Genetica Molecular

GENETICA MOLECULAR Bases moleculares de la herencia •Estructura ácidos nucleicos DNA y del RNA •Replicación •Almacenaje y expresión •Variación

Marerial genético • Acidos nucleicos – Acido Desoxirribonucleico, ADN o DNA – Acido Ribonucleico, ARN o RNA • mRNA (mensajero) • tRNA (transferencia) • rRNA (ribosomal)

FLUJO DE LA INFORMACION

Dogma central de la Genética Molecular DNA Transcripción rRNA mRNA tRNA Ribosomas Traducción Proteínas

Características del ADN • Debe ser fielmente replicado (duplicado). – Ocurre en interfase mitótica (fase S) – Se reparte equitativamente entre las células hijas.

• Debe almacenar o contener la información genética. – Contener la información de todas las características del individuo. – Codificar la enorme variedad de proteínas que se forman en un organismo.

• Debe expresar la información genética. – La expresión de la información, es un proceso complejo – Intervienen los RNA´s – El flujo de información es: DNA RNA´s Proteínas

• Debe permitir variabilidad – La información genética que se transmite fielmente, en raras ocasiones puede cambiar por mutación.

Estructura ácidos nucleicos • DNA Almacena la información genética – Es de doble cadena en hélice – Tiene el azúcar desoxirribosa – Las bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Timina, Citosina – Un grupo fosfato

Estructura ácidos nucleicos • RNA’s, varias funciones (transcripción y traducción de información para la síntesis de proteínas)

– Todos las formas de RNA, se originan a partir del ADN. – De cadena sencilla • Azúcar ribosa • Un grupo fosfato • Las bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Uracilo, Citosina (tiene uracilo en lugar de timina).

Estructura ADN doble hélice • Modelo estructural de Watson y Crik, 1953. • Dos cadenas enrolladas a la derecha (dextrógiras) sobre un eje central formando una doble hélice. • Las dos cadenas son antiparalelas (3´-5´ y 5´-3´. • Las bases nitrogenadas se sitúan al interior en forma perpendicular al eje. • Las bases se unen por puentes de hidrógeno y siempre: AT, G-C. • Cada vuelta de la cadena tiene 10 pares de bases (34 A°). • Mide 20 A° de diámetro. • Tiene un surco mayor y un surco menor.

Tipos de Bases Nitrogenadas • Purinas – Adenina y Guanina – Molécula de doble anillo, con 9 lados • Pirimidinas – Moléculas de un solo anillo, de 5 lados. – Timina, Citosina y Uracilo • En DNA Adenina, Guanina, Timina, Citosina (A-T, G-C) • En RNA: – Adenina, Guanina, Uracilo y Citosina (A-U, G-C)

AZUCARES

Desoxirribosa

Desoxirribosa

Estructura molecular

Diagrama estructural

Azúcar monosacárido, formado por un anillo de 5 carbones

BASES NITROGENADAS

Pirimidinas

Purinas

Bases púricas Adenina

Guanina

•Bases nitrogenadas: Estructura formada por anillos de C y N

Bases pirimídicas Timina

Citosina

•Bases nitrogenadas: Estructura formada por anillos de C y N

Nucleótidos • Unidades estructurales o piezas que forman todas las moléculas de los ácidos nucleicos. • Tienen tres componentes estructurales: – Una base nitrogenada – Un azúcar pentósido – Un grupo fosfato

NUCLEOTIDOS

Guanina y Citosina

La Guanina sólo se une con la Citosina

Diagrama estructural

Estructura espacial

El enlace entre las cadenas se hace por puentes de hidrógeno débiles entre las bases nitrogenadas, una púrica con una pirimídica

La Adenina sólo se une con la Timina

Diagrama estructural

Estructura espacial

Adenina y Timina

Molécula de fosfato Molécula de azúcar desoxirribosa

Composición y estructura de los ácidos nucleicos

Bases nitrogenadas

Nucleótido: unidad base del ácido nucleico, formada por 3 compuestos diferentes: •Azúcar pentosa desoxirribosa para ADN ribosa para ARN •Grupo fosfato •Base nitrogenada ADN: derivada de la purina (adenina, guanina) o la pirimidina (timina, citosina).

Enlaces de H entre bases

Columna de azúcar fosfato

•Base nitrogenada ARN: derivada de la purina (adenina, guanina) o la pirimidina (uracilo, citosina).

Nucleósido del ADN Desoxiadenosina

Desoxiadenosina

Base nitrogenada derivada de la purina o la pirimidina unida covalentemente al carbón “1” del azúcar pentosa

Replicación del ADN

Nucleótidos • Unidades estructurales o piezas que forman todas las moléculas de los ácidos nucleicos. • Tienen tres componentes estructurales: – Una base nitrogenada – Un azúcar pentósido – Un grupo fosfato

NUCLEOTIDOS

Fin 5 La molécula de ADN está formada por 2 cadenas de polinucleótidos polarizadas en direcciones opuestas, que se enlazan hacia la derecha formando una doble hélice.

