Modelo y replicación del ADN. Ingeniería genética Prof. María Alicia Bravo. Colegio Senda Nueva - Chile – ( 56-2 ) – 22.

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1 Modelo y replicación del ADN. Ingeniería genética Prof. María Alicia Bravo. Colegio Senda Nueva - http://www.colegiosendanueva.com Chile – ( 56-2 ) – 22 77 24 81 / 8- 493 97 47 Taller PSU Biología II

2 Aprendizajes esperados Explicar la forma de organización del ADN a través del modelo de Watson y Crick. Comprender el sistema de almacenamiento de la información genética a través de la molécula de ADN. Comprender el proceso de replicación del ADN. Conocer los conceptos y métodos utilizados en ingeniería genética.

3 En la replicación del ADN, las copias resultantes están formadas por A) dos hebras nuevas de ADN. B) dos hebras de ADN conservadas. C) una hebra de ADN conservada y otra nueva. D) dos hebras de ADN, cada una con una mitad conservada y otra nueva. E) dos hebras de ADN, cada una de las cuales es un mosaico de partes conservadas y nuevas. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, PSU 2011. Pregunta oficial PSU

4 El descubrimiento de la estructura del ADN permitió explicar, además del almacenamiento de la información genética, el mecanismo de duplicación, para transmitir la información a las células hijas. La replicación y/o duplicación del material genético involucra a una serie de enzimas, que participan en el proceso, manteniendo lo más fiel posible la información. La tecnología del ADN recombinante, asociada a la ingeniería genética, ha permitido desarrollar múltiples aplicaciones en medicina y en las industrias químico-farmacéuticas y agropecuarias. 1. Material genético. ADN

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6 Purinas Desoxirribosa Nucleótido Pirimidinas

7 1. Material genético. ADN Característica de la molécula de ADN Doble hebra. Antiparalela. Complementariedad: Bases nitrogenadas del ADN Pirimidinas (1 anillo): Timina, Citosina. Purinas (2 anillos): Adenina, Guanina. Complementariedad entre las bases nitrogenadas Adenina - dos puentes de hidrógeno - Timina. Citosina – tres puentes de hidrógeno- Guanina Pentosa de ADNDesoxirribosa (en el carbono 2 solo hidrógeno) Sitios de unión entre la pentosa, la base nitrogenada y el fosfato Base nitrogenada con pentosa: carbono 1. Pentosa con fosfato: carbono 5. Uniones dentro de la hebraEnlace fosfodiéster: une carbono 3 de un nucleótido con el carbono 5 con fosfato de otro nucleótido. Uniones entre hebrasPuentes de hidrógeno. Dirección de las hebrasDe 5’ a 3’ y la hebra contraria de 3’ a 5’.

8 Experimento de Griffith (1928) sobre la trasformación bacteriana. 1. Material genético. ADN

9 2. Replicación del ADN La duplicación o replicación del ADN sucede en la etapa S del ciclo celular, para aumentar el número de células del organismo. Se caracteriza por ser: Bidireccional, significa que se sintetiza en dos direcciones, pero siempre en sentido 5 ı a 3 ı. Semiconservativa, significa que a partir de una hebra original (templada), se copia una nueva, quedando las cadenas como muestra la figura. Semidiscontinua, se replica una hebra adelantada y otra retrasada (compuesta por los denominados fragmentos de Okazaki).

10 2. Replicación del ADN

11 EnzimaFunción TopoisomerasaEncargada de disipar la tensión de sobrenrollamiento del ADN. HelicasaEncargada de separar las dos hebras de ADN por ruptura de puentes de hidrógeno. Proteínas de unión a cadena simple (SSB) Mantiene la estabilidad de la horquilla de replicación evitando que las dos hebras se vuelvan a unir. DNA polimerasaEnzima que se encarga de incorporar los nucleótidos correspondientes para las nuevas hebras de ADN (la adelantada y la retrasada). DNA ligasaUne los espacios que se generan entre un nucleótido y otro dentro de una misma hebra. PrimasaEnzima encargada de agregar los nucleótidos que forman parte de los primer o cebadores (tiene una actividad de ARN polimerasa). 2. Replicación del ADN

12 La velocidad de replicación es mayor, debido a que la cantidad de ADN es menor. Existe solo un origen u horquilla de replicación (en eucariontes son varios). No hay síntesis de proteínas histonas. El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor. La velocidad de replicación es mayor, debido a que la cantidad de ADN es menor. Existe solo un origen u horquilla de replicación (en eucariontes son varios). No hay síntesis de proteínas histonas. El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor. Existen algunas diferencias en la replicación de las células procariontes, en comparación con la de las eucariontes, asociadas a la organización de su material genético y a las enzimas que participan. 2. Replicación del ADN

13 3. Ingeniería genética La tecnología del ADN recombinante, o ingeniería genética, comprende un conjunto de técnicas que hacen posible el aislamiento, estudio, modificación y transferencia de genes de un organismo a otro. Se utilizan enzimas de restricción, que cortan fragmentos de ADN en sitios específicos cada una de las hebras. Luego los extremos libres (bordes pegajosos) pueden unirse a otros fragmentos de ADN, aunque sean de especies diferentes.

14 3. Ingeniería genética Aplicaciones para la agricultura Se extrae un gen bacteriano con una característica deseable (crecimiento, resistencia a plagas, etc.), se combina con el genoma de una célula vegetal, se cultivan estas células en laboratorio para aumentar su número, y así, se obtienen plantas con la característica deseada. Ejemplo: tomates Rocky de maduración lenta.

15 3. Ingeniería genética Aplicaciones para la industria farmacéutica En este ejemplo, se usa el plásmido de una bacteria para transportar el gen de la insulina humana. Luego este ADN recombinado se introduce en bacterias E. coli para que se multiplique y se produzca la hormona en grandes cantidades, se extrae de las bacterias, se purifica y se vende en el comercio farmacéutico.

16 3. Ingeniería genética Aplicaciones para la terapia génica Se usan virus como vectores intracelulares que portan genes terapéuticos (para el tratamiento de una enfermedad). Los virus se introducen en células humanas cultivadas en laboratorio que captan el gen terapéutico, después son ingresadas al organismo enfermo (técnica ex vivo), o bien los virus se introducen directamente al organismo enfermo (técnica in vivo). Ejemplo inmunodeficiencia combinada grave.

17 Síntesis de la clase Proceso de copia Material genético características Ingeniería genética Humanos Transgénicos aplicaciones Molécula orgánica Almacenamiento de la información ADN Complementaria Doble hebra Antiparalela función Plantas concepto Introducción de genes a otro organismo AgriculturaTerapia génica Características del proceso Replicación Semiconservativa Semidiscontinua Bidireccional