Tema 3

1. Tema 3 Genética mendeliana: conceptos básicos. Genotipo y fenotipo. Herencia dominante e intermedia. Leyes de Mendel. Herencia ligada al sexo. Genética molecular: conceptos básicos. Conceptos fundamentales sobre los ácidos nucleicos y la síntesis de proteínas, principales características del código genético. Concepto de gen. Mutaciones.

2. Tema 3. El código genético

3. FUNDAMENTOS BÁSICOS DE GENÉTICA MOLECULAR La capacidad más extraordinaria de los organismos vivientes es la de efectuar una replicación precisa de sí mismos. Esto se realiza por la transmisión de una generación a otra del material genético, que contiene la información necesaria para la construcción de un nuevo ser. La clave de la vida se basa en la función de una estructura llamada gen, que es la unidad de la información genética.

4. Genes • El ser humano tiene su DNA organizado en 23 pares de cromosomas distintos, es decir, 46 cromosomas. La mínima secuencia de DNA que es capaz de codificar una función o una estructura completa se denomina GEN. • Cada cromosoma contienen miles de genes. • La especie humana tiene unos 25.000 genes.

5. Genoma • El genoma de un organismo es el conjunto de genes contenidos en los cromosomas de sus células. • La mayoría de las células eucariotas son diploides, por lo que tienen dos copias del genoma (dos juegos de cromosomas homólogos, uno de cada progenitor)

6. Estructura ARN/Comparación con ADN

7. Código Genético • Ambas hélices están unidas entre sí, a nivel de los eslabones complementarios de cada hélice, por parejas. La secuencia de los pares de bases es lo que determina el código genético.

8. Código Genético • El código genético es el conjunto de instrucciones que sirven para fabricar proteinas a partir de un orden de los nucleótidos que constituyen el ADN. Este codigo determina que cada grupo de tres nucleótidos codifica un aminoácido. • El código genético es la regla de correspondencia entre la serie de nucleótidos en que se basan los ácidos nucleicos y las series de aminoácidos (polipéptidos) en que se basan las proteínas. Es como el diccionario que permite traducir la información genética a estructura de proteína. A, T, G, y C son las "letras" del código genético y representan las bases nitrogenadasadenina, timina, guanina y citosina, respectivamente.

9. Código Genético • Cada tres nucleótidos de la cadena (cada triplete) forman una unidad funcional llamada codón. Como en cada cadena pueden aparecer cuatro nucleótidos distintos (tantos como bases nitrogenadas, que son el componente diferencial) caben 43 (4x4x4, es decir, 64) combinaciones o codones distintos. A cada codón le corresponde un único “significado”, que será o un aminoácido, lo que ocurre en 61 casos, o una instrucción de “final de traducción”, en los tres casos restantes

11. Código Genético • La combinación de codones que se expresa en una secuencia lineal de nucleótidos, conforman cada gen necesario para producir la síntesis de una macromolécula con función celular específica. • Durante el proceso de traducción (síntesis de proteína) el mensaje genético es leído de una cadena de ARN, colocando cada vez el aminoácido indicado por el codón siguiente según la regla que llamamos código genético.

12. el código genético ‘se lee’ en tripletes, Brenner y Crick 1961

13. Código genético

14. El código genético tiene una serie de características: • Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias. • No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado • Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura. • Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos. • Carece de solapamiento,es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas. • Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´-3´.

15. Expresión del mensaje genético • La información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN podía generar proteinas; sin embargo el ADN está en el núcleo y las proteinas se sintetizan en los ribosomas, los cuales están situados en el citoplasma. El intermediario esel ARNm

17. Transcripción • Tras estos procesos se habrá formado un RNA, mensajero, transferente, ribosómico o nucleolar, que se desplazará hasta el lugar donde llevan a cabo su función, que generalmente es en el citoplasma.

18. Fases de la transcripción • Iniciación: La RNA-polimerasa se une a una zona del DNA previa al DNA que se quiere transcribir. A continuación se corta la hebra de DNA y se separan las dos cadenas, iniciándose el proceso de copia del DNA a transcribir; esta copia no requiere ningún cebador. Los ribonucleótidos se añaden en sentido  5'-3'.   En el caso de la  transcripción de un  gen que  codifica para una  proteína,  la RNA-polimerasa se une a una zona de control denominada PROMOTOR, que regula la actividad de la RNA-polimerasa y, por tanto, regula la expresión del gen Elongación: La RNA-polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios al DNA hasta que se llega a una determinada secuencia que indica a la polimerasa el final de la zona a transcribir. Terminación: La transcripción finaliza, y al RNA recién formado se le añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de poli-A, agregada por la enzima poli-A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas celulares.

19. Traducción • La traducción consiste en la "lectura" por parte de los ribosomas de los ARNm que se han fabricado en el núcleo a partir de un gen. Este paso es más complejo que el anterior ya que el mensaje del ARNm está formado por una sucesión de bases mientras que la proteína está formada por la sucesión de aminoácidos, y si bien existen cuatro bases posibles en el ARN (A,U,C, y G), hay un total de veinte aminoácidos posibles en las proteínas. • Un mismo ARN mensajero es leído por muchos ribosomas simultáneamente con lo que se obtienen de una vez uchas copias de la proteína. A la figura resultante, con forma de collar o rosario se le denomina polisoma.

