Biología y Geología . 4º ESO
Genética
Genética Molecular
 
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La información en la célula

 

La información en la célula está contenida en la variedad en la composición molecular.

Las moléculas que almacenan y transmiten la información son los Ácidos Nucleicos
Las moléculas que expresan esa información son las proteínas

 

Ácidos Nucleicos
Son polímeros de nucleótidos
Pueden tener un peso molecular elevadísimo. Los más grandes de las células.
Existen dos tipos:
ARN = RNA . Ácido Ribonucléico
ADN = DNA . Ácido Desoxirribonucléico
 
Componentes
Llevan en iguales proporciones tres componentes: Base nitrogenada . Pentosa . Fosfato
Bases nitrogenadas
Pentosa
Fosfato
Púricas
Pirimidínicas
Ribosa
Desoxirribosa
Adenina A
 		Citosina C
 b D Ribofuranosa b D 2´desoxiibo-furanosa
Guanina G Timina T  
  Uracilo U
 
A. Nucleico
Bases
Azúcares
Fosfato
ARN
A G C U
Ribosa
Fosfato
ADN
A G C T
Desoxirribosa
Fosfato

Estructura

Las bases enlazan con alcohol del carbono 1 de la pentosa
Las pentosas enlazan por alcohol situado en el C1 con la base y por el alccohol del C3 y C5 con los fosfatos
Los fosfatos tienen uniones con los alcoholes 3 y 5 de los azúcares

La única variación en la estructura de la cadena la proporcionan las bases. Su secuencia.

Son cadenas asímétricas; es distinta la base que se lleve en el extremo 3´o 5´

 
Estructura de una cadena de ADN
Estructura de una cadena de ARN

Dentro de una misma cedena o entre cadenas diferentes pueden aparear las bases por enlaces no covalentes
Si las decuencias son complementarias las cadenas tienden a aparear
A con T ó U
C con G

La adenina con la timina o la adenina con el uracilo forma dos puentes de hidrógeno

La citosina con la guanina forma tres puentes de hidrógeno

Nomenclatura:

Se nombran indicando el extremo y las bases

Ejemplo: ADN 5´ATTACGCGGCCTCGGCTTTAAA 3´
 

ADN : Ácido desoxirribonucleico
EL ADN (DNA en siglas en inglés) es un polímero de desoxirribonucleótidos

Componentes

Bases Nitrogenedas

Adenina, Guanina, Citosina, Timina

Pentosa:

Desoxirribosa

Fosfato

Proporción siempre 1:1:1 . Base : Pentosa :Fosfato
Las proporciones de las bases nitrogenadas son variables peri siempre A=T y C=G

 

 

 

 

Propiedades

Peso molecular muy elevado E10

Moléculas lineales enormes, de hasta varios centímetros de longitud

Carácter ácido

Químicamente es una molécula bastante estable

Soluble en agua por su caracter iónico

Tipos de ADN

El ADN es una molécula muy monótona y homogénea
Es lo que se espera de un soporte de información (Lo mismo pasa con textos, cintas magnéticas o DVDs...)

Principales diferencias son su tipo de cadena; sencilla o doble, si posees extremos o es circular y su longitud.

La información que contiene se encuentra en su secuencia de bases.

Tienen diferente organización en distintos grupos de seres vivos

Número de cadenes de la molécula

Monocatenario - Cadena única

Bicatenario - Dos cadenas enrrolladas en espiral

Topología de la molécula

Lineal - con extremos libres

Circular - sin extremos

 
Lineal
Circular
Monocatenario
Virus
Virus
Bicatenario
Virus
Algunas bacterias
Eucariotas
Virus
Bacterias
Arquéas
Mitocondrias
Cloroplastos
Plásmidos

En los ADN bicatenarios las bases se encuentran apareadas por puentes de hidrógeno entre A=T y C=G
Forman una doble hélice con hebas antiparalelas

Localización

En eucariotas

El ADN se encuentra en el núcleo celular unido a proteínas (Histonas y otras proteínas estructurales y reguladoras)
También tienen ADN en mitocondrias y cloroplastos

En bacterias y arquéas

Se encuentra en el citoplasma pero ocupa un área denominada zona nuclear.
Se une también a proteínas estructurales pero son menos abundantes y no son histonas

