LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS: DESARROLLO HISTORICO DE SU IMPORTANCIA

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1 LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS: DESARROLLO HISTORICO DE SU IMPORTANCIA
1) Miescher en 1869: descubre que los núcleos de leucocitos del pus y de espermatozoides de salmón contienen una sustancia a la que llamó “nucleína” formada por proteínas y otra sustancia ácida a la que llamó “ácido nucleico”. ) Años treinta: se descubre que los cromosomas están formados por nucleína que pasa a llamarse“cromatina”. Se sabía desde finales del siglo XIX, que además los cromosomas eran portadores de información hereditaria pensándo que ésta residía en las proteínas de la cromatina. ) Años 40: se descubre la composición detallada de los ácidos nucléicos (%A=%T, %G=%C, A+G=C+T) y se formula cómo hipótesis que la información hereditaria debía residir en los ácidos nucléicos. ) En 1944, Avery y colaboradores: basándose en las experiencias de Griffith (1928), lo demuestran experimentalmente utilizando neumococos en ratones. En 1948 Beadle y Tatum demuestran la relación gen----- polipéptidos. ) En 1953 Watson y Crick: descubren la estructura del DNA y formulan la hipótesis sobre su duplicación semiconservativa. ) En 1958 Meselson y Stahl: demuestran como cierta la hipótesis sobre la duplicación semiconservativa utilizando bacterias E.coli y medios de cultivo con nitrógeno normal N14 y medios con nitrógeno pesado N15 .

2 FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
) Duplicación del ADN para transmitir información a las siguientes generaciones por medio de los cromosomas (asociaciones de DNA y proteínas). ) Transcripción del ADN para formar ARNm principalmente, pero también RNAr, RNAt y RNAn. ) Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el  ARNm a proteinas. ) Capacidad de cierta mutación química, para conseguir nueva variabilidad genética y por tanto fuente de evolución en las especies.

3 Experiencias de F. Griffith
Bacterias S muertas por calor Bacteria con cápsula (virulenta) Tipo S 1 De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S 2 De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas Bacterias R vivas Bacteria sin cápsula (no virulenta) Bacterias S muertas por calor Tipo R 3 4 De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas, pues no crecen en el animal. De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S

4 EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT
EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE BACTERIAS S) S R

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6 El ciclo celular Fase G1 Fase G0 Citocinesis Fase S Fase de mitosis
Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia. Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular. Fase G1 Fase G0 Replicación del ADN y síntesis de histonas. Citocinesis División del citoplasma Fase S Interfase Fase de mitosis División celular Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos Fase G2

7 Posibles modelos en la replicación del ADN
CONSERVATIVO DISPERSIVO SEMICONSERVATIVO

8 Experimento de Meselson y Stahl
CONTROL (Centrifugación del ADN conocido) RESULTADOS DEL EXPERIMENTO ADN 14N y ADN 15N ADN 14N ADN 15N 1ª generación 2ª generación 3ª generación Descarta el modelo conservativo Descarta el modelo dispersivo INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO 3ª generación Cultivo con 15N Cultivo con 14N 2ª generación 1ª generación

9 Fases de la replicación: iniciación
Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Ori C Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Girasa Topoisomerasa Proteínas específicas Proteínas SSB Impiden que el ADN se vuelva a enrollar Helicasa Burbuja de replicación Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice

10 Fases de la replicación: elongación
Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas. POLIMERASA EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN INICIACIÓN dirección función elimina cebador 5’ 3’ I 5’ 3’ síntesis no 3’ 5’ reparación II 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no III 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no

11 El mecanismo de elongación
La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. 3’ 5’ 5’ Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider. 3’ Fragmentos de Okazaki 5’ 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. 3’ 5’ 3’ La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.

12 El mecanismo de elongación (II)
1 La primasa sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación. 2 Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. Cebador Primasas Cebador 3 La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. 4 La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Hebra retardada Hebra retardada 5 Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. 6 La ligasa une los fragmentos de ADN. Nuevo cebador Ligasas Nuevo cebador

13 Replicación en los eucariontes
Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias: La replicación se inicia simultáneamente en carios puntos del cromosoma llamados replicones. Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ). Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora. Telómero 5’ 3’ Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’. 5’ 3’ Último cebador 5’ 5’ Cebador Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular. 5’ 3’ 5’ La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre Eliminación de cebadores 5’ 3’ Hebra más corta 5’

14 LA EXPRESIÓN INMEDIATA DEL MENSAJE GENÉTICO
G. Beadle y E. Tatum Establecen una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima: “un gen, una enzima”. No todas las proteínas son enzimas y hay proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas. La hipótesis se transforma: “un gen, una cadena polipeptídica”. Neurospora crassa, moho con el que trabajaron Linus Pauling Descubre, estudiando la anemia falciforme, la relación entre una mutación en el ADN y la pérdida de actividad biológica de una proteína: En la cadena B el sexto aminoácido, que debería ser ácido glutámico, es sustituido por valina. Globulos rojos Normales Falciformes Hershey y Chase Apoyan la teoría de que el ADN es el portador de la información para la síntesis de proteínas con el estudio del fago T2 que es capaz de hacer sintetizar a la célula infectada sus proteínas con la sola inoculación de su ADN.

