La síntesis de proteínas: No entra Tipos de mutaciones génicas: No entra Errores metabólicos: No entra Regulación de la expresión génica: No entra

Bases moleculares de la herencia

La genética molecular: • Ha dado sentido al

factor

hereditario mendeliano • Ha esclarecido el nexo de unión entre genotipo y fenotipo •Almacenamiento •Transmisión •Expresión

La naturaleza del material hereditario

Un poco de historia El gen debería ser algo que almacenara información, se pudiera copiar y pudiera experimentar cierta capacidad de cambio •Primer candidato: proteínas •Principios del siglo XX (Griffith): factor transformante •1944. Avery, MacLeod y McCartey: ADN→factor transformante •Chargaff: equivalencia 1:1 •Wilkins: análisis cristalográfico del ADN

BASES

• Púricas: • Pirimidínicas: Adenina y Guanina Citosina, Timina-Uracilo

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

• Secuencia de nucleótidos (fosfodiester) en dos cadenas (doble hélice) • Espiral: azúcares y grupos fosfatos; Interior: bases nitrogenadas • Unión entre cadenas: puentes de hidrógeno

Complementariedad

Adenina Timina (uracilo) Citosina Guanina Timina (uracilo) Adenina Guanina Citosina

Complementariedad entre bases Complementariedad entre cadenas La complementariedad es la base de la equivalencia 1:1

Duplicación del ADN

• La complentariedad de las bases hace posible la duplicación del ADN • La replicación del ADN es semiconservativa (Meselson y Stahl, 1958)

Duplicación del ADN y actividad enzimática

• Complejo enzimático de duplicación (ADN polimerasa) • Principio de complementariedad • Múltiples sitios de inicio de replicación en eucariotas

La expresión génica: información en acción

• Relación herencia-metabolismo • Hipótesis un gen, una enzima: el gen es la secuencia de nucleótidos del ADN que codifica la naturaleza y el orden de los aminoácidos de una enzima. Polipéptidos. Genes estructurales

Dogma central de la Biología Crick (1970): dogma central de la Biología. Flujo de la información ADN al servicio de la división celular → replicación ADN al servicio de la síntesis de proteínas → expresión génica Ampliación del dogma central de la Biología Algunos virus transportan la información genética en forma de ARN y expresan sus genes haciendo copias de ADN o traduciendo directamente un polipéptido

La Transcripción

El ADN no sale del núcleo Cuando hay que fabricar un polipéptido se crea una copia en forma de ARN, este proceso se llama transcripción El ARN contribuye a sintetizar las proteínas en los ribosomas

• Proceso catalizado por la enzima ARN polimerasa • Región promotor del ADN (T,A). Separación de hebras de ADN. ARN polimerasa. Principio de complementariedad (en ARN: U por T). Dirección 5’→3’. Región secuencia de fin. Reactuación de la ARN polimerasa • No todas las secuencias de nucleótidos del ADN codifican polipéptidos: ARN r , ARN t

Maduración del ARN

• En eucariotas: modificación del ARN m una vez sintetizado • Transcrito primario: intrones (no codificantes) y exones (codificantes) • Maduración: proceso de corte y empalme→ARN m maduro que codifica un polipéptido • El ARN r y ARN t , también sufren maduración

El código genético

• ¿Cómo codifica la secuencia de nucleótidos del ADN o del ARN m la secuencia de aminoácidos de un polipétido? Código genético • Símil del alfabeto y el lenguaje • El “alfabeto” del código genético está constituido por cuatro “letras”: A, C, T/U y G. Las “palabras” (aminoácidos), por las combinaciones entre bases. El “lenguaje” (polipéptidos), por las combinaciones entre palabras (aminoácidos) • Son combinaciones de cuatro bases, tomadas de tres en tres, las que codifican los veinte aminoácidos. Cada una de esas combinaciones constituye un triplete (ADN) o codón (ARN m )

El triplete (ADN) y el codón (ARN

m

)

• Cada combinación de tres bases (codón) codifica un aminoácido • Algunos codones codifican órdenes exactas de comienzo y fin de la traducción de un polipéptido

Alanina Asparagina Aspartato Cisteina Glutamato Fenialanina Glicina Histidina Isoleucina Lisina Leucina Metionina Asparagina Prolina Glutamato Arginina Serina Treonina Valina Triptofano Tirosina

Propiedades del código genético

• Es redundante: algunos aminoácidos vienen codificados por más de un codón • No existe la superposición: un nucleótido no puede pertenecer a más de un codón • La lectura es lineal y continua: se inicia en AUG y se lee de tres en tres hasta un codón de término • Es universal: todos los seres vivos utilizan el mismo código. Parentesco

Traducción

• Proceso por el cual se sintetiza en forma de secuencia de aminoácidos la información existente en los codones del ARN genético m atendiendo a las reglas del código • Tiene lugar en los ribosomas • ARN t : ácido ribonucleico con una estructura tridimensional concreta que lleva asociado un aminoácido en su extremo carboxilo y presenta un anticodón complementario al codón del ARN m

La mutación: motor de la evolución

Variaciones al azar, perjudiciales y beneficiosas, del material procesos de genético que se producen durante los replicación y que se transmiten a la siguiente generación Cambio permanente del material debido a la cromosomas genético no segregación independiente de los o a la recombinación producida durante la meiosis

Fuentes de mutación: • La propia replicación del ADN • Agentes mutágenos • Radiaciones electromagnéticas (ionizantes y no ionizantes) • Agentes químicos (ácido nitroso)

•

Células afectadas:

– Sexuales. Importancia evolutiva – Somáticas (mutación somática). Importancia ontogenética. Envejecimiento

Tipos de mutaciones:

Genómicas. Cromosomas completos Génicas. Un solo gen Cromosómicas. Varios genes en un cromosoma

Organización del ADN: el cromosoma eucariótico

• El ADN es una larga molécula constituida por pares de bases que se encuentra organizada tridimensionalmente para ocupar un espacio dentro del núcleo celular • La organización del ADN varía en función del grado de condensación. El máximo nivel de condensación lo manifiesta durante la metafase en forma de cromosomas. El mínimo nivel durante la interfase en forma de cromatina

El nucleosoma

• Unidad básica de condensación del ADN (146 PB). Cuentas de rosario • Unión del ADN a proteínas estructurales de la familia de las histonas

La fibra de 30 nm

• Siguiente nivel de organización del material hereditario • Mayor grado de condensación • Menor espacio ocupado

Niveles superiores de organización

Cromosoma metafásico Cromatina más condensada Fibras 30 nm ADN Nucleosomas

Estados de condensación de la cromatina

La cromatina presenta estados heterogéneos de compactación del ADN relacionados con el grado de expresión génica: • Eucromatina: empaquetamiento menor • Heterocromatina: más condensada

Repetitividad en el ADN

En la secuenciación de la molécula de ADN, existen diferentes grados de repetitividad de secuencias concretas de pares de bases: • 10%. ADN altamente repetitivo: secuencias muy cortas que se repiten millones de veces. Aparentemente no se transcriben. Centrómeros y telómeros • 20%. ADN moderadamente repetitivo: secuencias más largas que se repiten miles de veces. Transcripción (ARN r , anticuerpos, etc) y no transcripción • 70%. ADN único o escasamente repetitivo. Codifican genes estructurales. Intrones. Exones: secuencias reguladoras (regulación de la expresión génica)