Código genético, ADN y ARN

Presentación del tema: "Código genético, ADN y ARN"— Transcripción de la presentación:

1 Código genético, ADN y ARN

2 Los ácido nucléicos (ADN yARN) llevan información y la transforman en proteínas. Las proteínas controlan la química de un ser vivo

3 Los descubridores de la estructura de doble hélice del ADN, James Watson y Francis Crick, en Fueron galardonados con el Premio Nóbel en Medicina y Fisiología en 1962.

4 Rosalind Franklin El trabajo de difracción con rayos X de Rosalind Franklin fue fundamental en el desarrollo del modelo del ADN. Franklin murió sin saber que los resultados de sus estudios habían sido informalmente comunicados a Watson y Crick por M. Wilkins. Ellos fueron galardonados con el Premio Nóbel en 1962. Rosalind Franklin murió de cáncer en 1958 a la edad de 37 años, posiblemente a causa de los rayos X usados en sus investigaciones. Sin embargo aunque Watson, Crick y Wilson luego dieron crédito a la contribución de Rosalind Franklin, ésta nunca fue nominada o premiada con el Nóbel pues ya había muerto, y el Premio Nóbel nunca es póstumo.

5 James Watson, en 2003, cuando se dio por terminado el Proyecto Genoma Humano, que él dirigió y consiste en determinar las posiciones relativas de todos los nucleótidos e identificar los a genes presentes en los 23 pares de cromosomas del ser humano.

6 Micropelícula sobre ADN y el Proyecto Genoma Humano http://www. pbs

7 El ADN: estructura y replicación
El ADN es un polímero (de cadena doble) de nucleótidos. ¿Qué es un nucleótido?:

8 Bases nitrogenadas de los nucleótidos que forman los ácidos nucléicos

9 azúcar de los ácidos nucléicos:

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11 Estructura molecular del ADN

12 Juego de simulación de replicación de DNA
La molécula de ADN tiene la capacidad única de REPLICARSE. Esto es, sacar una copia de sí misma que puede ser transmitida a la descendencia. La replicación se da en el núcleo, antes de la división celular Juego de simulación de replicación de DNA

13 Replicación del ADN (ácido desoxirribonucléico)

14 Replicación del ADN: los nuclétidos sueltos en el núcleo se adhieren al lugar indicado: G-C, T-A

15 Replicación del ADN: es semiconservativa = se forman dos dobles cadenas idénticas a la original, pero en cada una se conserva una cadena antigua

16 La replicación del ADN es catalizada por diferentes enzimas

17 Videos didácticos sobre el proceso y enzimas que participan:
EL ANTERIOR En español:

18 La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice permitiendo el avance de la horquilla de replicación. Los nucleósidos solo pueden adicionarse por el extremo 3´ La ADN polimerasa sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada (donde se producen los fragmentos de Okazaki). El proceso de la replicación se puede dividir en 3 fases: iniciación, elongación y terminación.

19 Iniciación de la replicación
La enzima helicasa se desplaza a lo largo del ADN en dirección a la horquilla de replicación, es decir, en dirección 5' → 3' en la hebra rezagada y 3' → 5' en la hebra adelantada, rompiendo los puentes de hidrógeno que mantienen unida la doble hélice

20 Elongación La ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos. Así, durante la síntesis, en cada horquilla de replicación se van formando dos copias nuevas de ADN, pero debido a la unidireccionalidad de la actividad polimerasa la replicación sólo puede ser continua en la hebra adelantada [En la hebra rezagada es discontinua, dando lugar a los fragmentos de Okazaki, que son pegados por la enzima ligasa] La terminación del proceso se da cuando se llega a un triplete de nucleótidos TAC , que corresponde a AUG que significa “stop” en el ARNm (pero esto lo entenderá en los slides de la transcripción que están más adelante)

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22 Comparación de la estructura del ADN y ARN
Ver video

23 Comparación entre ADN y ARN
Dos cadenas de nucleótidos formando una doble hélice Azúcar de 5 carbonos Azúcar: desoxirribosa bases: A,C,G,T Adenina, Citocina, Guanina, Timina. función: información de generación en generación (replicación) Una sola cadena Azúcar de 5 carbonos Azúcar: ribosa bases: A,C,G,U (el Uracilo reemplaza a la Timina) función: síntesis proteica (transcripción y traducción)

24 ADN y ARN (acido ribonucleico) tienen algunas diferencias:

25 Interacción entre ADN y ARN: el ARN mensajero (ARNm) copia o “transcribe” la información de un trozo de ADN, y lleva este “mensaje” al organelo celular que “traduce” y compone una proteína con los aminoácidos en la secuencia que indica el mensaje.

