Trabajo de genética molecular para CMC de 1ºbachillerato.

1. Por :Candela Silvana Portilla Schachter 1ºBachillerato A GENÉTICA

3. La genética determina el genotipo( información genética que posee un organismo en particular, en forma de ADN o ARN) y el ambiente y los genes determinan el fenotipo( cualquier característica ,ya sea estructural, bioquímica, fisiológica o conductual;distinguible en un organismo determinada por una interacción entre su genotipo y su medio).

5. INTRODUCCIÓN A LA GENÉTICA MOLECULAR

7. Su unión da

8. lugar a ácidos

9. nucleicos de diversos tipos.

12. La citosina se une a la guanina mediante tres puentes de hidrógeno ,tanto en el ADN como en el ARN.

13. Pentosas Son monosacáridos con 5 carbonos. Para dar lugar a nucleótidos se presentan en su forma ciclada. En el ADN se presenta la desoxirribosa y en el ARN y el ATP la ribosa.Se diferencian en que a la desoxirribosa le falta el alcohol del carbono 2.

14. Ácido ortofosfórico(H3PO4) Cada nucleótido puede contener uno (nucleótidos-monofosfato, como el AMP), dos (nucleótidos-difosfato, como el ADP) o tres (nucleótidos-trifosfato, como el ATP) grupos fosfato.

16. Morfolino y ácido nucleico bloqueado (LNA)

17. Ácido nucleico glicólico

19. ARN

20. ÁCIDOS NUCLEICOS ARTIFICIALES

21. Ácido nucleico peptídico El esqueleto de fosfato-(desoxi)ribosa ha sido sustituido por 2-(N-aminoetil)glicina, unida por un enlace peptídico clásico. Las bases púricas y pirimidínicas se unen al esqueleto por el carbono carbonílico. Al carecer de un esqueleto cargado (el ion fosfato lleva una carga negativa a pH fisiológico en el ADN/ARN), se une con más fuerza a una cadena complementaria de ADN monocatenario, al no existir repulsión electrostática. La fuerza de interacción crece cuando se forma un ANP bicatenario. Este ácido nucleico, al no ser reconocido por algunos enzimas debido a su diferente estructura, resiste la acción de nucleasas y proteasas.

22. LNA El morfolino es un derivado de un ácido nucleico natural, con la diferencia de que usa un anillo de morfolina en vez del azúcar, conservando el enlace fosfodiéster y la base nitrogenada de los ácidos nucleicos naturales. Se usan con fines de investigación, generalmente en forma de oligómeros de 25 nucleótidos. Se usan para hacer genética inversa, ya que son capaces de unirse complementariamente a pre-ARNm, con lo que se evita su posterior recorte y procesamiento. También tienen un uso farmacéutico, y pueden actuar contra bacterias y virus o para tratar enfermedades genéticas al impedir la traducción de un determinado ARNm.

24. Ácido nucleico treósico Se diferencia de los ácidos nucleicos naturales en el azúcar del esqueleto, que en este caso es una treosa. Se han sintetizado cadenas híbridas ATN-ADN usando ADN polimerasas. Se une complementariamente al ARN, y podría haber sido su precursor .

25. ÁCIDOS NUCLEICOS NATURALES

26. ADN El ADN es un largo polímero formado por unidades repetitivas, los nucleótidos. Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26 angstroms (2,2 a 2,6 nanómetros) de ancho, y una unidad (un nucleótido) mide 3,3 Å (0,33 nm) de largo. Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN pueden ser moléculas enormes que contienen millones de nucleótidos..

28. Cuando en una hebra encontramos Adenina, en la otra hebra hallamos Timina. Cuando en una hebra encontramos Guanina, en la otra hallamos Citosina. Estas bases enfrentadas son las que constituyen los puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de Hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de Hidrógeno con la Citosina.

29. Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de Hidrógeno.

30. Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación de ADN sean copia complementaria de cada una de las hebras existentes.

32. ,, El ADN se encuentra en el núcleo(en las células eucariotas),del que nunca sale o bien disuelto en el citoplasma(en las células procariotas) Se encuentra enrollado a unas proteínas globulinas llamadas histonas. Da 1,8 alrededor de cada octano de histonas ,formando lo que se llama un nucleosoma. En interfase forma la cromatina o ''collar de perlas'' (no está enrollado) Al dividirse la célula se condensa(enrrollándose sobre sí mismo) formando estructuras tales como el solenoide(6 nucleosomas por vuelta) hasta llegar a formar un cromosoma(lo más enrrollado que puede llegar a estar).

35. Proteínas HMG:Se agrupan en una superfamilia por sus similitudes físicas y químicas, y porque todas ellas actúan como elementos arquitectónicos que afectan múltiples procesos dependientes de ADN en el contexto de la cromatina. Todas las HMGs tienen un terminal carboxilo rico en aminoácidos de tipo ácido, y se clasifican en tres familias (HMGA, HMGB y HMGN), cada una con un motivo funcional único, que induce cambios específicos en sus sitios de unión y participa en funciones celulares diferentes.

