Los cromosomas y los genes Los cromosomas son cadenas de ADN superenrolladas, compuestas por moléculas unidas como las cuentas de un collar. Cada cierto número de cuentas constituye un gen, es decir, un determinado trozo de ADN. Los genes portan la información que permitirá crear un nuevo organismo y la transmiten mediante un código químico. Existen genes para el tamaño, el color, la forma, etc. Cada cromosoma contiene numerosos genes.

Los cromosomas y los genes Un gen es un fragmento de ADN que lleva la información para un carácter hereditario. El conjunto de genes que determina todos los caracteres hereditarios de una especie recibe el nombre de genoma.

En el ADN están impresas las instrucciones que necesita un ser vivo para nacer y reproducirse.

Célula en reposo (sin dividirse) Células en división Núcleo Cromatina Nucleolo Los cromosomas se ven al microscopio cuando la célula entra en división Célula en reposo (sin dividirse) Células en división Esta fotografía muestra, al microscopio, células de la epidermis de cebolla en división. Los cuerpos oscuros son los cromosomas.

La cromatina es como un largo hilo de lana Condensación e individualización de la cromatina Núcleo Cromatina Nucleolo La cromatina es como un largo hilo de lana Este punto es el centrómero Cuando la célula va a comenzar la división, la cromatina se individualiza y adquiere una forma condensada parecida a un bastón. Un cromosoma es como un ovillo Cromosoma Puede transportarse mucho mejor un ovillo de lana que la misma cantidad de lana suelta. Del mismo modo, es mucho mejor para la célula repartir el material genético a las células hijas si la cromatina se ha condensado en cromosomas.

Cada una de las copias es una cromátida Duplicación Cuando la célula va a comenzar la división, el material genético produce una copia exacta de sí mismo, por lo que en vez de un filamento, contiene dos, llamados cromátidas, que están unidos por el centrómero. Cada una de las copias es una cromátida Duplicación centrómero Cromátida 1 Cromátida 2 En la división celular, el material genético (ADN) se reparte por igual entre las células hijas. Para ello es necesario que, previamente, se halla producido la duplicación de este ADN. División celular. Las células hijas necesitan heredar la información genética de la célula madre.

Drosophila melanogaster Veamos más cosas importantes que debes saber sobre los cromosomas: En casi todas las células, los cromosomas se observan siempre en parejas. Los dos cromosomas de una pareja reciben el hombre de homólogos. Pareja de homólogos 1 Pareja de homólogos 2 El número de parejas de homólogos es siempre el mismo en todas las células de una especie. Por ejemplo: Los seres humanos tenemos 23 parejas (en total: 46 cromosomas) La mosca del vinagre tiene sólo 4 parejas (en total: 8 cromosomas) Drosophila melanogaster (mosca del vinagre)

Veamos más cosas importantes que debes saber sobre los cromosomas: En casi todas las células, los cromosomas se observan siempre en parejas. Los dos cromosomas de una pareja reciben el hombre de homólogos. Pareja de homólogos 1 Pareja de homólogos 2 Tipos de cromosomas Metacéntrico Submetacéntrico Acrocéntrico Es posible ordenar los cromosomas por parejas, ya que los homólogos tienen exactamente la misma forma y el mismo tamaño. Aquí puedes ver los nombres de los tipos de cromosomas según la posición que ocupa el centrómero.

El conjunto de características de los cromosomas de la célula de una especie constituyen el CARIOTIPO. Cuando se ordenan por parejas en un gráfico, este recibe el nombre de CARIOGRAMA 23 parejas de cromosomas Cromosomas sexuales Cariotipo humano. En total hay 23 parejas de homólogos. Suele expresarse como 2n = 46 ( n = 23 )

óvulo espermatozoides n n 2n 2n ¿Cómo se heredan los cromosomas? Normalmente (*), cada célula de nuestro cuerpo tiene un total de 46 cromosomas, o 23 pares. Heredamos la mitad de los cromosomas (un miembro de cada par) de nuestra madre biológica y la otra mitad (el miembro homólogo de cada par) de nuestro padre biológico. Los científicos han enumerado los pares de cromosomas de 1 a 22, habiéndole dado al par 23 el nombre de X o Y, según la estructura. Los primeros 22 pares de cromosomas se llaman "autosomas". Los cromosomas del par 23 se conocen como los "cromosomas sexuales" porque determinan si el bebé será varón o mujer. Las mujeres tienen dos cromosomas "X" y los hombres tienen un cromosoma "X" y un cromosoma "Y". La representación gráfica de los 46 cromosomas, ordenados en pares, recibe el nombre de cariotipo. El cariotipo normal de la mujer se escribe 46, XX, mientras que el cariotipo normal del hombre se escribe 46, XY. óvulo espermatozoides (*) La excepción son los gametos (espermatozoides y óvulos), que tienen la mitad (n) de cromosomas (un cromosoma de cada pareja de homólogos) n n 2n Célula huevo o cigoto 2n

