Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su




descargar 42.44 Kb.
títuloPara Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su
fecha de publicación05.02.2016
tamaño42.44 Kb.
tipoDocumentos
b.se-todo.com > Química > Documentos
GENÉTICA MOLECULAR

INTRODUCCIÓN

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su minucioso trabajo contestó a la pregunta: ¿Cómo se transmiten los caracteres?, Sin embargo todavía quedaban grandes dudas:

* ¿Cuál era la naturaleza del material genético?

* ¿Cómo se traduce en caracteres?

La genética molecular se centra en contestar a estas dos preguntas y da pié a la Ingeniería genética, de la que se esperan grandes logros, pero que plantea problemas de naturaleza ética.

Hoy sabemos que la naturaleza del material genético es el ADN y que desde su mensaje hasta las moléculas de proteínas se pasa por un conjunto de procesos que constituyen el dogma central de la Biología Molecular, el cual se puede resumir según el siguiente esquema:





En relación con estas funciones de los ácidos nucleicos, está la distribución de uno y otro ácido nucleico en las células eucariotas: la replicación y la traducción ocurren en el núcleo; y la tradución en el citoplasma.

1. REPLICACIÓN DEL ADN

La replicación del ADN es proceso por el cual a partir de una molécula de ADN de doble hélice se obtienen otras dos moléculas de ADN con la misma secuencia de bases, y constituye el mecanismo básico para la autoperpetuación de la vida.

    1. ¿Replicación conservativa O semiconservativa?



Cuando Watson y Crick elaboraron su modelo de doble hélice, indicaron también cuál podía ser el mecanismo para llevar a cabo la replicación del ADN: separación de las dos cadenas y síntesis de la cadena complementaria de cada una de ellas: Hipótesis Semiconservativa. Sin embargo, otros investigadores proponían que el ADN cuando se replicaba daba lugar a una molécula completamente nueva (Hipótesis Conservativa).

Esta controversia fue resuelta por Meselson y Stahl con una serie de elegantes experiencias:

1º: Cultivaron bacterias E. coli en un medio nutritivo con un isótopo pesado del nitrógeno ( N ) durante varias generaciones. Después de extraer el ADN y centrifugar en una disolución de CsCl (existe un gradiente de densidad), el resultado fue el que se observa en la figura: este ADN más pesado, migra al fondo del tubo.

2ª: Después, realizaron un cultivo de las bacterias cuyo ADN tenía N, en un medio con N (más ligero), durante una generación. Tras la extracción y replicación del ADN, se obtenía una sola banda en posición intermedia.

3º: Tras otro ciclo de replicación en N, obtenían una banda de ADN en posición intermedia y otra en una posición superior.

A raíz de estos experimentos se dedujo que la replicación es semiconservativa, de forma que cada hebra de ADN forma una hebra complementaria y cada célula hija recibe una molécula que consta de una hebra original y otra sintetizada de nuevo.

1.2. El mecanismo de la Replicación

1.2.1. Las DNA polimerasas.

Las DNA-polimerasas son las enzimas que se encargan de catalizar los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos consecutivos. Añaden secuencialmente, al extremo 3` de una cadena preexistente (cebador), los nucleótidos complementarios a los de la cadena que actúa como molde.

En E. coli se han descrito tres ADN-polimerasas diferentes, denominadas I, II y III. Las más conocidas son las polimerasas I y III. Estas enzimas, además de realizar la polimerización en sentido 5’3’, tienen actividad exonucleasa.

Gracias a esta actividad, la ADN-Pol I, junto con endonucleasas específicas, participa en la reparación del ADN cuando la ADN-Pol III comete alguna vez un error.

Estas enzimas no actúan solas en replicación, sino asociadas a otras:

  • Girasas: desenrollan el ADN.

  • Helicasas: Separan las dos hebras del ADN.

  • Proteínas SSB: Estabilizan el ADN monocatenario.

  • Primasa: sintetiza el RNA cebador.

  • Ligasa: unen los fragmentos de ADN generados.

