El ADN, portador del mensaje genético

1. El ADN, portador del mensaje genético 2º Bachillerato Ciencias IES Universidad Laboral de Málaga

2. El ADN como material genético La información genética contenida en el ADN se copia durante el proceso de la duplicación (previo a la reproducción) y luego es transmitida a la descendencia Un Cariotipo es una fotografía del juego completo de cromosomas en su estado de mayor condensación

3. Confirmación del ADN como portador de la información genética Los genes están en los cromosomas (¿en el ADN o en las proteínas?) Las bacterias virulentas muertas que contenían ADN transmiten un factor transformante a las bacterias no virulentas

4. La replicación es un proceso previo a la división celular. Si una célula se va a dividir NECESITA replicar el ADN La replicación consiste en la formación de nuevas cadenas de ADN a partir de desoxirribonucleótidos y utilizando la información existente en una molécula de ADN vieja. Estas nuevas cadenas se van a repartir de manera equitativa entre cada una de las dos células hijas formadas en el proceso de división celular SIGNIFICADO DE LA REPLICACIÓN DEL ADN

5. REPLICACIÓN • Permite transmitir la información genética a los descendientes. • Mantiene la dotación cromosómica en la especie. • Ocurre una vez en cada etapa generacional de la célula. • Ocurre en el núcleo celular de las células eucariotas. • Ocurre en el citoplasma en células procariotas. • Participan una serie de complejos enzimáticos.

6. Hipótesis sobre la duplicación del ADN Hipótesis semiconservativa Hipótesis conservativa Hipótesis dispersiva

7. DUPLICACIÓN DEL ADN Experimento Meselson y Stahl (1957) Se descarta la hipótesis conservativa Se descarta la hipótesis dispersiva

8. Síntesis de ADN in vitro • Kornberg en 1956 aisló una enzima capaz de sintetizar ADN in vitro, La ADN-polimerasa • Para actuar la ADN-polimerasa necesita: • Desoxirribonucleótidos-5-trifosfato (de adenina, timina, guanina y citosina) • Iones Magnesio • ADN en el que se ha retirado un sector de una de las dos cadenas • Se encuentran en el núcleo y en las mitocondrias • Es incapaz de iniciar una cadena de novo, añade nucleótidos a una cadena preexistente, el ADN cebador, en su extremo 3´ • La cadena de ADN sólo puede crecer en sentido 5´ 3´ • El nuevo filamento sintetizado es antiparalelo y complementario al filamento patrón

9. ADN polimerasas Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante trifosfato Hebra recién sintetizada Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante Hebra patrón Hebra patrón pirofosfato 5´a 3´dirección de crecimiento de la cadena Hebra recién sintetizada

10. Duplicación del ADN en células procariotas • FASE DE INICIACIÓN • FASE DE ELONGACIÓN

11. Fase de iniciación • Reconocimiento del “sitio de inicio” de la replicación (una secuencia de nucleótidos en el ADN, “origen de la replicación”, actúa como señal de la replicación) • Separación de las cadenas parentales de ADN: helicasa • Las topoisomerasas elimina tensiones y superenrollamientos • Estabilización parcial de esas cadenas como cadenas sencillas de ADN (Proteínas estabilizadoras-SSB-). • Formación de la horquilla de replicación • Las dos horquillas de replicación enfrentadas forman las burbujas u ojos de replicación

12. 1. Reconocimiento del “sitio de inicio” Replicación bidireccional: En las bacterias existe un solo origen de replicación, y, a partir de este único punto de origen, la replicación progresa en dos direcciones, de manera que existen dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación.

