-
EXPRESIN GNICA. La expresin gnica es el proceso mediante el cual
la informacin almacenada en el
DNA es usada para dirigir la sntesis de un producto gnico
especfico (protenas; RNAr; RNAt).
Este producto gnico es el responsable de llevar a cabo una
funcin celular
especfica, la que terminar manifestndose como un rasgo fenotpico
adquirido por la clula en la que esta informacin gentica se
expresa.
Sin embargo, el momento en que esta informacin gentica es
expresada, se
encuentra altamente regulada por diversos factores (entre ellos,
estmulos ambientales, la accin reguladora de ciertas hormonas, el
grado de condensacin de la cromatina, etc.), lo que permite
controlar, en todo momento, la produccin adecuada de protenas, para
cuando ellas sean requeridas por el metabolismo celular.
Durante el proceso de diferenciacin celular, la expresin gnica
se regula de modo
que ciertos genes se "encienden" y otros se "apagan",
permitiendo a las clulas modificar su contenido proteico y, por lo
tanto, su propio fenotipo, que es el requisito necesario para
transformar un tipo celular en otro diferente, lo que da origen a
las distintos tipos celulares que constituyen a un individuo.
Las mutaciones pueden alterar la informacin almacenada en los
genes, originando a partir de un gen inicial, distintas versiones
del mismo (llamadas genes alelos). Estos genes alelos son los
responsables de las variaciones fenotpicas (diversidad biolgica)
que manifiestan las poblaciones de seres vivos, sobre las que acta
el proceso de seleccin natural durante la evolucin de los seres
vivos. LOS EXPERIMENTOS QUE DEMOSTRARON QUE EL DNA ES EL MATERIAL
GENTICO
A comienzos del siglo XX se haba demostrado que los genes se
localizaban en los cromosomas. Dada la composicin nucleoprotena de
estas estructuras, los cidos nucleicos y las protenas eran las
sustancias candidatas a constituir los genes. Las protenas son
molculas complejas y su actividad biolgica ya estaba probada por
aquellos aos, los cidos nucleicos por el contrario, se consideraban
molculas simples y no se conceba que pudieran almacenar tal
cantidad de informacin.
El concepto de gen fue introducido en 1860 por Mendel (factor
mendeliano) y recin alrededor de 1920 se realizaron los primeros
experimentos que revelaron al DNA como material gentico.
En 1928, F. Griffith observ que la bacteria Streptococcus
pneumoniae, productora de la neumona humana, se presentaba en dos
variantes o cepas distintas. Una de ellas era virulenta (provocaba
la enfermedad) y formaba colonias con aspecto liso; la que se
denomin cepa S. La otra variante de neumococo, que no presentaba
cpsula, no produca la enfermedad y formaba colonias rugosas, y se
la denomin cepa R
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
En la dcada de los cuarenta, O. T. Avery, C. MacLeod y M.
McCarty obtuvieron los distintos tipos de molculas de las bacterias
S muertas y observaron si transformaban a los neumococos tipo R.
Comprobaron virulencia con el mismo procedimiento utilizado por
Griffith, pero en vez de inocular bacterias R + S muertas,
inocularon distintas muestras de cepas R con diferentes sustancias
aisladas de las S. Ni los polisacridos de las cubiertas de las S ni
otras molculas lograron la transformacin. El principio
transformante result ser el DNA. Los genes de la cepa S que
contenan la informacin necesaria para producir la cpsula se haban
introducido en las bacterias R.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Pese a que esta prueba demostraba que el DNA era el principio
transformante (genes), la comunidad cientfica se resisti a aceptar
la importancia gentica del DNA.
En 1952, A. D. Hershey y M. Chase demostraron que el DNA del
fago T2, un virus que
parasita bacterias, era la molcula que se introduca en la clula
bacteriana para la reproduccin viral. No obstante, continuaba
resultando necesario demostrar cmo un compuesto tan simple poda
almacenar y transmitir tanta informacin.
