GENETICA

HERENCIA

CROMOSOMAS

GENES

ACIDOS NUCLEICOS

La estructura de los ácidos nucleicos

ácido fosfórico:

un azúcar (pentosa C5)ribosa (para el ARN)desoxirribosa (para el ADN)

bases nitrogenadas:púricas: A y Gpirimídicas: C, T (para el ADN)pirimídicas: C, U (para el ARN)

ADN ARN

La estructura de los ácidos nucleicos – química 11. el azúcar: ribosa

-ribosaARN

2-desoxi--ribosaADN

2. ácido fosfórico

La estructura de los ácidos nucleicos – química 23. las bases nitrogenadas

adenina

citosina

guanina

uracilo

timina

La estructura de los ácidos nucleicos

ácido fosfórico:

azúcar (pentosa C5)ribosa (para el ARN)desoxirribosa (para el ADN)

nucleótidosadenosina monofosfato (AMP)guanosina monofosfato (GTP)uridina monofosfato (UTP)citidina monofosfato (CTP)timidina monofosfato (TTP)

nucleósidosadenosinaguanosinauridinacitidinatimidina

ADN / ARN las diferencias

ADN ARNazúcar desoxirribosa ribosa

bases A, G, C, T A, G, C, U

estructura hebra doble, complementaria, antiparalela y plectonémica

hebra simple

localización núcleo núcleo y citoplasma

función genes ARNm, ARNt, ARNr

ARNn,

Estructura de los ácidos nucleicos - complementaridad

ADN ARN

ESTRUCTURA DEL ADN

Larga doble hélice enrollada sobre sí misma.

Compuestos de moléculas de azúcar (desoxirribosa) y fosfatos se conectan.

El ADN está estructurado por bases nucleotídicas que son cuatro: Adenina, Timina, Citosina y Guanina. La unión de estas bases se realiza mediante Puentes de Hidrógeno.

Este apareamiento está condicionado químicamente de forma que la Adenina sólo se puede unir con la Timina y la Guanina con la Citosina.

La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)

La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)

Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’

Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’

Hebras antiparalelas

Hebras antiparalelas

Punta 3’ librePunta 3’ libre

Punta 5’ librePunta 5’ libre

ACIDOS NUCLEICOSACIDOS NUCLEICOS

La función codificante del ADN está determinada por la secuencia de sus

nucleótidos (bases)

La función codificante del ADN está determinada por la secuencia de sus

nucleótidos (bases)

Hebra moldeHebra molde

Hebra líderHebra líder

Hebra retardadaHebra retardada

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN

El proceso por el que el Ácido Desoxirribonucleico (ADN) de una célula se copia con un mínimo de error se denomina

REPLICACIÓN

MECANISMOS POSIBLES DE REPLICACIÓNDEL DNA. Las nuevas hebras (o segmentos) replicadas aparecen en color, las hebras progenitoras (o segmentos) en negro.

MECANISMO DE LA REPLICACIÓN

•Desenrrollamiento de la hélice.

•Iniciación de la síntesis.

•Transcripción de la cadena

•Reagrupamiento de las cadenas.

•Proceso de condensación de las cadenas nuevas con las viejas, para generar dos secuencias idénticas.

En el proceso de síntesis de proteínas, existe una molécula el ARN que actúa de intermediaria. En el proceso de expresión de la información en los genes son dos etapas:

TRANSCRIPCIÓNTRADUCCIÓN

TRANSCRIPCIÓN

• Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN . Una vez procesadas en el núcleo celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior.

•La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido.

• la información genética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula).

• se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poder ser empleada.

TRANSCRIPCIÓN TIEMPO REAL ARNm

• El proceso que permite sintetizar proteínas a partir del DNA no es directo; se requiere la participación del RNA (ácido ribonucleico),

el cual se diferencia del DNA en que el nucleótido posee un uracilo en vez de timina y que el azúcar es una ribosa (similar a la desoxirribosa pero con un grupo hidroxilo extra).

• Para que se sintetice una proteína.

