Ud.14. genética molecular nuevo

Biología. 2º bachillerato
Unidad 14. Genética molecular
C.E.M HIPATIA-FUHEM
Miguel Ángel Madrid
14
Genética molecular

C.E.M HIPATIA-FUHEM
14
Genética molecular
1. El ADN como depositario de la información
genética.
2. Concepto molecular de gen.
3. Replicación del ADN
1. Etapas de la replicación
2. Diferencias entre el proceso replicativo en
procariotas y eucariotas.
4. Expresión de la información genética:
dogma central de la biología molecular.
5. Transcripción.
6. El código genético
7. Traducción.
8. El genoma de procariotas y eucariotas
9. El proyecto genoma humano.
10. Concepto de proteoma y proteómica.
Aplicaciones en biociencias.

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“Collar de
perlas”
1. El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN
unida a proteínas
A principios del
siglo XX se sabía…
Análisis de los
Cromosomas.
(ADN + proteínas)

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“Collar de
perlas”
El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN
unida a proteínas
¿Qué molécula posee la
información genética?
¿El ADN o las proteínas?

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“Collar de
perlas”
Interfase
Fibra de ADN
unida a proteínas
¿Las proteínas en
su secuencia de
aminoácidos?

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“Collar de
perlas”
Interfase
Fibra de ADN
unida a proteínas
¿El ADN en su
secuencia de
nucleótidos?

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1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO
¿Quién es el
depositario de la
información
genética?
Primeras evidencias:
Las proteínas. El ADN tiene
una estructura demasiado
sencilla. Las proteínas son más
complejas y tienen funciones
catalíticas.
1928. Experimento de
Griffith (buscando vacuna contra
la neumonía provocada por
Streptococcus pneumoniae)

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1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO
Streptococcus
pneumoniae
(bacteria causante de la
neumonía, presenta dos
variantes o cepas distintas)
Cepa S: (del inglés smooth, liso). Poseen
cápsula gelatinosa de polisacáridos que
impide que el sistema inmunológico del
ratón las ataque. Provocan la enfermedad
Cepa R: (del inglés rough, rugoso). Sin
cápsula gelatinosa de polisacáridos.
Forman colonias rugosas. No provocan la
enfermedad ya que el sistema inmune del
ratón las ataca rápidamente.

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Experiencias de F. Griffith
Bacteria con cápsula
(virulenta)
Tipo S
Bacterias S
muertas por
calor
Tipo R
Bacteria sin cápsula
(no virulenta)
Bacterias S
muertas por
calor
Bacterias R
vivas
1 2
3 4
De los ratones muertos se extraen bacterias
vivas de la cepa S
De los ratones inoculados no se extraen
bacterias vivas
De los ratones inoculados no se extraen
bacterias vivas, pues no crecen en el animal.
De los ratones muertos se extraen bacterias
vivas de la cepa S

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CONCLUSIÓN. En las bacterias muertas (cepa S) existía algo,
llamado PRINCIPIO TRANSFORMANTE que era captado por las
bacterias vivas no virulentas (cepa R) y transformaba sus
caracteres hereditarios convirtiéndose en virulentas.

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1. Se inoculan ratones con cepas S, contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen
bacterias S vivas.
2. Los ratones inoculados con cepas R no contraen la enfermedad. De ellos se extraen bacterias
vivas pues no crecen en el animal
3. Se inoculan ratones con cepas S, muertas por el calor. No contraen la enfermedad. De ellos no
se extraen bacterias vivas.
4. Los ratones inoculados con cepas S, muertas por el calor y, simultáneamente, cepas R vivas
contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias vivas S.

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EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN
UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE
BACTERIAS S)
Cultivaron las bacterias en tubos de
ensayo (in vitro)
Fueron destruyendo, uno por uno,
todos los componentes bioquímicos
de las células S para evitar la
transformación e identificar el
responsable.
Degradaron polisacáridos de la
pared y al inyectarlas en el ratón la
transformación se producía. A
continuación degradaron proteínas y
la transformación se producía.
Así sucesivamente hasta que atacar
al ADN de las bacterias. La
transformación no se producía

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BACTERIAS S)
La molécula de ADN contiene la
información necesaria para
convertir las bacterias R no
virulentas en bacterias S
virulentas.
Demostraron además, del papel
biológico del ADN, que las
bacterias pueden intercambiar
material genético
(transformación)

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BACTERIAS S)

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En 1944 Avery y colaboradores demostraron que el principio
transformante era el ADN, que determinaba o no la producción de
la cápsula bacteriana.
CONCLUSIÓN
El ADN era el material genético
en bacterias.
En 1952 se demostró que era el
material genético en el resto de
organismos

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2. El concepto molecular de gen
Genética clásica
Un gen contiene información
para un determinado carácter
El concepto de gen ha ido
cambiando según
aumentaban los
conocimientos sobre
genética molecular.