XX XY X X Y XX XY LA HERENCIA DEL SEXO Como ya sabemos el sexo en la especie humana está determinado por los cromosomas sexuales X e Y. Las mujeres son homogaméticas (XX) y los hombres heterogaméticos (XY). Si en el momento de la concepción se unen un óvulo X con un espermatozoide X, el zigoto dará una mujer. Si se unen un óvulo X con un espermatozoide Y, dará una hombre. ♀ Mujer ♂ Hombre XX XY X X Y XX XY (i+5)

Las células con 2n cromosomas se dice que son DIPLOIDES Las células con n cromosomas se dice que son HAPLOIDES (del griego diplo = doble ; haplos = simple)

Concepto de gen El gen o gene es un segmento de ADN que da la clave para una proteína en particular. Los genes son las unidades de herencia y controlan las características del individuo: color del pelo, tipo de sangre, color de la piel y color de los ojos. Los genes son parte de los cromosomas. Debido a que los genes son segmentos de ADN, controlan el desarrollo de las características y las actividades celulares.

Estructura del ADN Saber que el ADN es el material hereditario llevó muchos años de estudio. En 1953, James Watson, biólogo estadounidense y Francis Crick, biofísico británico, propusieron un modelo para la estructura del ADN. El ADN es una molécula muy grande pero compuesta solo de pocas sustancias químicas diferentes. Una molécula de ADN esta formada por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos llamada desoxirribosa y una base nitrogenada. Los nucleótidos están unidos por enlaces entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido.

El fosfato del segundo nucleótico se une al azúcar del tercero y asi sucesivamente. Se forma una cadena de nucleótidos enlazados del fosfato al azúcar. Las bases nitrogenadas se extienden hacia afuera desde la cadena azúcar-fosfato. En el ADN hay cuatro bases: adenina citosina guanina timina La molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes débiles de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

Las cadenas de nucleótidos forman un espiral alrededor de un centro común. La forma espiral de la molécula es una doble hélice. Los enlaces entre las bases nitrogenadas solo se forman entre pares específicos: la adenina (A) con la timina (T) la citosina (C) con la guanina (G) Debido a que solo se parean bases específicas, la sucesión de bases de una cadena de nucleótidos, determina la sucesión de bases en la otra cadena.

Duplicacion del ADN Dra. M. Carolina Ceriani

COMPOSICION QUIMICA Los ácidos nucleicos están compuestos por una reducida variedad de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos. Los nucleótidos están constituidos por: 1- un azúcar de 5 carbonos: la ribosa o desoxirribosa 2 - Una base nitrogenada, que puede ser una purina o pirimidina. 3- Un compuesto de fósforo, el ácido fosfórico.

Repasemos lo que es el ADN y el ARN

El AZUCAR Siempre es un azúcar de 5 carbonos. Dependiendo del grupo que tenga en posición 2’ puede ser desoxirribosa o ribosa. Por lo tanto hay dos tipos de ácidos nucleicos según tengan una u otra azúcar: Los ácidos ribonucleicos o ARN: que tienen como azúcar a la ribosa. Los ácidos desoxirribonucleicos o ADN: tienen como azúcar a la desoxirribosa.

BASE NITROGENADA Son compuestos organicos ciclicos que tienen 2 o mas N. Se asocian al carbono en posición 1 del azúcar. Presentan uno o dos anillos de C y N, y puede actuar como una base aceptando iones de H. Las bases con un solo anillo son las pirimidinas y las que tienen dos anillos purinas.

Nucleosido y Nucleotido La unión entre el nucleósido y el ácido fosfórico, da lugar al nucleótido La unión del azúcar con una base constituye un nucleósido.

Los 4 nucleotidos que componen elADN: Deoxy –TTP (deoxythymidine Triphosphate)

Las cadenas de nucleótidos que lo forman se enrollan formando, una en torno a otra, una estructura especial que se conoce como doble hélice ( α-hélice ). Son cadenas complementarias con dirección opuesta antiparalela.

Como es la relacion entre las bases? guanina citocina adenina timina

ESQUEMA DE UNA DOBLE HEBRA DE DNA Las uniones entre las bases se dan siempre: A=T C Ξ G Son uniones relativamente débiles, de tipo puente de H

La molecula de ADN esta formada por dos hebras de nucleotidos antiparalelas que forman una doble helice, que se mantienen unidas por puentes de hidrogeno.

