4.2 código genético y sintesis de proteinas
40
Transcript of 4.2 código genético y sintesis de proteinas
Código genético y síntesis de proteínas:1. Concepto de gen2. Estructura del ADN3. La replicación del ADN4. La transcripción5. La traducción
El gen o gene es un segmento de ADN
que da la clave para una proteína en
particular.
Los genes son las unidades de herencia
y controlan las características del
individuo: color del pelo, tipo de sangre,
color de la piel y color de los ojos.
Los genes son parte de los
cromosomas.
Debido a que los genes son segmentos
de ADN, controlan el desarrollo de las
características y las actividades
celulares.
Saber que el ADN es elmaterial hereditario llevómuchos años de estudio.
En 1953, James Watson,biólogo estadounidense yFrancis Crick, biofísicobritánico, propusieron unmodelo para la estructura delADN.
El ADN es una molécula muygrande pero compuesta solode pocas sustancias químicasdiferentes.
Una molécula de ADN estaformada por unidadesllamadas nucleótidos.
Cada nucleótido contiene ungrupo fosfato, un azúcar decinco carbonos llamadadesoxirribosa y una basenitrogenada.
Los nucleótidos estánunidos por enlaces entre elgrupo fosfato de unnucleótido y el azúcar delsiguiente nucleótido.
Las bases nitrogenadas seextienden hacia afuera desdela cadena azúcar-fosfato. Enel ADN hay cuatro bases:
1. adenina
2. citosina
3. guanina
4. timina
La molécula de ADN secompone de dos cadenas denucleótidos unidas porpuentes débiles de hidrógenoentre las bases nitrogenadas.
El fosfato del Segundo nucleóticose une al azúcar del tercero y asisucesivamente.
Se forma una cadena denucleótidos enlazados del fosfatoal azúcar.
Las cadenas de nucleótidosforman un espiral alrededor deun centro común.
La forma espiral de la moléculaes una doble hélice.
Los enlaces entre las basesnitrogenadas solo se formanentre pares específicos:
la adenina (A) con la timina (T)
la citosina (C) con la guanina(G)
Debido a que solo se pareanbases específicas, la sucesiónde bases de una cadena denucleótidos, determina lasucesión de bases en la otracadena.
Los cromosomas se duplicandurante la interfase, antes deque empiece la divisióncelular (mitosis).
Como resultado de lamitosis, las células hijasreciben copias idénticas delmaterial hereditario de lacélula madre.
Las células hijas formadasdurante la meiosis, recibiránla mitad del materialhereditario de la célulaparental.
El proceso mediante el cual lamolécula de ADN hace copiasde sí misma (cromosomas) sellama replicación del ADN.
Pasos de la replicación del ADN:
1. La doble hélice se desdobla demanera que las dos cadenasde nucleótidos quedanparalelas. Se rompen losenlaces entre las bases de lasmoléculas de ADN. Las doscadenas de nucleótidos seseparan, empezando en unextremo y abriéndose hasta elotro.
2. Cada mitad de ADN sirvecomo patrón para laformación de una nuevamitad de la molécula deADN. Las bases de losnucleótidos libres se unencon las basescorrespondientes en las doscadenas expuestas denucleótidos: adenina-timina, citosina-guanina.Este pareo asegura que lascopias nuevas de ADN seancopias exactas del ADNoriginal.
3. Se forman enlaces entre losfosfatos y las azúcares delos nucleótidos que se hanpareado con las cadenas deADN.
4. Las dos muevas moléculasde ADN se enroscan y denuevo toman forma de unadoble hélice.
Las enzimas controlan todas lasreacciones químicas de los organismosvivos.
Todas las enzimas son proteínas.
Las células están formadas parcialmentede proteínas.
La información para fabricar todas lasproteínas está almacenada en lasmoléculas de ADN de los cromosomas.
La sucesión de bases en las moléculas deADN es un código químico para lasucesión de aminoácidos en las proteínas.
