¡Descarga Resumen bloque selectividad y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
BLOQUE 3: GENÉTICA Y EVOLUCIÓN
TEMA 11: GENÉTICA MOLECULAR
11.1. LA NATURALEZA MOLECULAR DE LOS GENES
Genética molecular: Estudia mecanismos de transmisión y expresión de la información genética, que determinan las funciones y estructuras celulares. Concepto de gen: Mediante distintos experimentos se descubrió que los caracteres están determinados por fragmentos de ADN, que contenían información para una proteíNA específica (unidad de almacenamiento de la información genética, unidad de herencia y unidad de expresión génica). Definición actual: agrupación funcional de secuencias genómicas (ADN o ARN) que codifican un conjunto coherente y específico de productos funcionales (ARN y proteínas) potencialmente solapantes.
11.2. LA EXPRESIÓN GÉNICA
Decodificación de la información contenida en un gen en un polipéptido concreto. La expresión génica implica dos pasos consecutivos: transcripción (ADN a ARN) y la traducción (ARN a polipéptido). No todos los genes dan lugar a proteínas (por ejemplo: ARNr, ARNt…), por lo que no se traducen. Regiones del gen: Promotor : Secuencias consenso no codificantes de bases específicas que señalizan la región donde comienza el gen y el nucleótido a partir del que se debe iniciar la transcripción (en el extremo 3’) Región codificante : Secuencia con la información necesaria para la síntesis de una cadena de ARN específica. Región terminadora : Región no codificante con secuencias terminadoras específicas que señalan donde acaba el gen y marcan el punto final de la transcripción.
11.3. LA TRANSCRIPCIÓN
Proceso por el que la secuencia de bases de un gen se utiliza como molde para sintetizar una molécula de ARN gracias a las enzimas ARN polimerasas. Etapas:
1. Formación del complejo ARN polimerasa-promotor: La ARN polimerasa reconoce las secuencias consenso del promotor y se une a ellas. Avanza desenrollando y separando las dos cadenas de ADN formando la burbuja de transcripción para que la cadena llamada antisentido (3’→5’) sirva de molde. 2. Inicio de la transcripción y elongación de la cadena de ARN: La ARN polimerasa avanza colocando un ribonucleótido con la base complementaria y a continuación cataliza la formación de los enlaces fosfodiéster que los unen entre sí. Crece en dirección 5’→3’ y se va separando del molde por su extremo 5’. 3. Terminación de la transcripción: Cuando la ARN polimerasa encuentra la secuencia terminadora se libera el extremo 3’ del ARN sintetizado se libera y la burbuja se cierra. En procariotas ocurre en el citoplasma En eucariotas ocurre en el núcleo celular, el estroma de los cloroplastos y matriz de las mitocondrias, hay tres tipos de ARN polimerasas, necesitan factores de transcripción (proteínas que controlan la transcripción), la secuencia consenso es la caja TATA y el ARN transcrito es un pre-ARN o ARN primario que necesita sufrir un proceso de maduración ya que los genes son discontinuos y tienen secuencias no codificantes ( intrones ) entre las secuencias codificantes ( exones ).
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
En retrovirus tiene lugar la retrotranscripción : Síntesis de ADN bicatenario a partir de ARN monocatenario por la enzima retrotranscriptasa. La maduración (solo en eucariotas) del ARN transcrito primario ocurre en el núcleo y consta de tres procesos: Capping : Unión de la estructura cap en el extremo 5’ que protege al ARN de las exonucleasas del citoplasma y permite su unión con el ribosoma. Poliadenilación : Unión de la cola poli-A (cadena de residuos de adenina) en el extremo 3’ que estabiliza el ARN y regula la traducción. Splicing : Eliminación de los intrones gracias a enzimas.
11.4. LA TRADUCCIÓN
Síntesis de polipéptidos usando como molde la cadena de ARNm resultado de la transcripción. Necesita ATP y unas enzimas llamadas factores proteicos (de iniciación, elongación y liberación) Implica la transferencia de información entre dos macromoléculas diferentes (ARN y polipéptido) gracias a: Ribosomas : Partículas ribonucleoproteicas responsables de la síntesis de las proteínas. Tienen una subunidad pequeña y una grande con un complejo enzimático llamado peptidil transferasa que cataliza la formación de los enlaces peptídicos. Los ribosomas tienen tres sitios de unión de los ARN transferentes: o Sitio A: aloja los aminoacil ARNt con sus aminoácidos. o Sitio P: donde crece la cadena polipeptídica. o Sitio E: aloja los ARNt que van a abandonar el ribosoma después de separarse del aminoácido que portaban. ARN transferentes: Transportan aminoácidos hasta el ribosoma y los ubican en el lugar que corresponda según la información codificada en los codones de ARNm. Se unen de forma específica a los aminoácidos por el extremo 3’ gracias a la enzima aminoacil- ARNt sintetasa, cada ARNt con un anticodón determinado se unirá a su aminoácido correspondiente, por lo que son moléculas que hacen de “diccionario” estableciendo la correlación entre cada codón de ARNm y un aminoácido.
11.5. LA REPLICACIÓN DEL ADN
Proceso por el que a partir de una molécula de ADN progenitora, se sintetizan dos nuevas moléculas de ADN hijas con una secuencia idéntica a la original.
ADN polimerasas : Pueden ser de varios tipos (I,II y III). Poseen:
o Actividad polimerasa 5’→3’ por adición de nucleótidos (como las ARN polimerasas pero a diferencia de éstas para
iniciar la síntesis necesitan un extremo 3’ OH cebado r de una cadena preformada ya unida a la cadena molde y no pueden desenrollar el ADN).
o Actividad exonucleasa 3’→5’ para retroceder y reparar errores y la ADN polimerasa I también 5’→3’.