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1941. Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora
crassa
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
Sólo precisa una fuente
de carbono, biotina y
ciertos minerales.
Sometieron al hongo a
ciertas dosis de rayos X.
Obtuvieron mutantes
incapaces de sintetizar
determinados
aminoácidos, por lo que
solo sobrevivían al
añadir al medio los
aminoácidos.

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Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora
crassa
Descubrieron:
A cada mutante le
faltaba el enzima
específico que
catalizaba algún paso de
la síntesis del
aminoácido al que
habían alterado.
Los mutantes se
diferenciaban de la cepa
salvaje en un solo gen.

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Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora
crassa
Descubrieron:
Si se altera el gen, no se
fabrica la enzima
correspondiente y la ruta
se bloquea.

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1 gen 1 enzima
1 gen 1 proteína
1 gen 1 cadena
polipeptídica

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Desde el punto de vista funcional:
Fragmento del ADN que lleva la información para
fabricar una cadena polipeptídica de una
proteína, necesaria para que se exprese un
carácter en un individuo

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REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS

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El ciclo celular
Fase G0
Fase G0
Fase G1
Fase G1
Fase permanente en células
que no entran nunca en mitosis.
Estado de quiescencia.
Fase permanente en células
que no entran nunca en mitosis.
Estado de quiescencia.
Síntesis de proteínas y
aumento del tamaño celular.
Síntesis de proteínas y
aumento del tamaño celular.
Replicación del ADN y
síntesis de histonas.
Replicación del ADN y
síntesis de histonas.
Transcripción y traducción de genes que
codifican proteínas necesarias para la
división. Duplicación de los centriolos
Transcripción y traducción de genes que
codifican proteínas necesarias para la
división. Duplicación de los centriolos
División celularDivisión celular
Fase de
mitosis
Fase de
mitosis
División del
citoplasma
División del
citoplasma
CitocinesisCitocinesis
Fase SFase S
Interfase
Fase G2
Fase G2
REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS

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Capacidad de hacer copias de si mismo.
Esto permite transmitir la información genética a
las células hijas.
3. REPLICACIÓN (DUPLICACIÓN) DEL ADN
La replicación permite a las
células hijas contener el mismo
ADN que la célula madre.
Las células duplican su ADN
antes de la división celular (en
eucariotas en la fase S de la
interfase).

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3. REPLICACIÓN DEL ADN ¿Cómo se produce la duplicación?
3 hipótesis
Hipótesis
semiconservativa
Hipótesis
conservativa
Hipótesis
dispersiva
Cadena antigua Cadena nueva

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TEORÍA CONSERVATIVA
Una doble hélice conserva las dos cadenas originales, y
la otra está formada por las dos cadenas de nueva
síntesis.

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TEORÍA DISPERSIVA
ADN copia
Cada una de las dos cadenas hijas contiene fragmentos
de la cadena original y fragmentos de la nueva
síntesis

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TEORÍA SEMICONSERVATIVA
Cada doble hélice conserva una hélice de las dos
originales y sintetiza una nueva (Watson y Crick)

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La duplicación del ADN
Medio N15
Medio N14
ADN inicial ADN después
de la 1.ª
duplicación
Experimento de Meselson y Stahl (1958)
ADN después
de la 2.ª
duplicación
ADN después
de la 3.ª
duplicación
ADN N15
ADN N14-15
ADN N14
1- Cultivaron bacterias en un medio con N-15 (Las bases nitrogenadas incorporaron el isótopo).
2- Transfirieron las bacterias a un medio con N-14. El ADN obtenido tenia la misma proporción N14,
N15. Cada bacteria había heredado la mitad de ADN de su progenitora y la otra mitad la
sintetizaba de los componentes del medio.
3- Aparecían ADN hibrido (N14-N15) y ADN solo con N14

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3. La duplicación del ADN
¿Dónde ocurre?
¿Cuándo ocurre?
Núcleo (eucariotas)
Nucleoide (procariotas)
Matriz (mitocondrias)
Estroma (cloroplastos)
FASE S DEL
CICLO CELULAR
(en interfase)

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Principales características de la
replicación
 Es semiconservativa. Cada molécula de ADN está formada por
una cadena de ADN original y otra recién formada.
Se produce por adición de mononucleótidos en sentido 5´ 3`
 Es bidireccional. Se forman dos horquillas de replicación que
avanzan en sentidos opuestos.
 En virus y bacterias hay un único punto de inicio, mientras que
en eucariotas hay varios.
Es semidiscontinua. En una cadena (llamada conductora) se
sintetizan fragmentos bastante grandes de forma continua,
mientras que en la otra (llamada retardada) la síntesis es
discontinua, es decir, se sintetizan pequeños fragmentos de forma
separada y después se unen (los llamados fragmentos de
Okazaki). Ello se debe a que las dos cadenas son antiparalelas y a
que la síntesis es siempre en sentido 5´ 3´