Un segmento que codifica para unaproteína en particular se llama gene.
Al igual que las miles decombinaciones de palabraspara expresar ideas en unalfabeto, las combinaciones delas bases nitrogenadascomponen el “alfabeto” delADN.
Una molécula de ADN puedeestar formada de miles denucleótidos, cada uno de elloscon una de las bases.
El código genético locomponen “palabras” de tresletras formadas por las bases.(AGC, CGT, sucesivamente)obteniendo 64 grupos o“palabras” diferentes.
Las 64 combinaciones sonsuficiente para codificar los 20aminoácidos diferentes.
Las sucesiones de tres bases denucleótidos se llaman “tripletas”.
Cada tripleta del ADN codificasolo para un tipo de aminoácido.
La disposición de las bases de lamolécula de ADN codifica para lasucesión de aminoácidos queforman una proteína enparticular.
El ARN es un ácido nucleicoque se compone de una solacadena de nucleótidos, adiferencia del ADN que secompone de dos.
El azúcar en el ARN es laribosa, que es ligeramentedistinta a la desoxirribosa delADN.
La diferencia entre el ARN yADN es el tipo de bases enlos nucleótidos. En vez de labase timina en el ADN, elARN tiene la base uracilo (U),que forma enlaces solo conla adenina.
En las céulas encontramostres tipos de ARN:
1. El ARN mensajero o ARNmlleva las instrucciones parahacer una proteína enparticular, desde el ADN enel núcleo hasta losribosomas. Las moléculasde ARNm se disponensegún el código contenidoen el ADN.
2. El ARN de transferencia oARNt.- lleva losaminoácidos a losribosomas. El ARNt seencuentra en el citoplasmade las células.
3. El ARN ribosomal o ARNr,es una de las sustanciasquímicas de las que estáncompuestos los ribosomas.
El ADN en el núcleocontiene instrucciones parahacer miles de proteínasdiferentes. El ADN nopuede salir del núcleo.
Cuando se necesita ciertaproteína , se forma el ARNm,de la información que hay enel ADN.
El proceso de producir ARNm,a partir de las instruccionesdel ADN, se llamatranscripción.
PASOS PARA LA TRANSCRIPCIÓN
1. La porción de ADN que contieneel código para la proteína que senecesita se desdobla y se separa,exponiendo las bases. Procesosimilar a la replicación del ADN.
2. Los nucleótidos de ARN libresque están en el núcleo, se pareancon las bases expuestas del ADN.El uracilo se parea con la adenina. Como resultado de las tripletasdel ADN, se forman tripletascomplementarias en la moléculade ARNm.
La sucesión de tres nucleótidosen una molécula de ARNm sellama codón.
3. La molécula de ARNm se completapor la formación de enlaces entrelos nucleótidos del ARN. Lamolécula de ARNm se separa de lasmolécula de ADN. La moléculacompleta de ARNm, que lleva uncódigo para hacer un solo tipo deproteína, sale del núcleo, pasa porla membrana nuclear y se dirige alos ribosomas del citoplasma.
El ensamblaje de una molécula de proteína de acuerdo con elcódigo de una molécula de ARNm, se conoce como traducción.
Se denomina traducción porque comprende el cambio del“lenguaje” de ácidos nucleicos (sucesión de bases) al “lenguaje” delas proteínas (sucesión de aminoácidos).
En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los ribosomas. Paraque se pueda sintetizar una molécula de proteína deben llegar losaminoácidos a los ribosomas.
Los aminoácidos que se necesitan están dispersos en elcitoplasma. Se encuentran los aminoácidos correctos y llegan alARNm por el ARN de transferencia (ARNt)
Las moléculas ARNt son máscortas que las de ARNm ytienen forma de trébol.
En uno de los extremos de lamolécula ARNt, hay unconjunto de bases llamadaanticodón.
El lado opuesto del ARNttransporta un aminoácido.
