Transcript Biología. 2º Bachillerato. Tema 4: Ácidos nucleicos

Tema IV: ÁCIDOS NUCLEICOS
Definición y composición
Nucleótidos:
nucleósido (pentosa + base nitrogenada)
fosfato
oligonucleótidos y polinucleótidos
ADN:
Descubrimiento
Estructura y formas
Plegamiento
Desnaturalización
FUNCIÓN
ARN: Características
Tipos y localización
ARNm: llevar el mensaje desde el ADN
ARNt: transferir los aminoácidos a la cadena peptídica
ARNr: constituir el ribosoma
Ribozimas
Ácidos nucleicos
Polinucleótidos formados por nucleótidos, moléculas compuestas de
C, H, O y P.
Nucleótidos
Bases nitrogenadas
Polinucleótidos
Cadenas lineales de nucleótidos.
Se forman mediante un enlace éster entre el OH
del grupo fosfato situado en 5´ y el OH situado
en 3´ liberando una molécula de agua.
Siempre presenta dos extremos 3´ y 5´.
Puede observarse que la estructura es una
cadena de pentosas y fosfatos de los que salen
bases nitrogenadas.
ADN: ácido desoxirribonucleico
Cadena de polinucleótidos donde la pentosa es la 2´desoxirribosa y
las bases nitrogenadas son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y
timina (T).
Al igual que el ARN tiene carácter ácido por lo que se tiñe con
colorantes básicos.
Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota, asociado a proteínas
de carácter básico, histonas, y en mitocondrias, plastos y citosol de
células procariotas. Además puede formar parte de virus ADN.
Descubrimiento del ADN
Friedrich Miescher
Frederick Griffith
Oswald Avery
1869
1928
Aisló el ADN del núcleo celular
Streptococcus pneumoniae
Bacterias “S” lisas virulentas
Colin MacLeod
1944
Bacterias “R” rugosas no virulentas
Maclyn McCarty
Alexander R. Todd 1950-51
Alfred D. Hershey 1952
Martha Chase
James Watson
1953
Francis Crick
(página 102)
Establece la composición del ADN
S*en proteínas y P*en ácidos
nucleicos de fago.
Estructura del ADN
Maurice Wilkins
Rosalind Franklin
Erwin Chargaff
Fotografía de rayos X de la forma B del ADN
A +T = G + C
Estructura del ADN
Formas del ADN
ADN. Tamaño
Siempre es una molécula muy grande.
Los virus, que tienen las moléculas más pequeñas, superan los 5000
pares de bases.
El ADN humano tiene 3.000.000.000 pares de nucleótidos.
El lugar que una especie ocupa en la escala evolutiva no tiene
relación directa con el número de nucleótidos de su genoma:
Una cebolla tiene un genoma 5 veces mayor que el del humano.
Un helecho presenta un genoma casi 10 veces mayor que el de la
cebolla.
Si estiráramos el ADN de un núcleo de célula humano, mediría 1
metro de longitud. Veremos cómo se empaqueta.
ADN. Forma
Plegamiento del ADN
ADN. desnaturalización
Desnaturalización. Variando T y/o pH
ADN (doble hélice)
ADN (hélice sencilla)
Renaturalización. A 65º C.
Gran afinidad entre las bases complementarias.
Utilidad:
Comparación de secuencias: medicina forense, estudios evolutivos...
Técnicas de ingeniería genética: Búsqueda de genes mediante sondas
genéticas, PCR, ARN de interferencia.
Aplicaciones biomédicas.
Etc.
ADN. Función
Almacén de la información:
Gobierno de la actividad celular
ADN
ARN
transcripción
Proteínas
traducción
Epigenética.
Transmite la información de una generación celular a la siguiente:
ADN
duplicación o replicación
ARN: ácido ribonucleico
ARN: tipos y localización
ARN mensajero (ARNm)
ARN transferente (ARNt)
ARN ribosómico (ARNr)
Estos tres tipos de ARN se pueden encontrar en el núcleo de células
eucariotas, donde se forman, y en el citoplasma donde ejercen su
función; el ARNr forma la estructura de los ribosomas. En el
citoplasma de bacterias, mitocondrias y plastos, donde se forman y
ejercen su función; el ARNr en los ribosomas.
ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) se encuentran en el núcleo y son
los precursores de diferentes ARNm.
ARN de interferencia (ARNi). Descritos recientemente, parece que
intervienen en la regulación de la actividad génica.
ARN mensajero
Se encuentra en menor cantidad en la célula (5%).
Presenta estructura lineal.
Es el que lleva el mensaje que va a dar lugar a proteínas, por tanto,
puede ser, en algunos casos, el de mayor longitud.
Su función es transmitir el mensaje codificado en el ADN.
Se forma en el núcleo de eucariotas o en el citosol de bacterias,
plastos y mitocondrias y se traduce a proteínas en los ribosomas.
