GENETICA MOLECULAR

GENETICA MOLECULAR

Base molecular de la herencia. El flujo de la información: de los ácidos nucleicos a las proteinas.

El ADN es la molécula portadora de la información transmitida en los genes. La información genética se hereda a los descendientes mediante la replicación del ADN, por eso decimos que el ADN es la base molecular de la herencia. Sin la replicación no se podría conservar la información genética a lo largo del tiempo, ya que las células e individuos tienen un tiempo limitado de vida y la forma de que se conserve la información genética es pasarla a los descendientes. Sabemos que la información genética que lleva el ADN se manifiesta con la formación de proteinas (muchas de ellas enzimas) que producirán los caracteres del individuo (color del pelo, altura, forma de la nariz,…). Pero las proteinas se forman en el citoplasma (ribosomas) y el ADN no sale del núcleo, por ello hace falta un intermediario del ADN que es el ARN, la síntesis de ARN a partir del ADN se llama transcripción y la formación de proteinas gracias a los 3 ARN (mensajero, de transferencia y ribosómico) y los ribosomas (ARNr y proteinas) se llama traducción.

En resumen, el flujo de la información genética va desde el ADN al ARN y desde el ARN a las proteinas, como se aprecia en el siguiente diagrama:

Replicación Transcripción Traducción

ADN ARNm Proteína

Esta forma de expresarlo ha tenido que ser cambiada por recientes investigaciones en algunos virus sin ADN, siendo algunos capaces de hacer copias de su ARN mediante una enzima llamada ARN replicasa y otros llamados retrovirus poseen la enzima transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de su ARN, proceso llamado transcripción inversa. Quedando el flujo de información genética de la siguiente manera:

Replicación del ARN

Replicación

del ADN Transcripción Traducción

ADN ARNm Proteína

Transcripción inversa

LA REPLICACIÓN DEL ADN: Semiconservativa, bidireccional y discontinua.

Sucede en la fase S del ciclo celular. Para replicar el ADN se separan sus 2 cadenas de nucleótidos enrolladas en hélice y cada cadena se usa de molde para fabricar su complementaria (otra nueva), resultando 2 hélices de ADN, cada una con 2 cadenas de nucleótidos en la que una de las cadenas es la del ADN antiguo, por lo que se llama replicación semiconservativa (una cadena se conserva y la otra es nueva).

Para separar las 2 cadenas de nucleótidos actúa la enzima helicasa que reconoce una región del ADN llamada oriC o punto de iniciación y rompe los puentes de hidrógeno entre las bases produciendo la apertura de la doble hélice (separación de las 2 cadenas de nucleótidos), lo que origina una estructura llamada burbuja de replicación (donde se van formando las nuevas cadenas de ADN) que se va extendiendo (abriendo) en los dos sentidos, por lo que la replicación será bidireccional.

A la hebra molde (cadena de ADN antigua) se le van añadiendo nucleótidos para formar una hebra replicada (cadena de ADN nueva) gracias a la enzima ADN polimerasa. Esta enzima va añadiendo nucleótidos en el extremo 3´ (recordar del tema del ADN y ARN que los nucleótidos se unen por el carbono 3´ de una ribosa o desoxirribosa), por lo que la ADN polimerasa sólo puede añadir nucleótidos si la nueva cadena de ADN va en sentido 5´ 3´, además la ADN polimerasa necesita un fragmento de unos diez nucleótidos de ARN (cuidado no ADN) para tener algún extremo 3´ al que empezar a añadir nucleótidos de ADN, este fragmento de ARN se llama cebador o primer y lo sintetiza una enzima llamada primasa.

En cada lado de la burbuja de replicación (horquillas de replicación) la ADN polimerasa sólo puede colocar nucleótidos en un sentido (5´ 3´) dando cadenas de ADN llamadas hebras conductoras. Como en el sentido opuesto

(3´ 5´) no se puede colocar nucleótidos, se soluciona formando hebras retardadas, ya que se sintetizan pequeños fragmentos de ADN llamados fragmentos de Okazaki que se dirigen en sentido (5´ 3´), resultando una replicación discontínua (a trozos).

Cada fragmento de Okazaki requiere su cebador, los cebadores y los errores en la replicación serán eliminados por la ADN polimerasa (los remplaza por ADN) y los fragmentos se sueldan por la enzima ligasa.

Diferencias entre la duplicación en procariotas y eucariotas (mas puntos de replicación, empaquetamiento con histonas)

El ADN en eucariotas es lineal, de mayor tamaño, tiene varios cromosomas y se empaqueta con histonas, mientras en procariotas es un único cromosoma, circular, de menor tamaño y carece de histonas.

