Tema 16: EL ADN, PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO

1. EL ADN, PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO

El análisis químico de los cromosomas dio 2 componentes: proteínas y ADN. Después de 36 años se aceptó que los genes estaban constituidos por ácidos nucleicos, no x proteínas. Se llevaron a cabo una serie de experimentos para constatar si era el ADN o las proteínas lo que se transmitía.

Mac Leod y McCarthy investigaron las transformaciones bacterianas observadas anteriormente por Griffith. Este había trabajado con una bacteria que era letal para los ratones. Había 2 cepas, unas virulentas que provocaban la muerte, con cápsula de polisacáridos (cepas S) y otras mutadas de las anteriores, inofensivas (cepas R). Estos carecen de alguna enzima para sintetizas la cápsula por lo que son fagocitadas.

Grifitth infectó bacterias S muertas y vivieron, por lo que las cápsulas no eran las causantes de la muerte. Al infectar un ratón con mezcla de S muertas y R vivas el ratón moría. Algo había en los cadáveres de las S que había provocado la transformación de las R en S. Macleod y McCarthy dijeron que solo los extractos de bacteria S muertas contenían ADN capaz de producir la Transf.. , luego el ADN era la molécula portadora de la información biológica. Heshey y Chase llegaron a las mismas conclusiones. Trabajaron con un virus de ADN que infectaba a las bacterias, un bacteriófago. A partir de un cultivo de S35 consiguieron virus que tenían este isótopo en los aminoácidos de su casida proteica, y a partir de otro cultivo de P31 obtuvieron otros virus que tenían este isótopo en su ADN. Infectaron con estos virus la E-coli y tras que los virus infectaran la bacteria, agitaron el cultivo para separar las cápsidas vacías de los virus infectantes y las retiraron por centrifugación. A partir del primer cultivo observaron que la radiactividad debida al s35 quedaba en las cápsidas vacías, y con el 2º isótopo vieron que el ADN radiactivo aparecía en el interior de las bacterias y luego en el interior de los nuevos virus descendientes. Se demostró que el ADN es la molécula que pasa de una generación a otra y contiene la info. genética.

2. LA COMPOSICION QUIMICA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

2.1 LOS COMPONENTES DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

El núcleo de las células hay una sustancia rica en fósforo y tiene carácter ácido: el ácido nucleico. Por hidrólisis se vio que tenia 4 tipos de moléculas de carácter bádico y con nitrógeno: las bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina. La A y G están formados x dos ciclos similar a la purina: bases púricas. La C y T un solo ciclo: bases pirimidínicas.

Los ácidos nucleicos se pueden escindir en nucleótidos, constituidos por H3PO4 unido a una ribosa o desoxirribosa, y ésta a una base N. Si faltaba el grupo fosfato eran nucleósidos. Por lo tanto, los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos.

-Nucleósidos: unión de una ribosa o desoxi. con una base nitrogenada mediante enlace N-glucosídico entre el carbono 1' de la pentosa y el nitrógeno 1' de la base pirimidínica o el 9' de la púrica. Se nombran con la terminación -idina a la pirimidínica (Citidina, uridina)o -osina a la púrica (Adenosina,Guanosina).Si la pentosa es la desoxirribosa se pone el prefijo desoxi-. (desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina)

-Nucleótidos: unión de una molécula de H3PO4 y un nucleósido. Es un enlace ester fosfórico del nucleósido. Se nombran quitando la “a” al final del nombre del nucleósido y añadiendo el termino 5-monofosfato. (Adenosín-5'-monofosfato...;desoxiadenosín-5'-monofosfato..)

-Ácidos nucleicos: son polinúcleotidos. Los nucleótidos se unen fosfodiester entre sí a través del radical fosfato en el carbono 5' de un nucleótido y el OH del 3' de otro mediante. Hay ARN y ADN.

En el ADN: se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T).

En el ARN: se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y el uracilo (U).

3. EL ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO=ADN

3.1 CONCECTOS GENERALES. NIVELES ESTRUCTURALES Y DE EMPAQUETAMIENTO

El ADN es una cadena de nucleótidos de A G C y T unidos entre sí mediante enlaces fosfodiester en sentidos 53. El peso molecular es muy elevado.

En las eucariotas el ADN está en el núcleo pero también en las mitocondrias y cloroplastos. Esta asociado a proteínas (histonas) El ADN mitocondrial y de cloroplastos es parecido al de las procariotas.