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¿Qué necesitamos?
- ADN molde
- Nucleótidos: ATP, GTP, CTP, TTP
- Proteínas SSB (impiden que se enrede el ADN)
- Enzimas:
- Helicasas: rompen puentes de H entre las dos cadenas complementarias,
separándolas.
- Topoisomeras (girasas). Desenrollan ADN, evitan tensiones
- ADN ligasas (unen fragmentos ADN mediante enlaces fosfodiéster). Así sellan el
hueco entre dos fragmentos de Okazaki.
- ARN polimerasas (también llamadas primasas). Sintetizan fragmentos de ARN
(llamados ARN cebador) usando como molde ADN y actúa como iniciador de la
síntesis de ADN.
- Nucleasas. Rompen enlaces fosfodiéster entre nucleótidos, escinden ARN cebador
y reparan lesiones en el ADN.
- ADN polimerasas. Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre
nucleótidos.

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ARN POLIMERASA
(primasa)
3`
5`
ARN cebador
(40-50 nucleótidos)
ADN molde
ADN
ADN polimerasa
ARN polimerasa
Sintetiza el ARN
cebador usando
como molde el ADN
5`
3`

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ADN POLIMERASA
3`
5`
ARN cebador
(40-50 nucleótidos)
ADN molde
ADN
ADN polimerasa
ARN polimerasa
Función polimerasa
Precisa ARN cebador (primer o iniciador) y la
cadena molde de ADN
Recoore la hebra de ADN, es decir lee en sentido
3´ 5´, y por tanto la hebra nueva crece en
sentido 5´-> 3´
Función exonucleasa
Detecta errores, elimina nucleótidos cuyas bases
están mal emparentadas y fragmentos de
ARN cebador
5` 3`

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ADN POLIMERASA I
(Retira fragmentos ARN cebador: exonucleasa
Sintetiza ADN en los huecos: polimerasa
Es correctora, ya que repara errores de la síntesis de
ADN)
ADN POLIMERASA II
(Interviene en procesos de reparación del ADN
Tiene actividad polimerasa en sentido 5` 3´y
exonucleasa en 3´ 5´)
ADN POLIMERASA III
(Sintetiza ADN en sentido 5´ 3´: polimerasa)
RECUERDA
La ADN polimerasa:
Precisa ARN cebador
Lee en sentido 3´ 5
Sintetiza en sentido 5´ 3´
En procariotas distinguimos:

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RECUERDA
La actividad polimerasa
consiste en catalizar la
unión de nucleótidos a la
cadena de ácido nucleico
que se está sintetizando.
La actividad exonucleasa
consiste en escindir
nucleótidos de los extremos
de los ácidos nucleicos.

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Fases de la replicación: elongación
Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas.
POLIMERASA
EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN
INICIACIÓN
dirección función dirección función
I
5’→ 3’
3’→ 5’
elimina
cebador
reparación
5’→ 3’ síntesis no
II 3’→ 5’ reparación 5’→ 3’ síntesis no
III 3’→ 5’ reparación 5’→ 3’ síntesis no

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3. La duplicación del ADN: Mecanismo de la duplicación en procariotas
Fase de iniciación
Fase de elongación
Fase de terminación

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Fases de la replicación: iniciación
Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN
Ori C (abundan secuencias
ricas en GATC)
La replicación empieza en un
punto del ADN donde abundan
las secuencias de bases
GATC (Ori C)
En él se separan las dos
cadenas de ADN por acción
de las enzimas.
Origen de
replicación

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Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN
Ori C (abundan secuencias
ricas en GATC)
Proteínas
específicas
La helicasa rompe los
enlaces de hidrógeno
entre las bases y abre la
doble hélice
Proteínas SSB
Helicasa
Topoisomerasa
Girasa
Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento
Impiden que el ADN
se vuelva a enrollar
Las proteínas
específicas se
unen al punto
de iniciación

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Resultado: se forma una burbuja de replicación en la que hay
dos zonas en forma de “Y”, llamadas horquillas de replicación,
donde se sintetizan las nuevas cadenas de ADN

C.E.M HIPATIA-FUHEM
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
La primasa (ARN polimerasa)
sintetiza un ARN cebador o
primer
La ADN
polimerasa III
sintetiza un corto
fragmento de ADN
1. La primasa (ARN polimerasa)
sintetiza un fragmento de ARN
cebador, de unos 10 nucleótidos que
es complementario del fragmento
correspondiente de ADN
2. La ADN polimerasa III
reconoce los nucleótidos
de la cadena molde y los
empareja según
complementariedad de
bases (A-T y G-C)
FRAGMENTO DE OKAZAKI
( procariotas: 1000 – 2000
nucleótidos, en eucariotas
de 150 a 200 nucleótidos)
Cadena
continua
conductora
Cadena
retardada
La ADN poli I va eliminando el
cebador y rellenando los
nucleótidos de ADN. Finalmente
la ADN ligasa suelda todos los
fragmentos obtenidos