En procariotas, generalmente hay un solo origen de replicación, mientras que en eucariotas muchos (unos 30.000 orígenes de replicación) para compensar que la replicación en eucariotas es mucho más lenta (10 veces más lenta) posiblemente debido al empaquetamiento con histonas y no solamente a su mayor tamaño.

Los procariotas tienen 3 tipos de ADN polimerasas, mientras que los eucariotas 5.

Al ser lineales los cromosomas de eucariotas, se pierden en cada duplicación fragmentos de ADN de los extremos (telómeros), ya que al eliminar el cebador de cada extremo, la ADN polimerasa no tiene extremo 3´ para que se puedan añadir nucleótidos. Por eso los telómeros llevan secuencias repetidas de nucleótidos (muchas repeticiones de la secuencia TTAGGG) que no codifican (no llevan información genética). El acortamiento de los telómeros tras cada replicación hace que una célula eucariota solo pueda dividirse un número limitado de veces; cuando los telómeros se acortan más allá de un punto crítico, los cromosomas se vuelven inestables, sufren fusiones y se produce la muerte celular. Por eso, el acortamiento de los telómeros se ha relacionado con el envejecimiento celular. En ciertos tipos celulares que deben dividirse muchas veces, como las células hematopoyéticas (las que fabrican células de la sangre) o las células cancerígenas, presentan la enzima telomerasa que evita el acortamiento de los telómeros (añade a los telómeros más copias de la secuencia que se repite). Cuando las células del cuerpo se diferencian, la telomerasa se inactiva.

TRANSCRIPCIÓN

La formación de ARN a partir del ADN se llama transcripción y es realizado por enzimas llamadas ARN polimerasas. Sucede en 3 fases la iniciación, la elongación y la terminación, en eucariotas sucede una cuarta fase llamada maduración del ARN:

Iniciación: se inicia cuando la ARN polimerasa reconoce un centro promotor que es una secuencia de bases que señala el lugar donde tiene que empezar y coloca el primer nucleótido, Elongación: la ARN polimerasa se mueve a lo largo del ADN en el sentido (3´ 5´) y va añadiendo nucleótidos de ARN (recuerda que la pentosa es ribosa en vez de desoxirribosa y en lugar de timina tiene uracilo) en los extremos 3´ formándose, por lo tanto, en el sentido (5´ 3´) igual que sucedía con la replicación del ADN. Los nucleótidos los añade de manera que sean complementarias sus bases con las bases de la cadena de ADN usada como molde (G con C, C con G , A con T y U con A), los nucleótidos deben tener 3 grupos fosfato para poder añadirse (ATP, CTP, GTP y UTP) y pierden 2 fosfatos al ser añadidos (al perderse los fosfatos se aporta la energía necesaria para la reacción). Terminación: para terminar la ARN polimerasa reconoce secuencias de terminación en la cadena molde de ADN, se detiene, se suelta del ADN y libera el ARN transcrito. Maduración: en eucariotas, el ARN debe madurar para poder usarse, para ello se eliminan unos trozos que no se van a traducir (intrones) para que se unan los fragmentos que se van a traducir (exones) mediante un proceso llamado splicing (empalme en inglés).

Fíjate en el dibujo de la izquierda como la ARN polimerasa se mueve a lo largo del ADN en el sentido (3´ 5´) y va añadiendo nucleótidos de ARN en los extremos 3´ formándose, por lo tanto, en el sentido (5´ 3´). De esto se deduce que la cadena molde de ADN es la que va de (3´ 5´) tenlo en cuenta cuando se hagan ejercicios de escribir el ARN y te dan el ADN sin indicar cuál es la cadena molde.

Fíjate en el dibujo de arriba como hay en el ADN una región llamada promotor que indica a la ARN polimerasa donde iniciar la transcripción y una vez tenemos el ARN se eliminan los intrones y se coloca caperuza y cola poli-A.

Diferencias entre procariotas y eucariotas en la transcripción.

En eucariotas hay 3 ARN polimerasas y en procariotas 1.

En eucariotas, al extremo 5´ se añade una “caperuza” (formada por un nucleótido de guanina metilado) para señalar el principio del ARN.

En eucariotas, las secuencias de terminación son diferentes a procariotas (la señal de corte en eucariotas es la secuencia de bases AAUAA que aparece en el ARN y en procariotas es una secuencia rica en C y G). Al terminar se añade en el final muchos nucleótidos de adenina (cola poli-A) que interviene en procesos de maduración y transporte del ARN. Los procariotas carecen de caperuza y cola poli-A.

En procariotas los genes son continuos, es decir, la secuencia de ADN que codifica una proteína es un fragmento

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