Estructura

El ADN se organiza espacialmente en diferentes niveles de estructuración:

Estructura del ADN en eucariotas
Nivel Estructural   

Compactación
Estructura
Primaria		 Secuencia de nucleótidos    

Estructura Secundaria

 Doble hélice

 Cadena doble. Tipo B
Hebras antiparalelas
Bases al interior planas enlazadas por puentes de hidrógeno.
Fosfatos al exterior

Diámetro : 2 nm
Vuelta : 3.4 nm

Pares de bases 10

  
Estructura
Terciaria

Nucleosoma

Estructuras esféricas 10 x 5.7nm
ADN da 2.75 vueltas
Unidas por tramos de 50 pb
Núcleo de histonas : H2A, H2B, H3 y H4
Puentes entre nucleosomas H1

Diámetro : 10 nm
Vuelta : 60 nm

Pares de bases 200
7:1

Estructura Cuaternaria

Solenoides
Supersolenoides

Cadenas de nucleosomas
Filamentos de 25 a 30 nm
Estructurado por: Histona H1 y PCNH (proteínas cromosomales no histónicas)

 

Diámetro : 30 nm
Vuelta :

Pares de bases

6:1

Diámetro de 400 nm huecos de 360 nm
Estructurado por PCNH

 

 

Diámetro : 400 nm
Vuelta :

Pares de bases
35:1

Funciónes

Almacén de la información celular

En el ADN se encuentra codificada la información que tiene la célula para su funcionamiento

Copiado de la información celular: Replicación

El ADN sirve de molde para obtener información complementaria de usus cadenas

Expresión de la información celular: Transcripción

La información codificada en el ADN se copia a moléculas de ARN para su expresión

Síntesis

Cada célula sintetiza su propio ADN a partir de desoxirribonucleótidos
El proceso recibe el nombre de Replicación del ADN

Necesita

  • ADN monocatenario molde
  • Enzima ADN polimerasa
  • desoxirribonucleótidos trifosfato: dATP . dGTP . dTTP . dCTP
  • Otras moléculas para separar las hebras de ADN, cortarlo, unirlo, etc

Algunos virus pueden sintetizar ADN a partir de un molde de ARN mediante la enzima ADN polimerasa ARN dependiente también llamada transcriptasa inversa

Volver

ARN : Ácido ribonucleico

Polímero de ribonucleótidos
Componentes

Bases Nitrogenedas

Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo

Pentosa:

Ribosa

Fosfato

Proporción siempre 1:1:1 . Base : Pentosa :Fosfato
Las proporciones de las bases nitrogenadas son variables
Propiedades

Peso molecular variable.
Entre 25.000 y 1.100.000 para ARN implicados en la síntesis de proteínas. Pueden ser menores en interferentes

Generalmente lineal monocatenario excepto en algunos virus
Con frecuencia aparea la misma cadena con bases complementarias

El ARN es más fácilmente degradable que el ADN. En condiciones externas a las células dura de horas a días

Estructura

El ARN se puede organizar espacialmente en diferentes niveles de estructuración

El tipo de estructura que adoprte depende del tipo de ARN

Es mucho más variable que la del ADN.

Estructura primaria

Secuencia de nucleótidos
Estructura secundaria
Regiones de bases apareadas
Puede aparear bases en la misma cadena.
Las hélices formadas son de tipo A: tienen un surco mayor muy profundo y estrecho y un surco menor amplio y superficial.
Estructura terciaria
Plegamientos de la estructura secundaria en el espacio
Estructura cuaternaria
Uniones con otros ARN.

Tipos

Existen diferentes tipos de ARN y su conocimiento y función biológica es uno de los campos más importantes de investigación genética actual.