1.2.2. Replicación en procariotas.

En células procariotas la replicación parte de un único punto (Ori C) y progresa en ambos sentidos, copiándose las dos hebras a la vez. Sin embargo, debido al antiparalelismo de las cadenas y a que las ADN-polimerasas solo son capaces de formar enlaces en sentido 5’3’, la síntesis de una de las hebras es continua, a partir de un fragmento de ARN que luego será degradado (primer o cebador); y la síntesis de la otra cadena es discontinua. Esto implica la síntesis de pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki, también a partir de ARN cebadores. La ADN-Pol I, gracias a su actividad exonucleasa, hidroliza el ARN cebador y añade al extremo 3´ los nucleótido correspondientes. Finalmente, una ligasa une los fragmentos.

1.2.3. Replicación en eucariotas.

En líneas generales, la replicación en Eucariotas sigue un mecanismo similar al de procariotas, con las siguientes diferencias:

  • El ADN eucariótico forma parte de la cromatina, por lo que el proceso es más lento ya que se han de desmontar los octámeros de histonas.

  • Para compensar la mayor longitud del ADN eucariótico y la menor velocidad del proceso, la replicación tiene numerosos puntos de iniciación.

  • Las ADN-Polimerasas son más complejas y el tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor.

2. EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO

Durante la interfase celular y al comienzo de la división mitótica, la información contenida en las secuencias del ADN cromosómico es transferida a secuencias de ARN de cadena única: es la transcripción.

Los ARN así formados son exportados al citoplasma donde unos (los ARNm), programan la traducción de la información en proteínas, y otros (ARNt y ARNr) se integran en las estructuras macromoleculares de la maquinaria de la traducción.

2.1. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN.

En el sentido más estricto, un gen es un fragmento de ADN que determina la síntesis de una molécula de ARN o de una proteína.

En eucariotas la secuencia de nucleótidos que constituye un gen, y los propios genes entre sí, no se disponen linealmente, sino espaciados por ADN que no posee información que pueda ser transcrita. Así, en un gen eucariota, podemos distinguir:

  • Región Promotora: marca el inicio del gen. (No codifica aminoácidos)

  • Región Codificadora:

- Genes estructurales: producen proteínas cuya acción se manifiesta en un carácter. Éstos contienen fragmentos con información para la transcripción (exones) y fragmentos que no contienen dicha información (intrones)

- Genes reguladores: contienen información para la síntesis de proteínas reguladoras.

  • Región Terminadora: marca el final del gen.

Los genes procariotas tienen también región promotora y región terminadora, pero no intrones.

2.2. TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS.

La enzima responsable de la transcripción es la ARN-polimerasa. Para poder reconocer la región promotora del ADN (rica en A y T), es necesario que la ARN-polimerasa se una al llamado factor sigma (σ). Una vez fijada la ARN-Pol a dicha región, el factor sigma se separa.

Posteriormente, la ARN-Pol desenrolla una vuelta de doble hélice y comienza su actividad sintetizadora (similar a la de la ADN-Pol) en sentido 5’3’ hasta la región terminadora (rica en bases de G y C).

2.3. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS.

El mecanismo de transcripción en eucariotas es el descrito hasta ahora, pero con importantes diferencias:

  • Existen tres tipos de ARN-Polimerasas:

    • ARN-Pol I: transcribe los genes de la mayoría de los ARNr.

    • ARN-Pol II: transcribe los genes que significan proteínas, es decir, sintetiza ARNm.

    • ARN-Pol III: transcribe los genes del ARNt y de un ARNr (el 5S).

  • Los promotores de los distintos tipos de genes y los complejos de iniciación que se forman son diferentes.

  • Es necesario el desmontaje de los nucleosomas.

  • En eucariotas cada ARNm lleva información para la síntesis de un solo péptido (ARN monocistrónico), mientras que los ARNm de procariotas llevan información para varios péptidos (ARN policistrónico)

  • El ARNm transcrito sufre un proceso de maduración que incluye:

  1. Adición de una caperuza de metil-GTP en el extremo 5’. Esta caperuza tiene una función protectora frente a la degradación prematura.