Para que el ADN quepa dentro del núcleo queda muy empaquetado según diferentes niveles En el ADN hay 3 niveles estructurales: estructura primaria o secuencia de nucleótidos, secundaria o doble hélice y terciaria o ADN súperenrollado(torsión de la doble hélice sobre si misma)

.

3.2 ESTRUCTURIA PRIMARIA DEL ADN (secuencia de nucleótidos): Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra. El nº de hebras diferentes de ADN que se puede formar combinando las 4 bases nitrogenadas es muy elevado. SI se consideran estas combinaciones, a través de la secuencia de bases nitrogenadas es posible estructurar el mensaje biológico o información genética.

Los porcentajes de G C A T son los mismos para todos los individuos de una misma especie.

3.3 ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN (doble hélice)

Es la disposición en el espacio de dos hebras en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrogeno. Se dedujo a partir de:

-La densidad y viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN era superior a las esperadas. Se supuso que debían agruparse entre ellas a través de puentes de hidrógeno entre los grupos -NH2, -CO- y =NH

-La frecuencia de aparición de nucleótidos, en la que todos los ADN tenían tanto A T C G en la misma proporción. Los puentes de hidrogeno eran entre A y T (2 puentes) y entre C y G (3 puentes)

-Los estudios mediante difracción de rayos X aportaron nuevos datos sobre la estr del ADN. Impresionan una placa fotográfica, dando lugar a un dibujo de puntos. Se descubrió que el ADN tenia estructura fibrilar.

Según esto, Watson y Crack elaboraron el modelo de doble hélice. El ADN estaría formado por dos cadenas de polinucleótidos que serían antiparalelas, complementarias y enrolladas sobre la otra en forma plectonímica (doble hélice). La secuencia de cada cadena es diferente(AT, GC). Para separarlas, hay que girar una respecto de la otra.

La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable, si se calienta una dispersión de fibras de ADN, a los 100ºC las dos hebras se separan, con la desnaturalización del ADN. Si se mantiene el ADN desnaturalizado a 65ºC, las dos hebras vuelven a unirse. Esto es la renaturalización y lo que permite la hibridación si se parte de hebras de distintos ADN.

3.4 EL ADN SUPERENROLLADO. EL EMPAQUETAMIENTO DEL ADN CIRCULAR

Las moléculas de ADN circular presentan una estructura retorcida sobre sí misma formando una superhélice, el ADN superenrollado. Se debe a la acción de las enzimas ADN-topoisomerasas II. Proporciona 2 ventajas: reducen la longitud del ADN y le dan estabilidad;y facilitan el proceso de duplicación del ADN, ya que en la superhélice del ADN natural, el sentido de las vueltas es a la derecha y las enzimas despiralizan al revés, y el superenrollamiento anula vueltas a la derecha y las tensiones

3.5 TIPOS DE ADN SEGÚN SU ESTRUCTURA, FORMA Y EMPAQUETAMIENTO

-Según su etructura pueden ser de una hebra: monocatenario ode dos: bicatenario.

-Según su forma,el monocatenario(muy raro)puede ser circular, o lineal. El bicatenario es circular (bacterias, mitocondrias, cloroplastos, virus) o lineal como el ADN del núcleo de las eucariotas y algunos virus.

-Según las moléculas que sirven de soporte para empaquetar ADN, se distingue el ADN de las ecuariotas asociado a histonas y en las procariotas a otro tipo de proteinas y ARN.

Tema 17: DUPLICACIÓN O REPLICACION DEL ADN.

1. LA DUPLICACIÓN DEL ADN. NECESIDAD Y EXPLICACIÓN

1.1 Necesidad de duplicación: La duración de vida de los organismos es variable, pero mueren. Para que no se extinga la especie, reproduciéndose dan lugar a nuevos individuos. Para ello, es preciso la formación de copias de ADN del progenitor/es. La info. Genética de los virus se encuentra en el ARN. Los procesos vitales se prologan a través del tiempo gracias a la capacidad de duplicaron del ADN.

1.2 Primera hipótesis: La strucutura en doble hélice del ADN permite dar lugar a copias, ya que presenta cadenas complementarias entrelazadas(gran estabilidad) y además bastaría con que una enzima specífica las separara y así cada una serviría de molde para sintetizar nucleótidos sueltos bajo la acción de la complemntaria.

La duplicación ocurre en una etapa previa a la división celular, la fase S de la interfase. El proceso es similar en las células procariotas y en las eucariotas.

