1 EXPRESIÓN GÉNICA: DEL ADN A LAS PROTEÍNASI.E.S. Bañaderos

2 1. El ADN, portador del mensaje genético.2. Teoría "UN GEN-UNA ENZIMA". 3. Expresión del mensaje genético 4. Transcripción del ADN. 5. El código genético. 6. Traducción o biosíntesis de proteínas. 7. La regulación de la expresión génica: el operón 8. Mutaciones ▪ Según el tipo de célula que se vea afectada. - Mutaciones germinales - Mutaciones somáticas ▪ Según como sea la alteración del material genético. - Génicas a. Mutaciones por sustitución. b. Mutaciones por delección. c. Mutaciones por inserción.

3 - Cromosómicas. a. Translocaciones, b. Inversiones c. Deleciones d. Duplicaciones - Genómicas. a. Aneuploidía. b. Euploidía. 9. Consecuencias evolutivas. selección natural 10. Ingeniería genética 10.1. Concepto de clonación 10.2 La manipulación del adn (de la información genética). 10.3. Aplicaciones de la ingeniería genética. ► Aplicaciones en medicina ► Aplicaciones en animales y plantas. 11. Proyecto Genoma Humano 11.1. Riesgos y aspectos éticos de las técnicas de ingeniería genética

4 El ADN como material hereditarioExperimentos de Griffith 1928 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 De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas, pues no crecen en el animal. 3 4 De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S Experimentos de Griffith

5 Neurospora crassa, moho con el que trabajaronUn gen una enzima Establecen una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima: “un gen, una enzima”. G. Beadle y E. Tatum 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 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. Linus Pauling Globulos rojos Normales Falciformes 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. Hershey y Chase

6 Gen, proteína y carácterGenes y Proteínas. EL PAÍS swf Del cromosoma a los genes. EL PAÍS swf Cromosoma Proteína ADN Carácter Aminoácidos Redes Proteínas. Vídeo 51’05 Redes Proteínas. Vídeo 2’13

7 Flujo de información genéticaEntre 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”.

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9 Redefinición del dogma central de la biología molecularAlgunos 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

10 El ARN 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.

11 ARN polimerasa I ->ARNr ARN polimerasa II ->ARNmRequisitos previos para la síntesis del ARN La síntesis de ARN o transcripción necesita: ARN polimerasa I ->ARNr CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE 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

12 La transcripción Consiste en el copiado de un fragmento de ADN (gen) en forma de una molécula de ARN mensajero. ADN ARNm ADN ARNm Adenina Uracilo Guanina Citosina ARNm Adenina Uracilo Citosina Guanina Guanina Citosina Timina Adenina

13 Cadena molde de ADN (transcrita)El proceso de 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 Poli-A polimerasa TERMINACIÓN 3 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 La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. . Señal de corte Cadena molde de ADN (transcrita) ARN ARN - polimerasa Cadena inactiva de ADN

14 La transcripción: Síntesis de ARN.3’ 5’ ARNpolimerasa 3’ 5’ A U G U G C G G C U G C T A C A C G C C G A C G ARN ADN

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

16 La maduración del ARN ORGANISMOS PROCARIONTESTranscrito 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 El ARN transcrito primario sufre un proceso llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones. Exón Exón RNPpn Intrón Bucle Exón Bucle Punto de unión entre exones

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18 Transcripción: 1- Iniciación: Una ARN‑polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN. ARNpolimerasa T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G

19 Transcripción: 2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil‑GTP en el extremo 5‘ con función protectora. ARNpolimerasa T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G m-GTP

20 Transcripción: 3- 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. poliA-polimerasa m-GTP A U G C U C G U G U A G A A A A A ARNm precursor

21 4. Maduración (cont.): El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN‑ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro. ARNm precursor Cabeza cola AAAAAA AUG UAG ARNm maduro

22 Maduración del ARNm (Visión de conjunto).Región codificadora del gen ADN Promotor E I E I E Terminador TAC ATC Cabeza E1 I E I E3 cola ARNm AAAAAA precursor AUG UAG Cabeza cola ARNm maduro AAAAAA AUG UAG

23 Bases moleculares de la genéticaEn 1869 Friedrich Miescher aisló un compuesto al que llamó nucleína (posteriormente ADN). En 1944 Avery y colaboradores establecieron que el ADN era la molécula portadora de la información genética. Watson y Crick sugirieron la hipótesis de la replicación del ADN. Franklin, Wilkins, Watson y Crick desarrollaron un modelo para explicar la estructura del ADN. Severo Ochoa fabricó cadenas de ácido nucleico en un tubo de ensayo. En 1966 Severo Ochoa terminó de descifrar el código genético.