36. Nucleosoma Unidad básica de la cromatina.

37. Estructuras formadas por la cromatina

38. , ,

40. Estructura:

41. Tipos de cromosoma según la posición del centrómero Metacéntricos: El centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos presentan igual longitud. Submetacéntricos : La longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro. Acrocéntricos: Un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q). Telocéntricos Sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el extremo.

44. Sistema de determinación ZW: en otras especies (mariposas,etc...) ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino heterogamético (ZW).

45. Sistema de determinación XO: otras especies (peces, insectos, anfibios) que no tienen el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número de cromosomas X, macho XO y hembra XX.

46. Cromosomas en células procariotas Los procariotas, bacteria y archaea, presentan típicamente un solo cromosoma circular, si bien existen algunas variantes a esta regla. El cromosoma bacteriano puede tener un tamaño desde 160.000 pares de bases a 12.200.000 pares de bases . Las bacterias usualmente tienen un solo punto en su cromosoma desde el cual se inicia la duplicación, mientras que algunas archeas presentan múltiples sitios de inicio de la duplicación.Por otro lado, los genes de los procariotas están organizados en operones y no contienen intrones. Los procariotas no poseen un núcleo verdadero, en cambio su ADN está organizado en una estructura denominada nucleoide. El nucleoide es una estructura distintiva y ocupa una región definida en la célula bacteriana. Esta estructura es muy dinámica y se halla mantenida y remodelada a través de la acción de proteínas similares a histonas, las cuales se asocian al cromosoma bacteriano. En archaea, el ADN en el cromosoma se halla todavía más organizado, con el ADN empacado dentro de estructuras similares a los nucleosomas eucarióticos.

47. Cromosomas en humanos Las células somáticas humanas normales tienen 46 cromosomas: 22 pares homólogos comunes a hombres y mujeres llamados autosomas, el otro par es dimórfico y es el par de cromosomas sexuales, XX en mujeres y XY en hombres, los genes se organizan linealmente a lo largo de los cromosomas. La posición que ocupa un gen en un cromosoma es llamada locus, y el mapa genético no es más que la determinación de los locus de todos los genes de un genoma. Este mapa es específico a cada especie y hasta donde se ha entendido es el mismo para los individuos de una especie. Los cromosomas que conforman un par son llamados cromosomas homólogos, su contenido genético es equivalente, aunque en cada locus se puede tener una copia idéntica del gen o una copia ligeramente diferente; estos genes, diferentes, que comparten el mismo locus en el par de cromosomas homólogos reciben el nombre de alelos. Es de notar que un miembro de cada par de cromosomas es heredado del padre y el otro se recibe de la madre.Las células reproductoras(óvulos y espermatozoides)contienen 23cromosomas(22autosómicos y 1 sexual).

48. A 1,2,3 METACENTRICOS B 4,5 SUBMETACENTRICOS C 6,7,8,9,10,11,12 SUBMETACENTRICOS D 13,14,15 ACROCENTRICOS E 16,17,18 SUBMETACENTRICOS F 19,20 SUBMETACENTRICOS G 21,22 ACROCENTRICOS Grupo Par de cromosoma Clasificación(según centrómero) No se presentan cromosomas telocéntricos, los cromosomas acrocéntricos (13, 14, 15, 21 y 22) presentan pequeñas masas de cromatina llamadas Satélites unidas a los brazos cortos por medio de tallos muy delgados llamados constricciones secundarias. CARIOTIPO : Permite estudiar las anomalías genéticas de un organismo. Pautas del cariotipo humano

49. ARN El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que, en lugar de las cuatro bases A, G, C, T, aparece A, G, C, U (es decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico. El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras plegadas complejas. Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar dicha información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia, existen varios tipos de ARN :

53. Está formado por una sola cadena de nucleótidos (aunque presenta regiones de doble hélice intracatenaria).

54. Los ARN ribosómicos se han venido denominando tradicionalmente según su coeficiente de sedimentación, medido en svedbergs (S). De esta manera, en organismos procariotas existen tres ARNr distintos (5S, 16S y 23S) y en organismos eucariotas cuatro (5S, 5'8S, 18S, 28S)

55. En procariotas los ARNr 23S y 5S forman parte de la subunidad mayor de los ribosomas, mientras que el ARNr 16S forma parte de la subunidad menor.

56. En eucariotas los ARNr (ribosomales) 5S, 5'8S y 28S forman parte de la subunidad mayor de los ribosomas, mientras que el ARNr 18S forma parte de la subunidad menor.

57. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA

58. La información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN sirve para generar proteínas. Sin embargo, el ADN no puede salir del núcleo y las proteinas se sintetizan en los ribosomas(situados en el citoplasma), por lo que se necesita un intermediario(ARN) capaz de transportar dicha información para que pueda llevarse a cabo la síntesis de proteínas. Ese transporte consta de varias etapas ,explicadas a continuación.