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RECUERDA
La ADN polimerasa III:
Precisa ARN cebador
Burbuja
de
replicación

C.E.M HIPATIA-FUHEM
3’
5’
5’
3’
3’
5’
El mecanismo de elongación o formación de las
nuevas cadenas de ADN
5’
3’
3’
5’
3’
La ADN polimerasa III necesita
un fragmento de ARN (cebador
o primer) con el extremo 3’
libre para iniciar la síntesis.
La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo
los nuevos nucleótidos en el extremo 3’.
Una de las hebras se
sintetiza de modo contínuo
por la ADN polimerasa III.
Es la conductora o lider.Fragmentos de
Okazaki
La otra hebra se sintetiza de modo
discontinuo formándose fragmentos que
se unirán más tarde. Es la retardada.
RECUERDA
La ADN polimerasa:
Precisa ARN cebador

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Tema 6: Estructura y45

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C.E.M HIPATIA-FUHEM
El mecanismo de elongación (II)
1 2
3 4
5 6
La primasa (ARN polim) sintetiza un cebador
en cada hebra de la burbuja de replicación.
Las ADN polimerasa III comienzan la síntesis
de la hebra conductora por el extremo 3’ de
cada cebador.
La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre
cada hebra retardada.
La ADN polimerasa III comienza a sintetizar un
fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.
Cuando la ADN polimerasa III llega al cebador
de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN.
La ligasa une los fragmentos de ADN.
Nuevo cebador
Cebador
Ligasas
Hebra retardada
Hebra retardada
Primasas
Cebador
Nuevo cebador

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Síntesis de nuevas cadenas de ADN
Horquillas observadas
3’
5’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
Punto de inicio
Ninguna polimerasa añade
nucleótidos en estos puntos
5’
5’
3’ 3’
Origen de
replicación
Crecimiento
discontinuo
Crecimiento
continuo
Fragmentos
de Okazaki

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Fases de terminación
Tiene lugar cuando las dos horquillas de replicación del cromosoma circular de E. coli
se encuentran, y se han formado dos cromosomas completos que permanecen ligados

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Burbuja de
replicación

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CORRECCIÓN DE ERRORES DE LA ADN
POLIMERASA
Durante la replicación, es frecuente que se produzcan
errores y se incorporen nucleótidos incorrectos.
Gracias a la acción exonucleasa, la ADN polimerasa
elimina nucleótidos mal apareados y adiciona los
correctos.
Número de errores 1 por cada 100 000 bases
Aunque el mecanismo de
corrección de errores es
muy eficiente, a veces
queda alguno sin corregir.
Esos errores suelen ser
importantes en la evolución

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5’
3’
5’
3’
Replicación en los eucariontes
Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias:
La replicación se inicia simultáneamente en carios puntos del cromosoma llamados replicones.
Existen cinco tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, δ, y ε ).
Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Los
nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora.
Cuando se elimina el último
cebador, la ADN polimerasa
no podrá rellenar el hueco,
al no poder sintetizar en
dirección 3’ - 5’.
5’
5’
5’
3’
5’3’5’
Cebador Último cebador
Telómero
Eliminación
de cebadores
Debido a esto el extremo del
cromosoma (telómero) se va
acortando cada vez que la
célula se divide. Esto se
asocia al envejecimiento y
muerte celular.
La ADN polimerasa polimeriza
desde el extremo 3’ libre
Hebra más corta
5’
Los fragmentos de Okazaki en eucariotas son más cortos, entre 150-200 nucleótidos (en
procariotas de 1000 – 2000 nucleótidos)

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El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotas
Origen de la replicación
Horquilla
de replicación
Hebra
retardada
Hebra conductora Origen de la replicación
Burbujas de replicación
Hebra
conductora
Nucleosomas
Nuevos nucleosomas
Hebra
retardada

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LA TELOMERASA
En las células que se dividen continuamente
(células madre de los gametos, células
embrionarias y células cancerosas) hay
una enzima, denominada telomerasa, que
impide el acortamiento de los telómeros.
Se forma por una porción proteica y ARN que
actúa como molde.
A partir de este molde, la enzima sintetiza
ADN para completar la hebra retardada.
Recuerda: los telómeros son los extremos de los cromosomas
La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda
una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores
trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el
riesgo de cáncer.

C.E.M HIPATIA-FUHEM
La telomerasa podría detener el
envejecimiento, pero guarda una estrecha
relación con el cáncer. Los investigadores
trabajan con ratones para alargar la vida sin
aumentar el riesgo de cáncer.
María Blasco. Centro de
Investigaciones oncológicas

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ADN ARNm
Transcripción Traducción
ARNt
PROTEÍNA
Replicación
Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”.,
pero los cirus son una excepción a este dogma
RIBOSOMASNÚCLEO
4. La expresión del mensaje genético
En 1970 Francis Crick enunció el Dogma Central de la Biología Molecular.