En eucariotas sufre el proceso de maduración.
ARN transferente
ARN ribosómico
Es el más abundante (>75%), el de mayor tamaño y peso molecular?
Junto a proteínas forma los ribosomas. Estos, serán los encargados
de traducir el código genético a proteínas.
En eucariotas se forman en el nucléolo. ARN nucleolar (ARNn)
Eucariotas: genes en tándem.
Procariotas:
ADN
45S
28S
18S
33 prot.
5,8S
ARN
16S + 21 prot. 5S + 23S +
+ 34 prot.
5S
49 prot.
4OS
6OS
30S
50S
Ribozimas
Sidney Altman y Robert Cech obtuvieron el premio Nobel de
química por descubrir la actividad catalítica del ARN.
La capacidad enzimática de muchas moléculas de ARN apoyaría la
teoría de que fue el ARN la primera molécula con capacidad de
replicación necesaria para el origen de la vida.
Las moléculas de ARN son más inestables que las de ADN.
GENÉTICA MOLECULAR: ¿Dogma Central? de la Biología
Duplicación
FASE S del
ADN
ADN
Replicación
Ciclo Celular
Síntesis de ADN
Transcripción
inversa (virus)
Transcripción (código en ADN a ARN)
Mensajero
ARN
Transferente
Ribosomal
Traducción (nucleótidos a aminoácidos)
PROTEÍNAS
Mutación: alteración del ADN
Duplicación o replicación del ADN
Proceso de síntesis o autocopiado de todo el ADN nuclear (eucariota)
o cromosómico (procariota). Descrito por Arthur Kornberg.
El mecanismo fue propuesto por Watson y Crick y demostrado por
Matthew S. Meselson y Franklin W. Stahl en 1957 (página 103).
Requerimientos en procariotas:
•Molécula de ADN molde.
•Proteínas: iniciadoras (Ori I), helicasas y topoisomerasas,
estabilizadoras (abrir la hélice, girarla y estabilizarla), primasa
(sintetizar los primer o cebadores), ADN polimerasas III (genera las
nuevas hebras), II (ADN mitocondrial) y I (retira los primer, rellena
los huecos y repara posibles errores) y ADN ligasa (une los
fragmentos de Okazaki).
•Nucleótidos: NTP.
•Energía: NTP
energía
NMP + E (ATP
AMP)
Duplicación del ADN. Proceso
Duplicación del ADN en eucariotas
Diferencias con el proceso descrito en procariotas:
•Distintos orígenes de iniciación.
•Formación de múltiples horquillas de replicación y de burbujas.
•Hay que separar las histonas que se vuelven a unir tras la creación
de la nueva copia. Estas proteínas se han sintetizado previamente.
•Diferencias en las proteínas: ver cuadro de la página 84.
•Construcción de los extremos: telomerasa.
Implicaciones de la existencia y funcionamiento de la telomerasa.
Transcripción del ADN. Síntesis de ARN
Transcripción. Proceso
Transcripción en eucariotas I
Transcripción en eucariotas II. Maduración
Traducción. Síntesis de proteínas
Tras la transcripción se forma, entre otros, el ARNm. En eucariotas
cada ARNm es monocistrónico; tiene información para una única
proteína; en procariotas puede ser policistrónico, es decir, da lugar a
varias proteínas.
Los aminoácidos deben ser transportados
en ARNt para formar la proteína, luego
deben ser activados. Cada aminoácido se
une al ARNt que tenga el anticodón que le
corresponda según el Código Genético.
El ARNm presenta una secuencia de
nucleótidos que se leen de tres en tres y
que tienen sus correspondientes
complementarios en el ARNt. Este
triplete se denomina codón.
Código Genético
Código Genético. Características
Lo intuyó Francis Crick. Lo demostraron Niremberg, Khorana y
Ochoa.
Cada tres bases o triplete se denomina codón.
Es específico: cada triplete sólo codifica para un aminoácido.
Es degenerado: varios tripletes codifican para el mismo aminoácido.
Conviene observar que son las bases que ocupan el tercer lugar las
que cambian generalmente (leucina, serina y arginina).
No presenta solapamientos ni discontinuidades.
Es universal.
Traducción. Fases y requerimientos
Al igual que en la transcripción se definen tres fases:
•Iniciación: ARNm, ribosoma separado en subunidades, factores proteicos
de iniciación, energía cedida por GTP, iones Mg2+, el primer aminoácido
siempre es la metionina (eucariotas) y en procariotas la formilmetionina, el
codón de iniciación AUG, se acoplan el codón con el anticodón en la
posición P y a continuación la subunidad mayor del ribosoma se une a la
subunidad menor.