 

La traducción: iniciación

Subunidad grandede un ribosoma

Subunidad pequeñade un ribosoma

ARNm3’

5’

sitio Asitio P

codon de inicio

ARNt de inicio(=f-MET-ARNt)

La traducción: elongación

ARNm3’5’

1. fijación del aa-ARNt (aquí PHE p.ej.) al sitio Aconsumo de energía

ATP ADP+Pi2. formación del enlace peptídico

ATP ADP+Pi3. translocación del complejoconsumo de energíaliberación del sitio Aliberación de l’ARNt precedente

La traducción: elongación

ARNm3’5’

ATP ADP+PiATP ADP+Pi

La traducción: terminación

ARNm3’5’

ATP ADP+Pi

disociación del complejocorte del primer aa (f-MET)maduración de la proteína

• Crick denominó dogma central de la Genética Molecular

CÓDIGO GENÉTICO

•Se emplea a modo de diccionario. “secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos” permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula.

•Ejemplo:

ATGCTAGATCGC… se convertiría primero a una molécula de ARN que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-… y ésta a su vez, utilizando el código genético se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-…

Código genético

• Cada codón corresponde solo a un aminoácido

• Varios codones para la mayoría de los aminoácidos

Código genético

2me lettre

U C A GU UUU phénylalanine UCU sérine UAU tyrosine UGU cystéine U

UUC phénylalanine UCC sérine UAC tyrosine UGC cystéine CUUA leucine UCA sérine UAA codon-stop UGA codon-stop AUUG leucine UCG sérine UAG codon-stop UGG tryptophane G

C CUU leucine CCU proline CAU histidine CGU arginine UCUC leucine CCC proline CAC histidine CGC arginine CCUA leucine CCA proline CAA glutamine CGA arginine ACUG leucine CCG proline CAG glutamine CGG arginine G

1ère lettre A AUU isoleucine ACU thréonine AAU asparagine AGU sérine U 3me lettre

AUC isoleucine ACC thréonine AAC asparagine AGC sérine CAUA isoleucine ACA thréonine AAA lysine AGA arginine AAUG méthionine ACG thréonine AAG lysine AGG arginine G

G GUU valine GCU alanine GAU acide aspartique GGU glycine UGUC valine GCC alanine GAC acide aspartique GGC glycine CGUA valine GCA alanine GAA acide glutamique GGA glycine AGUG valine GCG alanine GAG acide glutamique GGG glycine G

Ce tableau donne les diverses combinaisons possibles des nucléotides de l'ARN et leur "signification"

El código genético es universal y degenerado.

Enfermedades Genéticas

• Son aquellas que se originan por alteraciones en el ADN, es decir por algún problema en la cadena del genoma humano, pueden darse de forma espontánea y no necesariamente por herencia de alguno o ambos padres.

Se pueden originar por diversos motivos:

• Por la mutación de uno o varios genes.

Por la ausencia total de un gen o varios genes.

• Por la duplicación de cromosomas o de una parte de ellos.

• Por la presencia de algún cromosoma extra, la falta de alguno o por alguna anormalidad en alguna región de un cromosoma, como puede ser la ausencia de uno de los extremos del brazo.

• Por defecto de los genes heredado de los padres.

Existen varias enfermedades genéticas y hereditarias, las mas comunes son: • Síndrome de Down.

• Hemofilia.

G R A C I A S!!

Conceptos de genética

En 1905 Bateson propuso el término Genética (genesis: ciencia del origen).

Genética se define como la ciencia biológica que estudia la herencia y la variación en los seres vivos.

Objetivos teóricos: establecer leyes o principios que rigen la herencia y la variación.

Objetivos prácticos: aplicación de las leyes en el campo de la biología. En Agronomía para el mejoramiento vegetal y en Zootecnia para el mejoramiento animal

Las respuestas a estas tres preguntas son:

1. DNA

2. Se transmite de generación a generación por mitosis o por meiosis, a través de vehículos de la herencia (los cromosomas)

3. Actúa y se expresa a través del Código Genético

Herencia es el material genético que cada individuo recibe de sus progenitores.

La Herencia determina las diferencias entre los individuos de distintas poblaciones o de distintas especies. Por ejemplo, el bagaje genético que recibe el ser humano es distinto al que reciben los perros.

La Variación. Todos los individuos de una especie no son iguales, son semejantes, esto se debe a la variación, que está dada por la combinación de caracteres entre progenitores.

♀ x ♂ óvulos espermatozoides

Descendiente (mezcla de los dos progenitores)

Genotipo: es el conjunto de genes que posee un individuo, es el bagaje génico que recibe de los progenitores.Fenotipo: es la expresión de esos genes que se pueden apreciar por medio de los sentidosLas variaciones en el fenotipo, debido a cambios en el ambiente, no son heredables

F = G + A

En las poblaciones de una especie los individuos son semejantes.