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REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE
LA BIOLOGÍA MOLECULAR
ARNADN
Traducción
Transcripción
Transcripción
inversa
Replicación
PROTEÍNAS
Transcriptasa
inversa
Transcriptasa
inversa
Transcriptasa
inversa
Transcriptasa
inversa
ARN
vírico
Envoltura
RETROVIRUS
Membrana plasmática
de la célula huésped
Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen
transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción.
Replicación
ADNc
(complementario)
ADNc
bicatenario
ADNc
monocatenarioDegradación
del ARN
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

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4. La expresión del mensaje genético
ADN ARNm Proteína
Transcripción
Transcripción
inversa
Duplicación
Duplicación
Traducción
Las secuencias de ADN que pueden moverse
a diferentes partes del genoma de una célula
se conocen como transposones o «genes
saltarines». Fueron descubiertos por Bárbara
McClintock, por lo que recibió el premio
Nobel en 1983.

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DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULARDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR
Hebra moldeHebra molde
TranscripciónTranscripción
TraducciónTraducción
3´ 5´
3´5´

C.E.M HIPATIA-FUHEM
AATTCGAGCTAGCAGCCACTTACGAGTACGTA
C
ADN
ACUUUCCCGACGCAAAACGUUUUUCGAACUU
ARN
TRIPLETE
CODON
Triplete: Cada una de las secuencias posibles de tres
nucleótidos en el ADN.
Codon: Secuencia de tres nucleótidos en el ARN
¿Qué es un triplete y un codon?

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Síntesis de ARN: requisitos previos
La síntesis de ARN o transcripción necesita:
CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE
ARN -POLIMERARAS
RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U
Ribonucleótido
trifosfato
Ribosa
Bases
En eucariotas
• ARN polimerasa I ARNr
• ARN polimerasa II ARNm
• ARN polimerasa III ARNt y ARNr
¿Dónde ocurre?. NÚCLEO

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5. La transcricpción. Síntesis de ARN
RECUERDA
LA ARN polimerasa RECORRE LA
CADENA DE ADN EN SENTIDO
3` 5´Y AÑADE LOS NUCLEÓTIDOS
COMPLEMENTARIOS A LOS DE LA
CADENA DE ADN QUE SE
TRANSCRIBE

C.E.M HIPATIA-FUHEM
5. La transcricpción. Síntesis de ARN
Fase de iniciación
Fase de elongación
Fase de maduración

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El proceso de la transcripción
Cadena inactiva de ADN
ARN - polimerasa
Cadena molde de ADN (transcrita)
ARN
Señal de
corte
Punto de
corte
Cola poli-A
Poli-A
polimerasa
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
TERMINACIÓN
La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores (ricos
en A y T).
Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan
a la cadena molde.
La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza
el ARN en sentido 5’-3’. .
La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales
de terminación que indican el final de la transcripción.
En procariontes son secuencias palindrómicas.
En eucariontes
1
2
3
NO OLVIDES
La ARN polimerasa lee en dirección
3` 5´

C.E.M HIPATIA-FUHEM
5. Transcripción: maduración en procariotas
Promotor
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN-polimerasa
ARN
Iniciación
Elongación
Finalización
ARN transcrito completo
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
No existe maduración del
ARNm, se unen a los
ribosomas y se traducen
Los ARNr y ARNt (transcritos
primarios) precisan de un
proceso de maduración
para ser funciones
Los ARN que se forman son
policistrónicos (contienen
información para la
síntesis de varios
polipéptidos)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Transcripción: maduración en procariotas
Promotor
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN-polimerasa
ARN
Iniciación
Elongación
Finalización
ARN transcrito completo
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Transcripción: maduración en eucariotas
Promotor
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN
Unidad de transcripción
Iniciación
3’
5’
3’
5’
3’
5’
m7
-Gppp
Capucha 5'Elongación
m7
-Gppp
ARN-polimerasa
CONTINUAR
1. Tras la unión de
los 30 primeros
ribonucleótidos
se añade una
caperuza de
metilguanosina
en 5´
Los ARN que se forman son
monocistrónicos

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Transcripción en eucariotas
5’
3’
3’
5’
Finalización
PoliA-polimerasa
m7
-Gppp
Capucha 5'
OH
ARN heterogéneo
nuclear
Cola de poli-A
OHm7
-Gppp
Capucha 5'
2. Después de
la separación
del ARN, una
enzima la poliA-
polimerasa
añade una
secuencia de
unos 200
nucleótidos de
adenina (cola
de poli A)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Transcripción en eucariotas. Proceso de maduración
5’ 3’Maduración
3’5’
Exón 1 Intrón Exón 2
RNPpn
Proteína
Espliceosoma.
5’ 3’
Intrón
ARNm
Exón 1 Exón 2
Mecanismo de
splicing
El ARNm ya está en
condiciones de salir del núcleo
3. Eliminación
de intrones
(segmentos de
ARN que no se
traducen)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
¿ LO SABÍAS?
La toxicidad de la Amanita phalloides (provoca diarreas,
vómitos, dolores abdominales e incluso la muerte) se debe
a una sustancia, 1 alfa amanitina, que no se destruye con
la cocción y se comporta como un inhibidor de la ARN
polimerasa II en eucariotas, lo que bloquea la síntesis de
ARNm