Se propusieron tres hipótesis para explicar la replicación del ADN:

•Hipótesis semiconservativa: Fue propuesta por Watson y Crick. Según esta hipótesis las dos cadenas del ADN se separan y cada una de ellas actúa como molde dirigiendo la síntesis de su complementaria, por lo que las dos nuevas moléculas de ADN tendrán cada una de ellas una cadena de la molécula antigua y otra cadena de nueva síntesis.

•Hipótesis conservativa: una vez producida la duplicación se forman dos moléculas de ADN; una de ella tendría las dos cadenas de la molécula antigua y la otra tendría las dos hebras nuevas.

•Hipótesis dispersiva: las hebras, al final, están constituidas por fragmentos distintos de ADN antiguo y de ADN sintetizado.

En 1958 Meselson y Stahl confirmaron experimentalmente, en Escherichia coli mediante marcaje radioactivo la hipótesis semiconservativa.

1.3 Experimento de Meselson y Stahl: Cultivaron bacterias en un medio con nitrógeno pesado( N15), de forma que las bacterias tenían un ADN que pesaba más que las bacterias crecidas en un medio con N14. Esto permitía separar por centrifugación las moléculas de ADN pesadas de las ligeras. El experimento consistió en pasar bacterias cultivadas en N15 a un medio con N14 durante el tiempo de duplicación de las bacterias. Extrajeron y centrifugaron el ADN y comprobaron que se quedaba en una posición intermedia entre el ADN pesado y el ligero. Esto sugirió que eran moléculas híbridas, lo que descartaba la hipótesis conservativa. Si se dejaba que se dividieran más veces, la proporción de ADN híbrido disminuía, lo que descartaba la hipótesis dispersiva y confirmaba la hipótesis semiconservativa mediante otro ensayo: después de aislar el ADN híbrido y someterlo a una temperatura consiguieron separar las dos hebras, y mediante un enfriamiento consiguieron que no se volvieran a asociar. Lo centrifugaron y comprobaron que una hebra era ligera y otra densa

= Éstos diseñaron un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la replicación del ADN. Cultivaron bacterias E.coli en un medio de nitrógeno pesado N15, un isótopo pesado de nitrógeno. Que el ADN sintetizado fuera de densidad pesada, permitió separarlas mediante centifrugación utilizando un medio que presente un gradiente de densidades. Las moléculas de ADN ligero quedan más arriba y las de ADN pesado más abajo en el tubo. Experimento: Pasaron las bacterias cultivadas con N15 a un medio con N14,se duplicó el ADN y centrifugaron. Luego, mediante rayos ultra violeta se pudo deducir que el ADN recién sintetizado ocupaba en el tubo una posición intermedia entre la del N15 y N14. Se trataba pues de ADN híbrido, x lo que se descartaba la hipótesis conservativa. Las bacterias que habían estado creciendo en Nitrógeno pesado (N15) las pasaron a un medio de cultivo que contenía N14 y a distintos tiempos, dos generaciones, tres generaciones de replicación…, tomaban una muestra del cultivo bacteriano, extraían el ADN y centrifugaban en gradiente de densidad.

Descartaron la hipótesis dispersiva. Otro esnsayo: después de aislar el ADN híbrido y someterlo a una temperatura consiguieron separar las dos hebras, y mediante un enfriamiento consiguieron que no se volvieran a asociar. Lo centrifugaron y comprobaron que una hebra era ligera y otra densa confirmando la hipótesis semiconservativa.=

2. EL SENTIDO DE CRECIMIENTO DE NUEVAS HEBRAS

2.1 La síntesis de ADN in vitro

Se aisló un enzima a partir de Escherichia Coli la enzima ADN-polimerasa. Para la síntesis de ADN además de la enzima necesitaban los cuatro tipos de desoxirribonucleótidos en forma de trifosfatos(A, T, G; C), iones de magnesio y un ADN en el que una de las hebras actúe como patrón y un extremo de la otra como cebador.

La ADN-polimerasa es una enzima constituida por unos 1000 aminoácidos, se encuentra en el núcleo y en las mitocondrias. Posee varios lugares donde se fijan los sustratos, que son ocupados por el ADN patrón y cebador, y el siguiente nucleótido que se añadirá.

