bases moleculares

1. BASES CELULAR
Y MOLECULAR
DE LA
HERENCIA

2. LA CÉLULA
► Visible con el microscopio óptico:
► Citoplasma
► Núcleo (cuerpo que se tiñe más intensamente) y
que contiene el material hereditario en forma de
cromosomas.
► La bicapa de fosfolipidos de la membrana
plasmática protege el interior de la célula pero se
mantiene selectivamente permeable y contiene
proteínas implicadas en el reconocimiento y en la
señalización entre las células.

4. ► El núcleo está rodeado por una membrana, la
envoltura nuclear, que lo separa del citoplasma
pero permite la comunicación a través de los
poros nucleares.
► El citoplasma contiene el citosol, de consistencia
semilíquida, formado por elementos solubles y
elementos estructurales del citoesqueleto.
► Además, en el citoplasma hay una compleja
disposición de canales interconectados, muy
finos y enrevesados, el retículo endoplásmico. El
retículo endoplásmico, junto con los ribosomas,
está implicado en la biosíntesis de las proteínas y
de los lípidos.

5. ► También dispuestas en el interior del citoplasma
se encuentras otras organelas celulares, que sólo
pueden visualizarse con un microscopio
electrónico. Entre ellas:
► Aparato de Golgi, responsable de la secreción
de los productos celulares.
► Mitocondrias, responsables de la producción de
energía mediante las rutas metabólicas de
fosforilación oxidativa, y
► Peroxisomas y lisosomas, implicados ambos en la
degradación y la eliminación del material de
desecho celular y de las moléculas tóxicas.

6. DNA: EL MATERIAL
HEREDITARIO
COMPOSICIÓN
El acido nucleico esta compuesto de un largo polímero
de moléculas individuales denominadas
nucleótidos.
► Cada nucleótido se compone de una base
nitrogenada, un molécula de azúcar y una
molécula de fosfato.
► Base nitrogenada.- de 2 tipos:
► Purina
► Pirimidina
► Purinas 🡪 adenina y guanina
► Pirimidinas 🡪 citosina, timina y uracilo

7. ► 2 tipos de ácido nucleico:
► Ácido ribonucleico (RNA), que contiene ribosa (azúcar de 5
carbonos)
► Ácido desoxirribonucleico (DNA), en el que el grupo hidroxilo
en posición 29 del azúcar ribosa está sustituido por un
hidrógeno (es decir, se ha perdido una molécula de oxígeno).
► Tanto el DNA como el RNA contienen las bases púricas
adenina y guanina y la pirimidínica citosina, pero la timina
sólo se encuentra en el DNA y el uracilo solamente se
encuentra en el RNA.
► El RNA está presente en el citoplasma y en muy altas
concentraciones en el nucléolo del núcleo. El DNA se
encuentra principalmente en los cromosomas.

8. ESTRUCTURA
► En 1953, Watson y Crick, basándose en estudios
de difracción de rayos X realizados por ellos
mismos y por otros, propusieron una estructura
para la molécula de DNA que satisfacía todos los
requisitos esenciales. Sugirieron que la molécula
de DNA estaba compuesta por dos cadenas de
nucleótidos dispuestas en una doble hélice. El
esqueleto de cada cadena está formado por
puentes fosfodiésteres entre los carbonos 3’ y 5’
de los azúcares adyacentes, y las dos cadenas se
mantienen juntas por puentes de hidrógeno entre
las bases nitrogenadas que apuntan hacia el
centro de la hélice.

9. ► Cada cadena de DNA tiene una polaridad
determinada por la orientación del esqueleto de
azúcar-fosfato. El final de la cadena lo constituye
el átomo de carbono 5’ de la molécula de
azúcar (extremo 5’), mientras que el final
representado por el átomo de carbono 3’ se
denomina el extremo 3’.
► En la doble hélice el extremo 5’ de una hebra se
opone al extremo 3’ de la otra, es decir, tienen
una orientación opuesta y de dice que es
antiparalela.

10. ► La disposición de las bases en la molécula de
DNA no es aleatoria. Una purina en una cadena
siempre se empareja con una pirimidina en la
otra cadena, con un apareamiento específico
de los pares de bases:
► Guanina-citosina
► Adenina-timina
► De forma que estos pares de bases forman
hebras complementarias.