24 Desarrollo experimental deNirenberg 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. La història del codi genètic (Niremberg, Ochoa, et al.) Genes y Proteínas. swf

25 Código genético IniciaciónUAA UGA UAG AUG Iniciación Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC? Terminación

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30 Juego código genético

31 CARECE DE SOLAPAMIENTO Posibilidad de solapamientoCaracterísticas 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

32 LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS AMINOACIL-ARNt -SINTETASAEl 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 Donde se une el SITIO A Donde se sitúa el AMINOÁCIDO EXTREMO 3’ SITIO P POLIPÉPTIDO SITIO E ARNt

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34 El código genético: traducción IAminoácidos ADN Ribosomas Transcripción Proteína ARN mensajero

35 Aminoacil ARNt -sintetasaReacción de activación de un aminoácido 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

36 Desplazamiento del ribosomaSíntesis de proteínas: iniciación y elongación Codón iniciador (AUG) E P A INICIACIÓN ARNm Posición E Posición P A P ARNt - Met E Subunidad grande Posición A Aminoacil -ARNt Enlace peptídico Desplazamiento del ribosoma 5’ 3’ El aminoácido se libera del ARNt ELONGACIÓN

37 Codón de terminación (UAA, UGA, UAG)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.

38 Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.Polirribosomas 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. ARNm Proteína en formación Ribosoma Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.

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40 Traducción Síntesis de ProteínasPara poder visualizar correctamente esta presentacion debe de utilizarse la versión Power Point XP Traducción Síntesis de Proteínas Han intervenido en la realización de esta presentación: Los alumnos del IES Añaza: Vanesa Servando Sosa y Noe Suárez Ledesma Las profesoras del IES Añaza : Marta Casariego Ramírez y Esther Díaz Sánchez

41 la Traducción o Síntesis de proteinasSe divide en tres fases: Iniciación  Elongación  Terminación 

42 Iniciación En la fase de iniciación todo el proceso se prepara para llevar a cabo la síntesis proteica:   En 1º lugar, el ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma gracias a un factor proteico IF3.     A continuación se une el primer aminoacil-ARNt al ARNm, a través de puentes de hidrógeno entre sus bases complementarias.El primer codón es 5’ AUG 3’ por lo que el anticodón del primer ARNt es UAC. El aminoácido unido al primer ARNt es siempre formil metionina. Este posteriormente puede formar parte de la proteína o ser eliminado al final de este proceso.Para que esta unión se produzca es necesaria la presencia del factor de iniciación IF2.  Posteriormente se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo cual se precisa otro factor de iniciación diferente (IF1). A todo esto se le une el siguiente aminoácido transportado por su ARNt.  Por último se forma el enlace peptìdico entre los aminoácidos

43 Subunidad menor del ribosoma.IF3 Subunidad menor del ribosoma. ARNm 3’ 5’

44 Anticodón F-Met NH2 UAC IF2 5’ AUG Sitio P Sitio A ARNmAminoacil ARNt IF2 5’ AUG Sitio P Sitio A ARNm Codón Iniciador definir continuidad

45 IF1 NH2 NH2 F-Met Arg Anticodón UAC UAC GCA Codón Iniciador AUG CGU 5’ARNm Anticodón Codón Iniciador AUG CGU

46 Sitio A Sitio P UAC 5’ ARNm Anticodón Codón Iniciador AUG F-Met NH2Arg CGU GCA Enlace Peptídico

47 Elongación En esta etapa, la cadena peptídica se sintetiza por la unión de los sucesivos aminoácidos que se van situando en el ribosoma trasportados por los correspondientes ARNt. En este proceso se pueden diferenciar tres etapas:        Unión de un aminoacil ARNt al sitio A. Esto solo es posible si el anticodón del ARNt es complementario al codón del ARNm. Es necesario, GTP para proporcionar la energía necesaria y dos factores proteicos de elongación (EF-Ts y EF-Tu).     Formación del enlace peptídico. Una vez situados los dos aminoácidos, a través de sus ARNt, uno en el sitio P y otro en el sitio A, se produce la unión entre ellos, gracias a la enzima peptidil transferasa, localizada en la subunidad mayor del ribosoma.  Al unirse el primer aminoácido al segundo Se forma un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt, el cual se localiza en el sitio A.

