Tema IV: ÁCIDOS NUCLEICOS Definición y composición Nucleótidos: nucleósido (pentosa + base nitrogenada) fosfato oligonucleótidos y polinucleótidos ADN:Descubrimiento.

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

Ácidos nucleicos

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

Nucleótidos

Bases nitrogenadas

Polinucleótidos

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.

ADN: ácido 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).

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.

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

Descubrimiento del ADN

Streptococcus pneumoniaeFrederick Griffith 1928

Alfred D. Hershey Martha Chase

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

1952

Establece la composición del ADNAlexander R. Todd 1950-51

Friedrich Miescher 1869 Aisló el ADN del núcleo celular

Oswald Avery

Colin MacLeod

Maclyn McCarty

1944

Bacterias “S” lisas virulentas

Bacterias “R” rugosas no virulentas

(página 102)

James Watson

Francis Crick

Maurice Wilkins

Rosalind Franklin

Erwin Chargaff

1953 Estructura del ADN

Fotografía de rayos X de la forma B del ADN

A +T = G + C

Estructura del ADN

Formas del ADN

ADN. TamañoSiempre 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. Forma

Plegamiento del ADN

ADN. desnaturalización

ADN (doble hélice) ADN (hélice sencilla)

Desnaturalización. Variando T y/o pH

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. Función

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

ARN: ácido ribonucleico

ARN: tipos y localización

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 mensajero

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

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

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

Presenta estructura lineal.

Su función es transmitir el mensaje codificado en el ADN.

En eucariotas sufre el proceso de maduración.

ARN transferente

ARN ribosómico 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)

Eucariotas: genes en tándem.

ADN

45S ARN

28S 18S 5,8S 5S

33 prot. 49 prot.

4OS 6OS

Procariotas:

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

+ 34 prot.

30S 50S

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.

GENÉTICA MOLECULAR: ¿Dogma Central? de la Biología

Transcripción (código en ADN a ARN)

ADN ADNDuplicación

Replicación

Síntesis de ADN

FASE S del Ciclo Celular

ARN

Mensajero

Transferente

Ribosomal

PROTEÍNAS

Traducción (nucleótidos a aminoácidos)

Transcripción inversa (virus)

Mutación: alteración del ADN

Duplicación o replicación del ADNProceso 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 del ADN. Proceso

Duplicación del ADN en eucariotasDiferencias 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.

Transcripción del ADN. Síntesis de ARN

Transcripción. Proceso

Transcripción en eucariotas I

Transcripción en eucariotas II. Maduración

Traducción. Síntesis de proteínas

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.

Código Genético

Código Genético. Características 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.

Traducción. Fases y requerimientosAl 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. Proceso

Regulación de la expresión génica

Regulación en eucariotasProcesos 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.

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.

Se estudiarán en los temas de genética mendeliana

Clasificación de mutaciones génicas:

sustitución: una base nitrogenada por otra.

deleción: pérdida de uno o varios nucleótidos.

inserción: ganancia de uno o varios nucleótidos.

5´ATTGCCGTGACTAC 3´ 5´ATTGCTGTGACTAC 3´

5´ATTGCGTGACTAC 3´

5´ATTGCACGTGACTAC 3´

Análisis de las consecuencias

Mutaciones. Causas y reparaciónCausas:

•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, ...

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.

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.

Ingeniería Genética III.Logros alcanzados

Proyecto Genoma Humano

Secuenciación de diferentes genomas.

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.

???

Proyecto Genoma Humano“Proyecto genoma” Cromosomas Genes Bases Bases determinadas

1 2968 245.203.898 218.712.898 2 2288 243.315.028 237.043.673 3 2032 199.411.731 193.607.218 4 1297 191,610,523 186,580,523 5 1643 180,967,295 177,524,972 6 1963 170,740,541 166,880,540 7 1443 158,431,299 154,546,299 8 1127 145,908,738 141,694,337 9 1299 134,505,819 115,187,714

10 1440 135,480,874 130,710,865 11 2093 134,978,784 130,709,420 12 1652 133,464,434 129,328,332 13 748 114,151,656 95,511,656 14 1050 105,311,216 87,410,661 15 1122 100,114,055 81,117,055 16 1098 89,995,999 79,890,791 17 1576 81,691,216 77,480,855 18 766 77,753,510 74,534,531 19 1454 63,790,860 55,780,860 20 927 63,644,868 59,424,990 21 303 46,976,537 33,924,742 22 288 49,476,972 34,352,051 X 1184 152,634,166 147,686,664 Y 231 50,961,097 22,761,097

Sin colocar ¿ 25,263,157 25,062,835