C.E.M HIPATIA-FUHEM
COMPARACIÓN TRANSCRIPCIÓN
PROCARIOTAS EUCARIOTAS
Localización Nucleoide (citoplasma) Núcleo
Genes Continuos Fragmentos (intrones y
exones)
ADN Bajo grado de
empaquetamiento
Muy empaquetado
ARN polimerasa 1 ARN polimerasa que
sintetiza ARNm, ARNr,
ARNt…
ARN poli I: ARNr
ARN poli II: ARNm
ARN poli III: ARNt
Tipos de genes Policistrónicos Monocistrónicos
Maduración ARNr y ARNt ARNm

C.E.M HIPATIA-FUHEM
6. El código genético
¿Cómo se pasaba de un
lenguaje de cuatro
letras a otro lenguaje
formado por 20
elementos distintos?
Se necesitaba un
diccionario
Ese diccionario es el
código genético
ARN polímero lineal de 4 nucleótidos diferentes.
Proteínas: polímeros de 20 aminoácidos

C.E.M HIPATIA-FUHEM
El código genético
Si solo fuesen 2 bases
42
= 16 aa
INSUFICIENTE
Si solo fuese 1 base
41
= 4 aa
INSUFICIENTE
3 bases
43
= 64 aa
SUFICIENTE

C.E.M HIPATIA-FUHEM
3 bases
43
= 64 aa
SUFICIENTE, pero sobran
palabras, lo que significa
que varios tripletes son
sinónimos, porque
codifican (significan) el
mismo aminoácido

C.E.M HIPATIA-FUHEM
EL CÓDIGO GENÉTICO
AUG
Iniciación
UGAUAAUAG Terminación
Ej. ¿Qué aminoácido está codificado
por el codón GAC?

C.E.M HIPATIA-FUHEM
establece una
relación de
correspondencia
entre las bases
nitrogenadas del ARN
y los aminoácidos
que codifica

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Características del código genético
UNIVERSAL
El mismo para todos los organismos, incluso
los virus.
El código ha tenido un solo origen evolutivo.
Existen excepciones en las mitocondrias y
algunos protozoos.
Existen más codones (64) que aminoácidos (20).
A excepción de la metionina y el triptófano, un
aminoácido está codificado por más de un
codón.
Esto es una ventaja ante las mutaciones.
DEGENERADO
Cada codón solo codifica a un aminoácido.
SIN IMPERFECCIÓN Los tripletes se disponen de manera
lineal y continua, sin espacios entre ellos
y sin compartir bases nitrogenadas
CARECE DE SOLAPAMIENTO
Posibilidad de solapamiento
Met Gli Tre His Ala Fen Ala
Met Leu Leu Pro
Solapamiento
Codones de iniciación

C.E.M HIPATIA-FUHEM
7. La traducción. Biosíntesis de proteínas
Si te has fijado, el proceso de transcripción es un
proceso de copia donde no se cambia de idioma,
pues se pasa del idioma del ADN a ARN
Sin embargo, en la traducción, que no es un
proceso de copia, si se cambia de idioma, se pasa
del idioma de los ácidos nucleicos (A,G,C,U) al de
las proteínas (20 aminoácidos)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
EL PROCESO DE TRADUCCIÓN
LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
ARN MENSAJEROAMINOÁCIDOS
ENZIMAS Y
ENERGÍA
SUBUNIDAD
PEQUEÑA
SUBUNIDAD
GRANDE
SITIO A
SITIO P
SITIO E
AMINOÁCIDO
POLIPÉPTIDO
ARNt
Dondesesitúael
Tienen
tres
lugares
Formados por
RIBOSOMAS
Donde se unen los
Donde se une el
Donde se
une el
EXTREMO 3’
Tiene
dos
zonas
ARN DE
TRANSFERENCIA
Por donde
se une al
ANTICODÓN
AMINOACIL-ARNt
-SINTETASA
Como la
necesita
RIBOSOMAS
ocurre

C.E.M HIPATIA-FUHEM
La traducción. Biosíntesis de proteínas
Subunidad menor
Subunidad mayor
Aminoacil-ARNt
ARNt
Cadena
polipeptídica
en formación
Anticodón
3’
5’
ARNm
Aminoácido
ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres
ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica
ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos
Veamos primero cómo es un ribosoma

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres
ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica
ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos
Otra imagen por si no te queda claro…

C.E.M HIPATIA-FUHEM
(Unión a la
peptidil-
transferasa en
el ribosoma
(Unión al
ribosoma)
(Unión al codon complementario
del RNAm en el ribosoma)
NOTA.- EXISTEN TANTOS RNAt como aminoácidos,
uno para cada uno, en total 20 clases de RNAt
Recordemos como era un ARNt

