Biología Molecular y Citogenética IES Miguel de Cervantes de Murcia Ciclo Formativo: Laboratorio Clínico y Biomédico Biología Molecular y Citogenética Introducción 1: La célula Ácidos Nucleicos Genética

UNIDAD BÁSICA DE LOS SERES VIVOS

GLOBULO BLANCO, GOLBULOS ROJO, NEURONAS Y CÉLULAS MÚSCULARES

PARAMECIO, DINOFLAGELADO, ESPIROQUETA Y Escherichia coli.

Células Procariotas y Eucariotas Células eucariotas: Con núcleo verdadero rodeado de membrana y orgánulos como las mitocondrias. Ribosomas 80 S Células procariotas: No tienen núcleo verdadero, sino una sola molécula de DNA circular en el citoplasma (región nuclear). Ribosomas 70 S

ESTRUCTURA BÁSICA Membrana celular Citoplasma y Núcleo

MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA Separa del medio exterior. Espesor 70-100 Å. Bandas oscuras y claras al TEM. Poros.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=UpOgVFgjdZI

FUNCIONES DE LA MEMBRANA Contener los componentes celulares. Controla la entrada y salida de materiales (permeabilidad selectiva) Participa en las interacciones célula - célula y célula – medio y es un elemento fundamental en la comunicación celular, recibiendo señales externas y transmitiendo dicha informacion al interior celular.

CITOPLASMA Comprende todo el volumen de la célula excepto el núcleo. 85% de agua. En él se encuentran los orgánulos.

RIBOSOMAS Síntesis de Proteínas

MITOCONDRIAS Doble membrana. Crestas mitocondriales. Matriz. Producción de energía.

CENTROSOMA Cerca del núcleo. Dos centriolos El sistema de microtúbulos de las células animales se forma principalmente a partir del centrosoma. Dirigen la reproducción celular: Forma el huso acromático que dirige el movimiento de los cromosomas.

NÚCLEO Contiene la cromatina (ADN y prots.). Membrana y Cariolinfa Nucleolo (síntesis de ARNr) Material genético.

EL NÚCLEO DIRIGE LA REPRODUCCIÓN CELULAR Meiosis. Mitosis.

CROMOSOMAS En eucariotas, el ADN siempre está asociado a proteínas y al conjunto de ADN más proteínas asociadas se le denomina cromatina. En el núcleo celular la cromatina, tiene aspecto granuloso cuando la célula no se divide. Con la célula en división la cromatina se condensa y forma una estructura que son los cromosomas.

MITOSIS Interfase. Profase. Metafase. Anafase. Telofase.

Etapas de la mitosis Tomado de tardía Tomado de Griffiths et al.2008: Genetica. Mc Graw Hill

La división nuclear desde el punto de vista del DNA Tomado de Griffiths et al.2008: Genetica. Mc Graw Hill

Meiosis En meiosis I los cromosomas homólogos se reparten en dos células hijas, se produce el fenómeno de entrecruzamiento. En meiosis II, al igual que en una mitosis, cada cromátida migra hacia un polo. El resultado son 4 células hijas haploides (n) (n = 23 cromosomas en la especie humana)

ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMAS (1) En los cromosomas se encuentran los genes, que se trasmiten de padres a hijos. Toda esa información genética constituye el genoma. Un error en los genes puede dar lugar a una enfermedad genética.

1 corresponde a la molécula de ADN 2 , vemos el ADN unido a proteínas globulares, formando una estructura denominada "collar de perlas", formado por la repetición de unas unidades que son los "nucleosomas", que corresponderían a cada perla del collar. 3 se pasa a una estructura de orden superior formando un "solenoide". 4, se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina, nuevos "bucles". 5, llegamos al grado de mayor espiralización y compactación, formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma

ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMAS (1’) Los cromosomas en metafase están formados por dos filamentos de cromatina (cromátidas), con un centrómero. Los telómeros son las zonas distales de las cromátidas.

ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMAS (2) Los brazos de cada cromosoma son característicos. En el centrómero está el cinetocoro.

ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMAS (3) En algunos hay satélites. Cuando los brazos tiene diferente longitud: Brzazos p: cortos. Brazos q: largos

CLASIFICACIÓN DE LOS CROMOSOMAS Según la posición del centrómero: Metacéntricos, en su parte media. Submetacéntricos, más cerca de un extremo. Acrocéntricos, muy cerca de un extremo. Telocéntricos, en el extremo.

DOTACIÓN CROMOSÓMICA Cada célula posee un número constante y característico de cada especie. En el ser humano cada célula es diploide, con 23 pares. 22 autosomas. 1 heterocromosomas. un cromosoma del padre y otro de la madre. Cariotipo

CONCEPTO DE GENÉTICA Genética proviene de la palabra griega γένος (gen) que significa “descendencia” . Ciencia que estudia la herencia biológica. Es decir, la transmisión de los caracteres morfológicos y fisiológicos que pasan de padres a hijos. La información genética se encuentra en la molécula de ADN, que en los eucariotas se encuentra a su vez en los cromosomas.