In vitro permite la síntesis de ADN a partir de natural, pero es incapaz de iniciar la cadena, se limita a añadir nucleótidos al extremo que presenta libre el carbono 3` del último nucleótido del ADN cebador. (no al carbono 5'). Es decir, la cadena del ADN cebador sólo puede crecer en sentido 5'→3'. En una cadena, el nucleótido que tiene libre el C5' es el primero y el C3' es el último y al que se añaden. La ADN-poli actúa de forma que la nueva hebra sintetizada es antiparalela y complementaria.

2.2 El problema de la dirección en la duplicación del ADN in vivo

Cairns realizó un experimento encaminado a observar la duplicación del ADN. Mantuvo bacterias E-coli en un medio con timina marcada con titrio(H³), isótopo radiactivo que emite partículas que impresionaban una placa fotográfica permitiendo localizar las moléculas de ADN sintetizado. Se pudo obtener una secuencia completa de una replicación de ADN.

Las imágenes iniciales tenían forma de V y son las horquillas de replicación, formadas por las dos nuevas hebras de ADN titriado sintetizadas sobre la doble cadena antigua, escindida para servir de molde. Las imágenes posteriores tenían forma de luna y son las burbujas de replicación. Y las imágenes finales parecían círculos aplastados, descubriendo que el ADN de E-coli era circular.

Se confirmó la hipótesis conservativa y tbm descubrió la existencia de un punto concreto como origen de la replicación del ADN. Erróneamnt se dedujo que la replicación era unidireccional, ya que es bidireccional y hay una horquilla ala izquierda del punto de inicio y otra a la derecha que van progresando opuestamente.

Dos dilemas: -Cómo la ADN-polim podía sintetizar sin cebador y -cómo las dos nuevas hebras de la horquilla crecían en paralelo: si una lo hacia en direccion 5'→ 3', la otra lo debía hacer en 3'→ 5' lo cual era imposible.

La solución fue el descubrimiento de fragmentos de Okazaki, constituidos por 50 nucleótidos de ARN y 1000 de ADN y sintetizados por la ARN-poimerasa (que no precisa cebador) y por la ADN-polim.

3. MECANISMO DE LA DUPLICAIÓN DEL ADN

La replicación en procariotas y eucariotas es bastante parecida aunque presentan algunas diferencias:

En bacterias:

1. Existe un origen de replicación(secuencia de nucleótidos) que actúa como señal de iniciación.

2. El proceso se inicia con la enzima helicasa que rompe los puentes de hidrogeno entre las dos hebras complementarias y las separa para que sirvan de moldes. El desenrollamiento de la doble hélice da lugar a superenrollamientos en el resto d la molécula, por lo q se hace preciso topoisomerasas, proteinas que cortan una o las dos fibras(las girasas) eliminando las tensiones en la fibra y empalmándolas nuevamentes.

3. Después intervienen las proteínas estabilizadoras que tiene como función mantener la separación de las dos hebras complementarias. Se enlazan sobre el ADN de hebra única y se inicia la formación de horquillas de replicación.

4. El proceso es bidireccional, la helicasa trabaja en sentidos opuestos. Las dos horquillas de replic. Forman las burbujas de replic.

5. Interviene primero la ARN-polim (primasa) y sintetiza ARN de unos diez nucleótidos= primer=cebador.

6. Después interviene la ADN-poli partiendo del primer comienza a sinterizar (5'→ 3') una hebra de ADN a partir de nucleótidos trifosfasto. El crecimiento es continuo.

7. Sobre la otra hebra antiparalela, la ARN-poli sintetiza unos 40 nucleótidos que distan 1000 de la señal de iniciación, y la ADN-poli sintetiza unos 40nucleótidos formándose un fragmento de Okazaki. (Se repite el proceso a medida que se separan las hebras). Posteriormente, interviene otra ADN-poli que retira los segmentos de ARN y luego rellena los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, interviene la ADN-Ligasa que empalma entre sí los fragmentos. Es de crecimiento discontinuo. Es la hebra retardada porque tarda más en crecer.

8. El proceso se continúa así hasta la duplicación total del ADN.

En eucariontes

El proceso es parecido pero tiene diferencias.

1.El ADN de los eucariontes esta fuertemente asociado a histonas. Durante la replicación la hebra patrón a la hebra conductora se queda con las histonas y ambas se enrollas sobre los octámeros antiguos. La hebra que sirve de patrón a la retardada se arrolla sobre nuevos octámeros de histonas que llegan a los lugares de replicación para formar nuevos nucleosomas.2.La longitud es mucho mayor y el proceso mas lento, en cada ADN de un cromosomas hay un centenar de orígenes de replicación. Se forman unas cien burbujas de replicaron. Se activan de forma coordinada y forman las unidad de replicación o replicones.

