¡Hola chicos!
En esta entrada os voy a presentar el tema : ADN como material genético y el tema de genética II.
Aquí os dejo todos los esquemas sobre estos temas. He decidido realizarlos en varios folios ya que me resulta más fácil a la hora de estudiar porque está más amplio y con más información.
Os voy a resumir un poquito cada folio para que lo entendáis mejor.
ADN como material genético
La historia del descubrimiento de la composición química de los genes se inicia en 1928, cuando el médico inglés Frederick Griffith realizaba sus experimentos de infección de ratones con los neumococos (bacterias que causan la neumonía en humanos). La incubación de estas bacterias en los ratones causa su muerte en 24hs y su patogenicidad se debe a la cápsula de polisacáridos que poseen por fuera de su pared celular. Esta cápsula le otorga a las colonias de neumococos un aspecto brillante o liso, denominado S. Existen mutantes de neumococos que no producen la cápsula de polisacáridos y forman colonias de aspecto rugoso o R.
Griffith descubrió que estas mutantes no mataban a los ratones. Pero sin embargo, si mezclaba a los neumococos R con neumococos S previamente muertos por calor, entonces los ratones se morían. Aún más, en la sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos con cápsula (S). Es decir que en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R en patógenas y este cambio era permanente y heredable. Más tarde se demostró que esta transformación también se producía si se incubaban los neumococos R con un extracto libre de células S.
Tratando el flujo de información genética, podemos decir que las funciones de los genes es el almacenamiento y conservación de la información genética, además de la transmisión, expresión y regulación de los genes.
En 1970, Crick enunció el dogma central de la biología molecular:
-Descubrió la enzima transcriptasa inversa en algunos virus. Los virus que tienen la información genética en forma de ARN, lo utilizan como molde para la síntesis de ADN.
-No todos los virus con ARN presentan retrotranscriptasa.
Meselson y Stahl probaron la hipótesis de la replicación del ADN. Ellos cultivaron bacterias en un medio 15N. El 15N es un isótopo pesado de nitrógeno, por lo tanto el ADN sintetizado es de densidad pesada. Ellos entonces cambiaron las bacterias al medio 14N. El ADN se aisló diferentes veces que corresponden a los ciclos de replicación 0, 1, y 2. Después de un ciclo de replicación, el ADN fue todo de densidad intermedia. Esto descarta el modelo conservador de la replicación, que predice que ambos ADN (pesado y liviano) estarán presentes, pero ninguno de densidad intermedia estará presente.
Este resultado es consistente con el modelo semiconservativo de replicación, que predice que todas las moléculas de ADN consistirán de una cadena 15N de ADN y una cadena 14N de ADN.
Descarta el modelo dispersivo de la replicación, que predice que después del ciclo 1 de replicación, la densidad del todas las moléculas de ADN, gradualmente llegarían a ser más bajas. Por lo tanto, ningún ADN de densidad intermedia intermedio debería permanecer después del ciclo 2. El modelo semiconservativo es correcto.
Realización ADN en bacterias:
La información genética contenida en el ADN se transcribe en forma de ARN y se traduce a proteínas. Surgieron tres hipótesis:
Hipótesis semiconservativa
propuesta por Watson y Crick, sostiene que en las dos molé-culas de ADN obtenidas a partir de la antigua, hay una hebra nueva y otra antigua.
Hipótesis conservativa
tras la duplicación quedarían, por un lado, las dos hebras antiguas juntas, y por el otro, las dos nuevas.
Hipótesis dispersiva
las nuevas moléculas estarían compuestas por fragmentos de ADN nuevo y fragmentos de ADN antiguo
Síntesis de ADN in vitro
La enzima ADN-polimerasaes capaz de sintetizar ADN in vitro.
