El ADN como se expresa.

¿Cómo se expresa la información     del ADN?

1)- ¿Cómo es transportada la información genetica a los ribosomas? 

Sabemos que el ADN es un ''Banco'' de información que se conserva y se trasmite de generación en generación. En cada célula dicha información es leída  e interpretada para dar lugar  la fabricación o síntesis de poliptidos. En este sentido, es correcto afirmar que los polipeptidos son la expresion del ADN. Sin embargo, en las células eucariontes el ADN se encuentra cerrado en el nucleo, mientras que los poliptidos se fabrican en los ribosomas, ubicados en el citoplasma. Entonces, surge la pregunta de cómo el ADN controla la síntesis de poliptidos en el citoplasma.

Los científicos supieron la existencia de una molécula que transporta la información del ADN hasta los ribosomas, actuando como intermediaria, solo había que encontrarla. 

 1.1)- El experimento que permitió identificar el rol de la molécula de ARN.

tras descubrirse el ARN (ácido ribonucleico), se convirtio en la molécula candidata a ser la intermediaria entre el ADN y los ribosomas, ya que su composición es similar a la del ADN, ademas de encontrarse en abundancia en células con altas síntesis proteica.

Se comprobó que el ARN es la molécula intermediaria, a través de un experimento de pulso y caza, consistente en mantener células en un medio de cultivo de nucleótidos de uracilo, base exclusiva del ARN, marcados con radiactividad. Como la radiación de los nucleótidos marcados se detecta con películas fotográficas, fue posible seguir la pista del movimiento de las moléculas de ARN en las células. Así, se pudo establecer que el ARN es producido en el núcleo celular y luego de un tiempo se traslada hacia al citoplasma. Se concluyó que el ARN era el responsable del traspaso de la información desde los genes a los ribosomas y se le llamo ARN mensajero o ARNm.
 

2)- Transcripción o síntesis del ARN en eucariontes.

La transcripción es la síntesis de ARN a partir de un gen de una de las hebras del ADN que actúa como molde. Al disociarse el ADN de las histonas y provocar la descondensación de la cromatina, pueden operar la helicasa y la girasa, separando las hebras del ADN. Una vez separada, las enzimas ARN polimerasas específicas se encargan de la síntesis de cada tipo de ARN (ribosomal, de transferencia, mensajero y mitocondrial).

2.1)- Etapas de la transcripción del ARNm.

 La transcripción del ARNm es un proceso altamente regulado, ya que de él depende el funcionamiento celular. Dividiremos su análisis en cuatro etapas: 

a)- Iniciación: el proceso comienza con la unión de las muchas proteínas reguladoras de la transcripción o factores de transcripción al promotor; esta es una secuencia especifica del gen, vecina al sitio de inicio de la transcripción, secuencia  a la que se une la ARN polimerasa. 

b)- Elongación: la ARN polimerasa comienza añadir nucleótidos de manera complementaria y antiparalela a la hebra molde de ADN. De esta forma, si la secuencia de ADN es 3´ TACCG 5´ la nueva cadena de ARN será 5´ AUGGC 3´. Como te darás cuenta, el primero nucleótido se convertirá en el extremo 5´. 

c)- Terminación: la ARN polimerasa reconoce una secuencia de término de la transcripción, formado por uno de los siguientes tríos de nucleótidos: ATT, ACT o ATC. Como resultado se obtiene una molécula de ARN que contiene la información de la hebra de ADN que sirvió de molde.

d)- Maduración:  ocurre solo en eucariontes; consiste en el corte de intrones y el empalme de exones y en marcar al ARN. A diferencia de los genes de los procariontes, los de eucariontes presentan secuencias que no modifican aminoácidos, llamadas exones. Como la trascripción es es continua, el ARNm contiene intrones que deben eliminarse. Luego los exones son unidos por la ARN ligasa formándose un ARNm maduro, que es marcado con una larga secuencia de adenina o cola poliA; así el ARNm puede salir del núcleo. 
 