•Elongación: Son necesarios los factores de elongación y los distintos
aminoácidos unidos a los ARNt. Se une en la posición A el aminoacil-tRNA
correspondiente al segundo codón. Se produce el enlace peptídico mediante
la peptidiltransferasa de la subunidad mayor del ribosoma. Se desplaza el
ARNm en sentido 5´ 3´. El péptido pasa al lugar P, deja el sitio A para el
nuevo aá y sale el ARNt que ha quedado sin aá. Se utiliza la energía de
GTP.
•Terminación: codón de terminación. Factores de terminación que
bloquean el sitio A. Separación de la cadena polipeptídica del ARNt último
y degradación del ARNm por las ARNasas.
Traducción. Proceso
Regulación de la expresión génica
Regulación en eucariotas
Procesos más complejos y peor conocidos.
Diferentes niveles:
•Transcripción: momento y frecuencia (proteínas
reguladoras: activadores y represores; cambios
en la estructura del ADN (compactación,
metilación, factores de transcripción
•Maduración del ARNm.
•Transporte del ARNm.
•Traducción.
•Degradación de los ARNm.
•Actividad de las proteínas.
•Elementos transponibles o transposones.
•Factores extracelulares: hormonas, etc.
ARN de interferencia. Premio Nobel
de Medicina,2006. Fire, A y Mello, C.
Mutaciones
Alteraciones de la información genética.
Tipos: génicas. Afectan a la estructura molecular del gen.
cromosómicas: afectan al cromosoma.
genómicas. Afectan al genoma.
Clasificación de mutaciones génicas:
Se estudiarán en los temas
de genética mendeliana
sustitución: una base nitrogenada por otra.
deleción: pérdida de uno o varios nucleótidos.
inserción: ganancia de uno o varios nucleótidos.
5´ATTGCCGTGACTAC 3´
Análisis de las
consecuencias
5´ATTGCTGTGACTAC 3´
5´ATTGCGTGACTAC 3´
5´ATTGCACGTGACTAC 3´
Mutaciones. Causas y reparación
Causas:
•Errores de lectura: fallos de la polimerasa; en las oxidaciones,
radicales libres provocan que G se altere y se una a T en vez de
C.
•Cambios químicos: desaminaciones (C x U), despurinaciones
(rotura del enlace N-glucosídico), formación de dímeros de T
mediante radiación ultravioleta.
•Transposiciones: transposones.
Reparaciones: ADN polimerasa I, acción de endonucleasas,
síntesis de proteínas reparadoras (ante los dímeros de T),
reparación inespecífica y posterior apoptosis, ...
Ingeniería Genética I.
Manipulación del material genético
Objetivos:
•Conocer el material genético. Genómica (Proyecto Genoma
Humano).
•Sustitución de genes defectuosos por genes normales.
Introducción de genes nuevos: “terapia génica”, organismos
genéticamente modificados (OGM) o “transgénicos”.
•Obtención de péptidos y proteínas en grandes cantidades:
hormonas, antibióticos, vacunas, etc.
Ingeniería Genética II.
Técnicas de manipulación
Tecnología del ADN recombinante:
Enzimas de restricción (extremos cohesivos o pegajosos y extremos
romos).
Mutagénesis dirigida.
Electroforesis en gel.
Clonación.
PCR (reacción en cadena de la polimerasa).
Hibridación.
Ingeniería Genética III.
Logros alcanzados
Secuenciación de diferentes genomas.
Proyecto Genoma Humano
Mapas genéticos: posición relativa de genes conocidos por su función.
Mapas físicos: secuencia de nucleótidos a lo largo del cromosoma.
Terapia génica.
Transgénesis: seres transgénicos, alimentos transgénicos, productos,
xenotransplantes, etc.
Células madre: embrionarias y adultas.
Consideraciones éticas, legales y sociales.
???
Proyecto Genoma Humano
“Proyecto genoma”
Cromosomas Genes
1
2968
2
2288
3
2032
4
1297
5
1643
6
1963
7
1443
8
1127
9
1299
10
1440
11
2093
12
1652
13
748
14
1050
15
1122
16
1098
17
1576
18
766
19
1454
20
927
21
303
22
288
X
1184
Y
231
Sin colocar
¿
Bases
Bases determinadas
245.203.898
218.712.898
243.315.028
237.043.673
199.411.731
193.607.218
191,610,523
186,580,523
180,967,295
177,524,972
170,740,541
166,880,540
158,431,299
154,546,299
145,908,738
141,694,337
134,505,819
115,187,714
135,480,874
130,710,865
134,978,784
130,709,420
133,464,434
129,328,332
114,151,656
95,511,656
105,311,216
87,410,661
100,114,055
81,117,055
89,995,999
79,890,791
81,691,216
77,480,855
77,753,510
74,534,531
63,790,860
55,780,860
63,644,868
59,424,990
46,976,537
33,924,742
49,476,972
34,352,051
152,634,166
147,686,664
50,961,097
22,761,097
25,263,157
25,062,835