26 Tipos de ARN: mARN El ARN mensajero
Copia o transcribe la información del ADN del núcleo. Saca la información al citoplasma y la lleva al ribosoma La información va en tripletes de nucleótidos llamados codones

27 CODÓN = tres nucleótidos que significan un aminoácido determinado
El codón TCA del ADN en el ARN mensajero se convierte en AGU que significa agregar el aminoácido Serrina (Ser) a la secuencia de aminoácidos de la nueva proteína que se formará Ver animación:

28 Transcripción

29 Tipos de ARN: rARN ARN ribosomal
Constituye el organelo llamado ribosoma Allí se traduce o se sintetiza la nueva proteína en base a la información del mARN, y con la ayuda del tARN

30 Tipos de ARN: tARN ARN de transferencia
Su función es llevar aminoácidos al ribosoma para la síntesis de la nueva proteína. En un extremo lleva un anticodón para identificar al codón del respectivo aminoácido

31 Cómo los anticodones del tARN identifican al respectivo codón en el mARN

32 El tARN (ARN de transferencia) tiene tres nucleótidos (anticodòn) que identifican al respectivo codòn, y asì anexar el aminoàcido que transportan al ribosoma, para formar o sintetizar una proteìna

33 ¿Cómo adquiere su estructura funcional una molécula de tRNA?
VIDEO:

34 El CÓDIGO GENÉTICO

35 Pelìculas introductorias sobre síntesis protéica:
El código genético: es el significado de la información del ADN: Cada tres nucleótidos codifican a un aminoácido distinto, para formar la nueva proteína Pelìculas introductorias sobre síntesis protéica:

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37 El código genético La secuencia de bases del ARNm es usada por el ribosoma como plantilla para ensamblar la secuencia de aminoácidos que formarán el polipéptido (proteína). El proceso se llama TRADUCCIÓN, y el “diccionario” de traducción es el código genético. Las “palabras” del código son los codones, que son tripletes del bases del mARN. Ej: UUU, CAG,UGA. Hay 64 codones posibles, y cada codón corresponde a uno o más aminoácidos. Por ejemplo, el codón UUU corresponde al aminoácido Fenilalanina.

38 El código genético Como solo hay 20 aminácidos posibles, algunos son codificados por varios codones distintos. Por ejemplo, el aminoácido Isoleucaina es codificado por tres codones distintos: AUU, AUC, AUA. (ver tabla en siguientes slides) Por el hecho de que varios codones pueden corresponder a un solo aminoácido, el código genético es llamado “degenerado” El código genético es “universal”, pues es idéntico para todos los seres vivos, desde las bacterias hasta el hombre. Esto tiene implicaciones en la ingeniería genética entre especies.

39 El código genético Hay algunas raras excepciones a la “universalidad” del código genético: algunos codones de “stop” son usados para codificar aminoácidos especiales. La traducción se realiza en los ribosomas, que están hechos de rARN y se encuentran en el citoplasma de la célula.

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42 Transcripción El mARN se forma en el proceso llamado transcripción.
El mARN “transcribe” o copia la información de la secuencia de bases del una de las cadenas del ADN del núcleo, y lo saca al citoplasma. Hay que recordar que en el mARN la base uracilo está presente en vez de la timina. Por lo tanto al ir copiando el mensaje, las bases se aparean así: U-A, A-T, C-G, G-C

43 Transcripción La cadena de ADN tiene una cadena con “sentido”, o sea con información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína, y la otra cadena, que es complementaria, es “sin sentido”. El mARN copia la cadena “sin sentido”, siendo así un réplica de la cadena “con sentido” que lleva el orden de la secuencia de aminoácidos

44 Transcripción El proceso de transcripción empieza cuando la enzima ARN polimerasa se adhiere a un sitio llamado promotor en el ADN. Sitio promotor determina qué cadena se va a transcribir. La ARN polimerasa abre la doble cadena, y cataliza la formación de enlaces covalentes entre los nucleótidos del nuevo mARN que se está formando.

45 Los 20 aminoácidos en español y sus abreviaturas
.                                                                                                                       

46 UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC UCC UAC UGC UUA Leu UCA UAA Stop
1* Base Segunda base 3* Base U C A G UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC UCC UAC UGC UUA Leu UCA UAA Stop UGA UUG UCG UAG UGG Trp CUU CCU Pro CAU His CGU Arg CUC CCC CAC CGC CUA CCA CAA Gln CGA CUG CCG CAG CGG AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU AUC ACC AAC AGC AUA ACA AAA Lys AGA AUG Met ACG AAG AGG GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly GUC GCC GAC GGC GUA GCA GAA Glu GGA GUG GCG GAG GGG

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49 Traducción El mensaje es llevado en la misma molécula de mARN hacia el ribosoma (rARN) para ser “traducido”. El resultado de esa “traducción” es la formación o síntesis de la nueva proteína con una secuencia de aminoácidos dada por el orden de los codones del mARN. El tARN transporta aminoácidos específicos para esta síntesis.