Los fragmentos de Okazaki son más pequeños.

18. EL ARN Y LA EXPRESION DEL MENSAJE GENETICO

1. EL ACIDO RIBONUCLEICO = ARN

Esta constituido por nucleótidos de ribosa, con las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene timina. Suele ser monocatenario.

Hay ARN con función biocatalizadora, por lo que en el origen de la vida, pudieron ser las 1º moléculas que pudieron autoduplicarse. Luego el ADN guardaría la información genética, ya que es más estable.

Se encuentra en muchos tipos de virus, en procariotas y eucariotas. Hay varios tipos: ARN bicatenario y ARN monocatenario (ARNs o ARNt, ARNm, ARNr, ARNn)

1.1 El ARN soluble o de transferencia (ARNs o ARNt)

Tiene entre 70 y 90 nucleótidos, en el citoplasma, hay unos 50 tipos. Su función es transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas, donde según la secuencia especificada en un ARNm (transcrita a su vez del ADN), se sintetizan las proteínas. Es monocatenario y tiene zonas con estructura secundaria en doble hélice y otras sólo con primaria que forman asas confiriéndoles una forma de trébol a la molécula. Hay un brazo D y su asa, un brazo T y su asa, un brazo: anticodón y su asa y el brazo aceptor de aminoácidos.

Además de los nucleótidos A G C y U aparecen bases metiladas: en el brazo D la dihidrouridina, en el T ribotimidina y el anticodón un triplete de nucleótidos (anticodon) complementario de un triplete del ARNm (codón)

En el extremo 5' hay guanina y en el 3', donde se enlaza el aminoácido un triplete de -C-A-A.

1.2 El ARN mensajero (ARNm)

Monocatenario y lineal, su función es transmitir la información del ADN y llevarla hasta los ribosomas para sintetizar proteínas a partir de los aminoácidos aportados por el ARNt.

ARNm eucariótico: presenta zonas en doble hélice por la complementariedad de las bases y zonas lineales que dan lugar a los lazos en herradura. Está asociado a proteínas formando las partículas ribonucleoproteicas mensajeras. Se forma a partir de un ARN heterogéneo nuclear que tiene dos segmentos con información o exones alternados con otros sin info. o intrones que se suprimen y no aparecen en el ARNm, es el proceso de maduración (en el núcleo). El ARNm tienen en su extremo 5' guanosina metilada =caperuza que bloquea la acción de las exonucleasas que pueden destruir el ARNm y constituye la señal de inicio en la síntesis de proteínas. En el extremo 3' hay muchas adeninas: la cola de poli-A, que es estabilizador frente a las exonucleasas. El ARNm solo tiene información para una cadena polipeptídica.

ARNm procariótico: no tiene exones, ni intrones, ni caperuza, ni cola de poli-A. Contiene informaciones separadas para distintas proteínas.

1.3 El ARN ribosomico (ARNr)

Constituye, en parte los ribosomas. Tiene segmentos lineales y en doble hélice. Está asociado con las proteínas ribosómicas, formando estructuras asociadas a la síntesis de proteínas, pues le da a los ribosomas la forma adecuada para alojar ARNm y ARNt, portadores de los aminoácidos que formaran las proteínas durante el proceso.

1.4 El ARN nucleolar (ARNn)

Constituye en parte el nucléolo. Se origina a partir de segmentos de ADN (como la región organizadora nucleolar. A partir de ese ADN se forma un ARN nucleolar de 45s que se asocia a proteínas procedentes del citoplasma. Luego, la ribonucleoproteína se escinde en 3 ARN y se añade un ARN de 5s sintetizado en el nucleoplasma a partir de otro segmento de ADN. A partir de todos ellos se formaran las dos subunidades ribosómicas.

1.5 Funciones

- Transmisión de la información genética desde el ADN a los ribosomas: las ARN-polimerasas a partir de un secuencia de nucleótidos de ADN con info sobre una proteína sintetizan ARNm (trascripción). Luego éste llegará hasta los ribosomas. El ADN es utlizado solo como almacén de info genética.

- Conversión de la secuencia de ribonucleótidos de ARNm en una secuencia de aminoácidos: traducción. Intervienen ARNm, ARNr(ribosomas), ARNt

-Almacenamiento de la info genética: solo algunos virus que carecen de ADN.