Fin 3

Enlace de las cadenas

Par de bases

Fosfato Azúcar

Fin 3

Fin 5

La Adenina sólo se une con la Timina

Diagrama estructural

Estructura espacial

Adenina y Timina

Guanina y Citosina

La Guanina sólo se une con la Citosina

Diagrama estructural

Estructura espacial

El enlace entre las cadenas se hace por puentes de hidrógeno débiles entre las bases nitrogenadas, una púrica con una pirimídica

Replicación del ADN • Se realiza en interfase de la división celular, en la fase de síntesis (S). • La doble cadena se separa y cada una sirve de molde para la síntesis de una cadena complementaria nueva. • Al estar separadas, cada nucleótido de la cadena vieja, tiene afinidad por su nucleótido complementario. • La complementariedad, se debe a los puentes de hidrógeno entre las bases. • Es decir, un nucleótido de Adenina, atraerá siempre un nucleótido de Timina. Uno de Guanina, atrae a uno de Citosina. • El resultado, es la producción de dos dobles cadenas de ADN, idénticas. • Cada molécula de ADN replicada, tiene una cadena vieja y otra nueva (replicación SEMICONSERVATIVA).

Horquilla de replicación

Replicación del ADN Proceso de polimeración en la síntesis de ADN • La polimeración es catalizada por la enzima Polimerasa de ADN. • Actúa añadiendo desoxirribonucleótidos al extremo 3 ´ de una cadena en crecimiento, usando la cadena sencilla como molde.. • Ocurre en la horquilla de replicación, donde el DNA se está desenrrollando. • En uno de los moldes llamado cadena líder, la polimerización es continua en el extremo 3´. • En la otra cadena, la polimerización ocurre por fragmentos también en el extremo 3´. • Se dice síntesis discontinua en la cadena retrasada.

Horquilla de replicación

Cadena retrasada

Extremos 3’

Cadena vieja

Cadena líder

Cadena nueva

SINTESIS SEMICONSERVATIVA DE ADN • • • • • •

En el punto de origen de la síntesis, las helicasas desnaturalizan el ADN formando la horquilla de replicación. La horquilla de replicación, es la parte separada de las dos cadenas del DNA para la replicación. La síntesis de ADN ocurre simultáneamente en las dos cadenas molde. La síntesis ocurre en la dirección 5´-3´ de las cadenas nuevas. La síntesis es continua en la cadena líder y discontinua en la cadena retrasada mediante la unión de tramos llamados fragmentos de Okazaki. Al abrirse más la horquilla de replicación, se incrementa el enrollamiento y tensión en la doble cadena. La enzima topoisomerasa DNA girasa, corta y une la doble cadena. La DNA ligasa une los fragmentos de Okazaki en la cadena retrasada.

CODIGO GENETICO

CODIGO GENETICO • Escrito en secuencia lineal y utiliza como letras a los nucleótidos (desoxirribonucleotidos en ADN y ribonucleótidos mRNA). • Cada palabra del DNA y mRNA contiene tres letras. Es decir, el código está formado por tripletes llamados codones. • La secuencia de tres ribonucleótidos, un codón, especifica un aminoácido. • No tiene ambiguedades, pues cada triplete especifica un único aminoácido. • El código es degenerado, pues más de un triplete especifica un aminoácido dado. • Continúa ...

CODIGO GENETICO Continúa ... • Es ordenado, pues múltiples codones que especifican un aminoácido dado, varían a menudo solo en la tercera base. • Tiene signos de puntuación (el gen), de inicio y final. • No tiene comas, los tripletes se leen por orden, uno detrás de otro. • El código no es solapado, pues cada nucleótido en el mRNA, forma parte de un único triplete. • El código es universal, pues los virus, procariotes y eucariotes, utilizan el mismo diccionario.

EXPRESION GENETICA

P ACCION GENICA a r a d i g m a

ESQUEMA DEL FLUJO DE INFORMACION

EXPRESION GENETICA • Pasos de la acción génica: – ADN mRNA Ribosoma Proteína • Las proteínas, en la mayoría de los casos son el PRODUCTO FINAL: – Las proteínas (numerosas) están formadas de 20 aminoácidos. – El código genético debe especificar 20 aminoácidos diferentes. – La molécula de mRNA tienen solo 4 tipos de nucleótidos (A, U, G, C).

EXPRESIÓN GENETICA

NUCLEO

Transcripción

CITOPLASMA Traducción

Conceptos del capítulo Salvo algunas excepciones, el DNA es el material genético de todos los seres vivos. La estructura del ADN proporciona las bases químicas para almacenar y expresar la información genética en las células, así como para transmitirla a las generaciones futuras. La molécula tiene forma de hélice de doble cadena, estando ambas cadenas unidas por puentes de hidrógeno entre bases complementarias. El RNA comparte muchas semejanzas con el DNA en cuanto a su estructura, pero está formado por una cadena sencilla. En general, el RNA, se utiliza en la expresión de la información genética y sirve de material genético en algunos virus. Klug y Cummings, 1999