Los factores climáticos, factores edáficos y factores bióticos producen modificaciones en el fenotipo. Existe una competencia entre los individuos, la competencia del más apto, como la llamó Darwin.La selección natural impacta sobre la población, algunos resisten y otros no. La s.n. elimina los menos aptos y sobreviven los más aptos

Ejemplos de variabilidad fenotípica

Relación de la genética con otras disciplinas

Genética

En el campo de la En el campo de la Ingeniería genéticaIngeniería genética consiste en consiste en aislar y multiplicar un gen, o en general, un trozo de aislar y multiplicar un gen, o en general, un trozo de ADNADN

En En Animales superiores Animales superiores consiste en obtener un consiste en obtener un individuo a partir de una célula o de un nucleo de individuo a partir de una célula o de un nucleo de otro individuo otro individuo

Obtención de organismos genéticamente idénticosObtención de organismos genéticamente idénticos

Conjunto de técnicas nacidas de la Conjunto de técnicas nacidas de la Biología molecular Biología molecular que permiten manipular el que permiten manipular el genomagenoma de un ser vivo de un ser vivo

Homo sapiens

Escherichia coliMediante la ingeniería genética se pueden Mediante la ingeniería genética se pueden introducir genes introducir genes en el genomaen el genoma de un individuo que carece de ellos de un individuo que carece de ellos

cromosomagen

Aislamiento y manipulación de fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo en otro (ADN recombinante)

Nathans D., Arber W., y Smith H. (premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1978 por el descubrimiento de las enzimas de restricción y su aplicación en Genética Molecular)

Molécula A Molécula B

Digestión de ambas moléculas con la misma enzima de restricción, BamHI

Mezclar

Tratar con ADN-ligasa

ADN recombinante

Extremos cohesivos

Es un proceso cíclico Es un proceso cíclico (cada ciclo consta de 3 pasos)(cada ciclo consta de 3 pasos)

94ºC desnaturalización (separación 94ºC desnaturalización (separación de las dos hebras de de las dos hebras de ADNADN))

50ºC Anillamiento de "cebadores"50ºC Anillamiento de "cebadores"

72ºC copia de cada una de las 72ºC copia de cada una de las hebras de hebras de ADNADN por la por la ADNADN polimerasapolimerasa

En 1983 Kary Mullis da a conocer esta técnica y en 1993 recibió el Premio Nobel de Química por este descubrimiento

35 ciclos 236= 68 billones de copias

Plásmidos

1

Plásmidos

2

Extremos cohesivos

Plásmido

3

Molécula de ADN recombinante

gen de resistencia a la ampicilina

Plásmido

Virus

2

1

3

(f) (h)(g)Ciclo líticoCiclo lítico

Ciclo lisogénicoCiclo lisogénico

Obtención de proteínas de interés médico, comercial, etc...(insulina, hormona del crecimiento, factores de coagulación antes se obtenían a partir de los tejidos que las producen o fluidos corporales)

Obtención de vacunas recombinantes(aternativa al uso de organismos patógenos inactivos)

La levadura fabrica las proteínas víricas con poder inmunológico

Inyección de proteínas víricas en un chimpancé

plásmido bacteriano

Integración del plásmido híbrido en el núcleo de una célula de levaduraADN

Extracción del ADN del virus

Conocimiento previo de la secuencia de ADN enfermo

Mediante ingeniería genética se construye una sonda de ADN, marcada (marcaje fluorescente), con la secuencia complementaria del ADN enfermo

ADN enfermo

ADN sano

ADN complementario del ADN enfermo

Diagnóstico de enfermedades de origen genético

ADN de la persona que se quiere diagnosticar

¿Hibridación?¿No hibridación?

Renaturalización del ADN con la sonda fluorescente

Desnaturalización del ADN

Si aparecen bandas fluorescentes demuestra que la persona presenta la anomalíaBiochip

MicroarrayDNAchip

DIAGNÓSTICO

Plantas transgénicas

tumores

célula vegetal

Proliferación de hormonas crecimiento. Se forman tumores en las zonas de la lesión

Plásmido Ti

núcleo

cromosoma

cromosoma

Agrobacterium

inductor de tumorescontiene oncogenes(genes onc)

Ingeniero genético natural tras sutitución de genes onc por genes de interés

Transgénesis= introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares.