2. TEORIA UN GEN-UNA ENZIMA

Garrod observó que la alcaptonuria era una enfermedad hereditaria recesiva. Se introdujo el término gen: fragmento de ácido nucleico que tiene la información para un determinado carácter. Ocupa en el ácido una posición fija (locus) en el que puede haber más de un tipo de gen para un mismo carácter. Cada uno de los diferentes genes que pueden ocupar un mismo locus es el alelo. Mediante análisis se vio que los problemas que daba la alcaptonuria eran por la presencia de otro ácido. En los individuos sanos esta sustancia era transformada en otra y desaparecía, así que se pasó a un paralelismo entre gen y sustancia.

Después Beadle y Tatum cogieron el hongo neurospora crassa, que solo necesita para vivir sust minerales, carbono y biotina. Con radiación con ultra violeta que altera el ADN aparecieron mutantes que solo sobrevivían si se añadía el aminoácido arginina, necesario para sintetizar sus proteínas. Habían perdido así la capacidad de sintetizar este aminoácido.

Mediante análisis bioquímicos se confirmó que los mutantes carecían de algunas enzimas y que cada uno de ellos aumentaba mucho uno de los componentes de la vía de la arginina. Así pues: al faltar una enzima, el metabolismo se bloquea en aquella sustancia sobre la que actúa. Los mutantes vivían si al medio se le añadía la sustancia que no podían sintetizar. Así había paralelismo entre gen-enzima. Al alterarse la secuencia de nucleótidos de un gen, falta una enzima. Mediante enzimas se controlan sustancias y características de los organismos.

3. LA EXPRESION DEL MENSAJE GENETICO

Se estableció una correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima que el gen codifica.En el núcleo se pasa de una secuencia de bases nitrogenadas de un gen (ADN) a una de bases nitrogenadas complementarias de un ARNm: trascripción. En los ribosomas se pasa de una secuencia de ARNm a una secuencia de aminoácidos: traducción

3.1 La transcripción

Es el paso de una secuencia de ADN a una secuencia de ARN (m, r o t). Intervienen el ADN, ribonucleótidos ACGU y ARN-polimerasas.

En los eucariontes hay 3 tipos de ARN-polimerasas, según el ARN que se sintetiza. Los genes están fragmentados y se necesita un proceso de maduración en el que se eliminen los intrones y se empalmen los exones. Hay genes como los de las histonas que no tienen intrones. El ADN también esta asociado a histonas formando los nucleosomas. En genes que se transcriben continuamente el ADN está extendido. En otros siempre está aparentemente en forma de nucleosoms. Y en otros hay tanscripción a la forma extendida solo durante la transcripción. Hay varias etapas(caso síntesis de ARNm):

1. Iniciación: hay una región del ADN (promotora) donde se fija la ARN-polimerasa que tiene dos señales o secuencias de consenso: la CAAT y la TATA, a distintas distancias antes del punto de inicio.

2. Alargamiento o elongación: el proceso de síntesis continua en sentido 5'3'. Al cabo de 30 nucleótidos transcritos se añade una caperuza constituida por una metil-adenosin-trifosfato al extremo 5'

3.Finalización: esta relacionada con la secuencia TTATTT. La enzima poli-A añade al extremo final 3' muchas adeninas: la cola de poli-A.

4. Maduración: se produce en el núcleo. La realiza la enzima ribonucleoproteína pequeña nuclear (RNPpn), El ARNpn tiene secuencias que son complementarias de las de los extremos de los intrones. Al asociarse, el intron se curva y se desprende, apareciendo las ARN-ligasas que empalman los exones.

4. LA CLAVE GENETICA

Es la relación entre la secuencia de nucleótidos y de aminoácidos. Se hicieron descubrimientos: Severo Ochoa aisló una enzima capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo y a partir de nucleótidos que hubiera en el medio. A partir de un medio con solo UDP, se sintetizaron ARNm en el había poli-U.

Luego, Nirenerg puso 20 tubos con los 20 aminoácidos y en cada uno había un aminoácido marcado con C14. Se añadió el poli-U y se observó que solo aparecía un polipéptido radiactivo, la fenilalanina. A partir de un poli-C se identificó su colinearidad con la prolina. A partir de poli-G no se obtuvieron resultados y partir de la poli-A se obtuvo polilisina.

