1. Transcripción. El gen que va a expresarse es copiado en arn




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título1. Transcripción. El gen que va a expresarse es copiado en arn
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Tema 6 (II). La revolución genética.

  1. La expresión de la información genética.



  • Tal información está codificada en el ADN y estructurada en genes.



  • Cada gen contiene información para sintetizar una proteína. Cuando ésta lleva a cabo su función el organismo manifiesta o expresa un determinado carácter.



  • Veamos algunos ejemplos:



    • La insulina normal permite la entrada de glucosa en las células para ser metabolizada. Si la insulina es defectuosa no funciona bien y el individuo que la posee es diabético.

    • La melanina es el pigmento que da color a la piel y al pelo. Un individuo que no produzca melanina será albino.



  • Está claro que para tener pigmentación debe fabricarse melanina. Las instrucciones para ello están codificadas en el gen “melanina” que estará situado en un determinado cromosoma.

Dibujo. Relación entre gen-proteína e información-función.

  • Las proteínas son polímeros cuyas cadenas se forman de 20 monómeros distintos llamados aminoácidos.



  • Los mecanismos que explican cómo se expresa la información contenida en el ADN se resumen en el llamado dogma central de la biología molecular que muestra como fluye del ADN a la proteína con la intervención de los tres tipos de ARN.



  • El traslado de información o síntesis proteica ocurre en dos pasos:



  • 1. Transcripción.



    • El gen que va a expresarse es copiado en ARNm y trasladado fuera del núcleo.

    • El ARNm se forma por complementariedad utilizando U en lugar de T.

    • La cadena que se copia es la que posee sentido 3´--- 5´ ya que el primer extremo de ARNm que se forma es el 5´.

    • La enzima que lleva a cabo el proceso es la ARN polimerasa.

    • Una vez sintetizado el ARNm es modificado para hacer posible su salida del núcleo en un proceso llamado maduración en el que:

      • Se eliminan unas secuencias llamadas intrones.

      • Se le añade un GTP al extremo 5´.

      • Se incorpora un poli-A al extremo 3´.

http://3.bp.blogspot.com/_nzqqmbhlg0s/tstzktwdtsi/aaaaaaaaaqi/utdkgbi6wks/s640/transcripcion_adn.jpg

http://aportes.educ.ar/biologia/transcripcion.jpg

Dibujo. Representación de la transcripción y la maduración.

  • 2. Traducción.



    • Es la formación de una cadena de aas a partir de la secuencia de nucleótidos del ARNm.

    • Proceso llevado a cabo por los ribosomas que “leen” el ARNm haciendo corresponder a cada triplete de nucleótidos un aa.

    • ¿Por qué un triplete?

      • Si 1 nucleótido codificara 1 aa sólo tendríamos 4 posibilidades.

      • Si 2 nucleótidos codificaran 1 aa sólo podríamos formar 16.

      • Si 3 nucleótidos codifican 1 aa tenemos 64 posibilidades con lo cual tenemos para los 20 y aún nos sobra.

      • El número de variaciones con repetición se obtiene a partir de la fórmula VRnm = nm donde n es el número de nucleótidos, es decir 4, y m el número en qué los agrupamos.

    • La correspondencia entre tripletes y aas viene determinada por el código genético.

    • Tal código posee dos características:

      • Es universal y por tanto idéntico para todos los organismos.

      • Está degenerado pues existen aas codificados por más de un triplete.

    • El inicio de la traducción es el primer triplete AUG comenzando por el extremo 5´ por lo que todas las proteínas comienzan con el aa metionina (Met).

    • También existen tripletes stop o final de mensaje que marcan el final de la síntesis proteica. Estos son: UAA, UAG y UGA.

http://mural.uv.es/somihe/imagenes/3.jpg

    • Cada triplete es llamado codón y se une a un ARNt cuyo anticodón es complementario.

    • Así se aportan los distintos aas a la síntesis de una proteína determinada.

    • El ribosoma actúa acoplando entre sí todas las moléculas y manteniendo la cadena polipeptídica en formación.

    • Al detectar un triplete de finalización las subunidades se separan y se libera la cadena proteica.

http://4.bp.blogspot.com/-berr9thwrqq/t7botmshf6i/aaaaaaaaapc/vrkj4-l0df4/s400/7.1.jpg

http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/polysome.gif

Ejercicios.