Se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios:

Por la información que se pasa del ADN

ARN codificante - Lleva información para la síntesis de proteínas . Es el ARNm

ARN no codificante - Muchos ARN que no codifican para proteínas

Por su implicación en la sintesis de proteínas

ARN directamente implicados en la síntesis de proteínas : ARNm , ARNr, ARNt

ARN reguladores - Actúan activando o inactivando ARNm

ARN víricos - Genomas de algunos virus y viroides

 

ARN implicados en la síntesis de proteínas celulares

Tipo
Transferencia ARNt ó ARNs
Mensajero ARNm
Ribosómico ARNr
Pm
23.000 - 30.000
25.000 - 1.000.000
35.000 - 1.100.000
Nucleótidos
75 - 90
75 - 3.000
100 - 3.100
% ARN celular
16
2
82
Tipos
50 - 100
Miles
3 en procariotas (2 SM + 1 Sm)
4 en eucariotas (3 SM + 1 Sm)
Características

Bases poco frecuentes alteradas tras la síntesis

Puede llevar un aminoácido en 3´

Tamaño muy variable

Poca vida celular, minutos.
Cola poliA en 3´

Sin estructura 2ª concreta

65% en peso del ribosoma
resto proteínas básicas

Estructura tridimensional complicada

Catalizador
Función
Transporte de aminoácidos en la síntesis de proteínas
Transmisión de información del tipo y orden de aminoácidos en la síntesis de proteínas
Formación y funcionamiento de los ribosomas
Vida media
Intermedia
Corta
Larga

 

ARN reguladores

Regulan la expresión genética

Lo consiguen por su capacidad de unirse por complementariedad al ADN o a otros ARN
Se investiga en ellos
Se supone una función fundamental en la expresión genética en euvariotas

ARNi - ARN Interferente

Aprovecha mecanismo de destrucción de ARN de doble cadena para regular la expresión de ciertos genes
Un ARN de doble cadena es troceado por una ARNasa que conserva la secuencia de una cadena y busca otras cadenas semejantres para seguir hidrolizándolas. Se supone un mecanismo de defensa ante virus de ARN
Son ARN cortos de unos 20 nucleótidos que se generan en intrones, virus, o a partir de ADN

Ver ARN interferentes en Wikipedia

ARN Antisentido

Moléculas de ARN que son complementarias de ARNm por lo que se unen a ellos.
Generalmente inhiben su expresión

ARN de genomas víricos y viroides

Existen virus que tienen como material genético moléculas de ARN
Pueden ser de cadena sencilla o de doble cadena

Los viroides tienen ARN circular de cadena sencilla formadas por unos pocos cientos de nucleótidos.

Contienen la información genética de virus de ARN

Estructura

ARNm

Sin estructura espacial definida

ARNt

Estructura primaria con bases raras, modificadas tras su síntesis. Longitud de 75 a 90 nucleótidos

Estructura secundaria con cuatro brazos: Aceptor, Ribosoma, Anticodon, Enzima

Estructura terciaria característica

Estructura terciaria de un ARNt

 
 
Estructura secundaria de un ARNt
Estructura terciaria de un ARNt unido a su Aminoácido

ARNr

Estructura primaria habitualmente larga (100 a 3100 nucleótidos)
Utilizada para establecer relaciones taxonómicas por su universalidad y conservación

Estructura secundaria compleja ARN muy largo. Se conoce en algunos organismos.

Estructura terciaria y cuaternaria forma las subunidades de los ribosomas.

Estructura secundaria del ARNr de la subunidad mayor de un ribosoma de E. coli
Estructura secundaria del ARNr de la subunidad menor de un ribosoma de E. coli

Estructura terciaria de la subunidad 40s de un Ribosoma
Estructura terciaria de la subunidad 60s de un Ribosoma
Estructura terciaria de un Ribosoma completo

 

ARNi

Sin estructura espacial definida
Aparea con ARN formando zonas de doble hélice

ARN víricos y de viroides

Hay virus con genoma de ARN que pueden ser de cadena sencilla o doble.
Su estructura secundaria y terciaria conocida en algunos casos

También son de ARN los denominados Viroides . Moléculas de ARN infecciosas pero sin cubierta proteínica como los virus.
Estructura de las dos subunidades de un ribosoma mostrando las estructuras de :
              • Proteínas de la subunidad mayor (L1, L2, ...)
              • Proteínas de la subunidad menor (S1, S2, ...)
              • ARNr de la subunidad mayor
              • ARNr de la subunidad menor
              • ARNt (Sitios A, P, E)

Síntesis

Células

Cada célula sintetiza su propio ARN a partir de ribonucleótidos
El proceso recibe el nombre de Trascripción del ADN

Necesita

  • ADN monocatenario molde
  • Enzima ARN polimerasa ADN dependiente
  • Ribonucleótidos trifosfato: ATP . GTP . UTP . CTP
  • Otros factores de transcripción

Virus de ARN

Algunos virus pueden sintetizar ARN tomando como molde otro ARN mediante la enzimas ARN polimerasa ARN dependientes

 

 

 

Síntesis de proteínas

Proceso por el cual una molécula de ARNm proporciona información para la secuencia de una proteína.