En cambio, las uniones entre el grupo fosfato de un nucleótido, y el OH del nucleótido siguiente, son de tipo COVALENTE, uniones fuertes, que se pueden romper únicamente por métodos bioquímicos.

Veamos rapidamente el ciclo celular Fase G1: Fase de crecimiento celular. Fase G2: la celula ya duplicó su material genetico, y se prepara para la mitosis. Fase M: fase de división propiamente dicha. Fase S: fase de síntesis.

Duplicacion del ADN Es la capacidad que tiene el ADN de hacer copias o réplicas de su molécula. Este proceso es fundamental para la transferencia de la información genética de generación en generación.

Discontinua o Asimetrica Cuando hablamos de replicación del ADN, se mencionan tres características: Semiconservativa Bidireccional Discontinua o Asimetrica

La replicacion es Semiconservativa Significa que como resultado de la Duplicacion, se obtienen dos moléculas de ADN-dos dobles hélices- ambas compuestas por una hebra parental, y una recientemente sintetizada.

Bidireccional Origenes de replicacion Como la molecula de ADN es muy larga, existen multiples Origenes de replicacion para hacer la duplicacion mas rapida ( si lo hiciera a partir de un extremo, tardaría 30 días!!!!)

Discontinua o Asimetrica Por que? Si yo miro el resultado de la duplicación, me encuentro con dos hebras perfectamente formadas, y sin ningun “hueco”. Pero, si analizo el proceso en forma más detallada, y paso a paso, veré que la duplicación no es tan sencilla como parece. El problema surge a partir del modo de acción de la enzima Encargada de agregar los nucleotidos a la cadena en crecimiento La ADN polimerasa δ es la encargada de copiar la doble hebra a partir del ORI, en una de las cadenas.

ESQUEMA DE LA DNA POLIMERASA

5´ 3´ ¿ Como hace la ADN polimerasa para sintetizar las cadenas en ambos sentidos? La DNA polimerasa solamente es capaz de agregar nucleótidos a partir de un extremo 3´libre, y haciendo crecer la cadena en sentido 5´-3´. NUNCA lo hace en sentido opuesto. 5´ 3´ 5´ 3´

¿Cómo se logra que ambas se cadenas se copien? En esa hebra “problema”, otra ADN polimerasa (la ADN polimerasa α), se adelanta un poco, y sintetiza un fragmento pequeño. A medida que la burbuja crece, este ciclo se repite nuevamente. Estos fragmentos reciben el nombre de FRAGMENTOS DE OKAZAKI, en honor a su descubridor.

Finalmente, esos cebadores de ARN son removidos o sacados Por una nucleasa reparadora, y el espacio que queda es Rellenado por una tercera ADN polimerasa especial, la ADN Polimerasa β Sintesis de la cadena adelantada Sintesis de la cadena atrasada Crece la horquilla de replicacion Cadena de ADN recien sintetizada 41

Proteinas que ayudan a desestabilizar la doble helice 5´ 3´ 5´ 3´ 5´ 3´ Topoisomerasas I y II o Girasa y Topo II

FASE DE INICIACIÓN A partir de los puntos de iniciación se originan las denominadas burbujas de replicación, las cuales presentan dos zonas con forma de Y llamadas horquillas de replicación que se van abriendo gradualmente a medida que se sintetiza nuevas hebras complementarias de ADN Burbujas de replicación 3´ 5´ 3´ 5´ Horquillas de replicación

FASE DE INICIACIÓN Para que el proceso se lleve a cabo con la máxima celeridad, la duplicación comienza simultáneamente en muchos puntos de la doble cadena, puntos de iniciación (oriC) en los que abundan las secuencias GATC. ...ACGTGATCGGGCTA....ACCGATCACATCGG.....AGGCGATCTTACG... ...TGCACTAGCCCGAT....TGGCTAGTGTAGCC .... TCCGCTAGAATGC... Los puntos de iniciación son reconocidos por proteínas específicas, entre las que caben citar a las helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, las girasas, las topoisomerasas, y las proteínas SSB (single Strand Binding-DNA) o proteínas estabilizadoras de las dos hebras de ADN cuando están separadas. ©

FASE DE ELONGACIÓN Se inicia con la enzima PRIMASA, que coloca en cada horquilla unas hebras cortas de ARN complementarias llamadas CEBADORES en el sentido 5´ a 3´. Posteriormente, la ADN polimerasa comienza la síntesis añadiendo nucleótidos en el extremo 3´ 3´ 5´ PRIMASA 5´ 3´ ADN polimerasa 3´ 3´ CEBADOR 5´ ADN COMPLEMENTARIO La hebra que vemos arriba crece de forma continua, mientras que la otra lo va a hacer de forma discontinua