48 5’ UAC ARNm Anticodón AUG CGU F-Met NH2 Sitio A Sitio P Codón Iniciador Arg NH2 GCA GTP EF-TS EF-Tu

49 F-Met NH2 NH2 Arg Anticodón UAC GCA Codón Iniciador AUG CGU ARNm 5’Enlace Peptídico NH2 Arg P E T I D L R A N S F Anticodón UAC GCA Codón Iniciador AUG CGU ARNm 5’ Sitio P Sitio A

50 Elongación (continuación)  Unión del primer aminoácido al segundo, el primer aminoácido se desprende de su ARNt, el cual se libera del ribosoma y, Translocación del Dipéptido al sitio P. Se produce el desplazamiento del ribosoma sobre el ARNm en sentido 5’  3’. Así el siguiente codón con el ARNt fijado sobre él, pasa del sitio A al sitio P quedando libre el sitio A, que es ocupado por el tercer codón del ARNm.     Formación de nuevos enlaces peptídicos. Mientras el ribosoma recorre el ARNm, los sucesivos aminoacil ARNt que se van fijando al sitio A van incorporando los nuevos aminoácidos

51 5’ Sitio P Sitio A UAG NH2 F-Met Arg CGU GCA UUU NH2 F-Met Arg GCA Sitio P Sitio A AUC UAG CGU UUU

52 ARNm 3’ 5’ Sitio A Sitio P AUG CGU UUU CUA GUU UAA NH2 F-Met Arg GCAVal CAA Leu GAU Phe AAA

53 Terminación     Los codones de terminación (UAA,UAG,UGA) marcan el final de la síntesis de proteínas.    Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación, no se situa ningun aminoacil ARNt en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. En esta fase intervienen unos factores de liberación: R1F para los codones de terminación UAA y UAG, R2F para los codones UAA y UGA. Al situarse en el sitio A estos factores hacen que la enzima peptidíl transferasa libere el péptido del ARNt al que está unido, al hacer que reaccione el grupo carboxilo del último aminoácido con agua.

54 Fin de la ´síntesis de proteínasSitio P Sitio A AUG CGU UUU CUA GUU UAA 5’ 3’ ARNm Leu GAU Phe Arg F-Met NH2 Val CAA Fin de la ´síntesis de proteínas Codón de terminación

55 Proteína sintetizada R1F R2F F-Met Arg Phe Val Leu COOH NH2Codón de terminación UAA 5’ ARNm 3’ CAA GUU CAA P E T I D L R A N S F VER SI A MARTA LE GUSTA 3’ Codón de terminación UAA 5’ ARNm GUU

56 Elongación Iniciación  Terminación

57 Proteína sintetizada F-Met NH2 UAC Arg NH2 GCA Anticodón F-Met NH2 ValPhe Leu Leu GAU NH2 F-Met Arg Phe Phe AAA NH2 F-Met Arg R1F R2F Proteína sintetizada F-Met Arg Phe Val Leu COOH NH2 Sitio A Sitio P P E T I D L R A N S F P E T I D L R A N S F P E T I D L R A N S F P E T I D L R A N S F P E T I D L R A N S F UAC Codón de Terminación AUG CGU UUU CUA GUU UAA 3’ 5’ ARNm

58 Actividades 1.-¿Qué es la traducción?2.-Nombra las fases de la traducción 3.-´¿Qué procesos ocurren en la fase de iniciación? 4.-¿Qué enzima cataliza la formación del enlace peptídico? 5.-¿Por qué es necesario que el péptido recién sintetizado pase del sitio A del ribosoma al sitio P? 6.-¿Qué ocurre a medida que el ribosoma va “avanzando” por el ARNm? 7.-¿Cuándo ocurre la terminación de la síntesis de la proteína y qué ocurre en este proceso? 8.-Observa la diapositiva 18 y describe todo el proceso Vídeo La Traducción o Síntesis de Proteínas Traducción. Mc Grau Hill. swf