20. TRADUCCIÓN

21. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS O TRADUCCIÓN

22. CARACTERÍSTICAS DE LA TRADUCCIÓN • Este proceso ocurre en el hialoplasma en los ribosomas • Están involucrados los rRNA, tRNA y mRNA cumpliendo distintas funciones. • Muy complejos, participan muchas proteínas. • Se ocupa aproximadamente el 90% de la energía química de una célula. • Consta de varias fases: Activación de aminoácidos, iniciación, elongación y término.

23. CÓDIGO GENÉTICO Crick demostró que los aminoácidos de una proteína van a estar codificados por la secuencia de tres bases consecutivas (codones) en el mRNA Los codones que codifican para una proteína son los que se encuentran después de un triplete de inicio AUG.

24. TABLA DEL CÓDIGO GENÉTICO

25. TRADUCCIÓN DE UNA CADENA DE mRNA

26. CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO • El código genético es universal: todos los seres vivos lo utilizan • El código genético es degenerado: el número de tripletes es superior a la de aminoácidos existentes. • Hay tres tripletes que no codifican para aminoácidos, son los codones de término o stop. • La secuencia AUG codifica el inicio de la cadena polipeptídica y al mismo tiempo codifica para metionina

27. Mg2+ AA + tRNA + ATP AMINOACIL-tRNA + AMP + PPi ACTIVACIÓN DE AMINOÁCIDOS. Ocurre en el citosol y consiste en la unión de cada uno de los 20 aminoácidos a un tRNA específico a expensas del consumo de ATP y catalizadas por enzimas específicas dependientes llamadas aminoacil-tRNA sintetasas.

28. ESTRUCTURA DEL tRNA Posee una secuencia de tres bases llamado anticodón complementario a un o varios codones El aminoácido se unirá al tRNA que tenga el anticodón correspondiente

30. INICIACIÓN DE LA TRADUCCIÓN El mRNA se une a la subunidad menor de los ribosomas. Luego, se une el aminoacil-tRNA iniciador y la subunidad mayor ribosomal para formar el complejo de iniciación. El aminoacil-tRNA iniciador se aparea con el primer codón del mRNA para iniciar la síntesis de proteínas (AUG). SITIO A: SITIO AMINOACIL SITIO P: SITIO PEPTIDIL

31. FORMACIÓN DEL COMPLEJO DE INICIACIÓN (BACTERIAS) SITIO A: SITIO AMINOACIL SITIO P: SITIO PEPTIDIL

32. EL tRNA INICIADOR SE UNE AL SITIO P. COMPLEJO DE INICIACIÓN

33. ELONGACIÓN DE LA TRADUCCIÓN 1) Unión del segundo aminoacil-tRNA en el sitio A

34. ELONGACIÓN Unión de EF-Tu GTP Hidrólisis de GTP Liberación de EF-Tu GDP

35. ELONGACIÓN DE LA TRADUCCIÓN 1) Formación del enlace peptídico entre grupo COOH de la metionina y el grupo amino del siguiente aminoácido.

36. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

37. ELONGACIÓN DE LA TRADUCCIÓN 3) El mRNA o el ribosoma se traslada una posición (un codón) liberándose el tRNA de la metionina. 4) El complejo tRNA con ambos aa se traslada al sitio P dejando libre al sitio A para la siguiente unión de un aminoacil-tRNA.

38. LA FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO ES CATALIZADO POR EL rRNA RIBOSOMAL 23S (ACTIVIDAD PEPTIDIL TRANSFERASA)

39. TRASLOCACIÓN: EL RIBOSOMA AVANZA UN CODÓN HACIA EL EXTREMO 3’ DEL mRNA

40. ELONGACIÓN DE LA TRADUCCIÓN

41. FINALIZACIÓN DE LA TRADUCCIÓN Cuando el ribosoma llega a un codón de finalización (UAA, UAG, UGA), se libera el péptido y se disocia el ribosoma del mRNA.

42. TERMINACIÓN: SEÑALADA POR UN CODÓN STOP (UAA, UAG, UGA) UNIÓN DE FACTORES DE LIBERACIÓN HIDRÓLISIS DEL PEPTIDIL-tRNA LIBERACIÓN DEL PÉPTIDO Y DEL tRNA DESCARGADO DESDE EL SITIO P DISOCIACIÓN DEL RIBOSOMA 70S

43. LA SÍNTESIS DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA COMIENZA EN EL AMINO TERMINAL

44. POLIRIBOSOMAS Varios ribosomas (4 a 100) pueden estar traduciendo al mismo tiempo una cadena de mRNA del sentido 5´ 3´.

46. DIFERENCIAS ENTRE EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS

47. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

48. TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS • El mRNA de procariotas no tiene ni caperuza, ni cola, ni intrones • Transcripción co-traduccional • Genes policistrónicos (Un gen - varias proteínas)