FASE DE ELONGACIÓN 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ Vamos seguidamente a ver como a medida que la horquilla de replicación se va abriendo y se produce el avance en la síntesis de las nuevas hebras complementarias. Para que siga creciendo la otra hebra se ha de formar un nuevo cebador alejado del primero. Seguidamente las ADN polimerasas continuan en esta hebra colocando desoxirribonucleótidos, llegando hasta sustituir al primer cebador. A esta hebra se le llama retardada o de crecimiento discontinuo. 3´ En la hebra que vemos arriba la ADN polimerasa sigue avanzando ininterrumpidamente, por ello se llama de crecimiento continuo 5´ 5´ 3´ ARN 3´ Fragmento de OKAZAKI 5´ Hemos visto que las ADN polimerasas colocan desoxirribonucleótidos complementarios de la hebras moldes (3´a 5´) y que también sustituye los ribonucleótidos de las cadenas cortas de ARN (5´a 3´), pero no une los nucleotidos vecinos de la misma hebra.

FASE DE ELONGACIÓN El proceso visto se repite en las dos horquillas de replicación de cada burbuja hasta que se llegan a encontrar las nuevas hebras que se han formado en horquillas vecinas y con sentido opuesto. 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´

FASE DE ELONGACIÓN Ha desaparecido un cebador. Ahora queda que la ligasa una los desoxirribonucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo. 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ Ligasa

FASE DE ELONGACIÓN Ya hay continuidad en la hebra inferior. 3´ 5´ 5´ Supongamos que sólo queda un fragmento de ADN por copiar.

FASE DE ELONGACIÓN Aquí vemos que se ha colocado el último cebador en la cadena inferior y que la ADN polimerasa aún no ha terminado su trabajo sustituyendo al penúltimo cebador, 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´ ©

FASE DE ELONGACIÓN Ya ha sido sustituido el penúltimo cebador, pero falta unir los desoxirribonucleótidos mediante la ligasa. 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´

FASE DE ELONGACIÓN En ésta imagen vemos, nuevamente, al resultado de la duplicación todavía con las cadenas cortas de ARN o cebadores que le hicieron falta a la ADN polimerasa para llevar a cabo el proceso. 3´ 5´ 3´ 5´ 3´ 5´ 5´ 3´ Para concluir la duplicación, esos dos cebadores colocados en los extremos han de ser eliminados mediante la actividad exonucleasa de el enzima ADN polimerasa I.

Tema 7 Expresión génica: transcripción 53

El “dogma” central del flujo de la información genética 54

Propiedades del RNA Una cadena, no doble hélice. Apareamiento intramolecular -> RNA contorsionista molecular Azúcar ribosa (OH en el carbono 2’) Esqueleto azúcar-fosfato en posiciones 5’-3’ del azúcar como DNA Uracilo en vez de Timina, se empareja con Adenina, y también con Guanina cuando se pliega (no en la transcripción). Catalizador biológico -> Ribozima 55

RNA: contorsionista molecular El emparejamiento intramolecular de nucleótidos produce un plegamiento de la molécula de RNA 56

Tipos de RNA RNA mensajero (mRNA) RNA funcional RNA de transferencia (tRNA) RNA ribosómico (rRNA) 57

Nomenclatura de las cadenas en relación a la transcripción 58

(5)’ CGCTATAGCG (3’)  cadena codificadora del DNA Orientación y nomenclatura de las cadenas en relación a la transcripción (5)’ CGCTATAGCG (3’)  cadena codificadora del DNA (3’) GCGATATCGC (5’)  cadena molde del DNA (5’) CGCUAUAGCG (3’)  transcrito de RNA 59

¿Qué cadena de la doble hélice es la codificadora? Depende de cada gen, no es un propiedad del cromosoma. Orientación de la transcripción 60

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traducción

Traducción Proceso por el que la secuencia de nucleótidos de un mRNA determina la estructura primaria de una proteína Ribosomas (rRNA + proteínas): lugar de síntesis tRNA: Portador de aminoácidos mRNA: Portador del mensaje cifrado 95% RNA total

Ribosoma

Un gen es una región de DNA que codifica RNA Mensaje: Algunos genes codifican proteínas; otros genes especifican RNA (tRNA, rRNA, siRNA) como producto final. Luego, Un gen es una región de DNA que codifica RNA

tRNA: la molécula adaptadora

tRNA

Traducción Terminación Codón sin sentido No codifica ningún aminoácido UAG (Ambar), UAA (Ocre), UGA (Opal) Factor de liberación o terminación (RF) y un GTP -> Liberan la proteína del ribosoma Disociación del ribosoma

Código genético

Código genético

Código genético Código es degenerado: varios codones determinan el mismo aminoácido Familias no compartidas de codones (8) GUX 3ª base no importa Familias compartidas de codones