Para ello, necesita la presen-cia de desoxirribonucleótidos-5-trifosfatos, de iones magnesio, y de un ADN en el que una de las hebras actúa como hebra patrón, y un extremo de la otra, que se ha retirado en parte, como cebador. La ADN-polimerasa está constituida por unos 1000 aminoácidos. Permite la síntesis in vitro de ADN a partir de ADN natural. Es incapaz de iniciar una cadena de novo. .Su papel se limita a añadir nucleótidos al extremo 3’ de una cadena preexistente ; es incapaz de añadirlos al ex-tremo 5’. Por lo tanto, el ADN cebador sólo puede crecer en sentido 3’--5’. La nueva hebra sintetizada es antiparalela y complementaria. Síntesis de ADN in vivo Cairns realizó un experimento para observar al duplicación de ADN in vivo .
La confirmación de su teoría planteó dudas.
Las soluciones a estas las resolvió Meiji Okazaki cuando descubrió unos fragmentos a los que llamó fragmentos de Okazaki. Fueron sintetizados por la ARN-polimerasa y continuados por la ADN-polimerasa.
Pierden su porción de ARN que se sustituye por ADN y permanecen unidos entre si contituyendose un filamento de ADN.
Duplicación de ADN en procariotas:
INICIACIÓN : desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto ori-c.
Primero: intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento
Segundo: actúan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.
Tercero: actúan las proteínas SSBP que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.
ELONGACIÓN: síntesis de dos nuevas hebras de ADN.
Actúan 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 polimerasa 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 IIIActuá la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos.
La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En cambio, la cadena 5´-3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´, los cuales se unirán mas tarde. Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.
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.
CORRECCIÓN DE ERRORES.
La enzima principal 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 erróneo.ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco.ADN ligasas que unen los extremos corregidos
Duplicación en eucariotas:
Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora y una hebra retardada con fragmentos de Okazaki. Se inicia en la burbujas de replicación (puede haber unas 100 a la vez).
Intervienen enzimas similares a los que actúan en las células procariontes y otros enzimas que han de duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductor
La transcripción es el primer paso de la expresión génica, el proceso por el cual la información de un gen se utiliza para generar un producto funcional, como una proteína. El objetivo de la transcripción es producir una copia de ARN de la secuencia de ADN de un gen.
La transcripción de un gen ocurre en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Aquí veremos brevemente cómo ocurren estas etapas en bacterias. Puedes aprender más sobre los detalles de cada etapa (y sobre las diferencias que hay respecto a la transcripción eucarionte) en el artículo sobre etapas de la transcripción.
1)Iniciación. La ARN polimerasa se une a una secuencia de ADN llamada promotor, que se encuentra al inicio de un gen. Cada gen (o grupo de genes co-transcritos en bacterias) tiene su propio promotor. Una vez unida, la ARN polimerasa separa las cadenas de ADN para proporcionar el molde de cadena sencilla necesario para la transcripción.
2) Elongación. Una cadena de ADN, la cadena molde, actúa como plantilla para la ARN polimerasa. Al "leer" este molde, una base a la vez, la polimerasa produce una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios y forma una cadena que crece de 5' a 3'. El transcrito de ARN tiene la misma información que la cadena de ADN contraria a la molde (codificante) en el gen, pero contiene la base uracilo (U) en lugar de timina (T)
3) Terminación. Las secuencias llamadas terminadores indican que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea liberado de la ARN polimerasa. A continuación se ejemplifica un mecanismo de terminación en el que ocurre la formación de un tallo-asa en el ARN.
Traducción:
En la iniciación, el ribosoma se ensambla alrededor del ARNm que se leerá y el primer ARNt (que lleva el aminoácido metionina y que corresponde al codón de iniciación AUG). Este conjunto, conocido como complejo de iniciación, se necesita para que comience la traducción.
La elongación es la etapa donde la cadena de aminoácidos se extiende. En la elongacón, el ARNm se lee un codón a la vez, y el aminoácido que corresponde a cada codón se agrega a la cadena creciente de proteína.
Cada vez que un codón nuevo está expuesto:
Un ARNt correspondiente se une al codón.
La cadena de aminoácidos existente (polipéptido) se une al aminoácido del ARNt mediante una reacción química.