CONCEPTO DE GENÉTICA El ADN controla la estructura y funcionamiento de cada célula, y tiene la capacidad de crear copias exactas de sí mismo. GEN: Segmento de ADN que contiene la información para un carácter determinado. Secuencia o segmento de ADN necesario para la síntesis de ARN funcional La especie humana tiene 46 cromosomas, distribuidos en 23 pares (cromosomas homólogos). Uno de estos pares determina el sexo.

GENOMA, GENOTIPO Y FENOTIPO Genoma: Conjunto de todos los genes de un organismo. Genotipo: conjunto de factores heredados de los padres para un determinado carácter. Fenotipo: conjunto de caracteres hereditarios que se manifiestan externamente.

Historia de la genética Gregor Mendel: a mediados del S. XIX, observó que los organismos heredan caracteres de manera diferenciada. Estas unidades básicas de la herencia es lo que actualmente conocemos como genes. En 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle demuestran que los genes codifican proteínas.

Historia de la genética En 1953 James D. Watson y Francis Crick determinan que la estructura del ADN es una doble hélice. En 1955, Severo Ochoa sintetiza ácido nucleicos. Posteriormente contribuye a descifrar el código genético. En 1977 Fred Sanger, Walter Gilbert, y Allan Maxam secuencian el ADN completo del genoma de un bacteriófago. En 1990 se funda el Proyecto Genoma Humano. El 14 de abril de 2003 se termina de secuenciar completamente el genoma humano (tres millones de pb).. El número de genomas secuenciados se incrementa día a día

GENES En eucariotas: Localizados en los cromosomas del núcleo. Se encuentran en lugares concretos denominados “locus” (plural: loci).

LOS CROMOSOMAS, EL ADN Y LOS GENES Los cromosomas están formados por ADN, proteínas y algo de ARN. Los genes son una parte de las cadenas de ADN y se disponen linealmente a lo largo de ella. Entre un 60 a un 90% del genoma no contiene información util.

Estructura de los ácidos nucleicos Macromoléculas cuyos monómeros son los nucleótidos. Forman cadenas lineales de miles o millones de nucleótidos. Los nucleótidos están formados por la unión de una  pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. ADN: Si la pentosa es la DESOXIRIBOSA. ARN: Si la pentosa es la RIBOSA.

Estructura del ADN Las bases nitrogenadas se aparean de forma limitada mediante puentes de hidrógeno: G – C A – T

Estructura de la doble hélice del ADN: Formada por el azúcar desoxiribosa, fosfatos y cuatro bases nucleotídicas: Adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).

Recuerda

Estructura del ADN Enlace fosfodiéster: El grupo fosfato (PO43-) une el carbono 5' del azúcar de un nucleósido con el carbono 3' del siguiente.

Recuerda: Replicación del ADN 3’ 5’ 5’ 3’ En sentido 5' → 3' Hebra adelantada (leading strand ) Hebra retrasada (lagging strand ) y formación de los fragmentos de OkazaKi (≈ 2 Kb) http://es.wikipedia.org/wiki/Sintesis_de_ADN http://www.youtube.com/watch?v=-EGKrYdQEHQ 3’ 5’ 5’ 3’

PCR: Reactivos Desoxinucleótidos (dNTP): dATP, dTTP, dCTP, dGTP Concentración final en la mezcla para PCR de cada dNTP: 200μM Se suministran concentrados de 10 mM (2,5 mM cada dNTP)

Doble hélice de ADN

Estructura del ADN La estructura en doble hélice del ADN, con el apareamiento de bases limitado ( A-T y G-C ), implica que el orden o secuencia de bases de una de las cadenas delimita automáticamente el orden de la otra, por eso se dice que las cadenas son complementarias.

Estructura del ADN Una vez conocida la secuencia de las bases de una cadena ,se deduce inmediatamente la secuencia de bases de la complementaria.

Estructura de los Ácidos nucleicos (ADN y ARN) El código genético queda determinado por el orden de estas bases (en sentido 5’ – 3’), y cada gen tiene una secuencia única de pares de bases (3000 pb de media). Cualquier alteración en esta secuencia da lugar a una mutación.

El ARN El ARN puede ser ARNm, ARNt y ARNr. Es una cadena similar al ADN pero no en doble hélice, el azúcar es ribosa y tiene la base Uracilo (U) en vez de la Timina.

Del ADN a las Proteínas: Transcripción y traducción

ADN polimerasa y ARN polimerasa La duplicación del ADN se lleva a cabo por la ADN polimerasa. La transcripción se lleva a cabo por la ARN polimerasa. La reacción química que cataliza la ARN polimerasa consiste en la unión de ribonucleótidos trifosfato (ATP, UTP, GTP, CTP), liberándose los grupos fosfato.

DEL GEN A LA PROTEÍNA El ADN se replica en el núcleo, pero es en el citoplasma donde se forman las proteínas. Para llevar la información hay procesos de: Transcripción y Traducción. El codón define al aminoácido.

