoAvena

El genomaDefine la naturaleza hereditaria de cada organismo.

El genoma

Físicamente esta compuesto por los ácidos nucleicos:

• ADN Proveen la información para la• ADN• ARN

p“construcción” y funcionamiento delos organismos.

1848 Wilh l H f i t b l1848, Wilhelm Hofmeister observa a loscromosomas durante la división celular.

1860 G M d l t di l h i1860, Gregor Mendel estudia la herenciaen plantas de chícharo e hipotetizó quealgún los caracteres se heredan de unageneración a otra.g

1868, Charles Darwin hipotetizó unmecanismo de herencia al cual llamo“pangenesis” que significa en griego el

i i t d t dnacimiento de todo.

1883, Wilhelm Roux propuso que loscromosomas son los portadores delpmaterial genético.

1889, Hugo de Vries propuso elconcepto de pangen, que describe a lapequeña partícula que hereda una

t í ticaracterística.

1909 Wilhelm Ludvig Johannsen1909, Wilhelm Ludvig Johannsenabrevió el termino a “gene” y la describecomo la unidad física, fundamental yfuncional de la herencia.

1910, Thomas Hunt Morgan mostró quelos genes residían en los cromosomas yque ocupaban lugares específicosd t d tdentro de estos.

1928, Frederick Griffith demostró que los1928, Frederick Griffith demostró que losgenes pueden ser transferidos.

Experimento de Griffith, 1928.

1941 G W ll B dl Ed d L i T t t l1941, George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum mostraron que lasmutaciones en los genes causaban errores en pasos metabólicos específicos,demostrando así que genes específicos codificaban para proteínas especificas,proponiendo la hipótesis “un gen, una proteína”.p p p g , p

Edward Lawrie TatumGeorge Wells Beadle

1944, Oswald Avery, Colin Munro MacLeod y Maclyn McCarty, demostraronque el ADN es el portador de la información de los genes.

Oswald Avery Colin Munro MacLeod Maclyn McCartyy y y

Experimento de Avery, MacLeod & McCarty (1944)

Está determinada por la secuenciade nucleótidos de una sola hebra.Aquí se distingue un esqueleto depolidesoxirribosa- fosfato y unasecuencia de bases nitrogenadas (A,T, C, G…). La diferencia entre lasmoléculas de ADN estará en lasecuencia de las basesnitrogenadas.

Polimerización de nucleótidos

La enzima que se encarga de laLa enzima que se encarga de launión de los nucleótidos es la ADNpolimerasa.

Como el primer nucleótido tiene libre el carbono5' l i i t l ótid ti lib l b5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono3', se dice que la secuencia de nucleótidos seordena desde 5' a 3' (5' → 3').

Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos

1950, Erwin Chargaff, encontró que en el ADN existe la misma cantidad deadenina que de timina y de guanina que de citosina.

Erwin Chargaff

R l d Ch ffReglas de Chargaff

1. El número total de pirimidinas (T + C) siempre esigual a la cantidad total de purinas (A + G)igual a la cantidad total de purinas (A G).

2. La cantidad de T siempre es igual a la de A y lacantidad de C siempre es igual a la de G Sincantidad de C siempre es igual a la de G. Sinembargo la cantidad de A + T no necesariamentees igual a la cantidad de G +C.

Regla de Chargaff

Modelo de Watson y Crick

1. Reglas de Chargaff

2. Estructura de los nucleótidos

3 Cristalografía de rayos X3. Cristalografía de rayos X (Rosalind Franklin & Maurice Wilkins

Nature, 1953

Apareamiento de basesWatson y Crick (1953) propusieron el modelo de la doble hélice,la cual se basa en la asociación de las cadenas polinucleótidas através de puentes de hidrogeno de las bases nitrogenadas. AsíG forma estos puentes específicamente con C, mientras que Alo hace T. Esto se conoce como apareamiento de bases y se diceque son complementarias.

Apareamiento de basesEl modelo también propone quelas cadenas están alineadas(anneling) en direccionesopuestas (antiparalelas).

James Watson Francis CrickRegla de Chargaff

Linus Pauling

ADN. Cristalografíade rayos X.

M.H.F Wilkins Rosalind Franklin

El ADN es una doble hélice

Formas estructurales de la doble hélice

ADN H

Es la forma en que se organiza la doble hélice

E él l i t í l it d iEn células procariontes, así como en las mitocondrias ycloroplastos eucariontes, el ADN se presenta como una doblecadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada.

El superenrollamiento solo se presenta en ADNcerrado, sin extremos libres.

U ADN d d lé l i lUn ADN cerrado puede ser una molécula circular ouna lineal cuyos extremos están anclados a unaproteína estructural.