50 Síntesis de proteínas

51 Síntesis de proteínas

52 Síntesis de proteínas

53 replicación, transcripción y traducción

54 Traducción y síntesis proteica con Mario Bros

55 Mutación de sustitución del aminoácido “ácido glutámico” por “valina”, produce la Anemia Falciforme

56 En los humanos hay una enfermedad genética muy grave y en muchos casos letal llamada “anemia falciforme”, que consiste en que, en lugar de tener los eritrocitos con su característica forma de disco muy flexible, presentan una forma de hoz bastante rígida, lo cual los hace ser mucho menos aptos para desplazarse por los vasos sanguíneos, llegando a producir obstrucciones con demasiada frecuencia. Los estudios científicos han encontrado que la causa de esta terrible enfermedad es que los glóbulos rojos tienen una hemoglobina mutada, llamada hemoglobina S, que forma aglomeraciones que le dan esta forma peculiar a las células.

57 Juego de transcripción y traducción
Genetic Science Learning Center. "Transcribe y traduce un Gen." Learn.Genetics 15 October

58 Ejercicio: Dada la siguiente cadena de ADN que acaba de ser abierta por la enzima helicasa: TACTACGGCATAGAGTCGATTGCGAAT a) Construir su cadena complementaria del ARNm b) Construir la proteína resultante de la traducción de ese ARNm, utilizando el código genético. (Tener en cuenta la tabla con los codones del ARNm y los respectivos aminoácidos)

59 Aplicación para producir múltiples copias de ADN
La polimerasa Taq es un tipo de ADN polimerasa termoestable, nombrada de esta forma debido a que es producida por la Acheobacteria Thermus aquaticus (T-aq). Esta enzima es utilizada en las técnicas de PCR (reacción en cadena de la polimerasa), un método que se utiliza para amplificar secuencias cortas de ADN.

60 1. La reacción en cadena de la polimerasa (PCR: polymerase chain reaction)
La PCR es una técnica que permite que a partir de cantidades pequeñas de ADN se puedan hacer millones de copias. De esta forma se puede tener una cantidad suficiente de ADN para poder realizar un análisis y elaborar un “perfil de ADN”. Por ejemplo, en la escena de un crimen, se pueden obtener una pequeña cantidad de células. Usando la técnica PCR, los forenses pueden multiplicar copias del ADN y en unas horas tener suficiente material para hacer una electroforesis en gel. Video:

61 PCR Este proceso se lleva a cabo en un equipo llamado termociclador. Este aparato realiza los ciclos en los tiempos y temperaturas programadas de forma exacta.

62 PCR El proceso de la PCR (polymerase chain reaction) es generalmente el primer paso para la creación de un perfil de ADN. Este proceso puede multipilcar pequeñas cantidades de ADN en unos minutos. 1o. Se agrega una enzima especial: ADN polimerasa estable al calor. Esta enzima se une al ADN y permite su replicación. 2do. La muestra de ADN se calienta a 93º C, luego se enfría y se vuelve a recalentar. Cada recalentamiento duplica el número de copias. Después de retpetir este proceso 30 veces se obtiene suficiente ADN para su análisis.

63 PCR La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se usa para copiar y amplificar cantidades mínimas de ADN.

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65 Electroforesis en gel En la electroforesis en gel los fragmentos de ADN se desplazan en un campo eléctrico y se separan en función de su tamaño. Se usan enzimas para cortar un filamento de ADN en fragmentos de diferentes tamaños y propiedades. Luego estos fragmentos son separados usando una gel expuesto a un campo eléctrico. Los fragmentos se moverán según su tamaño y carga, dejando un rastro que puede compararse con el de fragmentos de otros individuos.

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67 La corriente eléctrica hace que los trozos se muevan hacia el extremo positivo (en este caso, hacia abajo) Los segmentos más grandes se quedan cerca del origen, y los pequeños avanzan más hacia el extremo.

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69 Pruebas con ADN laboratorio virtual de electroforesis:

70 Comparación de perfiles de ADN:
¿Quién es el padre de ese niño?

71 Aplicación: Producción de insulina humana en bacterias
La posibilidad de insertar trozos de ADN de una ser vivo en otro, es una prueba de la “universalidad” del código genético.

72 Transferencia de genes
El uso de E. coli en la aplicación de técnicas genéticas está bien documentado. La mayor parte de su ADN se encuentra en un cromosoma circular, aunque también posee plásmidos (cadenas circulares más pequeñas de ADN). Estos plásmidos pueden ser extraídos y cortados con enzimas de restricción (endonucleasas) en determinadas secuencias diana. Los fragmentos de ADN de otro organismo también pueden ser cortados por la misma enzima de restricción, pudiendo añadirse posteriormente estos fragmentos al plásmido abierto y volver a cerrar el mismo mediante la acción de una ligasa. Los plásmidos recombinantes formados pueden ser introducidos en nuevas células huésped y clonados.

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74 FIN