ADN COMO MATERIAL GENÉTICO/ INGENIERÍA GENÉTICA/ MUTACIONES.

EL ADN COMO MATERIAL GENÉTICO

Tras los experimentos de F. Griffith  sobre la infección con ratones con neumococo, causantes de la neumonía humana. Griffith descubrió que la inyección de neumococos R vivos junto con neumococos S muertos por calor, era capaz de producir la muerte de un ratón. Las bacterias presentes en la sangre de los ratones muertos y concluyó que la presencia de las bacterias S muertas debía haber causado la transformación de las bacterias R vivas, de forma que éstas habían adquirido la capacidad de sintetizar la cápsula protectora. Demostrando que el fragmento de ADN extraído de las bacterias S codificaba la enzima necesaria para la síntesis del polisacárido de la cápsula.

La información genética se almacena en la doble hélice de la cadena de ADN, las dos cadenas son complementarias.

FUNCIONES DE LOS GENES.

• almacenamiento de la información genética
• conservación de la información genética
• transmisión de genes
• expresión de genes
• regulación de genes

Crick enunció el dogma central de la biología molecular:

 DUPLICACIÓN DEL ADN

La información genética contenida en el ADN se transcribe en forma de ARN y se traduce a proteínas. La replicación del ADN es semiconservativa. 

En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas. 

TRANSCRIPCIÓN : SÍNTESIS DEL ARN

• Iniciación:

ARN-polimerasa II reconoce en el ADN que se va a transcribir una señal que indica el inicio del proceso, denominadas centros promotores determinadas secuencias de consenso. En eucariotas, las secuencias de consenso son TATA y CAAT. Deben fijarse unas proteínas llamadas factores de transcripción  a la ARN-polimerasa, formando el complejo de iniciación de la transcripción. De esta forma se permite que las hebras ADN se mantengas abiertas para que los nucleótidos  se incorporen.

• Elongación:

Adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN, la ARN-polimerasa avanza en sentido 3 ́-> 5 ́, pero la síntesis de ARN va en sentido  5 ́-> 3 ́. En eucariotas se añade en el extremo 5´una capucha 

• Terminación:

 La ARN polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final , el ADN vuelve a su forma normal y el ARNm queda libre. En procariotas, la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómicas , formada por G y C seguidas de T , que origina un ARN en bucle. En eucariotas, una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína . La señal de corte es AAUAA , al final se añade en el extremo 3´una cola poli-A.  

• MADURACIÓN

En organismos procariotas, el ARNm de los procariotas puede ser directamente traducido y a partir de él se forma una proteína funcional. Por tanto no se trata de maduración.

En organismos eucariotas, el gen consta de varios fragmentos denominados intrones y exones intercalados. Los intrones que se transcriben, pero no se traducen, es decir, no codifican una secuencia de aminoácidos. Los exones, son las secuencias que se transcriben y se traducen. 

El ARN transcrito primario está formado por intrones y exones, su maduración consiste en la eliminación de los intones. Mediante un mecanismo que se conoce con el nombre de splicing. El proceso de splicing comienza cuando las secuencias intrónicas forman unos bucles que provocan el acercamiento de los extremos de los exones y continúa con el corte de los intrones y la unión de los exones, para formar un ARNm que ya está en condiciones de salir del núcleo. El ARNt  y ARNr también presentan procesos de maduración.

TRADUCCIÓN : EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO

El ARN m va al citoplasma. La traducción se realiza en los ribosomas en la subunidad pequeña se une el ARNm, mientras que en la subunidad grande es donde se unen los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Ambas se unen cuando van a sintetizar proteínas.

• Iniciación:

ARNm se unen e un codón iniciador , AUG . Entra en el sitio P un aminoacil -ARNt , que lleva unido el aminoácido f-Met en bacterias y Metionina en eucariotas.  

• Elongación:

Alargamiento de la cadena proteica , el segundo ARNt entra y ocupa el sitio A , se forma un enlace peptídico entre entre el aa del sitio A y P , este proceso está catalizado por la enzima peptidil-transferasa .Se produce la translocación , ya que el primer ARNt abandona el ribosoma y el segundo se mueve ocupando el sitio P y dejando el A libre.

• Terminación:

Un codón de terminación (UAA, UAG, o AGA) y entra en el sitio A. Estos son reconocidos por factores de liberación que interfieren con la enzima que normalmente forma los enlaces peptídicos, hacen que agregue una molécula de agua al último aminoácido de la cadena y esta reacción separa la cadena del ARNt, y la proteína que se acaba de formar se libera.

TEORÍA UN GEN UNA ENZIMA

Una enzima es la idea de que cada gen codifica una sola enzima, es decir, que un gen puede proporcionar la información necesaria para producir una enzima en específico. 

CÓDIGO GENÉTICO

El código genético es el conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o  ARN) se traduce en proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. Un codón se corresponde con un aminoácido específico.

CARACTERÍSTICAS

• Es universal, pero tiene algunas excepciones como mitocondrias y algunos protozoos, utilizan un código genético diferente.
• Disposición lineal, cada 3 nucleótidos (1aa)
• Codón de iniciación AUG y tres de terminación UAG, UAA y UGA (stop)
•  El código está degenerado, los distintos codones que codifican para un mismo aminoácido se denominan codones sinónimos.

HIPÓTESIS DEL OPERÓN

Regulación de genes para el uso de lactosa. Represor lac , proteína activadora de catabolito y AMPc.

