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La estructura del material hereditario El ciclo celular El ciclo celular G2 int er pha S se pro meta ana mitosis telo G1 G0 diferenciación o especialización celular G1 = gap; fase de crecimiento S = síntesis; fase de replicación de los cromosomas G2 = gap; fase de preparación de la mitosis El ciclo celular – la interfase centrosoma membrana plasmática citoplasma membrana nuclear fase G1 fase G2 La meiosis – primera división – división reduccional interfase comienzo profase Acontecimiento clave de la profase I meiótica: apareamiento de los cromosomas homólogos La meiosis – primera división – división reduccional profase comienzo metafase metafase Acontecimiento clave de la metafase I meiótica: Formación de una doble placa ecuatorial La meiosis – primera división – división reduccional anafase Acontecimiento clave de la anafase I meiótica: No separación del centrómero telofase y citocinesis citocinesis terminada Acontecimiento clave de la telofase meiótica: Reducción del número de cromosomas a la mitad; cada cromosoma está formado por dos cromátidas. El ciclo celular – la mitosis anafase telofase y citocinesis citocinesis terminada Resultado de la mitosis: Se obtienen dos células hijas de dotación cromosómica idéntica a la de la célula madre (2n). La meiosis – segunda división – división ecuacional profase II citocinesis terminada metafase II La meiosis – segunda división – división ecuacional metafase II anafase II telofase y citocinesis II La meiosis – balance A partir de una célula madre diploide (con 2n cromosomas)... ...cuatro células hijas haploides (con n cromosomas). ...se obtienen... El cariotipo humano El cariotipo humano – trisomía 21 El cariotipo humano – elaboración Los cromosomas – estructura detallada Los cromosomas – aspecto exterior Los cromosomas estructura detallada palabras claves: histonas centrómero cromátida telómero hebra doble hélice La estructura de los ácidos nucleicos ácido fosfórico: bases nitrogenadas: púricas: A y G pirimídicas: C, T (para el ADN) pirimídicas: C, U (para el ARN) un azúcar (pentosa C5) ribosa (para el ARN) desoxirribosa (para el ADN) ADN ARN La estructura de los ácidos nucleicos – química 1 1. el azúcar: ribosa b-ribosa ARN 2. ácido fosfórico 2-desoxi-b-ribosa ADN La estructura de los ácidos nucleicos – química 2 3. las bases nitrogenadas adenina guanina uracilo citosina timina La estructura de los ácidos nucleicos ácido fosfórico: nucleósidos adenosina guanosina uridina citidina timidina azúcar (pentosa C5) nucleótidos ribosa (para el ARN) adenosina monofosfato (AMP) desoxirribosa (para el ADN) guanosina monofosfato (GTP) uridina monofosfato (UTP) citidina monofosfato (CTP) timidina monofosfato (TTP) ADN / ARN las diferencias ADN ARN azúcar desoxirribosa ribosa bases A, G, C, T A, G, C, U estructura hebra doble, complementaria, antiparalela y plectonémica localización núcleo hebra simple función ARNm, ARNt, ARNr genes núcleo y citoplasma ARNn, Estructura de los ácidos nucleicos - complementaridad ADN ARN La estructura de los ácidos nucleicos – doble hebra Paso de hélice: 34 A = 10 pares de bases. Diámetro = 20 A. El código genético corresponde a la secuencia de los tripletes de bases del ADN. El ADN El ARN ARNt estructura real y extendido Ribosoma y ARNr dentro de él ARNm procariota y eucariota La función de los ácidos nucleicos – el dogma central ADN transcripción ARNm traducción replicación proteína ARNt ARNr El ADN: la replicación o duplicación del ADN Para explicar la duplicación de un ADN bicatenario, se propusieron tres hipótesis. Todas se basaban en la utilización de la molécula de ADN "madre" como matriz para su replicación, pero mediante procesos diferentes La hipótesis semiconservativa La hipótesis conservativa La hipótesis dispersiva El ADN: la replicación del ADN – Meselson y Stahl 1958 Para demostrar cuál de las tres hipótesis era la correcta, Meselson y Stahl cultivaron E. coli durante varias generaciones en un medio que contenía 15NH4Cl como única fuente de nitrógeno (nitrógeno pesado), de forma que el ADN sintetizado era pesado. En un momento dado (t = 0), transfirieron el cultivo a un medio que contenía 14NH4Cl (nitrógeno normal) y a intervalos regulares tomaron células para extraer el ADN y analizarlo por centrifugación en gradiente de cloruro de cesio. Esta técnica permite separar las moléculas en función de su densidad: la densidad en el tubo aumenta gradualmente hacia el fondo del tubo, de forma cuanto más densas son las moléculas