12. REPLICACIÓN
► El proceso de replicación del DNA proporciona
respuesta a la pregunta de cómo se transmite la
información genética de una generación a la
siguiente.
► Durante la división celular las dos hebras de la doble
hélice del DNA se separan mediante la acción de la
enzima DNA helicasa. Cada hebra del DNA dirige
la síntesis de una hebra de DNA complementario a
través del apareamiento específico de las bases, lo
que da como resultado dos DNA dobles hijos
idénticos a la molécula padre original. Cuando las
células se dividen, la información genética se
conserva y se transmite sin cambios a cada célula
hija.

13. ► El proceso de replicación del DNA se denomina
semiconservador, ya que sólo una hebra de cada molécula
hija resultante es sintetizada de nuevo.
► La replicación del DNA, mediante la acción de la enzima
DNA polimerasa, se produce en múltiples puntos conocidos
como orígenes de la replicación, formando estructuras
bifurcadas en forma de Y conocidas como horquillas de
replicación.
► La síntesis de ambas hebras de DNA complementarias y
antiparalelas se produce en la dirección 5’ a 3’. Una hebra,
conocida como la hebra adelantada, se sintetiza en un
proceso contínuo. La otra hebra, (hebra retardada), se
sintetiza en trozos denominados fragmentos de Okazaki, que
posteriormente forman una hebra contínua mediante la
enzima DNA ligasa.

15. ► La replicación del DNA avanza en ambas
direcciones a partir de estos puntos de origen,
formando estructuras con forma de burbujas, las
burbujas de replicación. Los orígenes de
replicación vecinos se encuentran
aproximadamente a 50-300 kilobases (kb) de
distancia y aparecen en racimos, o unidades de
replicación, de 20 a 80 orígenes de replicación.
► La replicación del DNA en unidades de replicación
individuales se produce en diferentes momentos en
la fase S del ciclo celular, las unidades de
replicación adyacentes se fusionan hasta que todo
el DNA se copia, formando dos moléculas hijas
completas e idénticas.

17. ESTRUCTURA DEL
CROMOSOMA
► La disposición del DNA en los cromosomas es el
resultado de diversas clases de arrollamiento y
plegado del DNA.
► Además del arrollamiento primario de la doble
hélice del DNA, hay un arrollamiento secundario
alrededor de las “cuentas” esféricas de histona,
formando los nucleosomas.
► Se produce un arrollamiento terciario de los
nucleosomas para constituir las fibras de cromatina
que forman bucles largos en un andamio de
proteínas acídicas no histona, que se arrollan
después apretadamente para formar el cromosoma
según se visualiza en el microscopio óptico,
conformando la estructura completa el así
denominado modelo solenoide de la estructura
cromosómica.

19. Empaquetamiento del DNA
Composición del Cromosoma
(Cromatina)
❑ Proteínas : básicas -> histonas
ácidas -> no histonas (~30%)
❑ DNA
❑ RNA (1%)
Tasa de empaquetamiento: 1:50.000-100.000
Doble hélice
Nucleosoma (Octámero de
Histonas)
Solenoide (Histona H1)

20. Empaquetamiento del DNA
20

21. GENES NUCLEARES
► Se calcula que en el genoma nuclear hay entre
25,000 y 30,000 genes.
► La distribución varía enormemente según las
regiones cromosómicas.
► Los cromosomas 19 y 22 son ricos en genes,
mientras que los 4 y 18 son relativamente pobres
en genes.
► El tamaño de los genes también muestra una
gran variabilidad: desde genes pequeños con
exones únicos hasta genes que tienen 79 exones.

22. Los genes humanos varían enormemente
en tamaño y cantidad de exones

23. Genes de copia única
► La mayoría de los genes humanos son de copia
única y codifican polipéptidos que están
implicados en o realizan diversas funciones
celulares. Comprenden las enzimas, las
hormonas, los receptores y las proteínas
estructurales y reguladoras.

24. Familias de multigenes
► Muchos genes tienen funciones similares; se han
originado por episodios de duplicación génica con
la posterior divergencia en la evolución y
conforman lo que se conoce como familias de
multigenes. Algunos se encuentran físicamente
próximos entre sí formando racimos, mientras que
otros están ampliamente dispersos por todo el
genoma y aparecen en diferentes cromosomas.
► Las familias de multigenes pueden dividirse en dos
tipos:
► Familias de genes clásicos, que muestran un alto
grado de homología de secuencia,
► Superfamilias de genes, tienen una homología de
secuencia limitada pero están funcionalmente
relacionados y tienen dominios estructurales similares.

