1 Los ácidos nucleicos y el ADN comomaterial genético Historia sobre la Naturaleza química de los genes 15/04/2017

2 Los ácidos nucleicos como biomoléculas¿QUÉ ES UNA BIOMOLÉCULA? Son sustancias estrechamente relacionadas con los procesos vitales, presentes en todas las células por lo que son indispensables para la vida. ¿CUÁLES SON LAS BIOMOLÉCULAS? Carbohidratos. Lípidos. Proteínas. Ácidos nucleicos. 15/04/2017

3 ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN QUE DESEMPEÑAN ?Los carbohidratos, lípidos y proteínas, al ser metabolizados producen: Energía. Regulación de procesos celulares Nuevos materiales celulares . ¿QUÉ PASA CON LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ? Nuestro metabolismo no los transforma a energía o a nuevos materiales. Participan en la transmisión de los caracteres hereditarios y en la Síntesis de proteínas que permiten el control del metabolismo celular. 15/04/2017

4 ¿CUÁLES SON LOS ÁCIDOS NUCLEICOS?Son dos tipos principales de moléculas llamadas: DNA o ácido desoxirribonucleico. RNA o ácido ribonucleico. ¿DÓNDE SE ENCUENTRAN ESTAS MOLÉCULAS ? Se encuentran en el interior de la célula. El DNA se encuentra principalmente en el núcleo celular y una pequeña cantidad en las mitocondrias y los cloroplastos. El RNA se encuentra en el núcleo y en el citoplasma celular. El 80% del RNA se encuentra en los ribosomas 15/04/2017

5 La mayor parte del RNA se encuentra en los ribo- somasEl DNA se encuentra en: Núcleo celular (fibra de cromatina) Mitocondrias DNA 15/04/2017

6 ¿QUÉ SUCEDE CON EL MATERIAL GENETICO COMO LA CROMATINA AL MOMENTO DE LA DIVISIÓN CELULAR?Sufre una serie de enrollamientos y acortamientos transformándose en pequeñas estructuras llamadas cromosomas, las cuales se ven dobles o duplicados. Las células humanas presentan 23 pares de cromosomas. Cada cromosoma consiste en dos hebras llamadas cromátidas, las cuales se unen en una región llamada centrómero o cinetocoro. El DNA queda en el interior de estas estructuras formando unidades llamadas genes. Nuestra información está almacenada en unos a genes, de acuerdo a las investigaciones derivadas del proyecto genoma humano. 15/04/2017

7 Cromosomas Genes Cinetocoro o centrómero Cromátidas 15/04/2017

8 Papel genético del DNA en la transmisión de la herenciaAPORTES DE DIFERENTES CIENTIFICOS AL DESCUBRIMIENTO DEL ADN COMO MATERIAL GENETICO 15/04/2017

9 ¿CÓMO SE LOGRÓ ESTABLECER LA RELACIÓN DEL DNA CON LA HERENCIA?En 1869 se iniciaron los trabajos que permitieron encontrar “quien” o “que” era el responsable de la herencia. Para ello se consideraron los siguientes aspectos: Los cromosomas están relacionados con la herencia. Están formados por proteínas, DNA y RNA. Alguno de estos tres componentes debe ser el responsable de la herencia. Quién resulte responsable, deberá tener la capacidad de duplicarse a si mismo. 15/04/2017

10 ¿QUIÉNES COLABORARON EN ESTA INVESTIGACIÓN?Para lograr establecer la relación del DNA con la herencia, fue necesaria la participación de varios investigadores, entre ellos: Friedrich Miescher. Wilhelm Roux Oscar Hertwing Robert Feulgen Fred Griffith. Avery, McLeod y McCarty. Phoebus Aaron Levene Erwin Chargaff. James Watson y Francis Crick. 15/04/2017

11 ¿QUE APORTÓ FRIEDRICH MIESCHER?En 1869 logró aislar, del núcleo de glóbulos blancos, una sustancia a la que denominó nucleina. Años más tarde, a esta sustancia se le dio el nombre de ácido nucleico. Aun cuando Miescher no pudo establecer la función de dicha sustancia, en la década de 1880, algunos investigadores la empezaron a relacionar con la herencia. Tuvieron que pasar varios años para que esto fuera un hecho demostrado. Glóbulos blancos 15/04/2017

