Tema IV: ÁCIDOS NUCLEICOS
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Tema IV: ÁCIDOS NUCLEICOS Definición y composición Nucleótidos: nucleósido (pentosa + base nitrogenada) fosfato oligonucleótidos y polinucleótidos ADN:Descubrimiento Estructura y formas Plegamiento Desnaturalización FUNCIÓN ARN: Características Tipos y localización

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Tema iv cidos nucleicos definici n y composici n

Tema IV: ÁCIDOS NUCLEICOS

Definición y composición

Nucleótidos: nucleósido (pentosa + base nitrogenada)

fosfato

oligonucleótidos y polinucleótidos

ADN:Descubrimiento

Estructura y formas

Plegamiento

Desnaturalización

FUNCIÓN

ARN: Características

Tipos y localización

ARNm: llevar el mensaje desde el ADN

ARNt: transferir los aminoácidos a la cadena peptídica

ARNr: constituir el ribosoma

Ribozimas


Cidos nucleicos

Ácidos nucleicos

Polinucleótidos formados por nucleótidos, moléculas compuestas de C, H, O y P.


Nucle tidos

Nucleótidos


Bases nitrogenadas

Bases nitrogenadas


Polinucle tidos

Cadenas lineales de nucleótidos.

Se forman mediante un enlace éster entre el OH del grupo fosfato situado en 5´ y el OH situado en 3´ liberando una molécula de agua.

Siempre presenta dos extremos 3´ y 5´.

Puede observarse que la estructura es una cadena de pentosas y fosfatos de los que salen bases nitrogenadas.

Polinucleótidos


Adn cido desoxirribonucleico

Cadena de polinucleótidos donde la pentosa es la 2´desoxirribosa y las bases nitrogenadas son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

Al igual que el ARN tiene carácter ácido por lo que se tiñe con colorantes básicos.

Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota, asociado a proteínas de carácter básico, histonas, y en mitocondrias, plastos y citosol de células procariotas. Además puede formar parte de virus ADN.

ADN: ácido desoxirribonucleico


Descubrimiento del adn

Friedrich Miescher

1869

Aisló el ADN del núcleo celular

Frederick Griffith

1928

Streptococcus pneumoniae

Bacterias “S” lisas virulentas

Bacterias “R” rugosas no virulentas

(página 102)

Oswald Avery

Colin MacLeod

Maclyn McCarty

1944

Alexander R. Todd

1950-51

Establece la composición del ADN

Alfred D. Hershey Martha Chase

S*en proteínas y P*en ácidos nucleicos de fago.

1952

James Watson

Francis Crick

Maurice Wilkins

Rosalind Franklin

Erwin Chargaff

Estructura del ADN

1953

Fotografía de rayos X de la forma B del ADN

A +T = G + C

Descubrimiento del ADN


Estructura del adn

Estructura del ADN


Formas del adn

Formas del ADN


Adn tama o

Siempre es una molécula muy grande.

Los virus, que tienen las moléculas más pequeñas, superan los 5000 pares de bases.

El ADN humano tiene 3.000.000.000 pares de nucleótidos.

El lugar que una especie ocupa en la escala evolutiva no tiene relación directa con el número de nucleótidos de su genoma:

Una cebolla tiene un genoma 5 veces mayor que el del humano.

Un helecho presenta un genoma casi 10 veces mayor que el de la cebolla.

Si estiráramos el ADN de un núcleo de célula humano, mediría 1 metro de longitud. Veremos cómo se empaqueta.

ADN. Tamaño


Adn forma

ADN. Forma


Plegamiento del adn

Plegamiento del ADN


Adn desnaturalizaci n

Desnaturalización. Variando T y/o pH

ADN (doble hélice) ADN (hélice sencilla)

Renaturalización. A 65º C.

Gran afinidad entre las bases complementarias.

Utilidad:

Comparación de secuencias: medicina forense, estudios evolutivos...

Técnicas de ingeniería genética: Búsqueda de genes mediante sondas genéticas, PCR, ARN de interferencia.

Aplicaciones biomédicas.

Etc.

ADN. desnaturalización


Adn funci n

Almacén de la información:

Gobierno de la actividad celular

ADN ARN Proteínas

transcripción traducción

Epigenética.

Transmite la información de una generación celular a la siguiente:

ADN

duplicación o replicación

ADN. Función


Arn cido ribonucleico

ARN: ácido ribonucleico


Arn tipos y localizaci n

ARN mensajero (ARNm)

ARN transferente (ARNt)

ARN ribosómico (ARNr)

Estos tres tipos de ARN se pueden encontrar en el núcleo de células eucariotas, donde se forman, y en el citoplasma donde ejercen su función; el ARNr forma la estructura de los ribosomas. En el citoplasma de bacterias, mitocondrias y plastos, donde se forman y ejercen su función; el ARNr en los ribosomas.

ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) se encuentran en el núcleo y son los precursores de diferentes ARNm.

