ADN y genética.

Hola a tod@s, cuanto tiempo sin pasarnos por aquí.

Hoy vamos a hablar sobre el ADN y la genética.

La información genética contenida en el ADN se transcribe en forma de ARN y se traduce a proteínas. Esta replicación del ADN es semiconservativa, tras la propuesta realizada por Watson y Crick, durante un tiempo coexistieron tres hipótesis para explicar el modelo de replicación de este.

- Hipótesis conservativa: la hélice original permanece intacta y su información se transmite para generar una doble hebra de nueva síntesis.

-Hipótesis semiconservativa: la doble hebra original se abre y actúan como molde para la síntesis de la complementaria, dando lugar a dos nuevas moléculas de ADN cada una de las cuales es portadora de una hebra de la molécula original y la otra de nueva síntesis.

-Hipótesis dispersa: la doble hebra original se destruye y su información se utiliza para sintetizar dos hebras de nueva síntesis formadas por trozos de la molécula original y trozos nuevos.

Duplicación del ADN.

-En procariotas: podemos diferenciar tres etapas en el proceso de replicación del ADN.

A) Iniciación.

Consiste, básicamente, en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Se inicia en una región del ADN denominada oriC o punto de iniciación. Es una zona donde abundan las secuencias de bases GATC.

Durante esta etapa suceden diferentes acontecimientos.

1. El punto de iniciación es reconocido por unas proteínas específicas que se unen a él. Las enzimas helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y la doble hélice se abre como una cremallera.

2. Cuando la doble hélice se abre se produce desenrollamiento en esa zona, lo que crea en las zonas próximas unas tensiones que podrían provocar un mayor enrollamiento.

La acción de otras enzimas, las girasas y las topoisomerasas, evita esas tensiones rompiendo y soldando de nuevo la hélice de ADN en estos puntos.

3. Las proteínas SSB se unen a las hebras molde e impiden que se vuelva a enrollar. Dejan libre la parte de la hebra que lleva las bases, de modo que éstas sean accesibles para otras moléculas

B) Elongación.

Es la fase en la que se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Además de las enzimas que actúan en la fase de iniciación, en la elongación intervienen las ADN polimerasas. Hay varios tipos, que se nombran como I, II y III. Su función es doble:

1. Actividad polimerasa: Unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN. Para ello, recorren la hebra molde, seleccionan el desoxirribonucleótido cuya base es complementaria con la de la hebra molde, y lo unen. Las nuevas cadenas de ADN se sintetizan por unión de desoxirribonucleótidos trifosfatos. La energía para el nuevo enlace se obtiene de la hidrólisis de los dos grupos fosfato del nucleótido entrante.

2. Actividad exonucleasa: Eliminan nucleótidos, cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas, así como fragmentos de ARN.

Las ADN polimerasas no pueden iniciar de cero la síntesis de una nueva cadena de ADN. Necesitan un fragmento de unos 10 nucleótidos de ARN, denominado cebador o primer, con un extremo hidroxilo 3 ́ libre al que añadir los nuevos nucleótidos. El cebador es sintetizado por una ARN polimerasa denominada primasa. Una vez comenzada la síntesis, la propia cadena de ADN ya sintetizada actúa como cebador.

Fuente: gori-gori

C) Corrección de errores.

Durante la replicación es frecuente que se produzcan errores y se incorporen nucleótidos que no tengan correctamente apareadas sus bases. La ADN polimerasa I actúa entonces como exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados.

Aunque el mecanismo de errores es muy eficiente, a veces queda alguno sin corregir. Esos errores pueden ser importantes en la evolución.

Replicación en las eucariotas.

La replicación del ADN en los organismos eucariontes es muy parecida a la de los procariotas , salvo diferencias derivadas, en parte, de la mayor complejidad del material genético de los eucariotas. Las principales diferencias son:

1. Los cromosomas de eucariotas contienen moléculas de ADN muy largas.

2. Existen 5 tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, δ y ε) que se reparten todas las tareas de elongación (replicación de la hebra líder y retardada) y corrección de errores. La γ interviene en la replicación del ADN mitocondrial.

3. En los cromosomas de los organismos eucariotas el ADN se encuentra asociado a las histonas, proteínas básicas que no tienen los procariotas, y que durante la replicación se duplican. Las histonas, junto con el ADN, forman un nucleosoma. Parece ser que los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada, mientras que los viejos se quedan en la conductora.

