Genes y manipulación genética TEMA 4

El ADN: el material de los genes Los cromosomas están formados por ADN o ácido desoxirribonucleico y proteínas. Francis Crick y James Watson (1953) construyeron un modelo “la doble hélice”, por el que les dieron el premio Nobel en 1962. Tiene las siguientes características:

GENOMA

COMPOSICIÓN DEL ADN Largas moléculas asociadas a proteínas formadas por unidades que se llaman NUCLEÓTIDOS. Los nucleótidos están formados por: Desoxirribosa. Un azúcar, que es igual en todos los nucleótidos. Acido fosfórico, el mismo en todos los nucleótidos. Base nitrogenada. Variable según el nucleótido, moléculas que forman uno o dos anillos y que contienen átomos de nitrógeno. Pueden ser: De dos anillos: la Guanina (G) y la Adenina (A) De un anillo: la Timina (T) y la Citosina (C). La secuencia variable de las bases constituye información genética.

Genes y genética molecular Los nucleótidos ÁCIDO FOSFÓRICO O N C P BASE NITROGENADA AZUCAR

TAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATTATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTCCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTCTGACTCTAGCCTTACC

Bases nitrogenadas PIRIMIDÍNICAS PÚRICAS Citosina Timina (exclusiva del ADN) Uracilo (exclusiva del ARN) PÚRICAS Adenina Guanina

Complementariedad entre las bases Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Adenina Timina 2 Enlaces de hidrógeno El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases. Guanina Citosina 3 Enlaces de hidrógeno

Estructura del ADN Extremo 5’ Extremo 3’ Extremo 5’ Extremo 3’

Genes y genética molecular La estructura de la doble hélice Nucleótidos complementarios Adenina Timina Citosina Guanina

EL ADN JUNTO A SUS PROTEÍNAS SE ORGANIZA EN CROMOSOMAS DURANTE LA DIVISIÓN CELULAR (POR ESPIRALIZACIÓN Y ACORTAMIENTO EN SU LONGITUD) CUARTO NIVEL: “Cromosoma”: 50.000 veces más cortos que toda la extensión de su DNA contenido)

Funciones del ADN Llevar la información hereditaria o genética. Controlar la aparición de los caracteres. Pasar la información de una célula a sus descendientes durante el proceso de división celular.

LOS GENES En cada porción de un cromosoma existe información sobre un carácter (ejemplo: color del pelo). Esa porción se denomina GEN

¿Qué información llevan los genes? Un gen es un segmento de ADN que lleva codificada la información para un determinado carácter. Para que aparezca el carácter es necesario que el individuo sintetice una proteína. Un gen una proteína

LOS GENES En un cromosoma pueden existir multitud de genes diferentes

LOS GENES Los cromosomas homólogos tienen los mismos genes ubicados en la misma posición

El código Genético Código o lenguaje que el ADN utiliza para sintetizar las proteínas. Se basa en una secuencia de tres nucleótidos o tripletes.

Genes y genética molecular El dogma central de la biología molecular ADN REPLICACIÓN TRANSCRIPCIÓN INVERSA (en algunos virus) TRANSCRIPCIÓN ARN TRADUCCIÓN PROTEÍNAS

Copia la información de un gen y la lleva a los ribosomas. El ARN consta de una sola cadena de nucleótidos, que pueden ser adenina, guanina, citosina y uracilo. Adenina Uracilo Citosina Guanina Complementarios Hay varios tipos de ARN ARN mensajero ARN transferente ARN ribosómico Copia la información de un gen y la lleva a los ribosomas. Transporta aminoácidos hasta los ribosomas para formar proteínas. Forma los ribosomas junto con ciertas proteínas.