25. Familias de genes clásicos
► Ejemplos de familias de genes clásicos son las
numerosas copias de genes que codifican
diversos RNA ribosómicos, agrupados como
formaciones en tándem en las regiones
organizadoras de los nucléolos situadas en los
brazos cortos de los cinco cromosomas
acrocéntricos, y las diversas familias génicas del
RNA de transferencia, que se encuentran
dispersas en numerosos racimos a lo largo del
genoma humano.

26. Superfamilias de genes
► Ejemplos de superfamilias de genes son los genes
del HLA (antígeno leucocitario humano) en el
cromosoma 6 y los genes de los receptores de los
linfocitos T, que tienen una homología estructural
con los genes de las inmunoglobulinas (Ig).
► Se cree que éstos derivan con casi toda certeza
de la duplicación de un gen precursor, con la
posterior divergencia en la evolución para formar
las superfamilias de Ig.

27. Estructura de los genes
► El concepto original del gen como una
secuencia continua de DNA para codificar una
proteina fue completamente modificado a
principios de la década de 1980 gracias al
análisis detallado de la estructura del gen de la B-
globina humnana.
► Se descubrió que el gen era mucho más largo de
lo necesario para codificar la proteína B-globina,
y que contenía secuencias intermedias no
codificantes, o intrones, que separaban las
secuencias codificantes o exones.

29. ► El número y el tamaño de los intrones en diversos
genes humanos es extremadamente variable,
aunque hay una tendencia general a que
cuanto mayor sea el gen, mayor el número y el
tamaño de los exones. Los intrones individuales
pueden ser bastante mayores que las secuencias
codificantes, y se ha encontrado que algunos
contienen secuencias codificantes para otros
genes (genes que se presentan dentro de otros
genes).
► Habitualmente, los genes humanos no se solapan
y están separados unos de otros por una media
de 30 kb, aunque se ha visto que algunos de los
genes en el complejo HLA están solapados.

30. seudogenes
► Genes que se parecen enormemente a genes
estructurales conocidos, pero que, en general, no se
expresan funcionalmente.
► Se cree que se han originado de dos formas
principales:
► Por genes sometidos a procesos de duplicación que
se han vuelto silentes por la adquisición de mutaciones
en elementos reguladores o codificadores, o
► como resultado de la inserción de secuencias de DNA
complementarias, producida por la acción de la
enzima transcriptasa inversa en una transcripción del
RNA mensajero ocurrida de forma natural, carentes de
las secuencias promotoras necesarias para su
expresión.

31. DNA EXTRAGENICO
► El número calculado de 25,000 a 30,000 genes de
copia única en los seres humanos representa
menos del 2 % del genoma codificador de
proteínas.
► El resto del genoma humano está compuesto de
secuencias de DNA repetitivas que son
predominantemente inactivas desde el punto de
vista de la transcripción. Se ha descrito como
DNA basura, pero algunas regiones se conservan
a lo largo de la evolución y pueden desempeñar
un papel en la regulación de la expresión de los
genes.

32. DNA MITOCONDRIAL
► Además del DNA nuclear, los varios miles de
mitocondrias de cada célula poseen sus propios
16,6 kb de DNA de doble cadena circular, el DNA
mitocondrial o mtDNA.
► El genoma del DNA mitocondrial es muy
compacto, contiene poco DNA repetitivo y
codifica para 37 genes, que incluyen a dos tipos
de RNA ribosómico, 22 RNA de transferencia y 13
subunidades proteicas para enzimas, como el
citocromo b y la citocromo oxidasa, que están
implicadas en las rutas productoras de energía
de la fosforilación oxidativa.
► El código genético del mtDNA difiere ligeramente
del código del DNA nuclear.

33. TRANSCRIPCION
► Proceso por el cual se transmite la información
genética desde el DNA al RNA. La información
almacenada en el código genético se transmite
desde el DNA de un gen al RNA mensajero o
mRNA.
► Cada base en la molécula del mRNA es
complementaria a la base correspondiente en el
DNA del gen, pero con el uracilo que sustituye a
la timina en el mRNA.
► El mRNA es monocatenario y se sintetiza por la
enzima RNA polimerasa, que añade el
ribonucleótido complementario adecuado al
extremo 3’ de la cadena del RNA.

34. ► En un gen particular sólo una de las hebras del
DNA de doble hélice actúa como la
denominada hebra de plantilla. La molécula de
RNA transcrita es una copia de la hebra
complementaria, o lo que se denomina la hebra
con sentido del DNA de doble hélice.
► La hebra de plantilla a veces se denomina la
hebra antisentido.
► La hebra particular del DNA de doble hélice
utilizado para la síntesis de RNA parece diferir
según las diferentes regiones del genoma.