59 Inductor (alolactosa) Complejo inactivo represor-inductorModelo del operón ARN-polimerasa Genes estructurales Promotor 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 Operón Lactosas. Inglés. swf

60 Genes no se transcribenRegulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla. Operón LAC Regulador Operador Gen x Gen y Gen a ARNm Si no hay lactosa los Genes no se transcriben Represor activo

61 Enzimas para metabolizar la lactosaRegulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a. Operón LAC Operón LAC Regulador Operador Gen x Gen y Gen a ARNm Transcripción Represor Traducción Represor inactivo Lactosa Enzimas para metabolizar la lactosa

62 La regulación hormonal: hormonas esteroideasUnión del complejo al ADN celular Proteína receptora 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.

63 ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTESGenoma en 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 ADN repetitivo intermedio Una parte del genoma se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias. ADN de intrones ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES Gen Gen regulador Intrones Exones: secuencias codificantes Operador Promotor

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65 Tipos de mutaciones GERMINALES SOMÁTICAS CROMOSÓMICAS GÉNICASSEGÚN LAS CÉLULAS AFECTADAS SEGÚN LA EXTENSIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO AFECTADO GERMINALES SOMÁTICAS CROMOSÓMICAS GÉNICAS GENÓMICAS Afectan a gametos o células madre. Se transmiten a la descendencia. Sobre ellas actúa la selección natural. Afectan a células somáticas y sus descendientes. Afectan al individuo. No son heredables. No juegan papel en la evolución. Afectan a la disposición de genes en el cromosoma. Provocan cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen. Alteran el número de cromosomas típico de la especie.

66 Mutaciones génicas TIPO DE MUTACIÓN C O N S E C U E N C I A S ADN GATGGT CGT CAG ACG TCT TGT ARNm CUA CCA GCA GUC UGC AGA ACA SIN MUTACIÓN Proteína Leu Pro Ala Val Cys Arg Thr Símil lingüístico dos por son más que uno ADN GAT GGT CGT CGG ACG TCT TGT ARNm CUA CCA GCA GCC UGC AGA ACA TRANSICIÓN Proteína Leu Pro Ala Cys Arg Thr Símil lingüístico dos por sen más que uno ADN GAT GGT CGT CCG ACG TCT TGT ARNm CUA CCA GCA GGC UGC AGA ACA TRANSVERSIÓN Proteína Leu Pro Ala Gly Cys Arg Thr Símil lingüístico dos por sin más que uno ADN GAT GGT CGT TCA GAC GTC TTG T ARNm CUA CCA GCA AGU CUG CAG AAC A INSERCIÓN Proteína Leu Pro Ala Ser Gln Asn Símil lingüístico dos por sso nmá squ eun o ADN GAT GGT CGT CAG ACT CTT GT ARNm CUA CCA GCA GUC UGA GAA CA DELECIÓN Proteína Leu Pro Ala Val Stop Símil lingüístico dos por son

67 Agente físico o químicoLas mutaciones génicas se producen cuando se altera la secuencia de nucleótidos del gen por causas físicas (radiaciones) o químicas. ADN original A T C G A A C C G T T G C A C T A G C T T G G C A A C G T G Agente físico o químico A T C G A A C C G T T G C A C T A G C T T G G A A A C G T G ADN con mutación génica

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69 MUTACIONES CROMOSÓMICASSi la mutación ocurre en una célula no reproductora, la mutación desaparecerá con la muerte de la célula o del organismo. Si se produce en las células reproductoras, la mutación se transmitirá de generación en generación. MUTACIONES CROMOSÓMICAS Deleción Duplicación Inversión Traslocación