3)- Regulación de la transcripción.

todas tus célula  somáticas tiene el mismo genoma, pues descienden del mismo cigoto. Sin embargo, sus fenotipos pueden ser muy distintos, producto del proceso de especialización que origina los distintos tejidos. Esto es posible por la acción de los factores de transcripción, es decir, existen un grupo diverso de polipéptido que activan o inhiben la transcripción  de los genes. Algunos factores de transcripción siempre están actuando, pues de encargan de regular la expresión de los genes constitutivos, los cuales se ocupan de la síntesis de péptidos que utilizan de manera continua en las células. En el intertanto, otros factores de transcripción regulan la expresión de genes que se necesitan solo en determinadas circunstancias, generando una respuesta adaptativa antes estímulos ambientales. Esto supone una compleja red de comunicación molecular entre la membrana celular, el citoplasma y el núcleo.

La complejidad de los organismo eucariontes no se relaciona con el tamaño del genoma, sino con la regulación en la expresión de sus genes y la variabilidad de las proteínas producidas.

4)- El código genético en el lenguaje de los genes.

 tal como las letras del abecedario forman un código con el cual, siguiendo ciertas reglas, se pueden formar palabras, el ARNm contiene secuencias de bases con la información para construir polipéptidos. En 1961, Fransis Crick y el biólogo sudafricano Sydney Brenner dilucidaron sus reglas. 
 

4.1)- La reglas del código. 

* El código genético es universal, pues casi todos los seres vivos emplean exactamente el mismo, lo que se interpreta como una evidencia del origen común de los organismo. 

* Existen tríos de nucleótidos de ARN o codones, que codifican cada uno de ellos para un aminoácido específico. 

* El código genético es redundante o degenerado, porque la mayoría de los aminoácidos pueden ser codificados por varios codones. Existen 64 combinaciones de codones posibles para los 20 tipos de aminoácidos que se usa para construir los polipéptidos. 

*El codón  AUG es el codón del inicio, al mismo tiempo que codifica ala aminoácido metionina.  

* Existen señales de termino que no codifican aminoácidos, estos son los codones: UAA, UAG y UGA. 

¿Cómo se hereda el ADN?

1)- Importancia de proceso de replicación:

La División celular (etapa M) es la fase del ciclo celular en la que se originan dos nuevas células idénticas entre si, gracias a que cada una de ellas recibe una copia de material genetica original. por lo tanto. antes de dividirse la célula debe copiar o replicar su ADN; de esta manera, cada célula hija recibe un duplicado.La división celular es importante para los organismos unicelulares pues una forma de reproducirse, mientras que gracias a ella los organismos pluricelulares se desarrollan, crecen y reparan sus tejidos.

En el periodo S ocurre la replicación del ADN, para ello se necesita: una hebra de ADN patrón  o molde; enzimas que aceleren y regulen el proceso; ATP que aporta la energía; muchísimas de diferentes tipos de nucleótidos, con los que se construirá la nueva molécula.

2)-El modelo de doble hélice y la replicación del ADN.

Antes de la fase S, el ADN eucariótico junto con las histonas forman la cromatina. Mientras el ADN está condensado, no se replica. Por lo tanto, el ADN se debe separar de las histonas para iniciar la descondensación de la cromatina. Una vez libre de las histonas, comienzan el proceso de replicación, para  cual es necesario conocer la estructura del ADN.

2.1) La replicación es bidireccional, semi-conservativa y semi-discontinua.

A continuación se describe la secuencia de hechos que transcurre en el proceso de replicación. 

1° Se separan las cadenas de nucleotidos, gracias a la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas de ambas cadenas.

2° Al separarse las cadenas, se forman la Horquilla de replicación, estructurada en forma de 'Y', por la que se desplazan las enzimas que catalizan la replicación del ADN.

3° El lugar donde se inicia la replicación se llama origen de la replicación. Es una secuencia específica de nucleótidos a las que se unen las enzimas que iniciara el proceso. En el ADN de eucariontes, existen muchos orígenes de replicación, mientras que en el de procariontes hay solo uno. 