C.E.M HIPATIA-FUHEM
U C G
COOH
NH2
CH2
OH
H C Aminoácido
(serina)
Anticodón
ARNt
Aquí en el extremo 3`es donde se une
el aminoácido al ARNt
Extremo 3`
Una imagen más simple del ARNt por si no te quedaba claro…

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Paso previo:
Activación de los aminoácidos
Aminoacil-ARNt-sintetasa
ARNt
CONTINUAR
Aminoacil-ARNt
ESTA FASE PREVIA
TIENE LUGAR EN EL
CITOPLASMA Y NO EN
LOS RIBOSOMAS
Cada aminoácido se une a una molécula de ARNt
especifica gracias a la enzima aminoacil-ARNt-
sintetasa

C.E.M HIPATIA-FUHEM
La traducción. Síntesis de proteínas
Fase de iniciación
Fase de elongación

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ARNt iniciador
Subunidad
menor
3’
5’
U
A C
5’
3’
A
U G
5’
3’
E
A
Metionina
5’
3’
GTP
GDP
Iniciación de la síntesis

C.E.M HIPATIA-FUHEM
CONTINUAR
Elongación de la cadena polipeptídica
Anticodón
Complementariedad
entre codón
y anticodón
GTP
GDP
5’
3’ 3’
5’ 5’
5’
3’
3’GTP
GDP
Enlace
peptídico
El aminoácido se
traslada al otro ARNt
ARNt
Aminoácido
Se libera el ARNt que ha
cedido el aminoácido
E
P A
E
P
A
El ribosoma se
trasloca un codon
A
P
E

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Finalización de la síntesis
El codón de finalización
puede ser UAA, UAG o UGA
Último ARNt
Factor de
liberación
Polipéptido
libre
Separación del ARNm y las
subunidades ribosómicas
3’
5’
3’
5’
E
A
P
El triplete de terminación no es reconocido por ningún
ARNt, y sí por unos factores de liberación de naturaleza
proteica que se sitúan en el sito A, y hacen que la peptidil
transferasa separe la cadena polipetídica del ARNt

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Microfotografía electrónica (MET,
falso color) de un polirribosoma.
Polirribosomas en eucariotas
Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo puede ser leído por más de un
ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. La síntesis ocurre a razón
de unos (15 aminoácidos unidos por segundo. Una proteína media (300 aa) se
sintetizaría en unos 15 segundos. Después, el RNAm es destruído
Ribosoma
ARNm
Proteína en
formación

C.E.M HIPATIA-FUHEM
¿ LO SABÍAS?
Determinados antibióticos se utilizan como dardos para
destruir bacterias, al actuar sobre dianas moleculares
relacionadas con la traducción y bloquear algunas etapas
de la síntesis e proteínas
Estreptomicina: trisacárido que se une a la subunidad 30 S
del ribosoma procariota e interfiere en la iniciación de la
síntesis.
Eritromicina: bloque la traslocación del ribosoma e inhibe
la elongación.
Tetraciclina: Se une a la subunidad 30 s del ribosoma y
bloquea el sitio A, impidiendo la entrada del ARNt

C.E.M HIPATIA-FUHEM
1. Estructura del genoma en procariotas y eucariotas
GENOMA
Conjunto de genes de un organismo
NO TODO EL ADN CONTENIDO EN LOS CROMOSOMAS CODIFICA PARA
PROTEÍNAS, EXISTE GRAN CANTIDAD DE GENES REGULADORES

C.E.M HIPATIA-FUHEM
1. Estructura del genoma en procariotas y
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS
1 Cromosoma circular (ADNdc)
Presencia de plásmidos (número variable
según tipo de bacteria). Contienen genes no
esenciales para el crecimiento y la
reproducción de la célula. Replicación
independiente
1 200 – 12 000 genes
Genes continuos (toda la información
contenida en los genes se traduce en
proteínas)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN VIRUS
1 Sola molécula lineal o circular de ADN o
ARN

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN EUCARIOTAS
La mayor parte localizado en el núcleo.
(repartido en los diferentes cromosomas
lineales)
Una pequeña parte en mitocondrias y
cloroplastos (vegetales): ADNdc (similar
procariotas)
Humanos: genoma nuclear:
25 000 genes que codifican proteínas
(exones) y los diversos tipos ARN (1,5 %
del total); Genoma mitocondrial: 37
genes
ADN no codificante (98,5 %)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ADN NO CODIFICANTE “ADN basura *”
ADN repetitivo o satélite: situados en los
extremos de los cromosomas y centrómeros.
No se transcriben nunca (no codifican
proteínas)
ADN regulador (promotores…: Mucho de él
hasta la fecha de función desconocida
Intrones: situados en los extremos de los
cromosomas y centrómeros. No se
transcriben nunca
(*) Se le llamó ADN basura pues se pensaba que no tenía función
alguna; estudios recientes creen que regula la expresión diferencial
de los genes.