de ADN, más migran hacia el fondo. Los resultados fueron los siguientes: El ADN: la replicación del ADN – Meselson y Stahl El ADN: la replicación del ADN – Meselson y Stahl t = 0: una banda abajo t = 1ª generación: una banda en el medio t = 2ª generación: una banda en el medio y una banda arriba Conclusión: La hipótesis correcta es la semiconservativa; cada hebra de la molécula original sirve de matriz para la síntesis de una hebra complementaria, de forma que tras un ciclo de duplicación se tienen dos moléculas de ADN híbridas, formadas por una hebra de la molécula original emparejada con una hebra nueva. El ADN: la replicación del ADN – Meselson y Stahl - premisas Hay que destacar algunos puntos importantes de este experimento. En primer lugar el hecho de que es preciso separar los ADN en un gradiente que permita distinguir sus muy ligeras diferencias de densidad; una "simple" centrifugación no basta. La utilización de un gradiente de cloruro de cesio es pues un punto fundamental del protocolo. Además, las observaciones fueron posibles sólo porque Meselson y Stahl habían conseguido poblaciones de bacterias síncronas (durante algunas generaciones). Muchos autores (y en particular, libros de texto) omiten estos puntos fundamentales... lo que hace perder todo sentidos a sus conclusiones... El ADN: la replicación en los eucariotas El mecanismo es similar al de los procariotas pero presenta dos diferencias principales: En cada cromosoma hay varias burbujas de replicación que actúan simultáneamente. Los cromosomas son lineales: tienen telómeros que pierden un pequeño fragmento al final en cada replicación y sólo permiten un limitado número de reproducciones celulares (reloj celular). La síntesis de proteínas: introducción Complejo mecanismo que se subdivide en dos partes: transcripción y traducción. Tiene como objetivo la construcción de proteínas de acuerdo a las instrucciones contenidas en el ADN (genes). Procariotas Eucariotas Genes Continuos (a menudo policistrónicos). Discontinuos, con intrones y exones. ADN De fácil acceso. Asociado con histonas para formar la cromatina. Localización Transcripción y traducción simultáneas en el citoplasma. Transcripción en el núcleo y traducción en el citoplasma. Maduración del ARN Solamente del ARNr u ARNt En los tres tipos de ARN. ARN polimerasa Un solo tipo de ARN polimerasa Un tipo de ARN polimerasa para cada tipo de ARN. La síntesis de proteínas: introducción La transcripción La transcripción en eucariotas Esencialmente similar a la de los procariotas, pero con dos grandes diferencias: Mayor complejidad de los mecanimos de iniciación (menor accesibilidad del ADN a las polimerasas debido a su unión con las histonas, mayor cantidad de genes y necesidad de una modulación más complicada en organimos complejos a menudo pluricelulares). La transcripción en eucariotas Maduración postranscripcional del ARNm: Adición de una cola de poli-A. Eliminación de intrones y pegado de los exones restantes (splicing). Esto permite gran versatilidad: los ARNtp procedentes de un mismo gen pueden ser madurados de forma distinta en diferentes células de un ser vivo. Heterohíbrido de un ARNm maduro con el ADN molde monocatenario del que procede (TÉCNICA). La transcripción: Los ARNt La representación tridimensional pone de relieve las regiones internas con apareamiento de bases. sitio de unión del aminoácido (en C3’ terminal, siempre CCA) La representación en hoja de trébol pone de relieve los tres bucles del ARNt puentes de hidrógeno bucle cada ARNt es específico de un aminoácido anticodon: tres bases que interactúan con el ARNm La transcripción – símbolos utilizados La transcripción: Los ARNt Enlace de alta energía ATP ADP + Pi + ARNt metionina H2O metionil-ARNt La traducción: iniciación Subunidad grande de un ribosoma sitio P sitio A ARNt de inicio (=f-MET-ARNt) ARNm 3’ 5’ codon de inicio Subunidad pequeña de un ribosoma La traducción: elongación ARNm 3’ 5’ ATP ATP ADP+Pi ADP+Pi 1. fijación del aa-ARNt (aquí PHE p.ej.) al sitio A consumo de energía 2. formación del enlace peptídico 3. translocación del complejo consumo de energía liberación del sitio A liberación de l’ARNt precedente La traducción: elongación ARNm 3’ 5’ ATP ATP ADP+Pi ADP+Pi La traducción: terminación ARNm 3’ 5’ ATP disociación del complejo corte del primer aa (f-MET) maduración de la proteína ADP+Pi La traducción « Microsoft » Código genético 2m e lettre U U UUU phénylalanine C A G U UUC phénylalanine UCC sérine UAC tyrosine UGC cystéine C UUA leucine UCA