13. Cataliza el desenrollamiento de la doble cadena, rompiendo los puentes de hidrógeno, separa la doble cadena 2. Actuación de la Helicasa

14. Eliminan las tensiones y los superenrollamientos que se producen en la molécula al romperse la doble hélice 3. Actuación de las Topoisomerasas

15. 4. Acción de las proteínas estabilizadoras (SSB) Mantienen la separación de las dos hebras complementarias de ADN

16. 5. Formación de la horquilla de replicación 6. Las dos horquillas de replicación enfrentadas forman las burbujas u ojos de replicación

17. Fase de elongación Una ARN-polimerasallamada PRIMASA fabrica un ARN cebador llamado Primer o Primer

18. Replicación: rol del cebador

19. Fase de elongación 2. A partir del Primer la ADN-polimerasa III empieza a sintetizar una hebra de ADN en sentido 5´ 3´. Esta nueva hebra tiene un crecimiento continuo y se llama hebra conductora

20. Fase de elongación Hebra conductora Hebra conductora

21. Fase de elongación Se forma un fragmento de Okazaki

22. Fase de elongación ADN-polimerasa I: retira los segmentos de ARN y añade nucleótidos de ADN en su lugar

23. Fase de elongación

24. Duplicación del ADN en células eucariotasMuy similar a las células procariotas. Diferencias: • El ADN está asociado a histonas formando nucleosomas: • La hebra patrón de la hebra conductora se queda con las histonas (Se enrollan juntos sobre octámeros antiguos) • La hebra patrón y la hebra retardada se enrollan juntas sobre nuevos octámeros de histonas

25. Duplicación del ADN en células eucariotas • La longitud del ADN es mucho mayor y el proceso es más lento En un cromosoma hay aproximadamente 100 origen de la replicación. Se forman 100 burbujas de replicación que se distribuyen irregularmente

26. Duplicación del ADN en células eucariotas • Los fragmentos de Okazaki son más pequeños (100-200 nucleótidos)

27. Propiedades del proceso de replicación: - Es semiconservativa - Es bidireccional - Secuencial y Ordenada - Utiliza sustratos activados - Exacta - Discontinua

28. La expresión del mensaje genético • Hipótesis de la colinearidad: correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima que el gen codifica • Se diferencian dos procesos: • Transcripción: a partir de la secuencia de nucleótidos de un gen (ADN) se realiza una copia con la secuencia de nucleótidos complementarios correspondientes a una ARNm • Traducción: Se realiza en los ribosomas y es la síntesis de una secuencia de aminoácidos de una proteína a partir de la secuencia de ribonucleótidos del ARNm

29. Transcripción (en sentido general): proceso de síntesis de una cadena de cualquier tipo de ARN que tiene la secuencia complementaria de una cadena de ADN que actúa como molde

30. Dogma central de la biología molecular Flujo de información desde una secuencia de nucleótidos de ADN, a una secuencia de aminoácidos de una proteína

31. 3´ 5´ 5´ 3´ 8.1.- 8.1.-

33. Mecanismo de la transcripción en procariotas Fases: • Iniciación • Elongación o alargamiento • Finalización • Maduración

34. Transcripción en procariotas: Iniciación • En el ADN hay: • Una zona que se transcribe: unidad de transcripción • Una zona anterior que no se transcribe: Promotor (contiene una secuencia de nucleótidos llamadas secuencias de consenso)

35. Transcripción en procariotas: Iniciación • La ARN polimerasa se fija al promotor, desenrolla una vuelta de hélice e inicia la polimerización de ARN siguiendo una de las dos hebras de ADN, la hebra patrón o hebra molde.

36. Transcripción en procariotas: Elongación o alargamiento La ARN-polimerasa recorre la hebra de ADN hacia su extremo 5´ sintetizando una hebra de ARNm en dirección 5´-3´

37. Transcripción en procariotas: Finalización • El proceso finaliza al llegar a una secuencia llamada terminador. El ADN vuelve a su forma normal y el ARNm queda libre.

38. Transcripción en procariotas: Maduración • Si lo que se forma es un ARNm no hay maduración, pero si se trata de un ARNt o ARNr hay procesos de corte y empalme.

39. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS Hay que tener en cuenta tres características, respecto a procariotas: • Existen tres tipos de ARN-polimerasa, según el tipo de ARN que se va a sintetizar • Los genes están fragmentados en zonas sin sentido o intrones y zonas con sentido o exones. Antes ha de madurar, eliminar los intrones y unir los exones. • El ADN está asociado a histonas formando nucleosomas. Desempaquetamiento de las histonas.

40. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS a) Iniciación: la ARN polimerasa II se une a una zona del ADN llamada promotor (posee secuencias de consenso: CAAT y TATA) Para que se pueda fijar la ARN-polimerasa se deben fijar en ellas unas proteínas llamadas factores de transcripción (todo recibe el nombre de complejo de iniciación de la transcripción)

41. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS b) Alargamiento o elongación: la síntesis continua en sentido 5´-3´. Al poco se añade una capucha (metil-guanosín trifosfato) al extremo 5´.

42. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS C) Finalización: parece que está relacionado con la secuencia TTATTT. Ahora interviene la enzima poliA-polimerasa que añade una cola de 200 ribonucleótidos de adenina (cola de poli-A) al preARNm (ARN heterogéneo nuclear o ARNhn).

43. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS D) Maduración: se produce en el núcleo y la hace un enzima llamada ribonucleoproteína pequeña nuclear (RNPpn), que elimina los nuevos intrones Posteriormente las ARN ligasas empalman los exones (E)

44. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

45. El código genético: correspondencia entre los tripletes de nucleótidos del ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas Viene a ser como un diccionario que establece una equivalencia entre las bases nitrogenadas del ARN y el lenguaje de las proteinas, establecido por los aminoácidos. A cada aminoácido le corresponden tres bases nitrogenadas o tripletes (61 tripletes codifican aminoácidos y tres tripletes carecen de sentido e indican terminación de mensaje). • Características: • Es universal: lo utilizan todos los seres vivos conocidos. Excepciones en unos pocos tripletes en bacterias. • No es ambigüo: cada triplete tiene su propio significado • Todos los tripletes tienen sentido: codifican un aminoácido o indican terminación de lectura. • Está degenerado: hay varios tripletes para un mismo aminoácido • Carece de solapamiento: los tripletes no comparten bases nitrogenadas. • Es unidireccional: los tripletes se leen en el sentido 5´-3´

46. Codón-anticodón • Codón: secuencia de tres nucleótidos (triplete) en la estructura del ARNm, que es reconocida por el triplete complementario del ARNt • Anticodón: Las tres bases del ARNt complementarias al triplete del ARNm

47. Traducción • Se realiza en los ribosomas y es la síntesis de una secuencia de aminoácidos de una proteína a partir de la secuencia de ribonucleótidos del ARNm • Intervienen los siguientes ARN: • ARNm: Lleva la información genética • ARNr: Forma los ribosomas • ARNt: Transporta aminoácidos desde el citosol al ribosoma • Se distinguen las siguientesetapas: • Activación de los aminoácidos • Traducción • Asociación de varias cadenas polipeptídicas para formar las proteínas

48. Activación de los aminoácidos • Es la unión de los aminoácidos en el citoplasma con su ARNt específico por la acción de un enzima (aminoacil-ARNt-sintetasa) por su extremo 3'

49. Traducción: Iniciación La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y va a ir recorriendo la molécula. Al llegar al codón de iniciación AUG se les une el complejo formado por el ARNt-Met (UAC). Por último se une la subunidad mayor completando el complejo ribosomal. En él hay tres sitios claves: • Centro P (peptidil) ocupado por el ARNt-metionina • Centro A (aceptor o 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. • Centro E (de salida) se sitúa el ARNt que está a punto de salir

50. Traducción:Elongación Entra el segundo aminoácido con su correspondiente ARNt con el anticodón complementario al codón del ARNm, y se sitúa en el centro A del ribosoma Es un proceso catalizado por el enzima peptidil transferasa, el cual, mediante enlaces peptídicos va uniendo aminoácidos a la cadena peptídica.