  1. Representa con un dibujo la primera fase de la síntesis proteica en células eucariotas.

  2. Investiga el nombra de los 20 aas proteicos a partir de las abreviaturas que aparecen en el código genético. Sigue el orden del mismo de izquierda a derecha y de arriba abajo.

  3. Completa la siguiente tabla utilizando el código genético.

__ __ __ T __ __ __ __ __ __ __ __ ADN 5´ 3´

__ __ __ __ __ __ C A A __ __ __ ADN 3´ 5´

__ __ __ __ G U __ __ U __ __ __ ARNm

__ __ __ __ __ __ __ __ __ A U U Anticodón ARNt

Met __ __ __ __ __ __ __ __ __ Aminoácido

  1. ¿Qué ARNm habrá permitido formar el tetrapéptido Met-Ala-Asp-Pro?



  • Cuestiones 6-15.



  1. Biotecnología e ingeniería genética.



  • La biotecnología es la aplicación de los descubrimientos realizados por la Biología al campo de la industria, la sanidad, la alimentación, la agricultura, la ganadería, etc.



  • Su finalidad es:

    • Solucionar problemas de distintas naturaleza (sanitarios, medioambientales, etc. ).

    • Obtener productos de valor comercial.



  • Distinguimos dos ámbitos:



    • Biotecnología tradicional.

      • Usa como herramientas productos de origen biológico como enzimas que aceleran ciertas reacciones químicas.

      • Utiliza microorganismos con fines industriales como levaduras para fabricar pan o bebidas alcohólicas o bacterias para obtener yogur o vinagre (fermentaciones).

    • Biotecnología actual.

      • Basada en la manipulación del ADN para obtener artificialmente organismos modificados genéticamente (transgénicos, clónicos, etc.).

      • Utiliza células y microorganismos modificados o sin alterar (bacterias, virus, células madres, etc.).



  • La ingeniería genética engloba el conjunto de técnicas que permiten manipular el ADN.



  • Otras técnicas muy importantes para la biotecnología actual son los cultivos celulares y la obtención de anticuerpos monoclonales.



  1. La clonación.



  • Es la obtención de elementos clónicos o clones.



  • Tradicionalmente un clon es un conjunto de células obtenidas por la reproducción mitótica de una célula inicial. Todas son idénticas entre sí e iguales al progenitor.



  • Para la biología molecular un clon es una copia genéticamente exacta de una molécula, una célula, un tejido o un organismo.



  • Clonar equivale pues a “copiar genéticamente”. Así clonar un gen es obtener muchas copias del mismo, clonar una célula es obtener un cultivo y clonar un organismo conseguir una copia idéntica.



  • La clonación puede ser reproductiva si genera organismos idénticos o terapeútica si produce moléculas o células iguales con fines curativos.



  • Potencialmente podemos realizar clonación reproductiva en mamíferos de dos formas:



    • División del embrión.



      • El cigoto y cualquiera de las células que se producen en los primeros días del desarrollo embrionario son células totipotentes pues pueden formar un individuo completo.

      • Si en estos días el embrión se divide en dos grupos celulares se forman gemelos univitelinos.

      • Si transferimos a diferentes úteros varias de estas células totipotentes a partir de embriones obtenidos por fecundación in vitro deberíamos obtener individuos idénticos.



    • Transferencia nuclear.



      • Eliminamos el núcleo de un óvulo.

      • Le introducimos el núcleo de una célula del individuo que queremos clonar.

      • Hemos obtenido un cigoto potencial que desarrollamos hasta embrión en un medio de cultivo.

      • Insertamos en un útero y obtendremos un individuo igual al que cedió el núcleo.

http://biologiaygeologia4eso.files.wordpress.com/2012/06/dolly2.jpg

  1. Las células madres.



  • También llamadas células troncales.



  • Se multiplican ilimitadamente y generan distintos tipos de células especializadas. Su división genera otra célula troncal y una que se especializa.



  • Existen dos tipos: embrionarias y adultas.



  • Embrionarias.