4° Desde cada origen, la replicación avanza bidireccional-mente, observándose una burbuja de replicación, que está formada por dos horquillas que avanza en dirección opuesta. 

5° En la burbuja de replicación, las enzimas especificas van uniendo los nucleótidos complementarios a las bases nitrogenadas libres de la cadena original. La elongación de la nueva cadena complementaria siempre es dirección 5´-> 3´, ya que solo en el extremo 3´-OH se puede unir un nuevo nucleótido.

6° Como las cadenas son antiparalelas, una vez formada la horquilla solo una de ellas tiene su extremo 3´-OH libre y su cadena complementaria puede ser sintetizada sin interrupciones a medida que se abre la horquilla; a esta se le llama hebra continua, adelantada o conductora. A la cadena complementaria, de aquella hebra original que tiene 5´-P libre, se le conoce como discontinua o retrasada porque se sintetiza produciendo fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki), que luego serán unidos por enzimas. Es por esto que la replicación es semi discontinua.

7° Cuando las enzimas encargadas de la replicación llegan cerca de los extremos de la cadena molde, se encuentra con una secuencia de término, que indica el final del proceso.

8° Ahora, cada una de las moléculas de ADN resultante contiene unas de las cadenas del ADN de origen y otra nueva, por eso se  dice que la replicación es semi conservativa.

9° Cada molécula de ADN resultante se convertirá en una de las dos cromátidas que formaran cromosomas durante la mitosis.

  

3) La replicación es controlada por enzima.

La División celular (etapa M) es la fase del ciclo celular en la que se originan dos nuevas células.

 

-Las ADN polimerasas son enzimas que forman ADN,  añadiendo nucleótidos según la secuencia de bases de la hebra de molde.

-La ADN primasa sintetiza pequeños fragmentos de ARN(cebadores o primer), que son necesario para comenzar a añadir los nucleótidos de las cadenas nuevas.

-Las topoisomerasas o girasas desenrollan el ADN aliviando la tensión.

-La ADN helicasa rompe los puentes de hidrógeno, separando las cadenas.

- ADN ligasa es la enzima encargada de unir los fragmentos de la cadena retrasada.

- Las proteínas de unión de cadena simple (SSB) mantiene separadas las cadenas simples de ADN que se genera producto de la acción de la helicasa.

Las enzimas por su acción catalítica, aumenta la rapidez del proceso de replicación. la ADN polimerasa es una enzima encargada, principalmente, de unir los los nucleótidos, la mayoría de ellas lo hace en dirección de 5´ a 3´ y lo hacen según la complementariedad de las bases (A-T; G-C). La de procariontes uno 500 nucleótidos por segundo y la de eucarionte 50 nucleótidos por segundo.

Debido la especificidad de sustratos de las enzimas, la fidelidad del proceso de replicación es muy alta, especialmente en eucariontes, disminuyendo la tasa de mutaciones. Se estima que se produce un error cada 10° pares de bases añadidas. La fidelidad también se logra gracias a que la ADN polimerasa tiene actividad de exonucleas; es decir, corrige sus propio errores eliminando los nucleótidos mal apareados

Estructura del ADN

POWER POINT

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El ADN o ácido desoxirribonucleico

   ¿Cómo es la molécula de ADN?

 

1) ¿Dónde se encuentra la información genética?

En las células eucariontes el ADN se encuentra en el núcleo, mitocondrias y cloroplasto. También el ADN contiene la información genética, que debe ser copiado y transmitida de una célula a otra durante un ciclo celular, puesto que dirige la construcción y organización de la célula, con lo que influye en el fenotipo del organismo.

  

2)- ¿ADN o proteína?

En 1915, con la confirmación de la teoría cromosómica de la herencia, se estableció que eran cromosomas los que portaban la información genetica. Sin embargo, durante mucho tiempo, se supuso que eran las proteínas cromosómicas las moléculas responsables de transportarla.