15 ALCAPTONURIA (manchas en los ojos, artrítis, orina negra al contacto con el aire... )

16 Flujo de información genética
Entre la información del ADN que se encuentra en el núcleo y la síntesis de proteínas que se realiza en los ribosomas (citoplasma), existe un intermediario: el ARNm ARNt ADN ARNm PROTEÍNA Transcripción Traducción Replicación NÚCLEO RIBOSOMAS Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”.

17 REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción. Transcriptasa inversa ADNc (complementario) ADNc bicatenario ARN vírico Envoltura Transcriptasa inversa RETROVIRUS Transcriptasa inversa Transcriptasa inversa ADNc monocatenario Membrana plasmática de la célula huésped Degradación del ARN DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Transcripción ADN ARN PROTEÍNAS Transcripción inversa Traducción Replicación Replicación

18 ESTRUCTURA DE UN GEN DE EUCARIOTA
No existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de ADN. La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante ADN de secuencia simple Una parte del genoma se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias. ADN repetitivo intermedio ADN de intrones ACT + antitrailer 5 ‘ Gen Intrones Gen regulador Exones: secuencias codificantes 3 ‘ Operador Promotor Antilider + TAC

19 Síntesis de ARN: requisitos previos
La síntesis de ARN o transcripción necesita: CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE ARN polimerasa I ARNr ARN -POLIMERARAS En eucariotas ARN polimerasa II ARNm ARN polimerasa III ARNt y ARNr RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U Bases Ribosa Ribonucleótido trifosfato

20 El proceso de la transcripción
1 INICIACIÓN La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores. Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan a la cadena molde. Cola poli-A 3 Poli-A polimerasa TERMINACIÓN La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. En procariontes son secuencias palindrómicas. En eucariontes Punto de corte 2 ELONGACIÓN Señal de corte La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. . Cadena molde de ADN (transcrita) ARN ARN - polimerasa Cadena inactiva de ADN

21 Esquema general de la transcripción en eucariontes
ARN -polimerasa Región a transcribir ADN Punto de inicio Centro promotor La ARN-polimerasa se une al centro promotor y comienza la transcripción. Final de la transcripción Señal de corte (AAUAA) Caperuza ARNm inmaduro Procesos pos-transcripcionales La polimerasa sigue transcribiendo un tiempo y después se para. Punto de corte Caperuza Degradación del ARN sobrante Poli-A Poli-A polimerasa ARN mensajero para traducir

22 La maduración del ARN ORGANISMOS PROCARIONTES Transcrito primario
Los ARNm no sufren proceso de maduración. ARNasa Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contiene muchas copias del ARNt y ARNr. ARNr ARNt ORGANISMOS EUCARIONTES Intrón Exón Exón El ARN transcrito primario sufre un proceso llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones. RNPpn Intrón Bucle Exón Bucle Punto de unión entre exones

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24 Desciframiento del código genético: Experimentos de Nirenberg y Matthaei
Preparan 20 tubos con extracto de E. Coli y lo necesario para síntesis de proteínas. Añadieron en cada tubo uno de los 20 aminoácidos marcados radiactivamente. Poli U Añaden a cada tubo ARN igual al sintetizado por Severo Ochoa: “poli U” Fen - Fen - Fen - Fen - Fen * En sólo uno de los tubos se obtuvo un polipéptido que era de fenilalanina. Aceptando que el código genético está formado por tripletes, dedujeron que el UUU codificaba para fenilalanina. ttAW

25 EL CÓDIGO GENÉTICO AUG Iniciación
Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC? UAG UAA UGA Terminación

26 2ªposición EL CÓDIGO GENÉTICO El utilizado por los ribosomas para descifrar el RNAm en dirección 5' >3'. Su finalidad: formar un polipéptido, cuyos aminoácidos se unirán según la secuencia de bases que “lee” del RNAm. La combinación formada por un triplete de tres bases (codon) del RNAm es una unidad de información (sin imperfección y sin solapamiento), dice qué aminoácido se tiene que incorporar a la cadena polipeptídica en crecimiento. 2) Es un código degenerado: un mismo a.a. es codificado por varios tripletes: no es una imperfección sino una forma de evitar las mutaciones. 3) En general las dos primeras bases son las que determinan variabilidad, puediendo variar la tercera. 4) Existe un triplete o codón de inicio de síntesis que determina Met (AUG) y varios tripletes o codones de final de síntesis: UAA, UAG, UGA. 5) Es universal (excepciones en mitocondrias y algunos microorganismos)

