GENÉTICA MOLECULAR

ROSANNA ELÍAS DE QUIÑONES, M.Sc.

• La genética molecular no debe confundirse con la biología molecular.

• Es el campo de la biología que estudia la estructura y la función de los genes a nivel molecular. La genética molecular emplea los métodos de la genética y la biología molecular.

CÓDIGO GENÉTICOEs 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.

• El número de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar; UGA, llamado ópalo).

• La secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específicas.

REPLICACIÓNLa 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

• La replicación del ADN ocurre una sola vez en cada generación celular, necesita de muchos nucleótidos, enzimas y una gran cantidad de energía en forma de ATP (recuerde que luego de la fase S del ciclo celular las células pasan a una fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la división celular). La replicación del ADN en el ser humano a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo

• La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación, requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas.

• Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación" . Por acción de la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G).

• Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo  en la dirección 5' to 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada.

• Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.

TRANSCRIPCIÓN

• Es lo mismo que la síntesis del ARNm• Ocurre en el núcleo• Durante la transcripción genética, las

secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN.

ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN1) Preiniciación: Durante el inicio de la transcripción no se

requiere la presencia de un cebador para sintetizar la cadena de ARN.

• Antes del inicio de la transcripción se necesitan toda una serie de factores de transcripción que ejercen los factores de iniciación. Estos se unen a secuencias específicas de ADN para reconocer el sitio donde la transcripción ha de comenzar y se sintetice el ARN cebador. Esta secuencia de ADN en la que se ensamblan los complejos de transcripción se llama promotor.

• Los promotores se localizan en los extremos 5'-terminales de los genes, antes del comienzo del gen, y a ellos se unen los factores de transcripción mediante fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno

2) Iniciación: Primero, una Helicasa separa las hebras de ADN en estas denominadas cajas TATA, ya que la adenina y timina poseen un doble enlace, mientras que la citocina y guanina poseen uno triple. Posteriormente se unen los factores y las proteínas de transcripción permitiendo, de esta manera, el acceso de la ARN polimerasa al molde de ADN de cadena simple, siendo esta la última en posicionarse. La burbuja de transcripción se llama complejo abierto.Cuando se forma el complejo abierto, la ARN polimerasa comienza a unir ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, y una vez que se forma el primer enlace fosfodiéster, acaba la etapa de iniciación.y comienza comienza la siguiente etapa

3) Disgregación del promotor: Una vez sintetizado el primer enlace fosfodiéster, se debe deshacer el complejo del promotor para que quede limpio para volver a funcionar de nuevo. Durante esta fase hay una tendencia a desprenderse el transcrito inicial de ARN y producir transcritos truncados, dando lugar a una iniciación abortada. Una vez que la cadena transcrita alcanza una longitud de unos 23 nucleótidos, el complejo ya no se desliza y da lugar a la siguiente fase, la elongación.

4) Elongación: La ARN polimerasa cataliza la elongación de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes. Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde. A esto se le llama elongación

5) Terminación: Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción. La terminación es otra etapa distinta de la transcripción, porque justo cuando el complejo de transcripción se ha ensamblado activamente debe desensamblarse una vez que la elongación se ha completado. La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN. Estas secuencias son ricas en guanina y citosina, situadas en el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas en timina, formando secuencias palindrómicas, que cuando se transcriben el ARN recién sintetizado adopta una estructura en horquilla que desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN polimerasa, renaturalizándose la burbuja de transcripción.

TRADUCCIÓN• Es la síntesis de proteínas en el ribosoma a

partir de la información que lleva el ARNm

INHIBIDORES•Replicación:

-Antibióticos: mitomicina, puroflavina.-Colorantes: acridina, colchicina

•Transcripción:-Actinomicina: se une a la cadena molde-Rifampicina: inhibe la ARN polimerasa

•Traducción:-Penicilina: inhibe la enzima-Estreptomicina: se une a la subunidad menor del

ribosoma, modificando su estructura e impidiendo la iniciación de la síntesis de proteína-Tetraciclinas: bloquea la fijación del ARNt en el sitio

aminocil, interrumpiendo el proceso.

MUTACIONES

• La mutación en genética y biología, es una alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN.

Por sustitución de bases

molecular

Por inserciones o deleciones de bases

Inversiones

Mutación cromosómica

Deleciones o duplicaciones

Translocaciones

Poliploidía

genómica

Aneuploidía

PATOLOGÍAS ASOCIADAS A MUTACIONES

• FALCEMIA• HEMOFILIA• TALACEMIA• QUIMERISMO• FENILCETONURIA• SÍNDROME DE DOWN

Videos Recomendados

• http://www.youtube.com/watch?v=-EGKrYdQEHQ

• http://www.youtube.com/watch?v=P4MLjyZasJo

• http://www.youtube.com/watch?v=FNqmh4PoMPQ

• http://www.youtube.com/watch?v=ZwBZpKWwYQo

• http://www.youtube.com/watch?v=gSVG-WRwaGU

Luego de terminada la unidad nos gustaría que nos comentaras sobre los aspectos éticos de la clonación