CÓDIGO GENÉTICO RECUERDA: ADN El componente más importante de los cromosomas es el ADN. RECUERDA: Sus componentes son nucleótidos, a su vez formados por nucleósidos. Forman cadenas en doble hélice, con emparejamiento de bases (A-T, G-C). El fragmento de ADN que codifica a una proteína se llama gen. ADN

Código genético

Traducción: El código genético

EL CODIGO GENÉTICO

EL CODIGO GENÉTICO

Regiones promotoras y terminadoras Además de la región codificadora de un gen, existen una región promotora y una región terminadora. La región promotora es una porción del ADN situada al principio del gen y que, sin codificar ningún aminoácido, sirve para que la ARN polimerasa reconozca el principio del gen. Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen, finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA‑polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera. [ORF: Open Reading Frame]

INTRONES Y EXONES En eucariotas los fragmentos de ADN que constituyen los genes están formados por intrones y exones. Cada exón codifica una porción específica de la proteína completa, de manera que el conjunto de exones forma la región codificante del gen. Los exones de un gen están separados por regiones largas de ADN (llamadas intrones) que no codifican.

INTRONES, EXONES Y SPLICING Splicing (empalme) consiste en un proceso de corte y empalme del ARNm por el que se eliminan los intrones del transcrito primario y posteriormente se unen los exones para formar el ARNm maduro.

Splicing alternativo (alternative splicing ) o empalme alternativo: Un gen puede dar lugar a diferentes proteínas por mecanismos postranscripcionales. A partir de un mismo transcrito primario de mRNA (o pre-ARNm) se pueden obtener distintas moléculas de mRNA maduras según distintas formas de empalme. Esto permite una evolución y adaptación más rápida, generando diversidad, como ocurre con los anticuerpos en el sistema inmunitario.

LOS CROMOSOMAS, LOS GENES Y LOS CARACTERES Cada carácter viene determinado por dos genes de los cromosomas homólogos Procedentes de un cromosoma del padre y otro de la madre. Alelos o alelomorfos: Son las alternativas que puede poseer un gen y que corresponde a diferentes aspectos del mismo carácter.

INDIVIDUOS HOMOCIGOTICOS Y HETEROCIGOTICOS PARA UN GEN Homocigótico: Alelos IDENTICOS del gen están presentes en ambos cromosomas homólogos. Heterocigótico: Alelos DIFERENTES del gen están presentes en ambos cromosomas homólogos.

HERENCIA INTERMEDIA Y DOMINANTE EN HETEROCIGOTICOS Los dos genes tienen la misma fuerza y el carácter que se manifiesta es una mezcla entre ambos. Herencia dominante: Uno de los genes tiene más fuerza (dominante) y se manifiesta, quedando el otro oculto (recesivo).

PRIMERA LEY DE MENDEL Cuando se cruzan dos individuos homocigóticos todos los hijos de la primera generación son iguales nn NN x Nn Nn Nn Nn

SEGUNDA LEY DE MENDEL En la segunda generación aparecerán genotipos distintos y no todos los hijos serán iguales: un 75% serán cobayas negros y un 25% blancos Nn Nn x NN Nn nN nn

TERCERA LEY DE MENDEL Independencia de los caracteres en la transmisión de la herencia. Por ejemplo: guisantes amarillos y verdes con lisos y rugosos.

TERCERA LEY DE MENDEL

La tercera ley de Mendel no se cumple siempre: Existen pares de genes que no se heredan en las proporciones que encontró Mendel. Y por lo tanto no se cumple siempre la tercera ley . Esta ley se cumple cuando los caracteres elegidos están regulados por genes situados en distintos cromosomas.

GENES LIGADOS Como se aprecia en el esquema los dos caracteres elegidos por Mendel color de la semilla "A" y forma de la semilla "B" se encuentran en distintos cromosomas y por lo tanto el individuo doble heterocigoto AaBb formará cuatro clases de gametos (AB, Ab, aB, ab ). En cambio si los genes que estamos estudiando se encuentran localizados en el mismo cromosoma , un individuo que tuviera el mismo genotipo doble heterocigoto AaBb sólo formará dos clases de gametos, en el caso concreto del esquema se formarán los gametos con las combinaciones : AB, ab.

RECOMBINACIÓN GENÉTICA Durante la meiosis, una pareja de cromosomas homólogos puede intercambiar fragmentos equivalentes (mismos locus) a través de un proceso denominado SOBRECRUZAMIENTO. Durante este proceso los cromosomas homólogos se intercambian fragmentos de DNA produciéndose una RECOMBINACIÓN genética.

ALELISMO MULTIPLE Existen caracteres que vienen determinados por más de dos alelos, aunque los individuos presentan solo dos de ellos ocupando los locus correspondientes (pareja de cromosomas homólogos) Ej.: Grupos sanguíneos.

Genética de grupos sanguineos

FIN