La respuesta la proporcion el progresivo conocimiento de su
estructura. Desde que, en 1953, J.Watson y F. Crick mostraron su
modelo de estructura de doble hlice, que explicaba cmo se poda
almacenar y transmitir la informacin gentica, nadie dud de la
funcin y la importancia del DNA.
El DNA es la macromolcula portadora de los genes: el DNA es el
asiento molecular
de la informacin gentica.
RELACIN ENTRE GEN Y PROTENA Los genes contienen la informacin
para la produccin regulada de enzimas y protenas estructurales y de
esta manera controlan las reacciones bioqumicas y la forma de los
organismos.
El material gentico se manifiesta dando forma y funcin a las
protenas, y debe replicarse con la suficiente fidelidad como para
asegurar la continuidad de las especies, pero al mismo tiempo
permitir algunos cambios (variaciones) que sirven de sustrato para
la evolucin.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
RELACIN ENTRE GENOTIPO Y FENOTIPO
Primero se definirn ambos trminos.
Genotipo: corresponde a la constitucin gentica de una sola clula
o de un organismo con referencia a una sola caracterstica o a un
conjunto de caractersticas; la suma total de todos los genes de un
individuo.
Fenotipo: corresponde a las caractersticas observables de un
organismo que resulta de las interacciones entre el genotipo y el
ambiente.
La relacin de genotipo y fenotipo en sus distintos niveles se
presenta en la siguiente
secuencia de conceptos:
El fenotipo de un organismo depende del fenotipo de sus partes,
que a su vez est determinado por el fenotipo de sus clulas
componentes.
El fenotipo de una clula est determinado por su qumica interna,
que es controlada por las enzimas que catalizan sus reacciones
metablicas.
La funcin de una enzima depende de su estructura tridimensional
especfica, adems depende de su secuencia lineal especfica de
aminocidos.
Las enzimas y las protenas estructurales, presentes en una
clula, estn determinadas por el genotipo de la clula.
Los genes especifican la secuencia lineal de aminocidos en las
protenas y por lo tanto los genes determinan el fenotipo.
El fenotipo est determinado por el genotipo ms la accin
ambiental. FLUJO DE LA INFORMACIN GENTICA F. Crick enunci lo que l
llam el dogma central, segn el cual la informacin fluye del DNA a
las protenas en una nica direccin.
As, el genotipo determina el fenotipo, dictando la composicin de
las protenas. F. Crick fue criticado por utilizar el trmino dogma
ya que un dogma es algo que no se pone en duda. El cientfico
reconoci ms tarde que debi llamarlo hiptesis central. Una gran
diversidad de experimentos han demostrado que el dogma se cumple,
salvo en unas pocas excepciones. La principal excepcin corresponde
a la trascripcin inversa, en la cual la informacin codificada por
ciertos virus que contienen RNA se transcribe al DNA por la accin
de la enzima transcriptasa inversa. Por ello el dogma o hiptesis
central hoy se presenta as.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
TRANSCRIPCIN O SNTESIS DEL RNA La transcripcin consiste en la
sntesis de una molcula de RNA a partir de una de las cadenas del
DNA; esta cadena se denomina complementaria, molde o templado; la
otra hebra del DNA se denomina no complementaria.
Representacin del proceso de transcripcin. Observe que la
direccin de la trascripcin siempre es de 5 a 3, es decir, la
elongacin o crecimiento de la molcula de RNA es siempre por el
extremo 3
Es importante destacar que los RNA que se sintetizan a partir de
un fragmento de hebra molde o templada de DNA puede terminar como:
RNA mensajero, RNA de transferencia y/o RNA ribosomal; estos dos
ltimos no llevan informacin gentica para la sntesis de una protena,
pero son imprescindibles en el proceso
Cuestiones bsicas sobre la sntesis de RNA:
Todos los RNAs se sintetizan por medio de reacciones catalizadas
por RNA polimerasas, gracias a la informacin contenida en el DNA
que sirve de patrn o molde. La direccin de la transcripcin siempre
va en el sentido 5 a 3.