12 En 1880 postuló que la información genética estaba en los cromosomas.APORTE DE: Wilhelm Roux: En 1880 postuló que la información genética estaba en los cromosomas. Oscar Hertwing: En 1884 estableció que la información genética se encontraba en la cromatina que conformaba los cromosomas. Robert Feulgen: Utilizando un colorante llamado fucsina logra teñir al DNA, observando que esta sustancia se encontraba en todos los núcleos de las células eucarióticas, especialmente en los cromosomas. 15/04/2017

13 APORTE DE: Frederick GriffithEn 1928 trabajó con una bacteria llamada neumococo. Esta bacteria está relacionada con una enfermedad llamada neumonía. Griffith observó que los neumococos eran de dos tipos: Neumococos lisos, los cuales provocaban la enfermedad (S). Neumococos rugosos, los cuales no provocaban la enfermedad (R). También observó que los neumococos rugosos se podían convertir en neumococos lisos. neumococos 15/04/2017

14 ¿CÓMO EXPLICÓ ESTO GRIFFITH?¿Cómo es posible que un neumococo “R” que no provoca la enfermedad se transforme en uno “S” que si la provoca? Esto lo explicó con ayuda del siguiente experimento: Inyectó neumococos S o capsulados vivos a un grupo de ratones, los ratones murieron a causa de la neumonía; al analizar su sangre encontró neumococos S vivos. Neumococos S vivos + 15/04/2017

15 Inyectó neumococos Rugosos sin cápsula vivos a un grupo de ratones, los ratones permanecieron sanos; al analizar su sangre encontró neumococos R vivos. Neumococos R vivos + Inyectó neumococos S o capsulados muertos a un grupo de ratones, los ratones permanecieron sanos; al analizar su sangre encontró neumococos S muertos. Neumococos S muertos + 15/04/2017

16 Neumococos R vivos + S muertos +Inyectó una mezcla de neumococos R sin cápsula vivos y S encapsulados pero muertos por calor a un grupo de ratones Neumococos R vivos + S muertos + Los ratones murieron a causa de la neumonía, al analizar su sangre encontró neumococos S vivos. Los neumococos R se convirtieron en S. Griffith concluye diciendo: Los neumococos “S” muertos transmitieron algún agente a los “R” vivos para transformarlos a “S” vivos. A este agente transformador de las bacterias le dio el nombre de “principio transformador” y no pudo determinar su naturaleza. 15/04/2017

17 EL APORTE DE GRIFFITH 15/04/2017

18 Papel genético del DNA Nuevos aportes científicos15/04/2017

19 RETOMANDO A GRIFFITH? APORTE DE:Frederick Griffith postuló la existencia de un “principio transformador de las bacterias”. El no pudo establecer la naturaleza química de dicho principio transformador; su trabajo lo continuaron tres investigadores: APORTE DE: Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty: En 1944 lograron aislar el principio transformador que había porstulado Griffith. Encontraron que dicho principio era el DNA. Establecieron que: “el DNA es el material responsable de la transformación genética de las bacterias” “El DNA es el material de la herencia” 15/04/2017

20 APORTE DE HERSHEY Y CHASE 1952Demuestran con su experimento con virus que el ADN viral era el causante de la infección y de la transferencia genética y no las proteínas que conforman la cápside o envoltura viral. Utilizan elementos radiactivos como P y S “marcados”. “El DNA es el material de la herencia y no las proteínas” 15/04/2017

21 ¿En que parte tiene la información genética? NUEVAS INTERROGANTES A raíz del descubrimiento de Avery, McLeod y McCarty, surgen nuevas preguntas con respecto al material hereditario: ¿Cómo es el DNA? ¿En que parte tiene la información genética? ¿Cómo se organiza esta información? ¿A qué se refiere la información que tiene el DNA? ¿Cómo se transmite esta información de padres a hijos? Estos cuestionamientos fueron resueltos por otros investiga-dores, entre ellos: Levene, Chargaff, Watson y Crick. 15/04/2017

22 Phoebus Aaron Levene (1920): APORTE DE: Phoebus Aaron Levene (1920): Este investigador ruso, estableció que en la composición química del DNA participaban las siguientes sustancias: Cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina Una molécula de azúcar: la desoxirribosa Un grupo fosfato: 15/04/2017

23 La composición de bases en el DNA, varía de una especie a otra.APORTE DE: Erwin Chargaff: Entre , utilizó una nueva técnica para analizar la composición de bases nitrogenadas de diversas fuentes de DNA, logrando concluir lo siguiente: En todo tipo de DNA la cantidad de adenina es igual a la de timina mientras que la cantidad de guanina es igual a la de citosina. A = T y G = C El DNA de tejidos diferentes de la misma especie, tiene la misma composición de bases nitrogenadas. La composición de bases en el DNA, varía de una especie a otra. La composición del DNA de una especie no cambia con la edad o nutrición. Fuentes de DNA: hombre, ternera, oveja, rata, gallina, staphylococcus aureus y levadura 15/04/2017

24 APORTE DE WATSON Y CRICKEn 1953, Watson y Crick postularon un modelo tridimensional para explicar la estructura del DNA. Se apoyaron en los trabajos de: Cristalografía de rayos X de Maurice Wilkins y Roslind Franklin Leyes de equivalencias de bases nitrogenadas de Erwin Chargaff. Otros aportes de Watson y Crick: Establecieron un modelo para explicar la autoduplicación del DNA Participaron en el desciframiento del código del DNA o código genético. “La doble hélice” 15/04/2017

25 LOS DESCUBRIDORES DEL MODELO DEL ADNWATSON Y CRICK : LOS DESCUBRIDORES DEL MODELO DEL ADN “La doble hélice” 15/04/2017

26 Estructura de los ácidos nucleicos: DNA y RNANucleótidos Polinucleótidos 15/04/2017

27 ¿CUÁL FUE EL APORTE DE LEVENE ? ¿CÓMO ESTÁ FORMADO UN NUCLEÓTIDO ?En 1920, Phoebus Aaron Levene, estableció que la unidad básica de la estructura de los ácidos nucleicos era el nucleótido. ¿CÓMO ESTÁ FORMADO UN NUCLEÓTIDO ? El nucleótido tiene tres componentes: Una base nitrogenada: Derivada de las purinas o de las pirimidinas. 15/04/2017

28 Una molécula de azúcar: Ribosa o desoxirribosa.Un grupo fosfato: Derivado del ácido fosfórico. 15/04/2017

29 ¿CÓMO SE UNEN PARA FORMAR EL NUCLEÓTIDO?Si tomamos a la molécula de azúcar como el punto de referencia, podemos decir lo siguiente: El grupo fosfato se une al carbono 5 de la molécula de azúcar. La base nitrogenada se une al carbono 1 de la molécula de azúcar. 15/04/2017

30 ¿CUÁNTOS NUCLEÓTIDOS ESTÁN PRESENTES EN LOS ÁCIDOS NUCLEICOS?Los nucleótidos reciben el nombre de la base nitrogenada que aparece en su estructura. Así que tendremos 5 nucleótidos diferentes en los ácidos nucleicos: Nucleótido de adenina. Nucleótido de guanina. Nucleótido de citosina. Nucleótido de timina. Nucleótido de uracilo. 15/04/2017

31 ¿QUÉ ES UN POLINUCLEÓTIDO?La unión de varios nucleótidos forma un polinucleótido. Esto es característico de los ácidos nucleicos. Los principales polinucleótidos son el DNA y el RNA. ¿CÓMO SE UNEN ENTRE SI LOS NUCLEÓTIDOS? La unión es en dirección 3’ – 5’. Esto significa que el enlace se inicia en el carbono 3’ de la molécula de azúcar del primer nucleótido y termina en el carbono 5’ de la molécula de azúcar del siguiente nucleótido. 15/04/2017

32 Con fórmulas Con figuras 15/04/2017

33 ¿QUÉ NUCLEÓTIDOS PARTICIPAN EN EL DNA?En el DNA, la molécula de azúcar es la desoxirribosa. Los nucleótidos son: adenina, guanina, citosina y timina. 15/04/2017

34 ¿QUÉ NUCLEÓTIDOS PARTICIPAN EN EL RNA?En el RNA, la molécula de azúcar es la ribosa. Los nucleótidos son: adenina, guanina, citosina y uracilo. 15/04/2017

35 Estructura de los ácidos nucleicosEstructura del DNA Replicación del DNA 15/04/2017

36 ¿QUÉ SE ACEPTABA SOBRE EL DNA?Para 1952 se aceptaban las siguientes ideas sobre el DNA: Transporta la información genética. La información está almacenada a lo largo de las cadenas de polinucleótidos. La secuencia de nucleótidos determina la informa- ción del DNA. El nucleótido de adenina se aparea con timina, mientras que el nucleótido de guanina se aparea con citosina. 15/04/2017

37 ¿QUIÉN ESTABLECIÓ LA ESTRUCTURA QUÍMICA DEL DNA?Para comprobar todo lo anterior, era necesario conocer la estructura tridimensional del DNA. Esto se logró en 1953 con el trabajo de James Watson y Francis Crick. James Dewey Watson 6-Abril-1928 Francis Harry Crick 8-Junio-1916 Estos dos investigadores, utilizaron la técnica de difracción de rayos X para establecer la estructura del DNA, a la que llamaron: “la doble hélice”. Se apoyaron en los trabajos de Erwin Chargaff y el equipo formado por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. 15/04/2017

38 Las bases nitrogenadas se unen por enlace covalente al azúcar. ¿QUÉ ES LA DOBLE HÉLICE? De acuerdo con Watson y Crick, la estructura del DNA tiene las siguientes características: Es una doble cadena de polinucleótidos; las cadenas son antiparalelas; el extremo 5’ de una de las cadenas se enfrenta al 3’ de la otra cadena El nucleótido de adenina se une al de timina a través de dos puentes de hidrógeno. El nucleótido de guanina se une al de citosina a tra-vés de tres puentes de hidrógeno. Las bases nitrogenadas se unen por enlace covalente al azúcar. El grupo fosfato se enlaza a los azúcares adyacentes por medio de enlace fosfodiéster. 15/04/2017

39 Con fórmulas Con figuras 15/04/2017

40 OTRAS CARACTERÍSTICAS SONLa cadena es helicoidal, semejante a una escalera de caracol. La hélice tiene un diámetro de 2.0 nm; se forma una vuelta cada 3.4 nm. Cada vuelta tiene diez nucleótidos; la distancia entre cada nucleótido es de 0.34 nm. 1 nm = 10 –9 m. La Doble Hélice 15/04/2017

41 ¿DÓNDE SE ALMACENA LA INFORMACIÓN EN EL DNA?P L I C A Ó N D ¿DÓNDE SE ALMACENA LA INFORMACIÓN EN EL DNA? La información genética se encuentra almacenada en la secuencia de nucleótidos. Esta información debe permanecer inalterada todas las veces que la célula se reproduzca o divida. La información debe pasar tal cual a la descendencia. ¿CÓMO SE LOGRA LO ANTERIOR? De acuerdo con Watson y Crick, el DNA forma réplicas de si mismo. Para explicar la forma en que el DNA se duplica, propusieron el siguiente mecanismo: 15/04/2017

42 ¿CÓMO EXPLICAN LA REPLICACIÓN DEL DNA?Por acción enzimática se rompen los puentes de hidrógeno. La doble cadena se abre a manera de una horquilla, quedando las bases nitrogenadas expuestas al medio celular. Las bases expuestas se aparean con los nucleótidos complementarios que se encuentran libres en el medio celular. 4. Al finalizar el proceso se observan dos moléculas de DNA idénticas. 15/04/2017

43 Clic para continuar duplicación15/04/2017

44 Cultivaron E. coli en un medio con nitrógeno pesado (N15) en vez de nitrógeno normal (N14) y compararon la densidad de los ADN aparecidos en sucesivas generaciones con controles. El ADN aparecido en la F1 tiene una densidad intermedia, entre la correspondiente a ADN pesado y ADN ligero. En la F2 aparece una banda correspondiente a ADN ligero y otra intermedia; y en la F3, una intermedia y otra ligera. 15/04/2017

45 La replicación del DNA es semiconservativa, ya queLa replicación del DNA es semiconservativa, ya que en cada cadena existe una sección nueva y otra vieja. 15/04/2017

46 La duplicación semi conservativa del ADN15/04/2017

47 En la replicación del DNA participan varias enzimas, esta duplicación se manifiesta en una cadena en forma contínua y en la otra en forma discontínua ( fragmentos de Okasaky. 15/04/2017

48 15/04/2017

49 Replicación : es el proceso que permite la formación de nuevas copias de la información genética a partir de una molécula patrón. Cada copia de ADN es idéntica a la otra en cantidad y calidad de información genética. La replicación requiere de la separación de las 2 cadenas de la doble hélice, esto se logra a través de una Girasa ( o Topoisomerasa, la cual rompe el giro de la hélice) y la enzima ADN helicasa (que rompe la unión de las bases complementarias). Se forma la horquilla de replicación. Después actúan las proteínas desestabilizadoras de la hélice (estiran la hebra y evitan que se vuelvan a unir las bases complementarias). 15/04/2017

50 Cada cadena de polinucleótidos sirve de molde para la síntesis de una nueva molécula de ADN. La replicación sigue la regla del apareamiento de bases. El ADN es sintetizado por enzimas denominadas ADN polimerasa ( siempre une el nucleótido en el C3´) que son necesarias no solo para la replicación del ADN, sino que también para su reparación. Esta ADN polimerasa sintetizan ADN sólo en el sentido 5' a 3', lo cual crea un problema porque las 2 cadenas del ADN son antiparalelas. Aquella hebra que se enfrenta a la ADN polimerasa con un extremo 3¨ libre, sintetiza una larga cadena complementaria continua en la dirección 5' a 3' (se le llama hebra conductora o lider). 15/04/2017

51 Adán Valenzuela Olaje - Colegio de Bachilleres del Estado de SonoraLa otra cadena o hebra que se denomina retardada, la replicación se efectúa de manera discontinua, sintetizándose cortos fragmentos de ADN, (siempre en dirección 5' a 3') que después son unidos por una ADN ligasa. Para que la ADN polimerasa actúe en la hebra retardada se requieren Fragmentos de Okasaki o ARN cebador. Okasaki fue quien descubrió estos segmentos cortos de ADN (fragmentos de Okasaki) y como era que se sintetizaban. El ARN cebador es fabricado por una enzima llamada primasa y posteriormente degradado por una ribonucleasa. Adán Valenzuela Olaje - Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora 15/04/2017

52 Este ARN cebador posteriormente es retirado por una Endonucleasa, el espacio es llenado por una ADN polimerasa que adiciona los nucleótidos de ADN y terminan de unirse por una ADN ligasa. 15/04/2017

53 Estructura y función del RNATipos de ARN ARN mensajero ARN de transferencia ARN ribosómico 15/04/2017

54 ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL RNA?¿QUÉ ES EL RNA? Es un polinucleótido formado por una sola cadena de nucleótidos. Las bases nitrogenadasque intervienen en su estructura son: Adenina Guanina Citosina Uracilo La molécula de azúcar es la ribosa ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL RNA? Participa en la síntesis de proteínas Hace posible la expresión del DNA en términos de proteínas. 15/04/2017

55 ¿CUÁNTOS TIPOS DE RNA SE CONOCEN?Son varios los RNA que se encuentran en el interior de de la célula, siendo los más conocidos: RNAm o RNA mensajero RNAr o RNA ribosomal RNAt o RNA de transferencia 15/04/2017

56 ¿CÓMO ES EL RNAm? El término mensajero fue acuñado por Francois Jacob y Jacques Monod en 1960. Sol Spiegelman demostró que el RNAm es una copia del DNA, en un código de bases complementarias. Se sintetiza en el interior del núcleo a partir de la cadena 3’ – 5’ del DNA. 15/04/2017

57 ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL RNAm?Copia el mensaje del DNA y lo lleva desde el núcleo hasta el lugar de la síntesis de proteínas, los ribosomas. 15/04/2017

58 ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL RNAr?El RNA ribosomal se sintetiza en el nucleolo y constituye el 80% del RNA celular. Es importante porque forma parte de la estructura del ribosoma y participa en la formación del enlace peptídico. RNAr 28S = 5400 nucleótidos RNAr 5.8S= 158 nucleótidos RNAr 5S = 120 nucleótidos Subunidad grande o 60S Subunidad pequeña o 40S RNAr 18S = 2100 nucleótidos 15/04/2017

59 ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL RNAt?El RNA de transferencia se sintetiza en el núcleo celular. Son pequeños ya que tienen unos nucleótidos. Parece una hoja de trébol con cuatro zonas de doble hélice. Su función es llevar a los amino-ácidos desde el citoplasma hasta el interior del ribosoma, durante la síntesis de proteínas (ver imagen). En una de las asas tiene un triplete llamado anticodón, el cual le permite reconocer el sitio donde deberá pegar al aminoácido. 15/04/2017

60 En uno de los extremos del RNAt se encuentra un triplete que siempre es CCA, leído en dirección 5’-3’. Es el lugar donde se fija el aminoácido para después trasladarlo al interior del ribosoma. Existe al menos un RNAt por cada tipo de amino- ácido, por lo tanto, debe- mos esperar mínimo unos 20 RNAt diferentes. 15/04/2017

61 15/04/2017

62 Tabla del código genéticoAportes de Garrod Beadle y Tatum Y otros científicos Tabla del código genético 15/04/2017

63 ¿QUÉ ES UN CÓDIGO? Es un conjunto de símbolos que nos permiten traducir información de una forma a otra. Ejemplos de códigos: la clave Morse usada en telegrafía, nuestro alfabeto, el lenguaje de los silentes. A nivel biológico tenemos el código genético, el cual permite transmitir información genética de una generación a otra. Para explicar de que manera está estructurado el código genético, revisaremos los trabajos de: Severo Ochoa. Marshall Nirenberg. Archivald Garrod. Beadle y Tatum. George Gamow 15/04/2017

64 ¿CUÁL FUE LA APORTE DE ARCHIVALD GARROD?En 1902, este médico estableció que ciertas enferme-dades, como la alcaptonuria, se debían a la incapacidad del organismo para efectuar ciertos procesos químicos. El concluye que esta enfermedad: Es de naturaleza hereditaria y Se caracteriza por la deficiencia de una enzima. Fenilalanina tirosina p-hidroxifenilpiruvato homgentisato x 4-maleilacetoacetato 4-fumarilacetoacetato Fumarato + acetoacetato La ruta metabólica se interrumpe (X) debido a la inca-pacidad genética para producir la enzima homogen- tisato oxidasa. 15/04/2017

65 ¿A QUÉ SE REFIERE LA INFORMACIÓN DEL DNA?La relación entre deficiencia enzimática y herencia, le hizo comprender que existía una estrecha relación entre los genes y las enzimas. Desde esta época, ya se empezaba a relacionar a los genes con la producción de proteínas. ¿A QUÉ SE REFIERE LA INFORMACIÓN DEL DNA? Entre 1939 y 1941, George Beadle y Edward Tatum postularon la teoría “un gen – una enzima”. De acuerdo a esta teoría, la información que se encuentra dentro de un gen, se refiere exclusivamente a la síntesis de proteínas. 15/04/2017

66 “un gen es una región del genoma que dirige la síntesis de una enzima”Un mensaje en el DNA = un gene = una proteína Cada mensaje en el DNA dice: “fabrique este tipo especial de proteína” 15/04/2017

67 ¿CÓMO ESTÁ ORGANIZADO EL MENSAJE EN EL DNA?George Gamow (1954) suponía lo siguiente: La información del DNA debe estar codificada en la secuen cia de nucleótidos. La secuencia de nucleótidos debe indicar la secuencia de aminoácidos dentro de la proteína. El código del DNA está organizado por tripletes de nucleótidos: TGA, CAC, etc. Cada triplete en el DNA es una orden para pegar un aminoácido en la proteína. 15/04/2017

68 ¿CUÁL FUE EL APORTE DE SOL SPIEGELMAN?La propuesta de Gamow se complementó con el trabajo de Spiegelman, quien estableció que: El DNA se expresa a través del RNAm. El RNAm, copia el mensaje del DNA y lo lleva hasta el citoplasma. P R O T E Í N A A.A. 1 A.A. 2 15/04/2017

69 ¿POR QUÉ UN CÓDIGO DE TRIPLETES?A raíz del descubrimiento de Spiegelman, se empezaron a utilizar las letras del RNA, Ejemplo: AAA, AAC, AAG, AAU. ¿POR QUÉ UN CÓDIGO DE TRIPLETES? El código del DNA tiene 4 letra: A, G, C y T. El código del RNAm también tiene 4 letras: A, G, C y U. Con estas cuatro letras se tienen que especificar los 20 aminoácidos diferentes que están en las proteínas. Un código de 2 letras solo nos permitiría especificar 16 aminoácidos ya que 42=16; nos faltarían cuatro códigos. Un código de 3 letras nos permite especificar sobrada-mente a los 20 aminoácidos ya que 43=64. ¿Este modelo de código es aplicable al DNA? 15/04/2017

70 ¿CÓMO LOGRARON DESCIFRAR EL CÓDIGO DEL DNA?En 1955, Severo Ochoa logró aislar una enzima llamada polinucleótido fosforilasa. Con ella pudo producir RNAm sintéticos, sin necesidad de copiar un DNA; entre ellos varios homopolímeros como el RNA poli-U. Este homopolímero, el poli-U jugó un papel importante en el desciframiento del código del DNA. nucleótidos + polinucleótido fosforilasa = RNAm sintético 15/04/2017

71 RNAm + Extracto celular (ribosomas y enzimas) = proteínasEn esa época, Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei habían observado que al colocar RNAm natural en extractos celulares, se obtenían proteínas. RNAm + Extracto celular (ribosomas y enzimas) = proteínas Posteriormente hicieron el experimento utilizando un RNAm obtenido de otra fuente; un RNAm extraño. 15/04/2017

72 Observaron que no importaba la procedencia del RNAm para inducir la formación de proteínas.Viendo lo anterior, pensaron que si el extracto celular podía producir proteínas a partir de un “RNAm extraño”, también lo podría hacer a partir de un RNAm sintético. Utilizando la técnica ideada por Severo Ochoa, fabrica-ron un homopolímero de uracilo o RNA poli-U. 15/04/2017

73 El triplete UUU codifica para el aminoácido fenilalaninaEste RNA sintético lo adicionaron al extracto celular que contenía lo necesario para la síntesis de proteínas. El resultado fue la producción de un polipéptido formado exclusivamente por el aminoácido fenilalanina. Conclusión: El triplete UUU codifica para el aminoácido fenilalanina El mensaje dictado en el RNAm fue: uracilo..uracilo..uracilo.. La respuesta fue una proteína que decía: fenilalanina...fenilalanina... 15/04/2017

74 La tabla del código genéticoEl trabajo de Nirenberg y Matthaei nos lleva a concluir que: La información del DNA se almacena en la secuencia de nucleótidos. Utiliza un código de tripletes o codones. La información del DNA se refiere a la síntesis de proteínas. Trabajos posteriores permitieron descifrar la totalidad del código genético, surgiendo así una tabla donde se relacionan tripletes y aminoácidos: La tabla del código genético 15/04/2017

75 15/04/2017

76 ¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO?Es universal (con algunas excepciones) ya que es aplicable a todos los organismos. Es un código de tripletes no traslapados. (un nucleótido solamente forma parte de un triplete) Es un código degenerado porque un aminoácido puede ser codificado por más de un triplete. Es unidireccional, se lee en dirección 5’ a 3’. 15/04/2017

77 Síntesis de proteínas Introducción y mapa de conceptos 15/04/2017

78 Transporte de átomos o grupos de átomos. INTRODUCCIÓN El término proteína se deriva de proteios, que significa de primer orden. Las proteínas realizan una gran variedad de funciones dentro del organismo, entre ellas: Transporte de átomos o grupos de átomos. Participan en la formación de estructuras. Unen estructuras. Proporcionan inmunidad contra las enfermedades. Actúan como venenos, etc. Una de las funciones más importantes de las proteínas, es la de actuar como catalizadores biológicos. A estos se les conoce con el nombre de enzimas. 15/04/2017

79 ¿POR QUÉ HABLAR DE SÍNTESIS DE PROTEÍNAS?Las enzimas “catalizan la totalidad de reacciones químicas que ocurren en la célula” o en nuestro organismo. Si una enzima no está presente o tiene defectos, la reacción no ocurre, o bien, ocurre muy lentamente. Esto puede causar trastornos serios a la célula y consecuentemente, al organismo en general. ¿POR QUÉ HABLAR DE SÍNTESIS DE PROTEÍNAS? Porque la información que contiene el DNA se refiere exclusivamente a la síntesis de proteínas. Si el DNA tiene errores, las proteínas serán defectuosas o no se producirán y eso repercutirá en la salud del individuo. 15/04/2017

80 SÍNTESIS DE PROTEÍNAS DNA RNAm Ribosomas RNAt Aminoácidos EnzimasIntervienen SÍNTESIS DE PROTEÍNAS DNA RNAm Ribosomas RNAt Aminoácidos Enzimas Sus etapas son Transcripción Traducción Ocurre en el Núcleo Citoplasma Consiste en Copiar el mensaje del DNA a una cadena de RNAm. La cadena del RNAm es anti- paralela al DNA molde. Sintetizar una proteína si- guiendo las instrucciones del RNAm Tiene 3 fases Ver ejemplo Inicio Crecimiento Terminación 15/04/2017

81 T R A N S C I P Ó ATG GTC TTC TGG TGA TAC CAG AAG ACC ACT DNA RNAmCadena codificadora o hebra con sentido 5’ 3’ ATG GTC TTC TGG TGA TAC CAG AAG ACC ACT DNA 5’ 3’ Cadena templada o hebra molde Transcripción 5’ 3’ RNAm AUG GUC UUC UGG UGA La cadena del DNA que se transcribe es la hebra molde y lo hace a través de un código de bases complementarias. 15/04/2017

82 T R A D U C I Ó N Inicio Las dos subunidades del ribosoma están separadas. El RNAm se ubica sobre la subunidad pequeña (40S). El RNAt iniciador lleva al aminoácido formil metionina y lo ubica en el sitio que le corresponde de acuerdo al mensaje. La unión de la subunidad pequeña, el mensajero y el RNAt iniciador forman el complejo de iniciación. Posteriormente las dos subunidades se acoplan. 15/04/2017