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76 DEFICIENCIAS O DELECCIONES DUPLICACIONES O REPETICIONESTipos de mutaciones cromosómicas DEFICIENCIAS O DELECCIONES DUPLICACIONES O REPETICIONES Se pierde Rotura 1 1 2 2 3 Entrecruzamiento 3 4 4 Aparece un segmento cromosómico más de una vez, en el mismo cromosoma o en otro. Consisten en la pérdida de un segmento cromosómico de un cromosoma, y por tanto de los genes en él contenidos. TRANSLOCACIONES INVERSIONES A B C D E F G H H A G B A B C E D G H F C F H A G B D E C F Es el cambio de localización de un segmento cromosómico. Puede ser recíproca, con intercambio entre dos cromosomas no homólogos, o no recíproca o transposición, cuando no se produce intercambio. D E A B F E D C G H Segmentos cromosómicos que giran 180o, y su secuencia génica queda invertida con respecto a la del resto del cromosoma.

77 Mutaciones genómicas Mutaciones genómicasAfectan al número normal de dotaciones cromosómicas Afectan al número de alguno de los cromosomas EUPLOIDÍAS ANEUPLOIDÍAS Contienen más de un juego completo de cromosomas Carecen de un cromosoma de una pareja de homólogos Poseen un cromosoma de más Existe un solo cromosoma de cada par (n). TRISOMÍAS MONOSOMÍAS En autosomas En cromosomas sexuales SÍNDROME DE TURNER MONOPLOIDÍA POLIPLOIDÍA TRIPOLIDES (3n) Incorporan un juego de otra especie CARIOTIPO XYY TETRAPLOIDES (4n) SÍNDROME TRIPLO X POLIPLOIDES (Xn) SÍNDROME DE DOWN SÍNDROME DE KLINEFELTER ALOPOLIPLOIDÍA

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82 Síndrome de Down. swf

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88 Portador de la translocaciónEjemplo de mutación: síndrome de Down 21 Portador de la translocación 14/21 Individuo normal 14 Trisomía del 21 (Down) Monosómico (letal) Portador de la translocación Normal

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91 Trisomías en los cromosomas sexualesEspermatozoide con dos cromosomas Y Óvulo con dos cromosomas X Espermatozoides normales Óvulo normal XYY XXX XXY Hombre (Trisomía XYY) Superhembra (Síndrome triplo X) Hombre (Síndrome de Klinefelter)

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96 Agentes mutagénicos MUTÁGENOS FÍSICOS Radiaciones ionizantesLas mutaciones. swf MUTÁGENOS FÍSICOS Radiaciones ionizantes Radiación ultravioleta Radiaciones no ionizantes Pueden provocar la rotura de los cromosomas y modificar las bases nitrogenadas. Provocan la formación de enlaces covalentes entre dos bases pirimidínicas contiguas, dando origen a dímeros. Los dímeros distorsionan la conformación del ADN inhibiendo la replicación MUTÁGENOS QUÍMICOS Ácido nitroso Transforma la citosina en uracilo y la adenina en hipoxantina provocando incorporación de bases erroneas en la replicación del ADN. Agentes alquilantes Añaden grupos etilo o metilo a las bases nitrogenadas alterando la replicación del ADN. Enlace de hidrógeno Sustancias análogas a las bases nitrogenadas Sustituyen a las bases nitrogenadas del Adn y provocan transiciones. EMS Sustancias intercalantes Guanina 6-Etilguanina Se intercalan entre las bases de una cadena dando origen a inserciones o delecciones de un solo par de bases.

97 Selección natural El mecanismo de evolución propuesto por Darwin puede resumirse en cuatro puntos básicos: Las especies son capaces de producir un elevado número de descendientes. La mayor parte de ellos no llegará a la edad adulta. CAPACIDAD REPRODUCTIVA ELEVADA La limitación de los recursos provoca competencia. Como consecuencia de ésta, no todos sobrevivirán para reproducirse. LUCHA POR LA EXISTENCIA Dentro de una especie los individuos presentan características que los diferencian del resto. VARIABILIDAD INDIVIDUAL Algunas de las características individuales confieren mayor capacidad de adaptación y supervivencia. SUPERVIVENCIA DEL MÁS APTO