  2. Adición de una cola de ácido poiladenílico en el extremo 3’.

  3. Retirada de los intrones por parte del espliceosoma, complejo formado por cinco ribonucleoproteínas nucleares pequeñas.

2.4. DIFERENCIAS ENTRE LA TRANSCRIPCIÓN Y LA REPLICACIÓN

Es conveniente incidir en tres diferencias fundamentales entre ambos procesos:

  • La transcripción es selectiva: no se transcriben algunas regiones de ADN.

  • Cuando se transcribe un gen se copia solo de una de las hebras.

  • La transcripción es reiterativa: un gen puede transcribirse muchas veces, mientras que la replicación solo ocurre una vez antes de la división celular.

2.5. CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

El código genético es la clave para descifrar la información existente en el ADN, traduce un idioma de cuatro letras (G,C,U,A) en otro de 20 letras (los aminoácidos).Sus características son:

  • La información está en forma de tripletes de ribonucleótidos de ARNm: cada triplete de ribonucleótidos (codón) corresponde con un aminoácido.

  • Es universal

  • Es degenerado: con 4 bases distintas dispuestas en tripletes, hay 64 posibilidades, pero sólo hay 20 aa, por tanto varios tripletes codifican para el mismo aa.

  • No contiene ambigüedades, para un determinado triplete, se sabe que aa dá.

  • No hay solapamientos en los tripletes.

  • Tiene puntuaciones (iniciación y terminación), pero no comas, una vez iniciada la traducción en sentido 5´→ 3´, ésta no se para hasta el final.



2.6. TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Podemos distinguir cuatro etapas:

  1. Activación de los aminoácidos.

  2. Iniciación de la síntesis o traducción

  3. Fase de elongación

  4. Terminación



  1. Activación de los aminoácidos:

Los aminoácidos, en presencia de la enzima amino-acil-ARNt-sintetasa y de ATP, son capaces de unirse a un ARNt específico y dar lugar a un aminoacil-ARNt, liberándose AMP, PPi, y quedando libre el enzima: aa + ATP → aa-AMP + PPi

aa-AMP + ARNt → aa- ARNt + AMP

  1. Iniciación de la síntesis:

    • La subunidad menor ribosomal se une al ARNm y al aminoacil-ARNt iniciador, que eucariotas lleva el aminoácido metionina y el anticodón UAC. (en procariotas lleva fenil-metionina).

    • El conjunto formado por la subunidad menor del ribosoma y el aminoacil-ARNt y se desplaza sobre el ARNm hasta el codón de iniciación (AUG), que es complementario al anticodón del aminoacil iniciador.

    • Al grupo de moléculas anterior (subunidad menor del ribosoma + ARNm + aa-ARNt ) se une la subunidad mayor del ribosoma, formándose el complejo ribosomal o activo. En la subunidad mayor 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.



Estos procesos están catalizados por factores de iniciación.

  1. Fase de Elongación: es un proceso catalizado por la enzima peptidil transferasa, la cual, mediante enlaces peptídicos va uniendo aminoácidos a la cadena peptídica creciente. Cada vez que llega un aminoácido ocurre un proceso cíclico de elongación. En el primer ciclo ocurriría lo siguiente:

    • El siguiente aa-ARNt se une al sitio A.

    • Formación del enlace peptídico entre la metionina (Met) y el aminoácido (aa) del ARNt que ocupa la posición A. El sitio P queda ocupado por un ARNt sin aa y en A se encuentra el dipeptidil-ARNt.

    • Traslocación ribosomal en sentido 5´→ 3´ sobre el ARNm y liberación del ARNt que ha quedado sin aa. El dipeptidil queda ahora en el sitio P. Este proceso requiere energía (GTP) y es catalizado por factores de elongación.

    • El proceso se repetiría cada vez que se incorpora un nuevo aa.





  1. Fase de Terminación: cuando el ribosoma llega a uno de los codones de terminación (UAA, UAG y UGA), como no existe ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario, se interrumpe la síntesis: la cadena polipeptídica está terminada. Este proceso está regulado por factores de terminación (R).