Dado que sólo hay cuatro tipos de nucleótidos y que interviene 20 tipos de aminoácidos, la colinealidad no se podía establecer uno a uno, ni entre dupletes de aminoácidos,sino como se establecía entre tripletes de nucleótidos y aminoácidos.

En la clave genética hay algunos aminoácidos con varios tripletes que difieren en un solo nucleótido.

Esto es la degeneración. Aunque se produzca un error en la copia de un nucleótido, seguiría la colinearidad entre triplete y aminoácido. Por otro lado, si solo hubiese 20 tripletes traducibles, habría 44 sin sentido, por lo que un simple error interrumpiría la biosíntesis.

5. LA TRADUCCION O BIOSINTESIS DE LAS PROTEINAS

La lectura por los ribosomas del mensaje genético transportado por el ARNm que conduce al a síntesis de la cadena péptidica es un proceso parecido en pro y eucariotas, tiene 3 fases:

5.1 Iniciación de la sínteisis (eucariotas)

-El primer paso es la construcción del complejo de iniciación 80S, que tiene un ribosoma unido a un ARNm y ARNT iniciador cargado con metionina.

-Determinados factores de iniciación y con la energía del GTP provocan la unión de la sub pequeña del ribosoma con el ARNt iniciador cargado con metionina.

-Otros factores de ini facilitan que la subunidad menor 40s unida a la metionina reconoce la caperuza y se une con el ARNm.

-La sub pequeña se desplaza por el ARNm en sentido 5'3' hasta encuentrar el codón inicador AUG. Se produce la unión del AUG del ARNt iniciador cargado con metionina, el cual posee el anticodon UAC.

-Al encajr la metionina en el AUGse liberar los factores de ini que dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma 60s que forma el complejo de iniciación 80sjunto con la sub peq, ARNm y la metionina. En la sub mayor se localizan tres sitios de fijación: A, P y E.

La traducción comienza por el triplete iniciador AUG que este mas próximo a la caperuza del ARNm (extremo 5')

5.2 Elongación de la cadena peptídica

Es el proceso catalizado por el complejo enzimático peptidil transferasa mediante el cual los sucesivos aminoácidos que se van añadiendo a la cadena peptidica en el seno del ribosom, quedan unidos mediante enlace peptídico.

La incorporación de un nuevo aminoácido a la cadena peptidica en formación se lleva a cabo mediante un mismo proceso de elongación que tiene 3 fases: cuando finaliza la 3º se incorpora otro aminoácido y asi sucesivamente.

Las fases son: entrada del ARNt-aminoácido, formación del enlace peptídico y traslocación.

5.3 Terminación de la síntesis de la cadena peptídica

Se detiene cuando, en el momento de producirse la última traslocación del ribosoma, aparece en el sitio A uno de los 3 codnes de terminación del ARNm (UAA, UAG o UGA). Hay un factor proteico de terminación que se une al codón de terminación e impide que algun aminoacil-ARNt se aloje en el sitio A. El complejo enzimatico peptidil transferasa se ve obligado a catalizar la transferencia de la cadena peptidica a una molécula de agua provocando la hidrólisis del enlace entre el peptido recién sintetizado y el ARNt.

6. LA REGULACION DE LA EXPRESION GENETICA

La cantidad de proteínas sintetizadas depende de la cantidad de ARNm del citoplasma y la cantidad de estos regula los nivles enzimaticos del medio. Asi que hay que regular la síntesis de ARNm.

6.1 El operon

El descubrimiento de cómo se controla se observó por el efecto glucosa. Si a un cultivo de E.coli con lactosa se añade glucosa, el nivel de la enzima B-galactosidasa disminuye, ya que las enzimas aparecen solo cuando son necesarias. Así se descubrió que las enzimas reprimidas eran 3.

Se concluyó que el sustrato reprimía el conjunto de enzimas que intervienen en una misma vía metabólica.

Luego se propuso el modelo del operon que explica como se efectúa el control de la biosíntesis proteica. Hay dos genes: estructurales (codifican proteínas y enzimas) y reguladores (codifican proteínas cuya misión es controlar la actividad de los genes estructurales, las proteinas represoras)

En el operon lac hay un gen regulador y 3 estructurales. Junto al 1º gen estructural que se transcribe hay 2 zonas, la promotor en donde se fija la ARN-polimerasa y la operador donde se fija el represor.