98 BIOTECNOLOGÍA INGENIERIA GENÉTICA

99 Procedimientos biotecnológicos clásicos¿Qué es la biotecnología? Disciplina basada en la utilización de seres vivos o sus componentes, para realizar determinados procesos químicos con finalidad industrial. incluye Procedimientos biotecnológicos clásicos Ingeniería genética Identificación y aislamiento de GENES TERAPÉUTICOS Obtención de ORGANISMOS TRANSGÉNICOS como implica para FERMENTACIONES Extración del ARNm Producción de medicamentos Traducción y obtención de la proteína Conseguir órganos para trasplante Estudio de la posible solución terapéutica

100 INGENIERÍA GENÉTICA Transferencia de genes:Se trata de una serie de técnicas que se basan en la introducción de genes en el genoma de un individuo que no los presente. Transferencia de genes: Mediante un vector apropiado, que pueden ser un plásmido o un virus, se puede introducir un gen de una especie en otra diferente. Por ejemplo, se puede introducir en bacterias el gen que produce la insulina humana. De esta manera las bacterias producen fácilmente y en abundancia esta hormona. Ingeniería genética básica

101 CONCEPTO DE CLONACIÓN Un clon es un conjunto de elementos genéticamente iguales. Los clones pueden ser moléculas, células u organismos completos. Clonación de células. No hay que confundirla con la clonación celular. En este proceso se pueden clonar células aisladas o tejidos u órganos. Puede utilizarse para terapias génicas, por ejemplo, en enfermos diabéticos Clonación de organismos completos, tanto plantas como animales. Se suele utilizar en procesos de mejora genética de especies Clonación. El Mundo. swf Investigación con células madre

102 Introducción en la célula huéspedDesarrollo de un procedimiento de clonación génica Fragmento de ADN Fragmentación del ADN con enzimas de restricción Plásmido Formación con ADN ligasa de una molécula de ADN recombinante Aislamiento y corte del plásmido con la misma enzima de restricción Selección del clon deseado y producción de células Replicación Introducción en la célula huésped Enzimas de restricción. Web Enzimas de restricción McHill. swf

103 ENZIMAS DE RESTRINCIÓN:Son enzimas que cortan el ADN por secuencias específicas, denominadas secuencias de reconocimiento. Posteriormente, estos fragmentos de ADN podrán unirse a vectores de clonación que hayan sido cortados por el mismo procedimiento enzimatico.

104 Preparación de un vector de clonaciónLas etapas del proceso consisten en: ► Cortar el vector con enzimas de restricción, las mismas enzimas que se utilizaron  para cortar el ADN que se quiere insertar. ► Unir el vector y el ADN que se va a clonar, formación del ADN recombinante, mediante los llamados extremos cohesivos, o pegajosos, o escalonados. Introducción del ADN recombinante en la célula anfitriona

105 Vectores de clonación: plásmidosVENTAJAS DE LOS PLÁSMIDOS COMO VECTORES DE CLONACIÓN ESTRUCTURA DEL PLÁSMIDO pBR332 Mayor estabilidad del ADN circular durante su aislamiento químico. Resistencia a la ampicilina EcoR I Cla I Hind III Facilidad de aislamiento y manipulación por su pequeño tamaño. BamH I Pts I Zonas de corte para enzimas de restricción Sal I Presencia de un origen de replicación independiente, fuera del control del cromosoma. Resistencia a la tetraciclina La existencia en una célula de varias copias haciendo posible la amplificación del ADN. Origen de la replicación de ADN Fácil detección y selección de clones por la presencia de marcadores específicos (genes de resistencia a antibióticos).

106 APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA.La ingeniería genética es un nuevo campo de la Biología, nacido de la manipulación del ADN, que tiene como objetivo cambiar o alterar el genoma de un ser vivo. ▪ Introducir nuevos genes en un genoma. ▪ Eliminar algunos genes existentes en un genoma. ▪ Modificar la información contenida en un gen determinado. ▪ Clonar seres vivos o alguno se sus órganos o tejidos.