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Lo sabías… En septiembre de 2008, investigadores americanos
afirmaron haber descubierto una secuencia de ADN basura,
responsable de que los humanos hayan desarrollado la capacidad
de agarrar o manipular objetos o herramientas.

C.E.M HIPATIA-FUHEM
ADN repetitivo satélite
8. Genoma en organismos eucariontes
No existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de
ADN.
La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante
ADN repetitivo intermedio
ADN de intrones
Una parte del genoma se encuentra en los
cloroplastos y las mitocondrias.
Gen
Gen
regulador
Promotor
Operador Exones: secuencias
codificantes
Intrones
ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES

C.E.M HIPATIA-FUHEM
EL PROYECTO GENOMA HUMANO
1955. Joe Hin: establece en 46 el número de cromosomas humanos.
1977. Se inicia secuenciación del ADN
1981. Se completa la secuenciación del genoma mitocondrial
humano
1995. Se completa la secuenciación del genoma de la bacteria
Haemophilus influenzae.
1996. Secuenciación del genoma del primer eucariota:
Saccharomyces cerevisiae
2000. Se completa la secuenciación del genoma del primer
organismo pluricelular, el gusano Caenorhabditis elegans.

C.E.M HIPATIA-FUHEM
2000. Secuenciación del genoma de Drosophila melanogaster
2001. Publicación del borrador de la secuencia completa del
genoma humano
2003. (Coincidiendo con el 50º aniversario del descubrimiento de la
estructura del ADN) Se completa la secuenciación del genoma
humano.
2000. Secuenciación del genoma de la planta Arabidopsis thaliana

C.E.M HIPATIA-FUHEM
GENÓMICA: Estudia el genoma de los diferentes organismos
1988: Congreso de los EEUU. Autorización de financiación. Creación
del consorcio público, dirigido por J.D. Watson. Colaboración con
Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón. Nacimiento del PGH.
1996. Craig Venter solicitó la patente de uno de los genes
secuenciados. Abandono del Consorcio público. Creación de Celera
Genomics (privado)
26 junio 2000. El Consorcio Público y Celera Genomics dieron a
conocer los borradores del PGH

C.E.M HIPATIA-FUHEM
El 26 de junio de 2000 dos prestigiosas revistas científicas dieron a
conocer las dos versiones del borrador del PGH

C.E.M HIPATIA-FUHEM
OBJETIVOS DEL PROYECTO
GENOMA HUMANO
1. Conocer en qué orden están colocados los
genes
2. Determinar la distancia que existe entre
los genes (elaboración de mapas génicos)
3. Secuenciar cada gen. (averiguar secuencia
de nucleótidos de cada gen)
4. Determinar la función de cada gen

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Aplicaciones del PGH
1. Permite conocer nuestros orígenes al
comparar nuestro genoma con el de otras
especies.
2. Permite el desarrollo de la medicina
genética y personalizada (hoy sabemos ya
que diferencias en un solo nucleótido en un
gen están asociadas a la enfermedad de
Alzheimer)

C.E.M HIPATIA-FUHEM
Conclusiones del PGH
1. El número de genes es relativamente bajo
(menos de 25 000) comparado con el de
otros genomas. Tenemos unos 3 200
millones de nucleótidos
2. Cada gen puede codificar para unas 5
proteínas diferentes, gracias al
procesamiento alternativo del ARNm
3. Sólo el 1,5 % del ADN constituye genes
que codifican proteínas. El resto es ADN
basura cuya función se desconoce.
4. Nos diferenciamos del chimpancé en un 1
% del genoma.
5. Con el análisis del genoma es imposible
distinguir una etnia de otra.
6. Los seres humanos nos diferenciamos
entre sí aproximadamente en un nucleótido
de cada mil. Somos idénticos en un 99,9 %

C.E.M HIPATIA-FUHEM
3,5 mil millones de pares de bases, unas 25
enciclopedias de tipo medio de 20 tomos cada
una y con las letras:
........................................TTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTA
GCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAG
CCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATT
AGTTAGTAGCCTTACCTTACCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATC
CTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGC
TAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACC
TTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATA
TCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACT
CTAGCCTTACCTTAACCTATAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCA
TTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTAGCT
GACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAAC
CTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAA
CCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCT
AAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAA
CCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGAAGGC........................................................

C.E.M HIPATIA-FUHEM
PROTEÓMICA: disciplina que realiza un estudio
sistemático del conjunto de proteínas codificadas por el
genoma de un individuo. La proteómica utiliza las
siguientes técnicas:
extracción de proteínas del tejido del individuo.
Separación e identificación.
Análisis e identificación con bancos de datos
Las proteínas presentes en la especie
humana supera el número de genes, y son
estas ( y no los genes) las que desempeñan
las actividades de la célula.

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