En células eucariontas, se encuentra alojado dentro del minúsculonúcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la estructura secompacta mucho. Las proteínas básicas son las histonas

La unión con histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cadanucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa, denominadacentro (core) seguida por un eslabón (linker) El centro está compuesto porcentro (core), seguida por un eslabón (linker). El centro está compuesto porun octámero de proteínas, las histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4.Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura estárodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero.El eslabón está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma conotro y una histona H1.

El conjunto de la estructura se denomina fibra deÅcromatina de 100Å. Tiene un aspecto repetitivo en forma

de collar de perlas, donde las perlas serían losnucleosomas, unidos por los eslabones., p

La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. Elenrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de

l idselenoide.

Los selenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de laLos selenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas.

L ti l ti d ti ti t tiLa eucromatina es el tipo de cromatina geneticamente activa,involucrada en la transcripción de ARN para producir proteínasutilizadas en el crecimiento y función celular.

La heterocromatina describe la parte del genoma que esta altamentecondensado, no se transcribe y se replica al final. Esta dividida en dos, y ptipos: la constitutiva y la facultativa.

Mitocondria

CloroplastoADN

Temperatura de melting (Tm)*

* Temperatura de fusión

Hibridación de ácidos nucleicospor apareamiento de bases

El concepto deapareamiento de baseses clave para todos losprocesos que involucra aprocesos que involucra alos ácidos nucleicos. Laruptura de pares debases es un aspecto

ócrucial de la función dela molécula de doblecadena, mientras que lahabilidad de formarhabilidad de formarpares de bases del ácidonucleico de cadenasencilla es esencial para

ti id dsu actividad.

El alineamiento (annealing) del ADN describe larenaturalización de una estructura duplex a partir decadenas sencillas que se obtienen de la desnaturalización dela doble cadenala doble cadena.

La hibridación describe elapareamiento complementariode cadenas de ADN y ARN paradar un híbrido ARN-ADN.

La síntesis de los ácidos nucleicos esta catalizada por enzimasespecíficas que reconocen el molde y llevan a cabo la adiciónde subunidades a la cadena polinucleótida que estasintetizándose Estas enzimas son nombradas de acuerdo alsintetizándose. Estas enzimas son nombradas de acuerdo altipo de cadena que sintetizan: ADN polimerasa y ARNpolimerasa.

ADN polimerasa ARN polimerasa

La degradación de los ácidos nucleicos también requiere enzimasespecíficas: desoxiribonucleasa (DNAasas) y ribonucleasas(RNAasas). Las nucleasas se clasifican en exonucleasa y(RNAasas). Las nucleasas se clasifican en exonucleasa yendonucleasas.

exonuclease

Ciclo celularEl ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que conducenal crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.

Replicación

G0 en E. coli de 20 a 30 minen células de mamífero de 12 a 24 hen células de mamífero de 12 a 24 h

Mitosis

Meiosis

La secuencia de ADN determina la naturaleza de cualquierorganismoorganismo.

Las diferencias entre las propiedades genéticas de losindividuos pertenecientes a la misma especie son laconsecuencia de la diferencia en sus secuencias de ADNconsecuencia de la diferencia en sus secuencias de ADN.

Cualquier cambio que se realice en la secuencia del genomade una generación a otra se llama mutación.

MutacionesMutaciones

Las mutaciones proveenlas bases de la evoluciónpara seleccionar entreindividuosindividuos.

Cualquier cambio que serealice en la secuenciadel genoma de una

ió tgeneración a otra sellama mutación.

Bacteria

Mutación Cambios en la estructura de ADNMutación. Cambios en la estructura de ADN.

Mutante: Estado genético de un organismoMutante: Estado genético de un organismoque lo hace diferente al organismosilvestre (wildtype).

L i d Las mutaciones puede ser:EspontáneasInducidasInducidas

Mutaciones:Mutaciones:

PuntualPuntual: Una sola posición en el gen (una sola base): Una sola posición en el gen (una sola base)

Sustitución: Cambio de bases.Sustitución: Cambio de bases.

RearreglosRearreglos: Afecta grandes regiones:: Afecta grandes regiones:

Inserción: Adición de material genético.Inserción: Adición de material genético.TransposicionesTransposiciones

DeleciónDeleción: Pérdida de material genético.: Pérdida de material genético.

Omisión de exón: “Omisión de exón: “splicingsplicing””

pp

Mutación puntual

Modificación Modificación química

SustituciónSustitución

Anemia falsiforme

Sustitución

transición

transversión

Mutación silente Mutación de sentido perdido

Mutación sin sentido

Transición

Desapareamiento de bases (base mispairing)

Aberración causada por laincorporación al ADN de unapbase anormal conpropiedades deapareamiento ambiguas.