Un mismo ARNm puede ser traducido a la vez por varios ribosomas a la vez, formando polirribosomas.

Generalmente, la cadena polipeptídica sufre un proceso de maduración, en el que suelen perder algunos aminoácidos del extremo N-terminal.

2.7. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.

Uno de los principios básicos del funcionamiento del metabolismo celular es el de la economía. Así, una célula no sintetiza todas las proteínas que puede, sino las que necesita. De hecho, en organismos pluricelulares, la diferenciación celular se basa en la activación o inhibición permanente de diversos genes. Por ello, el control de la expresión génica es fundamental y ocurre fundamentalmente en la transcripción.

2.7.1. Regulación en procariotas

Uno de los modelos de regulación mejor conocidos en procariotas es el Modelo del Operón. De acuerdo con este modelo, en un operón existen proteínas reguladoras (codificadas por genes reguladores) que controlan la transcripción de los genes estructurales. Estos codifican para las enzimas implicadas en una ruta metabólica determinada (proteínas estructurales). Además, existen los genes operadores: lugares del ADN a los que se pueden unir las proteínas reguladores para impedir la transcripción de los genes es estructurales.

Según se trate de una ruta anabólica o catabólica se diferencian dos sistemas de regulación:

  • Sistema inducible: es característico de procesos catabólicos. La proteína reguladora es un represor activo que, al unirse al operador, impide la acción de la ARN-Pol y, por tanto, la formación de las enzimas de la ruta metabólica. Cuando aparece el sustrato inicial de esta ruta (o un derivado de éste), el represor cambia su conformación debido a la unión de dicha molécula inductora, de modo que permite la acción de la ARN-Pol sobre los genes estructurales. (Ejemplo: operón lactosa)

  • Sistema represible: se da en procesos anabólicos. En este caso el represor es inactivo y solo se activa cuando se une a un correpresor, producto final de la ruta anabólica.

2.7.1. Regulación en eucariotas.

La regulación de la expresión génica en células eucariotas es mucho más compleja y puede tener lugar durante la transcripción, maduración del ARNm, transporte del ARNm desde el núcleo al citoplasma o en la traducción.

La forma más habitual de regulación se realiza al inicio de la transcripción sobre la ARN-Pol, cuya capacidad para iniciar la transcripción depende de:

  • La separación de histonas asociadas al ADN en los nucleosomas.

  • La existencia de factores activadores que responden a diversas señales intra y extracelulares. Entre estas últimas destacan las hormonas y el AMPc.

2.8. LOS GENES Y LOS CARACTERES

Los genes son fragmentos de ADN que son capaces de determinar la síntesis de moléculas de RNA y cadenas polipeptídicas, y estas moléculas pueden actuar como enzimas que catalizan reacciones químicas que determinan los caracteres que presenta un organismo. Esto resume la teoría UN GEN-UNA ENZIMA postulado por Beadle y Tatum en 1948 y establece la relación entre el concepto de gen de la Genética Tradicional (factores hereditarios para Mendel) y el de la genética molecular.




similar:

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconTanto las cosas como los seres vivos están formados por elementos...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconEs la unidad básica y autónoma de la organización de los seres vivos...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconLos seres vivos y sus características

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su icon¿QUÉ sabes de las características de los seres vivos de nuestro planeta?

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconLas células son la unidad básica de la estructura y función de los...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconLas leyes de Mendel rigen y predicen muchos de los eventos hereditarios...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconAl lugar eran llevados los jóvenes de entre 6 y 18 años que se escapaban...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconLos alimentos sean más nutritivos, introduciendo ciertas características...

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconConcepto de biologíA. Caracteristicas esenciales de los seres vivos

Para Mendel los genes eran factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. Gracias a sus elegantes experimentos y su iconTaller ¿Qué características comparten todos los seres vivos? / Exploración de ideas previas




Todos los derechos reservados. Copyright © 2019
contactos
b.se-todo.com