  • Se obtienen de la masa celular interna o blastocisto de embriones tempranos creados por fecundación in vitro y que han sobrado tras el proceso de implantación en el útero materno.



  • También pueden conseguirse de células germinales de fetos abortados.



  • Estas células se mantienen indefinidamente en cultivos.

http://www.monografias.com/trabajos60/celulas-madre-parkinson/ce1.jpg

  • Pueden formar cada uno de los 200 tipos celulares. Son por tanto células pluripotentes.



  • Si las usamos para implantarlas y reparar un tejido dañado en un paciente suelen producir rechazo ya que no son sus propias células.



  • Pero podríamos obtener embriones somáticos por transferencia nuclear a partir de células de nuestro paciente y no implantarlos en ningún útero sino mantenerlos como productores de células madre embrionarias como las suyas con lo que no habría ningún tipo de rechazo.



  • Sin embrago eso equivaldría a clonar al paciente y la clonación está prohibida en seres humanos.



  • Todo esto puede resultar ilegal o cuestionable pues “¿qué se hace con los embriones?”, “¿estamos jugando con vidas potenciales?”…



  • Adultas.



  • Aparecen en tejidos adultos sometidos a un fuerte desgaste natural como la piel, la mucosa intestinal o la médula ósea roja.



  • Pueden formar algunos tipos celulares pero no todos. Son por tanto células multipotentes.



  • Las células madre mesenquimales se encuentran en algunos tipos de tejdio conjuntivo y debidamente estimuladas pueden regenerar los tejidos óseo, cartilaginoso, muscular e incluso nervioso.



  • Estas células pueden proceder del paciente y no producen rechazo ni plantean problemas éticos. Sin embargo no pueden mantenerse en cultivo y son muy difíciles de aislar.



  • Son muy útiles las que proceden de la sangre del cordón umbilical pues:



    • Son compatibles con el recién nacido y adaptables a otros miembros de la familia.

    • Se recolectan fácilmente y apenas producen rechazo.

    • Son similares a las de la medula ósea roja.

    • Se conservan mediante crionización.

    • Pueden ser la clave para curar muchas enfermedades degenerativas.



  • Actualmente las principales líneas de investigación utilizan células adultas reprogramadas, normalmente fibroblastos procedentes del tejido conjuntivo.



  • Estas células son modificadas añadiéndoles ciertos genes y se comportan igual que las células madre embrionarias.



  1. Las enzimas de restricción.



  • Son enzimas que cortan el ADN por lugares específicos determinados por ciertas secuencias palindrómicas:

    • Iguales en ambas cadenas pero con distinta orientación.

    • Complementarias respecto a un eje.



  • Son secuencias pequeñas, no más seis u ocho pares de bases.

  • Cada restrictasa sólo reconoce una secuencia y corta en un lugar concreto.



  • Son una herramienta básica en ingeniería genética pues producen fragmentos con extremos cohesivos complementarios entre si.

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3250/3395/html/300px-ecori.jpg

  1. El ADN recombinante.



  • Se obtiene al mezclar fragmentos de ADN de seres distintos que han sido tratados con el mismo enzima de restricción.



  • La adición de ADN ligasa permite unir los fragmentos de las moléculas resultantes.

http://personales.ya.com/geopal/biologia_2b/unidades/imagenes/tema6/adnrecom.gif

http://www.hiru.com/image/image_gallery?uuid=4d58f0d2-4a76-475c-a6fe-e0e1deaf76ad&groupid=10137&t=1260732743397

  1. La electroforesis.



  • Las moléculas de ADN tienen cargas eléctricas negativas en los grupos fosfatos.



  • Si la situamos en un campo eléctrico serán atraídas por el polo positivo.



  • Esta técnica permite separar mezclas de moléculas en una matriz sólida, que puede ser papel o gel, aplicando electricidad y en función de las cargas que estas posean.



  • Si tratamos un ADN con una enzima de restricción los fragmentos generados se desplazan en el gel en función de su tamaño, a mayor tamaño menor velocidad, generando un patrón de bandas característico.



  • Para “ver” la posición de las distintas bandas de fragmentos añadimos bromuro de etidio, que unido al ADN es fluorescente al iluminar con luz ultravioleta.



  • La posición de cada banda indica el número de pares de bases que posee el fragmento.

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