4. El proceso de replicación del ADN se va completando normalmente hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. Cuando se elimina el último ARN cebador la hebra retardada quedará incompleta ya que la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al ser incapaz de sintetizar en dirección 3 ́- 5 ́. Para poder completar esta cadena, la polimerasa necesitaría un extremo hidroxilo 3 ́ libre donde iniciar un nuevo fragmento. Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia a los procesos de envejecimiento y muerte celular.

5. Los fragmentos de Okazaki son más pequeños.

Síntesis del ARN

La síntesis del ARN o transcripción ocurre en el interior del núcleo. Como requisitos previos necesita:

a) Una cadena de ADN que actúe como molde.

b) Enzimas. El proceso está catalizado por las ARN-polimerasas.

c) Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U.

Proceso de transcripción.

-Iniciación.

Comienza cuando la ARN-polimerasa II reconoce en el ADN que se va a transcribir una señal que indica el inicio del proceso. Tales señales, denominadas centros promotores, son unas determinadas secuencias cortas(llamadas secuencias de consenso) de bases nitrogenadas a las que se une la ARN-polimerasa. El promotor no se transcribe.

En eucariotas, las secuencias de consenso son TATA y CAAT a diferentes distancias del punto de inicio. Para que se pueda fijar la ARN-polimerasa antes se deben fijar en ellas unas proteínas llamadas factores de transcripción. Todo el conjunto se llama complejo de iniciación de la transcripción.

-Elongación.

Es la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN. La ARN-polimerasa avanza a lo largo de la cadena de ADN “leyéndola” en sentido 3 ́- 5 ́, mientras que el sentido de síntesis del ARN es 5 ́-3 ́.

-Terminación.

La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. Esto implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN-polimerasa del ARN transcrito.

En los procariotas, la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómicas (secuencias que tienen la misma lectura de izquierda a derecha y de derecha a izquierda) formada por G y C seguidas de varias T, que origina al final del ARN un bucle. Éste favorece su separación del ADN. El bucle se forma por autocomplementariedad de las bases G y C situadas en la cola del ARN.

En los eucariotas, la ARN-polimerasa transcribe regiones de ADN largas, que exceden en la longitud de la secuencia que codifica la proteína. En ciertos puntos, una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína del ARN que sigue transcribiéndose. La señal de corte es una secuencia (AAUAA) que aparece sobre el ARN unos pocos nucleótidos antes del punto de corte, además de otras secuencias mal conocidas. Con posterioridad a la separación del ARN, una enzima (poli-A polimerasa) añade en el extremo final 3 ́ una secuencia formada por unos 200 nucleótidos de adenina, llamada cola poli-A, que al parecer interviene en los procesos de maduración y transporte del ARN fuera del núcleo.

-Traducción.

El núcleo contiene la información genética; esto es, la información necesaria para que se puedan realizar las funciones celulares.

La transmisión de la información genética de los ascendientes a los descendientes y de una generación celular a la siguiente se realiza a través del núcleo celular. Debido a esto en el núcleo se realizará el proceso de duplicación o replicación del ADN ya estudiada.

Los procesos de síntesis del ARN (anteriormente vistos), transcripción de la información genética para la posterior síntesis de proteínas en el hialoplasma, se dan también en el núcleo.

Por último, esta información se traducirá (Traducción) en el citoplasma celular, pues en él se realizará la síntesis de proteínas.

Para esto se necesita:

• Ribosomas.

• Aminoácidos.

• ARN mensajero.

• ARN ribosómico.

• ARN de transferencia.

• Enzimas y energía .

• Factores proteicos y nucleótidos trifosfato.

Síntesis de proteínas.

Esta síntesis ocurre de la misma manera tanto en procariotas como en eucariotas. Este proceso ocurre en tres etapas.

1. Iniciación de la cadena proteica. La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto localizado cerca del codón AUG, que es el codón iniciador y marca el inicio de la proteína.

2. Elongación. La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica y se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt, cuyo anticodón es complementario al codón situado a continuación del iniciador, “entra” en el ribosoma y ocupa el sitio A que se halla libre.

3. Terminación. La terminación de la cadena proteica tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra un codón de terminación (UAA, UAG o UGA), que no es reconocido por ningún ARNt y sí por unos factores de liberación de naturaleza proteica que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt.

Código genético.

El código genético es la clave que relaciona la secuencia de bases del ADN o del ARN con la secuencia de aminoácidos en las proteínas.