ARN de interferencia (ARNi). Descritos recientemente, parece que intervienen en la regulación de la actividad génica.

ARN: tipos y localización


Arn mensajero

Se encuentra en menor cantidad en la célula (5%).

Presenta estructura lineal.

Es el que lleva el mensaje que va a dar lugar a proteínas, por tanto, puede ser, en algunos casos, el de mayor longitud.

Su función es transmitir el mensaje codificado en el ADN.

Se forma en el núcleo de eucariotas o en el citosol de bacterias, plastos y mitocondrias y se traduce a proteínas en los ribosomas.

En eucariotas sufre el proceso de maduración.

ARN mensajero


Arn transferente

ARN transferente


Arn ribos mico

Es el más abundante (>75%), el de mayor tamaño y peso molecular?

Junto a proteínas forma los ribosomas. Estos, serán los encargados de traducir el código genético a proteínas.

En eucariotas se forman en el nucléolo. ARN nucleolar (ARNn)

Procariotas:

16S + 21 prot. 5S + 23S +

+ 34 prot.

30S 50S

Eucariotas: genes en tándem.

ADN

45S ARN

28S 18S 5,8S 5S

33 prot. 49 prot.

4OS 6OS

ARN ribosómico


Ribozimas

Sidney Altman y Robert Cech obtuvieron el premio Nobel de química por descubrir la actividad catalítica del ARN.

La capacidad enzimática de muchas moléculas de ARN apoyaría la teoría de que fue el ARN la primera molécula con capacidad de replicación necesaria para el origen de la vida.

Las moléculas de ARN son más inestables que las de ADN.

Ribozimas


Tema iv cidos nucleicos definici n y composici n

GENÉTICA MOLECULAR: ¿Dogma Central? de la Biología

Duplicación

Replicación

Síntesis de ADN

ADN

ADN

FASE S del Ciclo Celular

Transcripción inversa (virus)

Transcripción (código en ADN a ARN)

Mensajero

Transferente

Ribosomal

ARN

Traducción (nucleótidos a aminoácidos)

PROTEÍNAS

Mutación: alteración del ADN


Duplicaci n o replicaci n del adn

Proceso de síntesis o autocopiado de todo el ADN nuclear (eucariota) o cromosómico (procariota). Descrito por Arthur Kornberg.

El mecanismo fue propuesto por Watson y Crick y demostrado por Matthew S. Meselson y Franklin W. Stahl en 1957 (página 103).

  • Requerimientos en procariotas:

  • Molécula de ADN molde.

  • Proteínas: iniciadoras (Ori I), helicasas y topoisomerasas, estabilizadoras (abrir la hélice, girarla y estabilizarla), primasa (sintetizar los primer o cebadores), ADN polimerasas III (genera las nuevas hebras), II (ADN mitocondrial) y I (retira los primer, rellena los huecos y repara posibles errores) y ADN ligasa (une los fragmentos de Okazaki).

  • Nucleótidos: NTP. energía

  • Energía: NTP NMP + E (ATP AMP)

Duplicación o replicación del ADN


Duplicaci n del adn proceso

Duplicación del ADN. Proceso


Duplicaci n del adn en eucariotas

  • Diferencias con el proceso descrito en procariotas:

  • Distintos orígenes de iniciación.

  • Formación de múltiples horquillas de replicación y de burbujas.

  • Hay que separar las histonas que se vuelven a unir tras la creación de la nueva copia. Estas proteínas se han sintetizado previamente.

  • Diferencias en las proteínas: ver cuadro de la página 84.

  • Construcción de los extremos: telomerasa.

Implicaciones de la existencia y funcionamiento de la telomerasa.

Duplicación del ADN en eucariotas


Transcripci n del adn s ntesis de arn

Transcripción del ADN. Síntesis de ARN


Transcripci n proceso

Transcripción. Proceso


Transcripci n en eucariotas i

Transcripción en eucariotas I


Transcripci n en eucariotas ii maduraci n

Transcripción en eucariotas II. Maduración


Traducci n s ntesis de prote nas

Tras la transcripción se forma, entre otros, el ARNm. En eucariotas cada ARNm es monocistrónico; tiene información para una única proteína; en procariotas puede ser policistrónico, es decir, da lugar a varias proteínas.

Los aminoácidos deben ser transportados en ARNt para formar la proteína, luego deben ser activados. Cada aminoácido se une al ARNt que tenga el anticodón que le corresponda según el Código Genético.

El ARNm presenta una secuencia de nucleótidos que se leen de tres en tres y que tienen sus correspondientes complementarios en el ARNt. Este triplete se denomina codón.

Traducción. Síntesis de proteínas


C digo gen tico

Código Genético


C digo gen tico caracter sticas

Lo intuyó Francis Crick. Lo demostraron Niremberg, Khorana y Ochoa.

Cada tres bases o triplete se denomina codón.

Es específico: cada triplete sólo codifica para un aminoácido.