La sntesis se produce por complementariedad de bases. La cadena
de RNA que se forma es complementaria a un fragmento de una de las
cadenas de DNA. En la cadena de RNA no aparecer la base timina que
ser sustituida por uracilo.
Existen notables diferencias en la transcripcin de clulas
procariontes y eucariontes.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Etapas de la transcripcin: Se estudi inicialmente en Escherichia
coli y el proceso consta de cuatro fases:
A) Iniciacin o ensamblaje de molculas. B) Elongacin o
crecimiento de la molcula de RNA. C) Terminacin o conclusin de la
cadena de RNA. D) Maduracin o transformacin del RNA transcrito.
A) Iniciacin
La RNA polimerasa se une fuertemente cuando entra en contacto
con una secuencia especfica de DNA, llamada promotor. En el
promotor se encuentran dos cortas secuencias situadas entre -35 y
-10 nucletidos del inicio (0) de la transcripcin. La misin de las
secuencias promotoras es indicar dnde se inicia la transcripcin, en
cul de las dos hebras del DNA y en qu lugar
B) Elongacin.
Despus de unirse al promotor, la RNA polimerasa abre una regin
localizada de la doble hlice, de forma que expone los nucletidos de
ambas cadenas de una pequea zona del DNA. Una de las dos cadenas
expuestas del DNA acta como patrn para el apareamiento de las bases
complementarias y se inicia la formacin de una cadena de RNA. De
esta forma, la cadena de RNA va creciendo nucletido a nucletido en
direccin 5 a 3. El proceso de elongacin de la cadena contina hasta
que la enzima encuentra una segunda secuencia especial del DNA, la
seal de terminacin.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Durante la elongacin de la cadena de RNA, la polimerizacin
alcanza una velocidad de 30 nucletidos por segundo a 37 C. Por
consiguiente, una cadena de RNA de 5.000 nucletidos tarda unos tres
minutos en sintetizarse.
C) Terminacin
Existen diversas seales de terminacin en el DNA molde que son
secuencias que desencadenan la separacin de la enzima RNA
polimerasa de la cadena molde y del RNA transcrito.
D) Maduracin
En procariontes el RNA mensajero, antes de terminar el proceso
de transcripcin empieza a ser traducido, por lo tanto no necesita
de maduracin, habitualmente son policistrnicos. Los RNA ribosomal y
de transferencia se forman a partir de transcritos primarios. La
maduracin consiste en modificaciones tales como rupturas de la
cadena y aadidos de nucletidos (-CCA) en el extremo terminal 3. En
eucariontes cada gen eucariota se transcribe separadamente
(monocistrnico), con un control transcripcional independiente para
cada uno. Los distintos RNA transcritos en los eucariontes
presentan una serie de especializaciones no encontradas en
procariontes. De gran importancia es el hecho que los genes
eucariontes poseen en su estructura exones e intrones, situacin no
observada en procariontes
El nmero de intrones vara para cada gen, sin embargo, su nmero
aumenta a medida que el organismo es ms complejo y de reciente
evolucin. Se ha propuesto que los intrones promueven la
recombinacin gentica (va crossing-over), y por lo tanto aumentan la
velocidad de evolucin (de cambio). Procesamiento diferencial del
RNA mensajero. Algunos pre mRNA (RNA heteronuclear) pueden ser
procesados en ms de una forma. En algunos casos se utiliza el mismo
gen para producir una protena en un tejido y otra distinta en otro
tejido. Esto es posible porque algunos genes producen molculas de
pre-mRNA que tienen mltiples patrones de empalme. Se ha observado
que estos pre-mRNA presentan un segmento que puede ser Intrn o Exn.