Aminoácidos ADN Ribosomas Transcripción Proteína ARN mensajero

Genes y genética molecular La replicación Cadena complementaria ADN La doble hélice se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan. Se forman dos cadenas nuevas, cada una complementaria de su original. Cadena original

Cambios en la información genética: Mutaciones La aparición de forma súbita y al azar de cambios en el ADN recibe el nombre de mutación. Pueden ser naturales o estimuladas mediante agentes mutagénicos: Radiaciones: rayos x, la luz ultravioleta o la radiación atómica. Sustancias químicas: como el ácido nitroso.

MUTACIÓN GÉNICA

MUTACIÓN CROMOSÓMICA

MUTACIÓN GENÓMICA EN AUTOSOMAS

MUTACION EN CROMOSOMAS SEXUALES

SINDROME DE KLINEFELTER MANIFESTACIONES No todas estas manifestaciones se dan en un mismo individuo: - Talla elevada - Mayor acumulación de grasa subcutánea - Dismorfia facial discreta - Alteraciones dentarias - En ocasiones criptorquidia, micropene, escroto hipoplásico o malformaciones en los genitales. - Esterilidad por azoospermia. - Ginecomastia uni o bilateral - Vello pubiano disminuido - Gonadotrofinas elevadas en la pubertad - Disminución de la líbido - Retraso en el área del lenguaje, lectura y comprensión - Lentitud, apatía. - Trastornos emocionales, ansiedad, depresión, etc. - Falta de autoestima.

¿Se heredan las mutaciones? Si ocurre en una célula no reproductora la mutación desaparecerá con la muerte celular o del organismo. Pueden producir tumores. Si se produce en las células reproductoras, la mutación se transmitirá de generación en generación con la reproducción.

La ingeniería genética Permite identificar y aislar genes concretos y producir copias idénticas de un gen. El gen clonado puede ser transferido a células que fabricarán el producto que codifican.

Se aisla el gen que codifica la insulina humana. Se extrae el plásmido que tiene la bacteria además de su material genético. Se aisla el gen que codifica la insulina humana. Se introduce el gen en el plásmido. La insulina puede ser empleada para tratar la diabetes. Se introduce de nuevo en una bacteria. Bacterias que sintetizan insulina humana.

Organismos transgénicos Organismos cuyo genoma se ha modificado mediante ingeniería genética se llaman organismos modificados genéticamente. Los OMG pueden ser procariotas o eucariotas. Los eucariotas se llaman organismos transgénicos.

Gen responsable de la toxicidad El material genético de la bacteria se ha insertado en el ADN de la planta. ADN bacteriano Gen responsable de la toxicidad Bacillus thuringiensis Se corta el ADN y se selecciona el fragmento que tiene el gen para sintetizar el tóxico. Se introduce el ADN bacteriano en la célula. Se cultivan las células en el laboratorio. ADN planta Plantas de maíz resistentes a insectos. Planta de maíz no resistente a insectos. Célula vegetal

Producción de organismos transgénicos 1ª etapa o transformación: se introduce el gen deseado en el genoma de una célula del organismo que se quiere modificar. 2ª etapa o de regeneración, en la que se obtiene la planta o animal a partir de la célula cuyo genoma se ha modificado genéticamente. En esta etapa se requiere hacer clonaciones para obtener el mayor número de copias.

Principales objetivos de este proyecto PROYECTO GENOMA Principales objetivos de este proyecto Datos comparativos de genomas de diferentes animales con el ser humano.  Identificar todos los genes humanos.  Realizar mapas genéticos que indiquen la posición relativa de los diferentes genes. Gusano 19.000 genes Mosca 13.000 genes  Confeccionar mapas físicos que presenten la secuencia de nucleótidos de cada gen. 20% idéntico 60% idéntico Humanos 30.000 genes 70% idéntico 98% idéntico El bandeado cromosómico identifica regiones concretas de ADN. Ratón 30.000 genes Chimpancé 30.000 genes

Aplicaciones del PGH Aplicaciones directas en el campo de la salud: Diagnóstico de enfermedades hereditarias Fabricación de medicamentos Terapia génica