35. TRADUCCIÓN
► Es la transmisión de la información genética desde
el mRNA a la proteína. El mRNA recién procesado
se transporta desde el núcleo al citoplasma, donde
se asocia con los ribosomas, que son el sitio de
síntesis de las proteínas.
► Los ribosomas están compuestos por dos
subunidades de distinto tamaño que consisten en
cuatro tipos diferentes de moléculas de RNA
ribosómico (rRNA) y un gran número de proteínas
ribosómicas específicas.
► Los grupos de ribosomas que se asocian con la
misma molécula de mRNA se denominan
polirribosomas o polisomas.
► En los ribosomas, el mRNA forma la plantilla para
producir la secuencia específica de aminoácidos
de un polipéptido particular.

36. RNA DE TRANSFERENCIA
► En el citoplasma existe otra forma de RNA, RNA
de transferencia o tRNA.
► La incorporación de aminoácidos a una
cadena de polipéptidos requiere que los
aminoácidos se unan covalentemente
reaccionando con ATP en la molécula de tRNA
específica mdiante la actividad de la enzima
aminoaciltRNAsintasa.
► El ribosoma, con sus rRNA asociados, se mueve a
lo largo del mRNA, y los aminoácidos se unen
entre sí mediante la formación de enlaces
peptídicos por la acción de la enzima
peptidiltransferasa para formar una cadena de
polipéptidos.

37. MODIFICACIÓN
POSTRADUCCIÓN
► Antes de que alcancen su estructura o su
actividad funcional normal, muchas proteínas
experimentan una modificación postraducción,
que puede consistir en modificaciones químicas
en las cadenas de los aminoácidos laterales (por
ej., hidroxilación, metilación), la adición de
fracciones de hidratos de carbono o de lípidos
(por ej., glucosilación) o la disociación de los
polipéptidos (por ej. La conversión de proinsulina
en insulina).

38. ► Esta modificación postraducción, junto con
ciertas secuencias cortas de aminoácidos
conocidas como secuencias de localización en
las proteínas recién sintetizadas, producen el
transporte a localizaciones celulares específicas
(p. ej. El núcleo) o su secreción desde la célula.

39. EL CODIGO GENÉTICO
► En las proteínas se encuentran 20 aminoácidos
diferentes; como el DNA está compuesto de 4
bases nitrogenadas distintas, es obvio que única
base no puede ser específica de un solo
aminoácido. Si dos bases fueran específicas, solo
habría 16 combinaciones posibles. Sin embargo,
si tres bases fueran específicas de un
aminoácido, entonces el número posible de
combinaciones de las cuatro bases sería 64. Esto
es más que suficiente para justificar los 20
aminoácidos conocidos y constituye el llamado
código genético.

40. CODONES O TRIPLETES DE
BASES
► El triplete de bases de nucleótidos en el mRNA que
codifica un aminoácido particular se denomina
codón. Cada triplete codón en la secuencia
codifica a una aminoácido específico en la
secuencia y de esta forma el código genético no se
solapa.
► El orden de los tripletes codones en un gen se
conoce como el marco de lectura de traducción.
► Sin embargo, algunos aminoácidos están
codificados por más de un triplete, de forma que se
dice que el código está degenerado.
► Cada especie de tRNA para un aminoácido
particular tiene una secuencia específica de
trinucleótidos denominada anticodón, que es
complementaria al codón del mRNA.

41. ► Aunque hay 64 codones, sólo existen 30 tRNA
citoploasmáticos, los anticodones de ciertos
codones reconocedores de tRNA que difieren en
la posición de la tercera base, y la guaninaes
capaz de aparearse tanto con el uracilo como
con la citosina.
► La terminación de la traducción del mRNA está
señalada por la presencia de uno de los tres
codones de terminación o de finalización.

42. REGULACION DE LA
EXPRESION DEL GEN
► El control principal de la expresión del gen se
encuentra en la transcripción por secuencias
reguladoras del DNA en la región promotora que
flanquea al 5’ de los genes estructurales en los
aucariotas.
► Los factores de transcripción generales y
específicos están también implicados en la
regulación de los genes.

43. MUTACIONES
► Las mutaciones se producen tanto
espontáneamente como por la exposición a
agentes mutágenos, como la radiación ionizante.
► Las mutaciones son corregidas continuamente
por las enzimas reparadoras del DNA