59. REPLICACIÓN Es el mecanismo que permite al ADN duplicarse ( sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo( las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original). Gracias a la complementariedad entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético. La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

60. Replicación del ADN. La doble hélice es desenrollada y cada hebra hace de plantilla para la síntesis de la nueva cadena. La ADN polimerasa añade los nucleótidos complementarios a los de la cadena original .

61. Replicación ADN(organismos procariotas) Es circular y ocurre en tres etapas: 1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto ori-c. Intervienen un grupo de enzimas y proteinas, a cuyo conjunto se denomina replisoma * Primero: intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento * Segundo: actuan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento. * Tercero: Actuan las proteinas SSBP que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.

63. 2ª etapa. síntesis de dos nuevas hebras de ADN. * Actuan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´. * Intervienen las ADN polimerasas I y III, que se encargan de la replicación y corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III * Actua la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos. La cadena 3´-5´es leida por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no puede ser leida directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´y que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada,llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.

64. La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (=primasa). Este cebador es eliminado posteriormente. 3ª etapa: corrección de errrores. El enzima principal que actua como comadrona (R. Shapiro) es la ADN polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación. Intervienen otros enzimas como: * Endonucleasas que cortan el segmento erroneo. * ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco. * ADN ligasas que unen los extremos corregidos

67. Intervienen enzimas similares a los que actuan en las células procariotas y otras enzimas que han de duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora.

69. Transcripción La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cuál se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN. De esta manera, la transcripción del ADN también podría llamarse síntesis del ARN mensajero.

71. Elongación: la ARN polimerasa recorre la hebra de ADN hacia su extremo 5´ sintetizando una hebra de ARNm en dirección 5´-3´

72. Finalización: presenta dos variantes. En una interviene un cofactor "p" y en otra no interviene dicho cofactor. El proceso fiinaliza al llegar a una secuencia rica en G y C (zona llamada operador). El ADN vuelve a su forma normal y el ARNm queda libre.

73. Maduración: si lo que se forma es un ARNm no hay maduración, pero si se trata de un ARNt o ARNr hay procesos de corte y empalme.

76. Los genes están fragmentados en zonas sin sentido o intrones y zonas con sentido o exones. Antes ha de madurar y eliminar los intrones.

78. Elongación: la síntesis continua en sentido 5´-3´. Al poco se añade una caperuza (metil-guanosín trifosfato) al extremo 5´.

79. Finalización: parece que está relacionado con la secuencia TTATTT. Ahora interviene un poli-A polimerasa que añade una cola de poli-A al pre-ARNm (ARNhn).

80. Maduración: se produce en el núcleo y la hace un enzima llamada RNPpn, que elimina los nuevos intrones (I) formados.

81. Las ARN ligasas empalman los exones (E) y forman el ARNm.

84. La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código genético: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN.

85. Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar; UGA, llamado ópalo). La secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específicas.

87. No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado

88. Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura.

89. Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos.

90. Carece de solapamiento,es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.

91. Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido5´-3´.

93. La traducción se da en los ribosomas (tanto en procariotas como en eucariotas) y participa el ARNt (explicado con anterioridad).

94. FASES: 1-INICIACIÓN Comienza por el triplete iniciador del ARNm (AUG), que está próximo a la caperuza 5'. Este triplete va precedido de la secuencia AGGAGG (secuencia de Shine-Dalgarno ) que es la zona de unión con el ribosoma. Se forma el complejo de iniciación con los factores de iniciación (FI) y la energía suministrada por el GTP, la subunidad menor del ribosoma reconoce la caperuza y se une al ARNm en la zona proxima al triplete o codón iniciador. Esta caperuza aporta el ARNt iniciador que a su vez aporta el aminoácido metionina. Este ARNt contiene un triplete complementario al AUG, es decir el UAC, llamado anticodón (la proteína sintetizada contiene en su extremo el aminoácido metionina) Una vez encajado el ARNt-metionina, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma, formandose así el ribosoma completo y funcional. En él hay dos sitios claves: - Sitio P (sitio peptidil) ocupado por el ARNt-metionina - Sitio A (sitio aminoacil) que está libre para recibir un segundo ARNt (sólo el que su anticodón coincida con el del codón del ARNm) cargado con un nuevo aminoácido.

96. 2-Elongación de la cadena peptídica Es un proceso catalizado por el enzima peptidil transferasa, el cual, mediante enlaces peptídicos va uniendo aminoácidos a la cadena peptídica. Cada vez que llega un aminoácido ocurre un proceso cíclico de elongación

97. 3-Fin de la síntesis de la cadena peptídica Ocurre cuando aparece uno de los codones de terminación ( UAA,UAG,UGA ). En este momento un factor proteico de terminación (RF) se une al codón de terminación e impide que algún ARNt con otro aminoácido (ARNt-aminoacil) se aloje en el sitio A. En este momento se produce la hidrólisis de la cadena peptídica y se separan las dos subunidades del ribosoma.