Es un proceso mucho más complejo que la replicación y trascripción porque se ha de pasar de un códogo de 4 nucleótidos a uno de 20 aminoácidos.

Elementos de la traducción

Para que se produzca la Traducción hace falta:

- Aminoácidos

Los 20 aminoácidos que se encunetran en las proteína

- ARNt
Unos 80 tipos de ARNt. (El mínimo teórico sería 61)
Llevan los aminoácidos
- Enzimas Aminoacil ARNt sintetasas
Unas 40 enzimas. (Mínimo teórico 20)
Unen aminoácidos con su correspondiente ARNt
- Subunidad mayor del ribosoma
- Subunidad menor del ribosoma
- ARNm
Porta la información para la secuencia de aminoácidos
- GTP
Fuente de energía para el proceso

 

 

 
El Código genético

Se llama Código Genético a la correspondencia existente entre los nucleótidos del ARNm y los aminoácidos en la síntesis de proteínas

Este código tiene una serie de peculiaridades:

Es unidireccional
Se lee siempre de 5´a 3´

Carece de solapamientos y espacios
Todas las bases se leen a partir del código de inicio.

No es ambiguo
Cada triplete tiene una información única

Es universal
Todos los seres vivos comparten el mismo código genético
(Hay pequeñas excepciones en genomas de organismos sencillos y orgánulos celulares)
Código Genético
Correspondencia entre las bases de 5´-> 3´en ARNm . (Codones) con Aminoácidos
A**
G**
C**
U**
  
AAA
Lys
AAG
Lys
AAC
Asn
AAU
Asn
GAA
Glu
GAG
Glu
GAC
Asp
GAU
Asp
CAA
Gln
CAG
Gln
CAC
His
CAU
His
UAA  
UAG  
UAC
Tyr
UAU
Tyr
*A*
AGA
Arg
AGG
Arg
AGC
Ser
AGU
Ser
GGA
Gly
GGG
Gly
GGC
Gly
GGU
Gly
CGA
Arg
CGG
Arg
CGC
Arg
CGU
Arg
UGA  
UGG
Trp
UGC
Cys
UGU
Cys
*G*
ACA
Thr
ACG
Thr
ACC
Thr
ACU
Thr
GCA
Ala
GCG
Ala
GCC
Ala
GCU
Ala
CCA
Pro
CCG
Pro
CCC
Pro
CCU
Pro
UCA
Ser
UCG
Ser
UCC
Ser
UCU
Ser
*C*
AUA
Ile
AUG
Met *
AUC
Ile
AUU
Ile
GUA
Val
GUG
Val
GUC
Val
GUU
Val
CUA
Leu
CUG
Leu
CUC
Leu
CUU
Leu
UUA
Leu
UUG
Leu
UUC
Phe
UUU
Phe
*U*

Es arbitrario
No existe una relación directa entre los aminoácidos y tripletes que codifican para ellos
La universalidad de un código arbitrario es una prueba del de origen único de todos los seres vivos actuales

Es degenerado
Frecuentemente varios tripletes codifican para el mismo aminoácido.
La tercera base del anticodon es menos importante que las dos primeras.
Parecen ser una ampliación de un código ancestral de dos bases

 

Los aminoácidos pueden estar codificados por un solo triplete como la Metionina (Met) o el triptófano (Trp), hasta 6 como la Arginina (Arg), Leucina (Leu), y Serina (Ser). La mayoría están codificados por dos tripletes o por cuatro.

Las dos primeras bases del codon son más importantes en el aminoácido codificado, la última es menos decisiva, especialmente si es de diferente tamaño.

Esta característica se interpreta en ocasiones como un indicio de un código genético con menos aminoácidos en las que las bases se leían de dos en dos o como una menor afinidad de la tercera base a la que corresponden los mismos aminoácidos con el fin de disminuir errores.