En 1928, el misterio comenzó a resolverse, cuando el microbiólogo británico Frederick Griffith inicia sus investigaciones en brusquedad de la vacuna contra la pulmonía. Griffith nunca encontró la vacuna, pero sus experimentos abrió la puerta para las investigaciones que luego demostraron que le ADN es la molécula de la herencia.

Lo que Griffith descubrió fue la transformación bacteriana, es decir, las moléculas de la herencias podían pasar de una bacteria a otra modificando el fenotipo. Sin embargo, esto no esclareció si las moléculas correspondían a proteínas o al ADN. En 1944, el biólogo canadiense Oswald Avery y su equipo de investigadores se propusieron a identificar cual era la molécula de la herencia. Para conseguirlo, aislaron las proteínas y el ADN de la cepas S y los añadieron a cultivos dela cepa R, luego analizaron el efecto de cada una sobre le fenotipo de las células del cultivo R. El resultado fue que solo el ADN produjo la transformación bacteriana observada por Griffith, lo que permitió identificar ala ADN como la molécula responsable de la herencia. 

3)- Composición química del ADN.

El ADN o ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico y, como tal, es un polímero formado por moléculas mas pequeñas llamadas nucleótidos. 

-Estructura general de un nucleótido: El ADN contiene cuatros tipos de nucleótidos y cada uno de ellos está formado por tres subunidades: un grupo fosfato, una pentosa o azúcar de cinco carbono (desoxirribosa) y una base nitrogenada, que es diferente en cada tipo de nucleótido.

En una molécula de ADN puede haber miles de nucleótidos unidos. La información genetista que contiene depende de su secuencia.

 
 
- Bases nitrogenadas: 

 a) Purinas: tiene dos anillos en su estructura.

b) Pirimidinas: tiene un anillo en su estructura.


 

4)- Estructura del ADN, el modelo de la doble hélice. 
  

Una vez que se determinó la composición química del ADN, faltaba conocer cómo se organizaban los nucleótidos para formar la estructura del ADN, fundamental para comprender el funcionamiento de la molécula. 

Diferentes investigadores compartían por ser los primeros en descubrir la estructura del ADN. finalmente, en 1953, el norteamericano James Watson y el británico Francis Crick propusieron un modelo del ADN,gracias al que obtuvieron el premio Nobel en 1962, junto con Maurice Wilkins. Watson y Crick basaron su modelo en otras investigaciones entre ellas: 

- Investigación de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins: usando diferencia de rayos X obtuvieron imagines que mostraban la forma helicoidal de la molécula.

 

 

- Investigación de Erwin Chargaff:  cuantificó las purinas y pirimidinas de distintas especies y determinó que la cantidad de nucleótidos de pirimidinas es igual que la cantidad de nucleótidos de purinas, (T+C) =(A+G); es decir, que la cantidad de T es igual a la de A y que la cantidad de G es igual a la C en todas las especies investigadas.

 

Las principales características de la molécula de ADN, establecidas por Watson y Crick en su modelo son: 

 - El ADN esta compuesto por dos cadenas de nucleótidos enrolladas que forman una doble hélice. Los nucleótidos de una misma cadena, se unen ente si con enlaces covalentes entre el carbono 3' de la pentosa de un nucleótido con el grupo fosfato unido al carbono 5' del siguiente nucleotido.

- La pentosa y los grupos fosfatos forman el esqueleto externo de la hélice y las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior. 

- Las bases nitrogenadas de ambas cadenas se unen con puentes de hidrógenos. La adenina se une siempre con la timina, con dos puentes de hidrógenos, mientras que la guanina lo hace con la citosina con tres con estos enlaces. Por lo tanto, las secuencias de nucleótidos son complementarias, por ejemplo, la secuencia complementaria de GCATT es CGTAA.

- Las dos cadenas de nucleótidos nos antipáticas, los extremos de cada una de las cadenas son denominados 5´-P (fosfato) y 3´-OH (hidroxilo) y las dos cadenas de alinean en dirección opuestas, como si estuviera de pie y la otra de cabeza, quedando el grupo -OH del extremo 3´ de una de ellas enfrentando al grupo fosfato del extremo 5´de la cadena complementaria.