sérine UAA codon-stop UGA codon-stop A UUG leucine UCG sérine UAG codon-stop UGG tryptophane G CCU proline CAU histidine CGU arginine C CUU leucine U CUC leucine CCC proline CAC histidine CGC arginine C CUA leucine CCA proline CAA glutamine CGA arginine A CUG leucine CCG proline CAG glutamine CGG arginine G 1ère lettre A AUU isoleucine ACU thréonine AAU asparagine AGU sérine U 3m e lettre AUC isoleucine ACC thréonine AAC asparagine AGC sérine C AUA isoleucine ACA thréonine AAA lysine AGA arginine A AUG méthionine ACG thréonine AAG lysine AGG arginine G GCU alanine GAU acide aspartique GGU glycine G GUU valine U GUC valine GCC alanine GAC acide aspartique GGC glycine C GUA valine GCA alanine GAA acide glutamique GGA glycine A GUG valine GCG alanine GAG acide glutamique GGG glycine G Ce tableau donne les diverses combinaisons possibles des nucléotides de l'ARN et leur "signification" UCU sérine UAU tyrosine UGU El código genético es universal y degenerado. cystéine G E N É T I C O lectura centrífuga C Ó D I G O La traducción: regulación de la expresión génica La regulación de la expresión génica Jacques Monod & François Jacob 1910 - 1976 & 1920 - La traducción: regulación de la expresión génica Los genes estructurales son transcritos a ARNm, después traducidos en proteínas. Si todos les genes funcionaran al mismo tiempo, eso llevaría a un desperdicio de energía. La célula debe reconocer y reaccionar frente a las situaciones en las que la producción de una proteína específica es deseable. Este fue un descubrimiento mayor para comprender los mecanismos de regulación génica. Trata del análisis de la regulación del metabolismo de la lactosa y condujo al concepto de operón. La traducción: regulación de la expresión génica El concepto de operón Un operón es un conjunto lineal de genes estructurales cuyo funcionamiento es controlado por un promotor y un operador. La actividad del operón es determinada por una molécula represora cuya síntesis depende de un gen regulador separado del operón. La traducción: regulación de la expresión génica, el operón lac Modelo del operón lactosa, operón inducible en E.coli El operón consta de los genes estructurales Z, Y y A (a veces se nombran S1, S2 y S3), un sitio operador (O) y un sitio promotor (P). Los genes estructurales codifican para la síntesis de enzimas implicadas en el metabolismo de la lactosa, a saber: una b-galactosidasa una permeasa una transacetilasa Un gen regulador (R) situado al exterior del operón lac codifica para una proteína llamada represora. En ausencia de lactosa, la proteína represora tiene afinidad por el sitio operador del operón lactosa. Esta fijación impide la traducción de los genes estructurales porque el sitio de iniciación que es le sitio promotor no es accessible a la ARN-polimerasa. En consecuencia no ay síntesis de enzimas. Se dice que el operón lactosa esta reprimido. La traducción: regulación de la expresión génica, el operón lac En presencia de lactosa, la proteína represora forma con la lactosa un complejo que ya no puede fijarse al sitio operador. El sitio P se hace accessible a la ARNpolimerasa, luego habrá transcripción y traducción. Se dice que el operón lactosa es inducido por el sustrato. La traducción: regulación de la expresión génica, el operón lac operón regulador ARN promotor polimerasa operador genes estructurales ¡No hay transcripción! ¡No hay enzimas ! ARNm Como no hay lactosa, no puede haber catabolismo de lactosa, luego las enzimas no son necesarias represora La traducción: regulación de la expresión génica, el operón lac operón regulador promotor operador ARN polimerasa genes estructurales ARNm policistrónico ARNm E1 represora lactosa E2 catabolismo E3 La traducción: regulación de la expresión génica, el operón his operón regulador promotor operador ARN polimerasa genes estructurales ARNm policistrónico ARNm E1 represora E2 E10 La traducción: regulación de la expresión génica, el operón his operón regulador ARN promotor polimerasa operador genes estructurales ¡No hay transcripción! ¡No hay enzimas! ARNm ¡No hay biosíntesis de histidina! histidina represora regulación de la expresión génica l’operador his La traducción operón regulador ARN promotor polimerasa operador genes estructurales Estado inducido: hay transcripción represora operón promotor regulador operador genes estructurales ARN polimerasa Estado reprimido por el efector: no hay transcripción Hay represión por el producto de la reacción: es el caso general de las reacciones anabólicas (de síntesis).