 

 
Codones de cada aminoácido
Aminoácido
Codones
Gly
4
GGA
GGG
GGC
GGU
    
Ala
4
GCA
GCG
GCC
GCU
    
Val
4
GUA
GUG
GUC
GUU
    
Leu
6
CUA
CUG
CUC
CUU
UUA
UUG
Ile
3
AUA
AUC
AUU
      
Met
1
AUG
          
Cys
2
UGC
UGU
        
Ser
6
AGC
AGU
UCA
UCG
UCC
UCU
Thr
4
GCA
GCG
GCC
GCU
    
Asp
2
CAC
CAU
 
 
 
 
Glu
2
CAA
CAG
 
 
 
 
Lys
2
AAA
AAG
 
 
 
 
Arg
6
AGA
AGG
CGA
CGG
CGC
CGU 
Asn
2
AAC
AAU
 
 
 
 
Gln
2
CAA
CAG
 
 
 
 
Phe
2
UUC
UUU
 
 
 
 
Tyr
2
UAC
UAU
 
 
 
 
His
2
CAC
CAU
 
 
 
 
Trp
1
UGG
 
 
 
 
 
Pro
4
CCA
CCG
CCC
CCU
 
 
Final
3
UAA
UAG
UGA
 
 
 

 

 

Videos sobre genética molecular

Ejemplo

Este es un ejemplo de la proteína que codificaría un fragmento de ADN de doble cadena.
Supóngase que la secuencia de iniciación de la ARNpol es 3´ TTATT 5' y la secuencia de fin 3´ AATAT 5´
El ejemplo no es totalmente real pues las secuencias de incicio de trascripción y traducción son más complejas que las apuntadas.

ADN hebra 1
                              *                                                                        
5´
A
A
T
G
G
T
A
T
A
A
T
A
A
A
G
A
T
G
C
T
T
A
G
T
G
G
G
C
A
G
A
C
A
T
A
A
G
A
T
T
A
T
T
T
A
T
A
T
A
A
 3´
3´
T
T
A
C
C
A
T
A
T
T
A
T
T
T
C
T
A
C
G
A
A
T
C
A
C
C
C
G
T
C
T
G
T
A
T
T
C
T
A
A
T
A
A
A
T
A
T
A
T
T
 5´
                                                                                                       
ADN hebra 2


Lectura de la hebra 1

ADN hebra 1
           
Fin
                                                           
Inicio
                
5´
A
A
T
G
G
T
A
T
A
A
T
A
A
A
G
A
T
G
C
T
T
A
G
T
G
G
G
C
A
G
A
C
A
T
A
A
G
A
T
T
A
T
T
T
A
T
A
T
A
A
 3´
3´
            
A
U
U
U
C
U
A
C
G
A
A
U
C
A
C
C
C
G
U
C
U
G
U
A
U
U
C
U
 5´   
ARNm 1

 

5´
 ARNm 1  3´
          
Inicio
                  
Fin
                                          
U C U U A U G U C U G C C C A C U A A G C A U C U U U A A A A A A A A A A A A A
            
Met
Ser
Ala
His
    
Péptido 1

 


Lectura de la hebra 2

ADN hebra 2
                 
Inicio
                                                        
Fin
        
3´
T
T
A
C
C
A
T
A
T
T
A
T
T
T
C
T
A
C
G
A
A
T
C
A
C
C
C
G
T
C
T
G
T
A
T
T
C
T
A
A
T
A
A
A
T
A
T
A
T
T
 5´
5´
G
A
U
G
C
U
U
A
G
U
G
G
G
C
A
G
A
C
A
U
A
A
G
A
U
U
A
U
 3´
ARNm 2

 

5´
 ARNm 2 3´
 
Inicio
                              
Fin
                            
G
A
U
G
C
U
U
A
G
U
G
G
G
C
A
G
A
C
A
U
A
A
G
A
U
U
A
U
 A A A A A A A A
 
Met
Leu
Ser
Gli
Gln
Thr
 
Péptido 2


¿Qué efecto tendría una mutación en la base 15 del ADN marcada con * una G por la C?
Nota: Para este curso no se pedirán problemas tan complejos coeste que tiene en cuenta la polaridad de las cadenas, pero si de una cadena de ADN sacar el ARNm y de este el péptido correspondiente. Además de buscar mutaciones o efectos de las mismas

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