En el lac, el represor se asocia a la zona operador impidiendo que la ARN-polimerasa transcriba genes estructurales. Este operon funciona según la inducción enzimática ya que hay inductores que al asociarse con los represores, provocan en ellos alteraciones en sus estructuras. Los represores pierden afinidad por la zona operador y la ARN-polimerasa transcribe genes estructurales.

Otros funcionan según la represión enzimática, el operon his es responsable de la síntesis de histidina. Si al medio se añade histidina, desaparecen las enzimas necesarias para la síntesis. El represor en estado normal es inactivo pero si aparece otra molécula (correpresor) como la histidina, el represor se vuelve activo y se reprime la síntesis enzimática.

Tema 19: MUTACIÓN

Una mutación es una alteración al azar del material genético. Por lo general, las mutaciones son recesivas y permanecen ocultas, pero pueden suponer deficiencias y llegar a ser letales. Sin embargo, aunque muchas pueden ser negativas para el individuo, comportan un aspecto positivo para la especie, porque permiten que se produzca la selección natural, es decir, la evolución de las especies.

MUTACIONES

• Alteraciones al azar del ADN.

• Suponen deficiencias; a veces, provocan la muerte.

• A pesar de ser malas, pueden hacer que una especie no se extinga = selección natural.
  
  células somáticas → carecen de importancia.

• Las mutaciones se dan en:
  células reproductoras → transcendentes ya que las células del nuevo organismo, tendrán la misma información que la célula cigoto.
  Espontáneas

• Mutaciones
  Provocadas → radiaciones, sustancias químicas…
  ↓
  Agentes mutáneos.
  

• Dependen de a cuanta zona hayan afectado → mutaciones genómicas (Síndrome de down).
  → mutaciones cromosómicas
  → mutaciones génicas
  ↓
  Producen alteraciones en la secuencia de bases de un gen.
  
  
  
  
  Mutación de sustitución de bases: Mutación x pérdida de nucleótidos:
  son cambios de una base por otra. Se denominan adicionales. Alteran los
  tripletes siguientes. Consecuencias graves. Son el 80% de las mutaciones.
  
  
  Transiciones: Transversiones:
  - púrica por púrica; - púrica por pirimidínica
  - pirimidínica por pirimidínica. - Pirimidínica por púrica

Tema 20: LOS GENES Y LA INGERNIRÍA GENÉTICA

-Beadle y Tatum demostraron con la teoría de un gen-una enzima que la forma como un gen controla un carácter es mediante la producción de una enzima que actúa en una determinada ruta metabólica, posibilitando la síntesis de una determinada sustancia.

-La unidad de función es el gen, segmento de ADN, o ARN (virus) con infamación para una cadena polipeptídica o para un ARN. El gen presenta intrones, segmento sin información y exones que si la poseen. Pero la unidad de estructura es el nucleótido.

-La ingeniería genética es una técnica que consiste en la introducción de genes en el genoma de un individuo que carece de ellos.

- Recombinación: Es una técnica que consiste en la introducción de genes en el genoma de un individuo que carece de ellos a través de las enzimas de restricción, que cortan el ADN en puntos concretos y separan los segmentos. El ADN recombinante es el que se ha formado al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor. Las enzimas de restricción hacen posible la formación de este ADN. Se puede aislar un gen determinado y mediante un vector introducirlo en bacterias. Al reproducirse van aumentando el número de copias de ese gen.

-Transformación: En una bacteria puede haber uno o más plásmidos bacterianos, un ADN. Si mediante la lisis de las bacterias quedan libres en el medio, pueden penetrar dentro de otras bacterias (transformación) Las bacterias receptoras adquieren las propiedades de los genes contenidos en el plásmido.

A los plásmidos que se utilizan como vectores de un ADN, se les añaden genes que codifiquen proteínas degradadoras de antibióticos. Luego se seleccionan las bacterias que han integrado el plásmido, ya que son las únicas que sobreviven en un medio con antibióticos.

-Transducción: cuando un virus infecta una bacteria y se inicia el ciclo lítico, con la destrucción del ADN celular, se replica el vírico y se sintetizan las proteínas de la cápsida. Luego se encapsulan los ADN-víricos formándose nuevos virus, pero a veces, por error, se encapsulan segmentos de ADN bacteriano. Estos virus pueden infectar a una 2º bacteria e introducir el segmento de ADN de la otra bacteria. Este es el proceso. Este se puede recombinar con su segmento homólogo y que la bacteria adquiera las propiedades de los genes de la otra célula.