Las bases de los anticodonesdel ARNt soncomplementarias a las basesde los codones del ARNm.
PASOS PARA LA TRADUCCIÓN
1. Un extremo del ARNm se pegaal ribosoma.
2. Las moléculas de ARN detransferencia que están en elcitoplasma recogen ciertosaminoácidos. Con losaminoácidos pegados, lasmoléculas de ARNt se muevenhacia el punto donde el ARNmestá pegado al ribosoma.
3. Una molécula de ARNt con elanticodón correcto, se enlazacon el codón complementarioden el ARNm.
4. A medida que el ARNm se muevea lo largo del ribosoma, elsiguiente codón hace contactocon el ribosoma. El siguienteARNt se mueve a su posición consu aminoácido.Los aminoácidos adyacentes seenlazan por medio de un enlacepeptídico.
5. Se desprende la primeramolécula de ARNt . El siguientecodón se mueve a su posición yel siguiente aminoácido secoloca en su posición.
Los pasos 3 al 5 se repitenhasta que se ha traducido elmensaje completo.De esta manera se forma unacadena de aminoácidos.
Como una proteína es unacadena de aminoácidos, seconstruye entonces unaproteína.
En resumen, el ADN codificapara ARN mensajero, el ARNmensajero lleva lainformación necesaria para lasíntesis de la proteína a losribosomas, donde se hace laproteína.
Ecuación:
trasncripción traducción
ADN ARNm proteína
¿Qué es la Enfermedad de Chagas?Chagas es una enfermedad causadapor el parásito Trypanosoma cruzi, queocasiona la mayoría de problemascardíacos en América Central y del Sur.Hay 10 millones de personas con elMal de Chagas en el Continente
Americano.No tiene vacuna ni cura efectiva en sufase crónica.Es una enfermedad muy grave perodesconocida por la mayoría de lapoblación.
¿Cómo se transmite?Por las heces de insectos triatominos,conocidos en el Ecuador comochinchorros, chinche caballo o guaros.Por las transfusiones sanguíneas ytransplantes de órganosDe la madre al feto durante elembarazo
22 noviembre 2010BT743
22 noviembre 2010BT743
Metagenómica
•Extracción de DNA
ambiental
•Construcción de
genotecas de DNA (o
cDNA)
•Screening
•Por secuencia
•Por función
22 noviembre 2010BT743
Examen de la diversidad filogenética usando análisis de secuenciade rDNA 16s de los microorganismos, que se usa para monitorear ypredecir condiciones y cambios ambientales.
Examen de genes/operones en búsqueda de enzimas de aplicaciónbiotecnológica (Ej. celulasas, quitinasas, lipasas, antibióticos, y otrosprod. naturales); aplicaciones industriales o médicas.
Dentro de una familia de proteínas interesantes, examen devariaciones puede ayudar a l identificar o diseñar catalizadoresóptimos.
Examen de mecanismos de secretoras, reguladoras, transducción deseñales, asociadas con genes de interés. El conocimiento de cómoestos genes son organizados y regulados puede ayudar a mejorar laexpresión y la actividad de las enzimas.
Examen de sistemas de transporte: con este conocimiento y el de loscomponentes nutritivos y sustratos que hay en el ambiente esposible describir la biodiversidad presente
Examen de bacteriófagos o plasmidios. Estos potencialmenteinfluencian la diversidad y estructura de las comunidadesmicrobianas.
22 noviembre 2010BT743
Examen de eventos de transferencia lateral de genes. Elconocimiento de cómo el genoma cambia (plasticidad delgenoma) puede dar una idea de las presiones selectivas paracaptura y evolución de genes dentro de un hábitat.
Examen de genes/operones para metabolización denutrientes, auto-inductores (para “sensar” la comunidad),metabolismo intermediario central, etc. Esto puede entregarinformación acerca de relaciones sintrópicas entre m.o.s.
Examen de vías metabólicas. La compresión de éstas y su funcionamiento puede ayudar al diseño de medios de cultivo de m.o.s no cultivables.