Agrobacterium tumefaciens es patógena de plantas.Produce tumores

•Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas El maíz transgénico de Novartis es resistente al herbicida Basta y también es resistente al gusano barrenador europeo (contiene el Gen de resistencia a la toxina Bt de Bacillus thuringiensis) produce su propio insecticida

Problemas:La toxina Bt en las plantas transgénicas tiene propiedades sustancialmente diferentes a la toxina Bt en su forma natural.

La toxina puede ser transmitida a través de la cadena alimenticia, un efecto que nunca ha sido observado en la toxina Bt en su forma natural.Larvas de especies de insectos predadores benéficos (larvas verdes de crisopa) murieron cuando fueron alimentadas con el gusano barrenador europeo

Gold rice de Monsanto con color amarillo por los altos niveles de vitamina A

Mejora de la calidad de los productos agrícolas Producción de aceites modificados

•Síntesis de productos de interés comercialAnticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables

Transgénesis en animales (por microinyección de zigotos)

Gen humano

Secuencia promotora para la síntesis de una proteína de la leche

Gen híbrido

ratahumano

Desarrollo de una cerda transgénica

Ovulos de cerda fecundados

Clonación de animales (TRANSFERENCIA NUCLEAR DE CÉLULAS EMBRIONARIAS)

Clonación de animales (TRANSFERENCIA DEL NÚCLEO DE UNA CELULA SOMATICA: CÉLULA DIFERENCIADA)

En caso de existir deficiencias a nivel genético se puede hacer terápia génica a nivel de células madre

1 Cultivo de blastocisto

Fecundación

Embrión temprano

4 Transferencia de los agregados celulares a un nuevo pozo

5 Formación de células diferenciadas a tejidos dañados

3 Adición de sustancias que disgregan la masa celular interna

2 Eliminación de la capa externa

6 Adición de factores de diferenciación seleccionados

7 Administración de células diferenciadas a tejidos dañados

CREACIÓN DE UN EMBRIÓN ARTIFICIAL(con células adultas)

-embrión somático-

OBJETIVO ÚLTIMO: AUTOTRASPLANTES(no hay rechazo)

Fusión de célula somática y ovulo enucleado

OBJETIVO ÚLTIMO: TRATAMIENTO de ENFERMEDADES

Las células madre abren la posibilidad a un nuevo mundo en las terapias de los trasplantes Calificada como una técnica "ineficaz e imperfecta" por científicos como Iam Wilmut, "padre" de la oveja Dolly, la clonación ha encontrado en las células "madre" su primera razón de ser.

Retos técnicos

1. Las células embrionarias de ratón originan teratomas y teratocarcinomas en animales adultos

2. Conocimiento de las señales implicadas en el desarrollo y diferenciación

3. Asegurar la salud a largo plazo de las células a transplantar (edad biológica de las células)

Declaración Universal de Derecho Humanos y Genoma Humano de la UNESCO (1997), adoptada en 1998 por la Asamblea General de ONU (busca un balance entre una continuación en las investigaciones y la salvaguarda de los derechos humanos)

Frente a los múltiples beneficios de la ingeniería genética pueden surgir algunos problemas

Problemas sanitarios nuevos microorganismos patógenos, efectos secundarios de nuevos fármacos de diseño, etc...

Problemas ecológicos desaparición de especies con consecuencias desconocidas, nuevas contaminaciones debidas a un metabolismo incontrolado, etc...

Problemas sociales y políticos en el campo de la producción industrial, agrícola y ganadera, pueden crear diferencias aún más grandes entre países ricos y pobres. El sondeo génico en personas puede llevar a consecuencias nefastas en la contratación laboral, por ejemplo, y atenta contra la intimidad a que tiene derecho toda persona (empleo, agencias de seguros, discriminación..).

Problemas éticos y morales Poder conocer y modificar el patrimonio genético humano puede ser una puerta abierta al eugenismo "Eugenesia: la ciencia del incremento de la felicidad humana a través del perfeccionamiento de las características hereditarias".

B i b l i o g r a f í a*http://www.korion.com.ar/archivos/transytrad.pdf*www.escolares.net/files_trabajos/file/pdf/biologia/estructura_del_adn.pdf • Lehninger, Bioquímica.• Hicks,Gómez Juan José Bioquímica 2da. Edición.• Guía didáctica Saeta