Este procesamiento diferencial del RNA nuclear permite, a las
clulas de cada tejido, producir su propia versin de mRNA
correspondiente al gen especfico.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Procesamiento diferencial del RNA mensajero
CDIGO GENTICO
El cdigo gentico es el diccionario usado para lograr la
traduccin de la informacin gentica, escrita en lenguaje nucleotdico
de cuatro bases nitrogenadas, a un idioma aminoacdico escrito con
un abecedario de veinte letras. Los veinte aminocidos que
encontramos formando parte de las protenas de un ser vivo, estn
representados en el cdigo gentico de la agrupacin de tres bases
nucleotdicas (triplete o codn) de las cuatro existentes. Este cdigo
fue descifrado por Marshall, Nirenberg, Heinrich Matthaei, Robert
Holley y Har Gobind Khorana, 10 aos despus que James D. Watson y
Francis Crick desentraaran el misterio de la estructura del
DNA.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Cada triplete constituye un codn; existen en total 64 codones;
61 de ellos codifican aminocidos y 3 son codones de trmino para el
cese de la traduccin. Tal cantidad deriva de una relacin matemtica
simple: los cuatro nucletidos (A, U, C y G) se combinan de a tres,
por lo que pueden generarse 64 (43) combinaciones; en cambio la
relacin de 41 o 42
nucletidos, no permitir generar una cantidad adecuada de
combinaciones para codificar los 20 aminocidos.
El cdigo gentico es universal, redundante y no traslapado
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
TRADUCCIN O SNTESIS DE LAS CADENAS POLIPEPTDICAS
La sntesis de las cadenas polipeptdicas es la segunda etapa
observada en el dogma central, y es el proceso por el cual la
informacin lineal, escrita con cuatro letras (A, U, G, C), se
traduce en informacin tridimensional, escrita con 20 letras (20
aminocidos). Si bien esta etapa es, en sus fundamentos, similar
entre procariontes (bacterias) y eucariontes, existen diferencias
que sern mencionadas a medida que se avance en el desarrollo del
tema. mRNA, el transportador de la informacin. El mRNA es la
molcula responsable de transportar la informacin lineal, que debe
traducirse a informacin tridimensional (protenas). En bacterias, el
mRNA es traducido, sin mayor modificacin, an cuando su sntesis no
haya concluido. Por esto, se puede decir que en bacterias la
transcripcin y traduccin son eventos paralelos, que ocurren en un
mismo compartimiento (en el citoplasma celular). En el caso de los
eucariontes, los eventos de transcripcin y traduccin se hallan
separados, espacial y temporalmente. Los mRNA se sintetizan
fundamentalmente en el ncleo de la clula eucarionte y se combinan
con diversas protenas, formando complejos ribonucleoproteicos
heterogneos nucleares o hnRNP. Ribosoma, la fbrica de protenas.
Microscpicamente, la estructura sub-celular relacionada con la
sntesis proteica es un corpsculo denominado ribosoma. Esta
estructura est formada por una sub-unidad menor y una mayor.
La sub-unidad menor presenta el sitio de reconocimiento y unin
al mRNA y la sub-unidad mayor posee la enzima que efecta la unin
peptdica y los sitios para los tRNA, denominados: sitio P (por
peptidil), sitio A (por aminoacil) y sitio E (por exit,
salida).
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
tRNA, el vehculo de los aminocidos. Los tRNA son las molculas
adaptadoras que permiten traducir el cdigo de nucletidos a
aminocidos para la sntesis de protenas. Reconocen tripletes de
nucletidos (codones) por un extremo de su molcula (anticodn) y en
el otro extremo (3) llevan un determinado aminocido, que la
maquinaria traduccional (el ribosoma) se encarga de unir
covalentemente con otros aminocidos, siguiendo en este caso el
molde de tripletes que trae el mRNA.
Aminoacil-tRNA sintetasa, una enzima clave. El aminocido se une
a su correspondiente tRNA por la accin de una enzima llamada
aminoacil-tRNA sintetasa. Cada aminocido se activa por su
aminoacil-tRNA sintetasa correspondiente. Hay 20 enzimas distintas
para cada aminocido
Algunos investigadores se refieren a esta reaccin como la carga
del tRNA. La energa usada en la carga del aminocido a su
correspondiente tRNA, queda depositada en la unin qumica entre el
aminocido y el tRNA. Esta energa ser utilizada posteriormente por
la actividad de la peptidil transferasa presente en la subunidad
mayor del ribosoma para la formacin del enlace peptdico.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Etapas de la sntesis de cadenas polipeptdicas.