Muchos genes no actúan nunca y otros actúan sólo en determinados momentos, pudiendo permanecer durante largos periodos de tiempo inactivos. La ß-galactosidasa es una enzima que rompe el enlace O-glicosídico entre la galactosa y la glucosa en la lactosa.  Si no hay lactosa en el medio, E. coli apenas dispone de unas pocas moléculas de enzima, una o dos solamente. Si añadimos lactosa al medio donde se encuentra la bacteria, al cabo de unos pocos minutos los niveles de ß-galactosidasa suben. Otras dos enzimas: la ß-galactósido-permeasa que facilita la absorción de la lactosa a través de la membrana plasmática de la célula y la ß-galactósido-transacetilasa, necesaria para el metabolismo de la lactosa. 

INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética es una rama moderna de la biotecnología. Consiste en el uso de diversas técnicas para manipular el ADN de los organismos, básicamente mediante la transferencia de ADN de unos organismos a otros.

Técnicas utilizadas en la ingeniería genética:> Enzimas de restricción
> Vectores de clonación 
> Tecnología del ADN complementario 
> Vectores de clonación para eucariotas
> Reacción en cadena de la polimerasa 

APLICACIONES 

LA TERAPIA DE ENFERMEDADES HUMANAS

• Producción de proteínas terapeúticas 

• Producción de enzimas 

• Producción de vacunas 

LA TERAPIA GÉNICA 

• Terapia de células germinales 

• Terapia de células somáticas 

PRODUCCIÓN AGRÍCOLA

PRODUCCIÓN ANIMAL

CLONACIÓN DE SERES VIVOS

• Clonación de plantas

• Clonación de animales

• Clonación terapeútica

• Células madre embrionarias y células madre adultas

• Los anticuerpos monoclonales

PROYECTO GENOMA HUMANO

OBJETIVOS
> Situar genes y marcadores moleculares en mapas genéticos 
> Caracterizar y localizar ADN clonado 
> Secuenciar fragmentos de ADN y obtener secuencia genómica 

RIESGOS
> Ecológicos y de sanidad
> Éticos y morales 
> Sociales 
> Políticos 

APLICACIONES 
> detección de enfermedades genéticas 
> determinación de una predisposición a contraer alguna enfermedad 
> facilitar la determinación de paternidades 
> desarrollar alternativas para el tratamiento de enfermedades
> determinar efecto de medicamentos 

MUTACIONES 

Las mutaciones son alteraciones del material genético que se pueden clasificar según el tipo de células a las que afecte en somáticas o germinales,  según la extensión del material genético afectado en génicas, cromosómicas y genómicas , según su efecto en perjudiciales , neutras y beneficiosas y por último según su origen , al azar y provocadas por agentes mutagénicos.

Una mutación puede producirse en cualquier célula de un organismo pero solo serán heredables las que se producen en las células germinales a éstas las llamaremos mutaciones germinales mientras que al resto las llamaremos mutaciones somáticas. 

Existen diferentes clasificaciones de las mutaciones como podremos observar en los esquemas generales.

---Causas de las mutaciones---

• Errores de lectura

-Cambios tautoméricos 

-Cambios de fase 

• Lesiones fortuitas

-Despurinización 

-Desaminación 

-Dímero de timina 

• Transposiciones

SISTEMAS DE REPARACIÓN DE LAS MUTACIONES GÉNICAS

1. Reparación con escisión del ADN 
2.  Reparación sin escisión del ADN 
3. Sistema SOS

CÁNCER 

 El cáncer se produce cuando un grupo de células no responde a los controles de proliferación y diferenciación celulares y se reproduce aceleradamente. La masa de células que resulta, daña los tejidos limítrofes e incluso puede fraccionarse, emigrar hacia otros puntos utilizando el sistema circulatorio y establecer colonias en otros órganos; proceso que denominamos metástasis. A estos grupos de células en continua mitosis descontrolada se les denomina tumores. Si el tumor está muy localizado y no crece indefinidamente, decimos que se trata de un tumor benigno. Si no tiene sus límites bien definidos y crece invadiendo y destruyendo los tejidos vecinos, decimos que es un tumor maligno o cáncer maligno.

--Causas génicas--

• Protooncogenes ; genes normales implicados en el crecimiento y diferenciación celular 
• Antionocogenes : genes normales que inhiben la proliferación descontrolada de células 
• Oncoogenes : son los protooncogeenes mutados , su presencia en una célula la convierte en cancerosa . Pueden actuar de tres vías : 
  • Adquisición de genes alterados 
  • Pérdida de antioncogenes 
  • Bloqueo de la apoptosis 

MUTACIÓN EVOLUCIÓN

Las especies van adaptándose al medio y si esos cambios se producen en el material genético (mutación) se van transformando en otras especies. Sobreviven las especies que mejor se adaptan al medio (selección natural). De esta forma llegamos al concepto de evolución (Darwin y Wallace).

Neodarwinismo

 1.Evolución parte de la variabilidad de la descendencia (selección natural)

2. Variabilidad genética debido a Mutación / reconstrucción genética

3. Evolucionan las poblaciones gracias a cambios en las frecuencias génicas

4. Cambian frecuencia génica debido a: 

selección natural

mutaciones

migraciones

deriva genética

5. La especificación requiere aislamiento de poblaciones

ESQUEMAS GLOBALES DEL TEMA -->

¡Espero que os haya gustado mucho!