107 Ingeniería genética. Fabricación de insulinaSe 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.

108 Terapia génica. Es un tratamiento médico que consiste en manipular la información genética de células enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función que les permita superar una alteración. En principio existen tres formas de tratar enfermedades con estas terapias: ► Sustituir genes defectuosos o reparar la secuencia mutada. ► Inhibir o contrarrestar efectos dañinos. Se silencia un gen que produce una proteína dañina (se actúa sobre el ARN mensajero para que no prudusca la proteína. ► Insertar genes nuevos. ♦ Se insertan genes suicidas que destruyen la célula que los aloja. ♦ Insertar genes estimuladores de la respuesta inmune. ♦ Introducir una copia de un gen normal sustituyendo un gen mutante ► Otras estrategias que se siguen en la actualidad contra el cáncer son: ▬ Inactivar oncogenes. ▬ Introducir genes supresores de tumores. ▬ Introducir genes suicidas. ▬ Introducir genes que aumenten sensibilidad a fármacos.

109 Organismos transgénicos IIngeniería genética. Organismos transgénicos I La ingeniería genética consiste en la manipulación de la información genética de los organismos. Se denomina organismos transgénicos a los animales y plantas que llevan en su genoma genes “extraños”, es decir, genes introducidos artificialmente y que no proceden de sus antepasados por herencia Características incorporadas a cultivos transgénicos Ratón transgénico gigante y normal 8 % 52 % 30 % Resistencia a insectos Tolerancia a virus 7 % 3 % Resistencia a hongos Tolerancia a herbicidas Otros Mono transgénico

110 Ingeniería genética en células vegetalesADN foráneo Vector de transfección Cromosomas Transferencia por conjugación Regeneración de la planta con nuevas propiedades A. tumefaciens Célula vegetal recombinante Transformación en E. coli La aplicación de estas técnicas en agricultura tiene como objetivos: Conseguir plantas resistentes a herbicidas. Conseguir plantas resistentes a los insectos. Proteger las plantas frente a enfermedades microbianas y víricas. Mejorar el producto que se obtiene.

111 Ingeniería genética. Organismos transgénicos IIEl 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

112 Purificación de la proteínaAnimales transgénicos y obtención de sustancias de interés Transferencia génica Óvulo de oveja fecundado Oveja nodriza Rebaño de descendientes transgénicos que producen la proteína PRODUCCIÓN DE LECHE Medicamento como la -1-antitripsina o el activador del plasminógeno. Purificación de la proteína

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

114 La biotecnología en el medio ambiente: biorremediaciónLa biorremediación consiste en la utilización de microorganismos frente a la contaminación. BIODEGRADACIÓN DEL PETRÓLEO Algunos tipos de bacterias, mohos y levaduras y algas verdes pueden crecer sobre el petróleo, decomponiéndolo. Esto es útil cuando se produce un vertido. TRATAMIENTO MICROBIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES Los microorganismos se emplean para eliminar las sustancias orgánicas, que contaminan el agua, mediante reacciones de fermentación. Se obtiene productos como dióxido de carbono, amoniaco, nitratos, sulfatos y fosfatos. REMEDIACIÓN DE VERTIDOS TÓXICOS Muchas plantas que poseen una capacidad natural para concentrar metales pesados, pueden potenciar esa cualidad mediante un tratamiento de ingeniería genética.

115 Ingeniería genética y bioéticaEl vertiginoso avance de la ingeniería genética, plantea numerosas cuestiones éticas. LIMITACIONES ÉTICAS A LA MANIPULACIÓN DE GENES HUMANOS El 11 de noviembre de 1997 la ONU aprobaba la Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos. El genoma humano es Patrimonio de la Humanidad. Oposición a la comercialización del genoma humano. Derecho a la protección de la información genética propia de cada individuo. Prohibición de la clonación de seres humanos con fines reproductivos. Subordinación de las investigaciones sobre genoma humano a los principios éticos de respeto por la libertad y la dignidad. PATENTES DE GENES El Parlamento europeo se pronunció en contra de las patentes de genes en 1995 La Unión Europea aprobó en agosto de 1998 una directiva por la que se propone que un gen puede ser patentado si es producido por un procedimiento técnico, aunque éste sea igual al gen natural.

116 ANIMACIONES ► Mitosis ► Cromosomas, ADN y genes. Anomalías genéticas. Proyecto Genoma Humano ► El Genoma Humano ► Cromosoma 21 y Síndrome de Down ► Nueva técnica de clonación ► Clonación de vacas ► Creación de un mono transgénico ► Selección genética de embriones

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