En trminos generales, se puede afirmar que la traduccin es
similar en procariontes y eucariontes, salvo algunas
particularidades que los diferencian. En las secciones siguientes
se concentrar la explicacin en la maquinaria traductora de la
bacteria Escherichia coli. En dichas secciones, se mencionarn las
diferencias con el sistema eucarionte.
A) Iniciacin. Es la unin de la subunidad menor a la regin del
mRNA que contiene el codn de inicio AUG. Posteriormente se une el
tRNA iniciador cargado con el residuo N-formilmetionina. Por este
motivo, el primer aminocido incorporado durante la sntesis de
muchas protenas bacterianas es una metionina modificada, la
N-formilmetionina. El inicio es algo diferente en los eucariontes,
donde el mRNA es reconocido por la subunidad menor slo cuando sta
ha unido previamente la molcula de tRNA iniciador cargado con el
residuo aminoacdico metionil, y algunos factores de iniciacin
eucariticos
Formacin del complejo de iniciacin
B) Elongacin. El proceso de elongacin de la cadena polipeptdica
sobre un ribosoma se puede considerar como un ciclo de tres
etapas:
1. El tRNA cargado que se introduce en el sitio A, vaco, quedar
cerca de la N-fornilmetionil-tfMetRNA, que est localizada en el
sitio P.
2. Formacin del primer enlace peptdico cuando la
N-formilmetionina del tRNA
iniciador se une al residuo aminoacdico unido al segundo tRNA
ubicado en el sitio A. El ribosoma se desplaza tres nucletidos en
direccin del extremo 3 del mRNA, quedando libre un nuevo sitio
A.
3. Los procesos citados se repiten de forma sucesiva codn tras
codn. Se calcula que
se agregan a la cadena, en promedio, cinco aminocidos por
segundo, detenindose la incorporacin cuando al sitio A llega a
alguno de los codones de trmino.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Elongacin de la cadena polipeptdica.
C) Terminacin.
En esta etapa, el sitio A del ribosoma es abordado por alguno de
los codones de trmino y ocupado por un factor de terminacin, RF en
las bacterias y eRF (eucaryotic releasing factor) en eucariontes.
La cadena polipeptdica terminada se libera del ltimo tRNA. Se
disocian las sub-unidades ribosomales y el mRNA, quedando
disponibles la subunidades ribosomales para ser utilizados en una
nueva sntesis
MUTACIONES GNICAS O PUNTUALES
Las mutaciones en los organismos unicelulares se transmiten
necesariamente a la descendencia. En los organismos pluricelulares
slo se transmite a la descendencia una mutacin si esta ocurre en
las clulas germinales, es decir, aquellas que darn lugar a
gametos.
En las mutaciones gnicas se afecta la secuencia de pares de
bases de un gen, estas mutaciones pueden ser consecuencia de:
sustituciones, adiciones o deleciones. Sustituciones: se cambia una
base por otra, segn sea el problema causado, se clasifican como:
neutras, con sentido errneo y sin sentido
Neutras: al cambiar la base, cambia el triplete pero codifica el
mismo aminocido Con sentido errneo: al cambiar una base cambia el
triplete y este codifica otro
aminocido. Sin sentido: aparece un triplete de trmino que pone
fin a la sntesis de la protena
por adelantado.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
-
Delecin y Adicin de bases: En estos tipos de mutaciones
puntuales se corre el marco de lectura de los tripletes del ARNm, y
aparecen protenas muy distintas. En la delecin se pierde un par de
bases del DNA indicndose en el esquema con una flecha la perdida
correspondiente a la base de la hebra molde y en la adicin se
incorpora un par de bases en el ADN, tambin indicndose en el
esquema con una flecha la base que se adicion en la hebra
molde.
You created this PDF from an application that is not licensed to
print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)