27 Características del código genético
UNIVERSAL DEGENERADO Compartido por todos los organismos conocidos incluso los virus. El código ha tenido un solo origen evolutivo. Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos. A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón. Esto es una ventaja ante las mutaciones. CARECE DE SOLAPAMIENTO Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas SIN IMPERFECCIÓN Cada codón solo codifica a un aminoácido. Posibilidad de solapamiento Met Gli Tre His Ala Fen Ala Solapamiento Codones de iniciación Met Leu Leu Pro

28 EL PROCESO DE TRADUCCIÓN
LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS necesita ENZIMAS Y ENERGÍA ARN DE TRANSFERENCIA RIBOSOMAS AMINOÁCIDOS ARN MENSAJERO Tienen tres lugares Formados por Donde se unen los Donde se une el Por donde se une al Tiene dos zonas Como la SUBUNIDAD GRANDE AMINOACIL-ARNt -SINTETASA SUBUNIDAD PEQUEÑA ANTICODÓN SITIO A Donde se sitúa el AMINOÁCIDO Donde se une el EXTREMO 3’ SITIO P POLIPÉPTIDO SITIO E ARNt

29 SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: ESTRUCTURA DE LOS RNAt
(Unión a la peptidil-transferasa en el ribosoma (Unión al ribosoma) NOTA.- EXISTEN TANTOS RNAt como aminoácidos, uno para cada uno, en total 20 clases de RNAt (Unión al codon complementario del RNAm en el ribosoma)

30 (1)ACTIVACIÓN DE LOS A.A. PREVIA A LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Aminoacil ARNt -sintetasa + + Aminoácido Ácido aminoaciladenílico + ARNtx La unión se realiza en el extremo 3’ del ARNt Existen al menos 20 aminoacil-ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas Aminoácil -ARNtx

31 (2) SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: INCIACIÓN Y ELONGACIÓN
Codón iniciador (AUG) A INICIACIÓN ARNm Posición E Posición P A fenilalanina P E ARNt - Met Subunidad grande Posición A Aminoacil -ARNt Enlace peptídico Desplazamiento del ribosoma 5’ 3’ El aminoácido se libera del ARNt ELONGACIÓN

32 Aminoácidos hidrófobos
Alanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Iso) Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Triptófano (Trp) Prolina (Prl)

33 Aminoácidos polares hidrofílicos
Serina (Ser) Treonina (Tr) Glutamina (Gln) Asparagina (Asn) Tirosina (Tir) Cisteína (Cis) Glicocola (Gli)

34 Aminoácidos ácidos y básicos
AMINOÁCIDOS BÁSICOS (carga positiva) AMINOÁCIDOS ÁCIDOS (Carga negativa) Lisina (Lis) Ácido aspártico (Asp) Arginina (Arg) Ácido glutámico (Glu) Histidina (His)

35 (3) SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TERMINACIÓN
Separación de las dos subunidades del ribosoma Codón de terminación (UAA, UGA, UAG) ARNm ARNm ARNt Factor de liberación Porción final de la cadena proteica A medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la estructura secundaria y terciaria que les corresponde.

36 Polirribosomas en eucariotas
Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. La síntesis ocurre a razón de unos (15 aminoácidos unidos por segundo. Una proteína media (300 aa) se sintetizaría en unos 15 segundos. Después, el RNAm es destruído ARNm Proteína en formación Ribosoma Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.

37 Modelo del operón EL OPERÓN LACTOSA ARN-polimerasa Promotor
Genes estructurales Operador Gen regulador Codifica la proteína reguladora Dirección de la transcripción EL OPERÓN LACTOSA Inductor (alolactosa) Represor activo Complejo inactivo represor-inductor Promotor Operador ADN ADN Transcripción bloqueada La ARN polimerasa no puede unirse al ADN Transcripción desbloqueada

38 La regulación hormonal: hormonas esteroideas
Proteína receptora Unión del complejo al ADN celular NÚCLEO Transcripción Complejo hormona-receptor Hormonas esteroideas en el sistema circulatorio ARNm Proteínas Traducción de las proteínas inducidas por esteroides CITOPLASMA Cada hormona tiene acceso a todas las células, sin embargo, sólo responden las células diana, que contienen un receptor específico en su citoplasma.

39 Genoma en organismos eucariontes
No existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de ADN. La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante ADN de secuencia simple Una parte del genoma se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias. ADN repetitivo intermedio ADN de intrones ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES Gen Intrones Gen regulador Exones: secuencias codificantes Operador Promotor

40 OBJETIVOS DEL PROYECTO GENOMA HUMANO

41 3,5 mil millones de pares de bases, unas 25 enciclopedias de tipo medio de 20 tomos cada una y con las letras: TTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGTTAGTAGCCTTACCTTACCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTATAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGAAGGC