Download 3 - Colegio San Prudencio Ikastetxea

GENÉTICA
2º BACHILLERATO
2007 – 2008
PROFESORA: LOLA ESCRIBANO
GENÉTICA MOLECULAR
• El ADN
PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
EXPERIMENTO DE GRIFFIT
LOS GENES ESTÁN EN LOS CROMOSOMAS
• GEN= UNIDAD GENÉTICA
HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO
DE LA ESTRUCTURA DEL ADN
Haz clik sobre el dibujo y podrás ver una serie de animaciones en diez
diapositivas que muestran la historia del descubrimiento de la estructura
del ADN, los caminos que se abrieron con dicho descubrimiento y una
breve explicación del mecanismo de replicación
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA
MOLECULAR
• UN GEN = UNA ENZIMA O PROTEÍNA
• UN GEN = UN POLIPÉPTIDO
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA
MOLECULAR
ADN
ARN
1
1: TRANCRIPCIÓN
2: TRADUCCIÓN
POLIPÉPTIDO
2
ESTRUCTURA DE UN GEN EUCARIOTA
LO QUE REALMENTE SE EXPRESA
LA TRANSCRIPCIÓN SE REALIZA EN SENTIDO 5´ 3´
Transcripción del
ARNm
MADURACIÓN DEL ARN
UBICACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
MOLÉCULAS QUE INTERVIENEN
ARNm
ARNt
TRADUCCIÓN
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE
PROTEÍNAS
Subunidad menor del ribosoma
5’
P
A
AAAAAAAAAAA 3’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
UAC
Anticodón
(i)
Codón
ARNt
ARNm
1er aminoácido
TRADUCCIÓN
Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el
ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del
codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln
se le llama región aminoacil (A).
Subunidad menor del ribosoma
P
A
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
UAC GUU
(i)
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GUU
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda
en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la
entrada del complejo ARNt-aa3
P
A
ARNm
AAAAAAAAAAA
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GUU
3’
Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del
complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GUU ACG
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GUU ACG
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina
(Glu).
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
ACG
(i)
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-CysGlu-Met en la región peptidil del ribosoma.
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
ACG
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la
leucina.
P
A
ARNm
AAAAAAAAAAA 3’
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
ACG
AAU
Leu
Elongación X: Este se sitúa en la región aminoacil (A).
P
A
ARNm
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
AC G AAU
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu).
Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición
ARNm
P
A
5’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
AAU
AAAAAAAAAAA 3’
Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).
ARNm
P
A
5’
AAAAAAAAAAA 3’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
AAU
GCU
Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la
arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la
6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.
ARNm
P
A
5’
AAAAAAAAAAA 3’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GCU
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
TRADUCCIÓN
Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian
y se separan del ARNm.
ARNm
P
A
5’
AAAAAAAAAAA 3’
AU G CAA U G C U UA C GA UAG
GCU
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del
hialoplasma.
ARNm
AAAAAAAAAAA 3’
5’
A U G C A A U G C U U A C GA U A G
(i)
TRADUCCIÓN
CÓDIGO GENÉTICO
TRANSCRIBE Y TRADUCE UN GEN
Ejercicios interactivos
• http://learn.genetics.utah.edu/es/units/basi
cs/transcribe/ (en esta página encontrarás un
ejercicio para fabricar tu propia proteína y una nociones
básicas con animaciones de ADN, genes, herencia que
están en inglés pero se entienden muy bien)
TRADUCCIÓN
POLIRRIBOSOMA O POLISOMA
• POLISOMA CON SIETE
RIBOSOMAS
POLISOMAS EN EL HIALOPLASMA
CELULAR
¿CÓMO SE REGULA LA EXPRESIÓN
GÉNICA?
• EN PROCARIOTAS:
– OPERÓN : CONTROL NEGATIVO
– AMPc: CONTROL POSITIVO
OPERÓN LAC
Regulación 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
Regulación 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
Operón LAC
activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a.
Operón LAC
Regulador
Operador
Gen x
Gen y
Gen a
ARNm
Transcripción
Represor
Traducción
Represor
inactivo
Lactosa
Enzimas para
metabolizar la lactosa
Regulación del operón de la vía del triptófano E. coli. Si no hay triptófano el represor está en su forma
inactiva. Los genes estructurales de la vía del triptófano se transcribe y se traducen, con lo que se sintetiza el
triptófano necesario para la célula.
Operón reprimible
Regulador
Operador
Gen a
Gen b
Gen c
ARNm
enzimas
Represor
inactivo
Vía metabólica del triptófano
triptófano
….. cuando ya hay suficiente triptófano
Regulación del operón de la vía del triptófago en E. coli. Cuando hay demasiado triptófano, este se une
al represor y lo activa. El represor se une al operador, inactivándolo. Los genes a, b y c no se transcriben ni se
traducen, con lo que la vía de síntesis del triptófano se paraliza. Lo que asegura que no se sintetice una
cantidad excesiva de triptófano.
Operón reprimible
Regulador
Operador
Gen a
Gen b
Gen c
ARNm
enzimas
Represor
inactivo
Vía metabólica del triptófano
Represor
activo
triptófano
¿CÓMO SE REGULA LA EXPRESIÓN
GÉNICA?
EN EUCARIOTAS:
– ESTADO DE LA CROMATINA: EL ADN FUERTEMENTE CONDENSADO NO
SE EXPRES MIENTRAS QUE EL MENOS EMPAQUETADO SE
TRANSQUIBEN MAS FÁCILMENTE
– HORMONAS:
• HORMONAS LIPÍDICAS: ATRAVIESAN LA MEMBRANA
SE DIRIGEN AL NÚCLEO SE UNEN AL ADN E INDUCEN
LA TRADUCCIÓN
• HORMONAS PROTÉICAS: POR SU GRAN TAMAÑO NO
ATRAVIESAN LA MEMBRANA, SE UNEN A RECEPTORES
DE MEMBRANA INDUCIENDO LA FORMACIÓN DE AMPc
QUE SE DIRIGE AL NÚCLEO DONDE SE UNIRÁ A
PROTEÍNAS REGULADORAS DE LA TRANSCRIPCIÓN
DUPLICACIÓN DEL ADN
• HIPÓTESIS:
Conservativa
Semiconservativa
Dispersiva
EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL
HORQUILLAS DE REPLICACIÓN
HORQUILLAS VISTAS A TRAVÉS DE UN M.E.
COMIENZO DE LA REPLICACIÓN
DUPLICACIÓN
SI EL SENTIDO DE LA DUPLICACIÓN ES 5´ 3´…….
…..¿CÓMO SE COMPIAN LAS DOS HEBRAS?
5´
3´
3´
3´
5´
5´
3´
5´
DUPLICACIÓN
SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
A MEDIDA QUE LA
ESTA HEBRA
HÉLICE
SE VASE COPIA
DE
FORMA
ABRIENDO CONTÍNUA
ESTA
EN
SENTIDO
5´ 3´
HEBRA SE SIGUE
COPIANDO DE FORMA
CONTÍNUA
SIMULTANEMENTE
LA ADNpol
ESTA
HEBRAQUE
SE DUPLICARÁ
A MEDIDA
SE
ABRE LA DEDE
ELIMINARÁ
LOS
FRAGMENTOS
FORMA
DISCONTINUA.
LA ARNpol
HÉLICE
SESUSTITUIRÁ
VAN A FORMAR
ARN
Y LOS
POR
SINTETIZA
UN
FRAGMENTO
DEADN.
ARN
FRAGMENTOS
QUE
POSTERIORMENTE
LA
ADN
ligasa
QUE
UTILIZARÁ COMO
LA
CONTENDRÁN
ARN YPRIMER
ADNDE ADN
UNIRÁ
LOS
FRAGMENTOS
ADNpol
(FRAGMENTOS DE OKAZAKI)
RESULTANTES
LIGASA
ADNpol
3´ARN
NUEVO
ARN
5´
SEGUNDO
FRAGMENTO DE
OKAZAKI
3´
5´
5´
PRIMER FRAGMENTO DE
OKAZAKI
HEBRA CONTÍNUA O
CONDUCTORA
HEBRA
DISCONTÍNUA O
RETARDADA
LOLA ESCRIBANO
DUPLICACIÓN
A MEDIDA QUE LA HÉLICE SE DUPLICA SE VA
UNIENDO A HISTONAS PARA FORMAR LA
CROMATINA
HEBRA
CONDUCTORA
HISTONA
HISTONA
HEBRA
RETARDADA
MUTACIONES
MUTACIONES EN DROSOPHILA MELANOGASTER (MOSCA DEL VINAGRE)
MUTACIONES
DEFINICIÓN Y CLASES
MUTACIÓNES GÉNICAS
MUTACIONES GÉNICAS
ADN original
A
T
T
A
C
G
A
G C
T
A
C
T
C
G
T
G
C
A
C
T
G
C
A
A
G C
G
T
G
Agente físico
o químico
A
T
T
A
C
G
A
G C
T
A
T
C
G
C
G
G A
T
A
T
G
A
ADN con mutación génica
C
C
G
A
T
C
G
MUTACIONES GÉNICAS
TRANSICIONES Y TRANSVERSIONES
EJEMPLO DE MUTACIÓN GÉNICA: ALBINISMO
MUTACIONES GÉNICAS
ADICIONES Y DELECCIONES
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
ESTRUCTURALES
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
ESTRUCTURALES
DELECCIÓN
DUPLICACIÓN
TRASLOCACIÓN
RECÍPROCA
INVERSIÓN
INSERCIÓN
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
ESTRUCTURALES
CROMOSOMA 16
NORMAL
CROMOSOMA 16
CON DELECCIÓN
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
ESTRUCTURALES
CROMOSOMA 10 CROMOSOMA 10
NORMAL
CON INVERSIÓN
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
ESTRUCTURALES
SÍNDROME DEL GRITO
DE GATO. CRI DU CHAT,
DELECCIÓN DE PARTE
DE UN BRAZO DEL
CROMOSOMA 5
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
NIÑA CON
SÍNDROME
DE DOWN
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
UNA DE LAS
ALTERACIONES DEL
SÍNDROME DE PATAU: EL
LABIO LEPORINO Y
POLIDACTILIA
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
NIÑO CON
SÍNDROME DE
EDWARS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
MUTACIONES CROMOSÓMICAS
NUMÉRICAS O GENÓMICAS
GÓNADAS POCO
DESARROLLADAS Y
ASPECTO
AFEMINADO
EL CÁNCER
CÉLULAS
TUMORALES
EL CÁNCER
EL CÁNCER
CÁNCER
PREVENCIÓN
CÁNCER DE PULMÓN
PULMONES DE UN FUMADOR AL LADO DE LOS DE UN NO FUMADOR
CÁNCER DE PIEL
a
MELANOMAS:
b
LUNAR NORMAL
MELANOMA DE IRIS
LUNAR ATÍPICO:
MELANOMA
ENde
LA NARIZ
borde
desigual, mas
5mm,mezca de colores.
Riesgo de melanoma
Cáncer de piel,
aparecen colores
nuevos (a); los
bordes se hacen
irregulares (b) o
agranda (c). Un
melanoma es un
cáncer
potencialmentes
mortal
ALBINO CON MELANOMAS
c
INGENIERÍA GENÉTICA
INGENIERÍA GENÉTICA
PCR
FASES DE LA PCR
•
Desnaturalización: consiste en separar las dos hebras de ADN. Para ello, esta etapa se realiza a
una temperatura superior a la temperatura de fusión. Es una fase corta, que dura entre 30 y 120
segundos.
•
Hibridación, o templado: se induce a un enfriamiento brusco de la mezcla, lo que genera la unión
de los cebadores con las hebras de ADN. Esta fase dura entre 10 y 120 segundos y se realiza a
una temperatura entre 37 y 65ºC.
•
Replicación, o elongación, o polimerización: es la fase en la que el ADN se amplifica. Dura entre
uno y tres segundos, a una temperatura de unos 75º C. La replicación de esa secuencia se realiza
en sentido 5' → 3'. Termina cuando lee toda la hebra molde, o hasta que empieza el siguiente
ciclo.
UTILIDAD DE LA PCR
(… ENTRE OTRAS…)
INGENIERÍA GENÉTICA
TRANSFERENCIA DE GENES
MEDIANTE PLÁSMIDOS
INGENIERÍA GENÉTICA
TRANSFERENCIA DE GENES
MEDIANTE PLÁSMIDOS
CREAN EXTREMOS
COHESIVOS
INGENIERÍA GENÉTICA Y
ENFERMEDADES
INGENIERÍA GENÉTICA EN
HUMANOS
INGENIERÍA GENÉTICA Y
PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
TÉCNICAS:
- PLÁSMIDOS
- MICROINYECCIÓN
El organismo resultante será un
ser TRANSGÉNICO
- MICROBALAS
Balas de metal
impregnadas de ADN
INGENIERÍA GENÉTICA Y
PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
INGENIERÍA GENÉTICA EN
ANIMALES
INGIENERÍA GENÉTICA
RIESCOS
PROYECTO GENOMA HUMANO
•
•
•
El Proyecto Genoma Humano (PGH) (Human Genome Project en
inglés) consiste en determinar las posiciones relativas de todos
los nucleótidos (o pares de bases) e identificar los 20.000 a 25.000
genes presentes en él.
El proyecto, dotado con 3.000 millones de dólares, fue fundado en
1990 por el Departamento de Energía y los Institutos de la Salud
de los Estados Unidos, con un plazo de realización de 15 años.
Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el
campo de la genómica (especialmente, en el análisis de
secuenciación), así como los avances en la tecnología informática,
un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2003
(anunciado conjuntamente por el presidente Bill Clinton y el
primer ministro británico Tony Blair el 26 de junio, 2003), dos años
antes de lo planeado.
El Genoma Humano es la secuencia completa de ADN de un ser
humano. . El genoma humano está compuesto por
aproximadamente entre 25000 y 30000 genes distintos, unos son
genes reguladores, otros genes codifican proteinas; si bien la
secuencia codificante de proteínas supone menos de un 1,5% de
la secuencia.
PROYECTO GENOMA HUMANPO
• El conocimiento de la secuencia completa del genoma humano es
una potente herramienta para la investigación en biomedicina y
genética clínica, potenciando el avance en el conocimiento de la
patogenia de enfermedades poco conocidas, en el desarrollo de
nuevos tratamientos y de mejores diagnósticos.En la actualidad la
ciencia de la genómica está aun bastante lejos de poder plantear
seriamente los problemas éticos, sociales y jurídicos que sin
embargo están siendo ya ampliamente debatidos. Por ejemplo,
hipotéticamente el conocimiento del genoma humano podría facilitar
la realización de prácticas eugenésicas, de selección sistemática de
embriones, la discriminación laboral o en la suscripción de seguros
de vida, basada en la diferente predisposición a padecer ciertas
enfermedades, etc. Esto exige una exhaustiva regulación legislativa
relativa al uso del conocimiento del genoma humano, pero no
debería suponer un impedimento al avance en dicho conocimiento,
que es en sí mismo inocuo.
PROYECTO GENOMA HUMANO
•
El trabajo de interpretación del genoma no ha hecho nada más que
empezar. Los beneficios de conocer e interpretar el genoma se esperan
fructíferos en los campos de la medicina y de la biotecnología,
eventualmente conduciendo a tratamientos o curas de cáncer, Enfermedad
de Alzheimer y otras enfermedades.
• En un nivel más filosófico, el análisis de semejanzas entre secuencias de
ADN de diferentes organismos abre un nuevo camino en el campo de la
evolución. En muchos casos, preguntas que permanecían sin respuesta
pueden ser ahora estudiadas o contestadas en términos de biología
molecular.
• El año 2003 marca dos hitos en la historia de la genómica
– La finalización de la secuencia del genoma humano
– El 50 aniversario del descubrimiento de la doble hélice del ADN
Uno de los objetivos del PGH desde su inicio fue la creación de un programa que
analizara sus implicaciones éticas, legales y sociales: el ELSI (siglas de Ethical,
Legal and Social Implications).
Actualmente, pese a que la Human Genoma Organization (HUGO) intenta
coordinar diferentes programas de investigación de dieciocho paises, predomina
la descoordinación y no siempre se sabe la línea de investigación de
determinados grupos. Las legislaciones estatales van bastante atrasadas
respeto a los resultados obtenidos y a los intereses de las multinacionales que
han hecho sus inversiones.
CLONACIÓN
• TRANSFERENCIA NUCLEAR
OVEJA A
SE ESTRAE UNA CÉLULA
DEL ANIMAL QUE SE
QUIERE CLONAR
SE EXTRAE EL
NÚCLEO
SE INTRODUCE
EL NÚCLEO EN
EL ÓVULO
SE INPLANTA EL
ÓVULO EN UNA
MADRE
PORTADORA
OVEJA B
OVEJA C
SE EXTRAE UN
ÓVULO NO
FECUNDADO
SE ELIMINA EL
NÚCLEO
DOLLY, CLON DE
LA OVEJA A
CLONACIÓN
CÉLULAS MADRE EN TRANSPLANTES
FIN