El ARNm se desplaza un codón sobre el ribosoma, lo que exponde un nuevo codón para que se lea.
La terminación es la etapa donde la cadena polipeptídica completa es liberada. Comienza cuando un codón de terminación (UAG, UAA o UGA) entra al ribosoma.
Activación de los aminoácidos:
Mediante la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP, los aminoácidos pueden unirse ARN específico de transferencia, dando lugar a un aminoacil-ARNt. En este proceso se libera AMP y fosfato y tras él, se libera la enzima, que vuelve a actuar.
Iniciación de la síntesis proteica:
En esta primera etapa de síntesis de proteínas, el ARN se une a la subunidad menor de los ribosomas, a los que se asocia el aminoacil-ARNt. A este grupo, se une la subunidad ribosómica mayor, con lo que se forma el complejo activo o ribosomal.
Elongación:
El complejo ribosomal tiene dos centros o puntos de unión. El centro P o centro peptidil y el centro A. El radical amino del aminoácido inciado y el radical carboxilo anterior se unen mediante un enlace peptídico y se cataliza esta unión mediante la enzima peptidil-transferasa.
De esta forma, el centro P se ocupa por un ARNt carente de aminoácido. Seguidamente se libera el ARNt del ribosoma produciéndose la translocación ribosomal y quedando el dipeptil-ARNt en el centro P.
Al finalizar el tercer codón, el tercer aminoacil-ARNt se sitúa en el centro A.
A continuación se forma el tripéptido A y después el ribosoma procede a su segunda translocación. Este proceso puede repetirse muchas veces y depende del número de aminoácidos que intervienen en la síntesis.
Finalización de la síntesis de proteínas:
En la finalización de la síntesis de proteínas, aparecen los llamados tripletes sin sentido, también conocidos como codones stop. Estos tripletes son tres: UGA, UAG y UAA. No existe ARNt tal que su anticodón sea complementario. Por ello, la síntesis se interrumpe y esto indica que la cadena polipeptídica ha finalizado.
Un operón es una unidad de transcripción regulada coordinadamente en bacterias. El modelo operón fue propuesto por Jacob, Monod basado en sus estudios genéticos y bioquímicos sobre las mutaciones de E. coli que requieren lactosa. Un operón es una unidad del cromosoma bacteriano formado por los siguientes componentes: 1. Un gen regulador
El gen regulador codifica una proteína reguladora, el represor. El represor lac, codificado por el gen lacI, es la proteína reguladora del operón lac.
2. Un operador
El operador es la región de DNA en el operón a la que se une la proteína reguladora.
3. Un promotor
El promotor es la secuencia de DNA en el operón reconocida por la RNA polimerasa dependiente del DNA. El lugar de iniciación para la síntesis del RNA está situado inmediatamente tras el promotor.
4. Genes estructurales
El operón contiene uno o más genes que codifican enzimas inducibles. El operón lactosa codifica las enzimas necesarias para el metabolismo de la lactosa.
Genética II:
Introducción de genes en el genoma de un individuo que carece de ellos. Se realiza mediante enzimas de restricción, capaces de cortar el ADN en puntos concretos y separar los segmentos que interesa. Permiten la formación in vitro de ADN recombinante: ADN formado al intercalar un segmento de ADN extraño en en un ADN receptor.
1. Se aísla un gen determinado mediante enzimas de restricción. Este ADN puede provenir de:
* ADN de una célula, cortado mediante enzimas de restricción. Tiene el inconveniente de que el ADN eucariótico tiene intrones, y la bacteria no puede eliminarlos al sintetizar el ARNm.
* ARNm, ya sin intrones. De él se produce una molécula de ADN gracias al enzima transcriptasa inversa. Después se ha de formar ADN de doble hélice, y luego introducirlo en el vector.
2. Se introduce el gen en una célula a partir de un vector; plásmidos, fagos o cósmidos.
La terapia génica consiste en hacer llegar a una célula humana de un individuo con una enfermedad genética, un gen humano correcto. Hasta la fecha sólo puede realizarse en células somáticas, no en células germinales. Es equivalente a recibir un transplante, y no es hereditario. Los resultados no son muy buenos. Se ha experimentado en enfermedades como la talasemia (un tipo de anemia).