1) Es universal.

2) Disposición lineal, cada tres nucleótidos corresponden a un aminoácido específico.

3) Existe un codón de iniciación AUG y tres de terminación UAG, UAA y UGA llamados codones sin sentido, de paro o stop.

4) El código está degenerado, ya que exceptuando el Triptófano y la Metionina, existen dos o más codones para cada aminoácido.

Fuente: xatakaciencia

Hipótesis del operón.

Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética. Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Uno de los modelos de regulación de la expresión génica mejor conocidos en procariotas es el modelo del operón, descrito en los años cincuenta por Escherichia coli.

Fuente: luisbiolomol

· Promotor (p): Es una secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción de un gen o un conjunto de genes.

· Genes estructurales: Aquellos que codifican la síntesis de proteínas implicadas en un mismo proceso metabólico. Se transcriben sin interrupción, de modo que el ARNm resultante lleva la información para varias proteínas y recibe el nombre de ARNm policistrónico.

· Operador (o): Secuencia de nucleótidos situada entre el promotor y los genes estructurales. Lugar donde se fija el represor.

Gen regulador (r): Puede estar situado en cualquier lugar del cromosoma bacteriano y codifica la proteína que actúa de represor y que controlan los genes estructurales. Cuando la proteína represora se asocia al operador impide físicamente que la ARN-polimerasa se pueda unir al ADN y con ello imposibilita la transcripción. Cuando el represor se separa, la transcripción ya es posible.

Ingeniería genética.

La ingeniería genética es una rama moderna de la biotecnología. Consiste en el uso de diversas técnicas para manipular el ADN de los organismos, básicamente mediante la transferencia de ADN de unos organismos a otros.

El objetivo de la ingeniería es, en algunas ocasiones, la clonación. Este término significa obtención de copias idénticas, lo que equivale a la reproducción asexual. Pero también se pueden clonar genes. Esto significa obtener, por diversos métodos, múltiples copias de dicho gen.

La ingeniería genética también se conoce como la técnica del ADN recombinante. Un ADN recombinante es un ADN obtenido en el laboratorio que incluye fragmentos de distintas procedencias.

Este organismo que contiene ADN de otro ser vivo diferente, se denomina transgénico, y suele ser una bacteria, pero también puede ser una célula de levadura, una planta o un animal.

Ejemplos de técnicas utilizadas.

1. Enzimas de restricción: Los enzimas o endonucleasas de restricción son un grupo de varias enzimas propias de diversas especies de bacterias. Su función es destruir los ADN víricos que puedan entran en estos organismos, para lo cual realizan cortes en el ADN extraño.

2. Vectores de clonación: Son los medios biológicos que se emplean para introducir material genético en una célula. Para introducir material genético en las células bacterianas se emplean: plásmidos, virus bacteriófagos o fagos y cósmidos.

3. Tecnología del ADN complementario: Uno de los objetivos de la ingeniería genética es introducir en las bacterias genes de interés. Luego, esas bacterias se pueden cultivar en grandes cantidades y hacer que fabriquen la proteína que interesa.

4. Vectores de clonación para eucariotas: En algunas ocasiones, es preciso introducir genes en células eucariotas. En ese caso, se deben emplear otros sistemas diferentes a los empleados para los procariotas.

5. Reacción en cadena de la polimerasa: También conocida como PCR (del inglés, polymerase chain reaction) se emplea para conseguir una gran cantidad de ADN a partir de cantidades minúsculas. Es decir, sirve para clonar fragmentos de ADN.

Terapia genética

Es la introducción de genes en seres humanos con el fin de corregir alguna enfermedad de origen genético. En este caso, se pretende restaurar la función de un gen defectuoso y lograr una curación definitiva. A nivel teórico podemos distinguir dos tipos de terapias génicas:

• Terapia de células germinales: Se introduce el gen en células de la línea germinal, es decir, en los gametos o sus precursores o en un cigoto. Así resultan modificadas todas las células del organismo al que den origen estas células. Esta terapia tiene fuertes implicaciones éticas y sociales y, actualmente, no está autorizado en ningún país.

• Terapia de células somáticas: Se introduce el gen en un grupo más o menos amplio de células somáticas. De este modo la corrección no pasa a la descendencia.

Hasta aquí la entrada de hoy, espero que os haya servido de ayuda, y nos vemos en la próxima entrada.