ARN primasa : Polimerasa que sintetiza cadenas cortas de ARN (cebadores)usando ADN como molde.
Nucleasas : Cortan las cadenas de ADN hidrolizando enlaces fosfodiéster entre nucleótidos. Tipos:
o Exonucleasas : Eliminan nucleótidos de los extremos del ADN en ambos sentidos.
o Endonucleasas : Introducen cortes en el interior de las cadenas.
Helicasas : Dos desenrollan y separan las cadenas de ADN a la vez en sentidos opuestos para originar la burbuja de
replicación compuesta por dos horquillas de replicación.
Topoisomerasas : Eliminan las tensiones de superenrrollamiento en la doble hélice cuando las horquillas avanzan, cortando y
volviendo a unir las cadenas. Un ejemplo es la girasa del ADN.
ADN ligasas : Catalizan uniones entre nucleótidos para sellar roturas.
Proteínas ssb o de unión a ADN monocatenario : Estabilizan el ADN monocatenario (las cadenas de ADN que han sido
separadas por las helicasas e impiden que vuelvan a juntarse por apareamiento de bases complementarias).
Semiconservativa : El resultado son dos nuevas moléculas idénticas, cada una formada por una cadena nueva y una antigua
(parental).
Bidireccional : A partir del origen de replicación (ORI) se abre la doble hélice en ambos sentidos y se genera una burbuja de
replicación con dos frentes de avance llamados horquillas de replicación).
Semidiscontinua : Como la replicación siempre se lleva a cabo copiando la cadena parental en sentido 3’→5’, cuando se
forma la burbuja de replicación en la cada horquilla de replicación se sintetizan dos cadenas:
o Una cadena adelantada que copia la cadena parental en sentido 3’→5’ de manera continua a partir de un ARN
cebador siguiendo el avance de la horquilla de replicación.
o Una cadena retrasada que copia la cadena en sentido contrario 5’→3’, por lo que debe hacerlo de manera
discontínua en forma de fragmentos cortos ( fragmentos de Okazaki ) a partir de pequeños ARN cebadores. De esta manera, cada una de las cadenas nuevas sintetizadas están formadas por fragmentos continuos y discontinuos.
Iniciación de la burbuja de replicación:
La replicación se origina a partir de una secuencia llamada origen de la replicación rica en A y T (porque se unen por sólo dos puentes de hidrógeno a diferencia del resto que se unen por tres, con lo que son más fáciles de separar) que reconocen las helicasas. Al inicio actúan las helicasas, las proteínas ssb y las topoisomerasas. Las horquillas de replicación avanzan abriendo la burbuja de replicación que constituyen una unidad de replicación o replicón. En procariotas hay un único origen de replicación y un único replicón, en eucariotas hay varios orígenes y varios replicones.
Elongación de las cadenas de ADN hijas :
Las ADN polimerasas se unen a las cadenas molde de ADN recién separadas para iniciar la síntesis en ambas cadenas
o Síntesis de la cadena adelantada : La ARN primasa sintetiza el fragmento de ARN cebador y la ADN polimerasa III
cataliza la síntesis continua en sentido 5’→3’ a partir de él.
o Síntesis de la cadena retrasada :
La ARN primasa sintetiza el fragmento de ARN cebador.
La ADN polimerasa III cataliza la síntesis en sentido 5’→3’ de un corto fragmento de ADN (fragmento de Okazaki).
La ADN polimerasa I cataliza una reacción llamada traslación de mella : elimina los ribonucleótidos del extremo
5’ del ARN cebador mientras acopla nucleótidos en el extremo 3’ del fragmento de Okazaki precedente, con lo que el ARN cebador es sustituido por ADN hasta que el cebador es eliminado por completo y topa con una mella que quedará abierta
La ADN ligasa cataliza la unión entre ambos extremos de la mella para cerrarla.
Terminación: Separación de las cadenas hijas de ADN:
o En procariotas: Al tener un único origen de replicación en el punto opuesto del ADN circular las cadenas adelantadas
y retrasadas se encuentrasn y la ADN polimerasa I elimina el último cebador y la ADN ligasa sella la mella liberando las dos moléculas de ADN hijas completas.
o En eucariotas: Es poco conocida y presenta el problema de los telómeros : en los extremos cromosómicos cuando se
elimina el cebador del último fragmento de Okazaki del extremo 5’ ninguna ADN polimerasa puede rellenar el hueco dejado, con lo que queda incompleta y se van perdiendo fragmentos de ADN en las sucesivas replicaciones. En los eucariotas unicelulares y las células embrionarias existe la enzima telomerasa que repara estos extremos 5’ incompletos para no perder información, pero en células somáticas diferenciadas se inactiva la actividad de la telomerasa y sus telómeros se van acortando hasta que la información genética se ve afectada produciendo el deterioro y muerte celular. En procariotas las enzimas que actúan son la polimerasa III (en cadena adelantada y retrasada) y polimerasa I en cadena retrasada y en eucariotas son las polimerasas δ y ε en la adelantada y demás la α para la retrasada. En eucariotas las histonas antiguas se quedan con la cadena adelantada y su molde. Los errores se reparan: Durante la replicación por la actividad exonucleasa 3’→5’ porque permite que la enzima retroceda para comprobar si el nucleótido es correcto y reparar los errores. Tras la replicación por una endonucleasa que detecta el error y corta por los extremos, la polimerasa I que elimina el error por la actividad exonucleasa 5’→3’ y añade los nucleótidos correctos y finalmente la ADN ligasa une los extremos. Aunque la frecuencia de errores es muy baja, ser producen errores que dan lugar a las mutaciones que son claves en el proceso evolutivo.
