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
El ciclo celular – la mitosis
centrómero
fibra del huso
huso acromático
profase
comienzo de
metafase
metafase
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 – 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.
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 – 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).
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