Examen de genes que predominan en un ambiente dado, comparado con otros. El conocimiento de genes “marcadores” de un ambiente ayuda al desarrollo de métodos para comprender las respuestas de la comunidad a ciertas señales y las interacciones que se desarrollan.
22 noviembre 2010BT743
Estrategias de enriquecimiento de genomasse usan para dirigir la búsqueda haciadeterminados componentes activos depoblaciones microbianas.
Aumenta la probabilidad de éxito delscreening de una genoteca metagenómicapara un gen particular, cuando laproporción de éste es pequeña en relaciónal total de la muestra de ácidos nucleicos.◦ Stable isotope probing (SIP) y 5-Bromo-2-
deoxyuridine labeling de DNA o RNA,
22 noviembre 2010BT743
DebilidadesProyectos de secuenciación masivos son aún muy caros.El análisis de datos es complejoEnsamble de secuencias es imposible para medios con alta diversidad decomunidades, se producen secuencias quiméricasEnsamble de genomas depende de la existencia de información degenomas disponibles.Se requieren marcadores taxonómicos para establecer los grupos de unacomunidad (16S rRNA) presentes en los mismos fragmentos de DNA.Estudiar a miembros de la comunidad en baja abundancia es imposible.
FortalezasEn contraste a muchos técnicas basadas en análisis “single gene”, (p.ej.16S rRNA,T-RFLP o DGGE), la metagenómica da mucho más información.Análisis de la fisiología de los microorganismos es posible y se puedeestudiar la biodiversidad en mas detalle.La metagenómica es menos “tendenciosa” que el PCR y da informaciónsobre la abundancia relativa de diferentes m.o. y la estructura de lacomunidad.La metagenómica captura polimorfismos presentes en la comunidadesnaturales, lo que hace el ensamble de secuencias mas complejo, peroentrega mas información.
La meta genómica es el estudio del conjunto degenomas de un determinado entorno(metagenoma) directamente a partir de muestrasde ese ambiente, sin necesidad de aislar ycultivar esas especies.1
La meta genómica es una de las nuevasaplicaciones que han sido posibles con laaparición de las tecnologías para secuenciar elADN a bajo costo.2 Estas nuevas tecnologíaspermiten reducir el costo de secuenciar el ADN acostos mucho menores que aquellos usando latecnología basada en secuenciamiento Sanger
La recuperación de secuencias de ADNmayores de unas pocas miles de pares debases era muy difícil hasta la recientellegada de avanzadas técnicas de BiologíaMolecular que permiten la construcción degenotecas de cromosomas artificialesbacterianos (BACs), que poseen numerosasventajas como vectores, no presentes enlos vectores de clonación disponibles hastasu aparición
La metagenómica basada en balística permite la secuenciación directa de genomasmicrobianos casi completos, a partir de muestras ambientales. En cada muestraambiental existen una gran variedad de microorganismos en unas proporcionesdeterminadas. Los organismos más abundantes estarán más representados en lainformación de secuencia obtenida. Se suelen requerir grandes muestras paraasegurar una cobertura suficiente para resolver por completo los genomas deespecies poco representadas en la comunidad.
Los avances en Bioinformática, las mejoras en la amplificación del DNA, y el aumentode la capacidad de cómputo de los sistemas informáticos actuales han ayudado, enconjunto, al análisis de las secuencias de ADN obtenidas a partir de muestrasambientales, permitiendo la aplicación de la secuenciación balística a muestrasmetagenómicas. El abordaje balísitco sigue una serie de pasos básicos:fragmentación del ADN al azar en secuencias muy pequeñas, y ensamblaje pormapeo contra una secuencia consenso.
Por otra parte, la naturaleza aleatoria de la secuenciación por balística asegura quemuchos de estos organismos, que pasarían desapercibidos si se usaran técnicasculturales clásicas, estarán representados al menos por pequeños fragmentos desecuencia.