Mutación por rearregloInserción

Mutaciones cromosómicasMutaciones cromosómicas

Son los cambios en la estructura interna de lost d l é didcromosomas estas pueden ser las que suponen pérdida

o duplicación de segmentos o partes del cromosoma.

EstructuralesEstructurales

Numéricas

Puntuales

EstructuralesEstructurales

Son las mutaciones que afectan a la secuencia de los hipotéticosSon las mutaciones que afectan a la secuencia de los hipotéticosfragmentos en que podría subdividirse transversalmente uncromosoma.

a) Pérdida o aumento del material genético:

Deleción cromosómica: Es la pérdida de un segmento de un cromosoma.

D li ió ó i E l ti ió d t d lDuplicación cromosómica: Es la repetición de un segmento del cromosoma.

b) Variaciones en la distribución de los segmentos de los cromosomas:

Inversiones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentraInversiones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentrasituado en posición invertida.

Traslocaciones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentrasituado en otro cromosoma homólogo o no.situado en otro cromosoma homólogo o no.

Mutación por inversión de un fragmentoMutación por inversión de un fragmentocromosómico. Es el cambio de sentido de unfragmento del cromosoma.

Mutación por deleción o pérdida de unMutación por deleción o pérdida de unfragmento cromosómico.

Mutación por duplicación de un fragmentocromosómico Suelen estar asociadas casicromosómico. Suelen estar asociadas casisiempre con deleciones en otro cromosoma.

Mutación por translocación de unfragmento cromosómico Es decir por unfragmento cromosómico. Es decir por uncambio en la posición de un fragmentocromosómico. La translocación puede ocurriren un solo cromosoma, entre cromosomashomólogos o entre cromosomas diferentes.

Mutación por Isocromosomas. Cuando elcentrómero se divide transversalmente enlugar de longitudinalmente

NuméricasNuméricas

Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas t d lo todo el genoma.

P li l idí E l t ió i t l t d lPoliploidía: Es la mutación que consiste en el aumento delnúmero normal de “juegos de cromosomas”. Los serespoliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegosproceden de la misma especie o alopoliploides si procedenproceden de la misma especie, o alopoliploides, si procedende la hibridación, es decir, del cruce de dos especiesdiferentes.Haploidía: Son las mutaciones que provocan unaHaploidía: Son las mutaciones que provocan unadisminución en el número de juegos de cromosomas.

Poliploidia

Es un fenómeno natural que generalmente sucede en plantasq g ppioneras de especies durante periodos de estrés. Las plantaspoliploides se encuentran mucho en nuestros cultivos,contienen más clorofila fotosintetizan y crecen más rápidocontienen más clorofila, fotosintetizan y crecen más rápidoque las plantas convencionales.

CC AACC AA

n=9 n=19 n=10

Aneuploidía: Son las mutaciones que afectan sólo a un número deeup o d a So as utac o es que a ecta só o a u ú e o deejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar aljuego completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías,trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares decada tipo de cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, ocuatro, etc. Entre las aneuplodías podemos encontrar diferentestipos de trastornos genéticos en humanos como pueden ser:

Trisomía 21 o Síndrome de Down que tienen 47 cromosomas. Trisomía 18 o Síndrome de Edwards También tienen 47Trisomía 18 o Síndrome de Edwards. También tienen 47

cromosomas. Monosomía X o Síndrome de Turner. Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X. Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter. Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.

Trisomia 21 o Síndrome de Down

Trisomia 18 o Síndrome de Edwards

Monosomía X o Síndrome de Turner

Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple Xp

Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter

í SíTrisomía sexual XYY o Síndrome de la doble Y

í SíTrisomía 13 o Síndrome de Patau

R di i i i• Radiaciones ionizantes• Agentes químicosAgentes químicos• Procesos celulares

Rayos UVRayos XRayos XRayos gamaRayos cósmicosPartículas betaPartículas alfa

Procesos celulares (desaminaciónaccidental y errores de replicación)

El ARNEl ARNLa mayoría de las moléculas celulares del ARN son

d P d f t t d i t lmonocadenas. Pueden formar estructuras secundarias talescomo asas (a) y horquillas (b)

El papel principal del ARN es participar en la síntesis de proteínas

Tipos de ARNp

•ARN mensajero (ARNm)

•ARN de transferencia (ARNt)

•ARN ribosomal (ARNr)

Otras clases de ARN incluyen:

•Ribozimas

•Pequeñas moléculas de ARN (sARN, RNAi)

Representa a un solo aa

Bacterias Eucariontes