83 T R A D U C I Ó N 15/04/2017

84 El ribosoma inicia la lectura de tripletes. El RNAt lleva a los aminoácidos al interior del ribosoma y los ubica en la posición correcta de acuerdo al orden que dicta el RNAm. Se forma el enlace peptídico entre los aminoácidos vecinos. El ribosoma se corre un espacio para leer el siguiente triplete y se libera uno de los RNAt; el RNAt que llega a la cadena se corre al sitio P. Los pasos se repiten hasta traducir todo el mensaje. 15/04/2017

85 T R A D U C I Ó N TerminaciónEl ribosoma reconoce uno de los tripletes sin sentido: UAA, UAG o UGA. Esto indica que la síntesis ha concluido; ningún RNAt se acopla al triplete sin sentido. Las subunidades del ribosoma se separan y la proteína y el RNAm quedan libres. 15/04/2017

86 Mutaciones Introducción y mapa de conceptos 15/04/2017

87 INTRODUCCIÓN Cualquier cambio en el material genético traerá consecuencias en los individuos. En algunos casos los efectos son visibles, mientras que en otros pasan inadvertidos. Estos cambios pueden ser: Espontáneos. Inducidos por factores físicos o químicos. Provocados por manejo genético. Cuando los cambios afectan a los genes, reciben el nombre de mutaciones. Si el cambio afecta la estructura o número de cromosomas, se denomina aberración cromosómica. En esta presentación revisaremos únicamente los cambios a nivel de genes, por su relación con la síntesis de proteínas. 15/04/2017

88 ¿QUÉ SUCEDE SI SE ALTERA LA ESTRUCTURA DE UN GEN?La información que lleva cada gen se refiere a la síntesis de una proteína específica. Esta proteína está relacionada con alguna función metabólica dentro del organismo. Si un gen se altera, la proteína que este especifica también presentará alteraciones. Este cambio afectará la estructura y función de la proteína y el proceso metabólico asociada a ella puede no ocurrir, o bien, ocurrir lentamente. Los cambios en los genes pueden ocasionar problemas en el individuo o en la especie. 15/04/2017

89 Por sustitución de una basePolidactília Fenilcetonuria Talasemia Caracterizadas por Ejemplos MUTACIONES Cambios en la estructura de los genes Del mismo sentido: La estructura de la proteína no se altera Son de dos tipos Son De sentido equivocado: Al cam- biar una base nitrogenada en el gen, en la proteína se pega un aminoácido diferente Tales como Por sustitución de una base Adición, pérdida o sustitución de una base nitrogenada dentro de un gen Sin sentido: Al sustituir una de las bases, surge un triplete sin sentido y corta el mensaje Y Provocada por Se adicionan o se pierden una o más bases nitrogenadas, por lo que el mensaje se recorre y se lee fuera de fase De construcción recorrida En esta Agentes mutagénicos Los cuales Luz ultravioleta, rayos X Ácido nitroso, hidroxilamina 5-bromouracilo, 2-aminopurina Alteran la estructura de las bases Rompen las cadenas del DNA Ejemplos 15/04/2017

90 Mutación del mismo sentido...TAC TCA GAC ACG ATA... ...AUG AGU CUG UGC UAU... DNA RNAm Proteína Met Ser Leu Cis Tir Transición Cambio de una purina por otra purina DNA normal sin mutaciones T r a n s i c ó ...TAC TCA AAC ACG ATA... ...AUG AGU UUG UGC UAU... DNA RNAm Transcripción Traducción Proteína Met Ser Leu Cis Tir Mutación de sentido equivocado ...TAC TCA AGC ACG ATA... ...AUG AGU UCG UGC UAU... DNA RNAm Proteína Met Ser Ser Cis Tir Mutación sin sentido Transversión ...TAC TCA ATC ACG ATA... ...AUG AGU UAG UGC UAU... DNA RNAm Proteína Met Ser STOP x x Cambio de una purina por una pirimidina 15/04/2017

91 Se incertó un triplete de adeninasDNA normal sin mutaciones ...TAC TCA AAC ACG ATA... ...AUG AGU UUG UGC UAU... DNA RNAm Transcripción Traducción Proteína Met Ser Leu Cis Tir Se incertó un triplete de adeninas Mutación por construcción recorrida ...TAC TCA AAC AAA ACG ATA... ...AUG AGU UUG UUU UGC UAU... DNA RNAm Proteína Met Ser Leu Fen Cis Tir 15/04/2017