Da mejores resultados transferir el gen humano a una bacteria, obtener la sustancia necesaria a partir de dicha bacteria, y luego inyectar la sustancia al paciente.
Organismo transgénico: Se desarrolla a partir de una célula en la que se han introducido genes extraños. En eucariotas es más difícil porque hay que permeabilizar la membrana, y en vegetales hay que disolver la pared celulósica. Otras técnicas son microinyecciones o disparo de microbalas. Ejemplos:
Maíz:
- Variedades transgénicas resistentes a heladas, al incorporar genes de peces resistentes al frío.
- Variedades resistentes a plagas al incorporar genes de trigo.
- Variedades resistentes a herbicidas que incorporan genes de bacterias.
Trigo: Variedades más nutritivas, resistentes a plagas y a herbicidas.
La clonación es un conjunto de técnicas de laboratorio que nos permiten reproducir tantas veces como queramos un material biológico en concreto: células, ADN, etc.
Podríamos decir que el acto de clonar equivale al de fotocopiar, es decir sacar muchas copias idénticas de algo que nos interesa.
Células madre:
Son células indiferenciadas o no especializadas, es decir sin función propia, porque todavía no se han convertido en células de un tejido específico.
Se distinguen del resto de las otras células corporales porque al dividirse presentan las siguientes propiedades:
Producen nuevas copias de sí mismas de forma indefinida.Producen nuevas células que, bajo los estímulos apropiados, pueden transformarse en los diferentes tejidos de que está compuesto el cuerpo humano.Pueden colonizar y reparar un tejido u órgano enfermo sustituyendo las células enfermas por células sanas.
Las células madre son las células a partir de las cuales nos hemos desarrollado cada uno de nosotros cuando se unieron el ovulo y el espermatozoide, y son las células que dieron lugar a todos los órganos y tejidos de nuestro cuerpo cuando fueron sometidas a los estímulos específicos necesarios para ello. Todos nuestros órganos y tejidos mantienen una “pequeña reserva”de las mismas que les permiten su mantenimiento y reparación.
El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto internacional de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional.
¿Qué es una mutación?
A los cambios estables en la cadena de ADN que son capaces de ser heredados, se les conoce como mutaciones.
Encontramos varios tipos de mutaciones como podéis observar en los tres esquemas de continuación:
-GÉNICAS: alteran a la secuencia de nucleótidos de un gen:
* sustitución de pares de bases.
*pérdida o inserción de nucleótidos.
-CROMOSÓMICAS: alteran la secuencia de genes de un cromosoma:
* Deleciones.
* Duplicaciones.
* Translocaciones.
* Inversiones.
-GENÓMICAS: cambian el número de cromosomas del genoma de un individuo:
*Euploidías.
*Aneuploidías.
Después también podemos observar los agentes mutágenos que son los factores capaces de aumentar la frecuencia de mutación natural.
La genética de poblaciones es la rama de la genética que estudia la variabilidad genética de las poblaciones. Varían las poblaciones y no los individuos.
Una población es el conjunto de individuos de la misma especie aislados reproductivamente unos de otros.
El cáncer es una multiplicación acelerada de las células, que forman tumores. Estas células tumorales pueden migrar a otros sitios a través de la sangre o la linfa y crear nuevos tumores (metástasis).
Las células tienen unos genes llamados protooncogenes que, con pequeñas modificaciones producidas por agentes cancerígenos, se convierten en oncogenes, y provocan la transformación cancerosa.
Los agentes cancerígenos pueden ser: Virus (no se conocen en humanos). Radiaciones UV, X, etc. Sustancia químicas como amianto, alquitrán, alcohol, tabaco, pan tostado, ahumados, etc.
También hay sustancias anticancerígenas: Aceite de oliva, pescado azul, ...
Esto es todo, espero que os haya gustado.
¡Nos vemos pronto!