Es degenerado: varios tripletes codifican para el mismo aminoácido. Conviene observar que son las bases que ocupan el tercer lugar las que cambian generalmente (leucina, serina y arginina).

No presenta solapamientos ni discontinuidades.

Es universal.

Código Genético. Características


Traducci n fases y requerimientos

  • Al igual que en la transcripción se definen tres fases:

  • Iniciación: ARNm, ribosoma separado en subunidades, factores proteicos de iniciación, energía cedida por GTP, iones Mg2+, el primer aminoácido siempre es la metionina (eucariotas) y en procariotas la formilmetionina, el codón de iniciación AUG, se acoplan el codón con el anticodón en la posición P y a continuación la subunidad mayor del ribosoma se une a la subunidad menor.

  • Elongación: Son necesarios los factores de elongación y los distintos aminoácidos unidos a los ARNt. Se une en la posición A el aminoacil-tRNA correspondiente al segundo codón. Se produce el enlace peptídico mediante la peptidiltransferasa de la subunidad mayor del ribosoma. Se desplaza el ARNm en sentido 5´ 3´. El péptido pasa al lugar P, deja el sitio A para el nuevo aá y sale el ARNt que ha quedado sin aá. Se utiliza la energía de GTP.

  • Terminación: codón de terminación. Factores de terminación que bloquean el sitio A. Separación de la cadena polipeptídica del ARNt último y degradación del ARNm por las ARNasas.

Traducción. Fases y requerimientos


Traducci n proceso

Traducción. Proceso


Regulaci n de la expresi n g nica

Regulación de la expresión génica


Regulaci n en eucariotas

Procesos más complejos y peor conocidos.

  • Diferentes niveles:

  • Transcripción: momento y frecuencia (proteínas reguladoras: activadores y represores; cambios en la estructura del ADN (compactación, metilación, factores de transcripción

  • Maduración del ARNm.

  • Transporte del ARNm.

  • Traducción.

  • Degradación de los ARNm.

  • Actividad de las proteínas.

  • Elementos transponibles o transposones.

  • Factores extracelulares: hormonas, etc.

Regulación en eucariotas


Arn de interferencia premio nobel de medicina 2006 fire a y mello c

ARN de interferencia. Premio Nobel de Medicina,2006. Fire, A y Mello, C.


Mutaciones

Alteraciones de la información genética.

Tipos:génicas. Afectan a la estructura molecular del gen.

cromosómicas: afectan al cromosoma.

genómicas. Afectan al genoma.

Clasificación de mutaciones génicas:

sustitución: una base nitrogenada por otra.

deleción: pérdida de uno o varios nucleótidos.

inserción: ganancia de uno o varios nucleótidos.

Se estudiarán en los temas de genética mendeliana

5´ATTGCCGTGACTAC 3´

5´ATTGCTGTGACTAC 3´

5´ATTGCGTGACTAC 3´

Análisis de las consecuencias

5´ATTGCACGTGACTAC 3´

Mutaciones


Mutaciones causas y reparaci n

  • Causas:

    • Errores de lectura: fallos de la polimerasa; en las oxidaciones, radicales libres provocan que G se altere y se una a T en vez de C.

    • Cambios químicos: desaminaciones (C x U), despurinaciones (rotura del enlace N-glucosídico), formación de dímeros de T mediante radiación ultravioleta.

    • Transposiciones: transposones.

Reparaciones: ADN polimerasa I, acción de endonucleasas, síntesis de proteínas reparadoras (ante los dímeros de T), reparación inespecífica y posterior apoptosis, ...

Mutaciones. Causas y reparación


Ingenier a gen tica i manipulaci n del material gen tico

Ingeniería Genética I. Manipulación del material genético

  • Objetivos:

    • Conocer el material genético. Genómica (Proyecto Genoma Humano).

    • Sustitución de genes defectuosos por genes normales. Introducción de genes nuevos: “terapia génica”, organismos genéticamente modificados (OGM) o “transgénicos”.

    • Obtención de péptidos y proteínas en grandes cantidades: hormonas, antibióticos, vacunas, etc.


Ingenier a gen tica ii t cnicas de manipulaci n

Ingeniería Genética II. Técnicas de manipulación

Tecnología del ADN recombinante:

Enzimas de restricción (extremos cohesivos o pegajosos y extremos romos).

Mutagénesis dirigida.

Electroforesis en gel.

Clonación.

PCR (reacción en cadena de la polimerasa).

Hibridación.


Ingenier a gen tica iii logros alcanzados

Secuenciación de diferentes genomas.

Proyecto Genoma Humano

Mapas genéticos: posición relativa de genes conocidos por su función.

Mapas físicos: secuencia de nucleótidos a lo largo del cromosoma.

Terapia génica.

Transgénesis: seres transgénicos, alimentos transgénicos, productos, xenotransplantes, etc.

Células madre: embrionarias y adultas.

Consideraciones éticas, legales y sociales.

???

Ingeniería Genética III.Logros alcanzados


Proyecto genoma humano

Proyecto Genoma Humano


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