Genes y manipulación genéticaEl material hereditario

• Cromosoma = ADN + Proteínas• Los cromosomas contienen los genes los

genes están hechos de ADN

• Núcleo en interfase: no se ven los cromosomas, sólo una masa de finos filamentos de cromatina (en una célula somática humana habrá 92 filamentos) (núcleos de células de raíz de cebolla vistos en el laboratorio)

• Núcleo en profase mitótica: cromosomas visibles (si es una célula somática humana se verán 46 cromosomas = 92 cromátidas)

Núcleo en interfase

Mefase mitótica

Genes y manipulación genéticaEstructura de la molécula de ADN

• Crick y Watson (1953) publican estructura molecular del ADN : doble hélice del ADN.

• Larga molécula formada por dos cadenas paralelas dispuestas como una doble escalera helicoidal

• Cadena está hecha de n nucleótidos• Nucleótidos: A, T, C, G• Emparejamiento de nucleótidos

complementaridad de nucleótidos:– A-T o T-A– C-G o G-C

nucleótido

La doble hélice del ADN

Se

cue

ncia

de

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s

Genes y manipulación genéticaEstructura de la molécula de ADN

Actividades

• ¿Qué significa que las dos cadenas que forman una molécula de ADN son complementarias?

• .-Si la secuencia de nucleótidos en una de las cadenas de una molécula de ADN es ATTCGACGTTA, ¿cuál será la secuencia en la cadena complementaria?

Genes y manipulación genéticaLas funciones del ADN

• Llevar la información genética

• Controlar la aparición de los caracteres hereditarios

• Pasar la información de una célula a sus descendientes durante la división celular

• Pero, ¿cómo lleva la información una molécula de ADN?

• Pero, ¿cómo acaba manifestándose en un carácter determinado la información contenida en el ADN?

• Pero, ¿cómo se hereda esta información?

En las próximas diapositivas veremos cómo contiene el ADN la información, cómo se expresa esa información y se convierte en determinados caracteres, y cómo esa información se pasa a los

descendientes

Genes y manipulación genéticaEl ADN contiene información (I)

• Todo el ADN de los seres vivos tiene el mismo diseño: la doble hélice.• Todos los individuos pertenecientes a la especie Homo sapiens tienen el ADN con la misma estructura molecular

(doble hélice y cadenas de nucleótidos)• Si los individuos de una misma especies son diferentes entre sí, ¿cómo es que ADNs iguales producen

caracteres diferentes?• Aunque los ADNs tienen la misma estructura molecular, su secuencia de nucleótidos es diferente…• …Y es precisamente la secuencia de nucleótidos la que conforma los genes.• Un gen, por tanto, es un fragmento de ADN, con una determinada secuencia de nucleótidos, que lleva

información para una determinada forma de un carácter.

• Y puesto que los caracteres están constituídos en gran medida de proteínas…• Un gen es un fragmento de ADN que contiene la información necesaria para fabricar una determinada

proteína, la cual es, en parte, responsable de la aparición de un determinado carácter.

Información genética en las dos cromátidas es idéntica

Par de alelos en un mismo locus

La fabricación de proteínas a partir del ADN no suele ocurrir cuando la cromatina tiene aspecto de cromosoma

Transcripción

Traducción El iris ocular está hecho de

proteínas musculares en

células con pigmentos

Genes y manipulación genéticaEl ADN contiene información (II)

El código genético y la traducción del mensaje genético

• El código genético es la correspondencia entre secuencia de nucleótidos (del ADN) y secuencia de aminoácidos (de la proteína). Es una especie de diccionario

• Cada triplete de nucleótidos corresponde a un aminoácido

• Los tripletes han de ser leídos secuencialmente• Los genes se expresan en proteínas mediante

la síntesis de proteínas:– Transcripción del ADN en ARN (en el núcleo)– Traducción del ARN (tripletes de nucleótidos) en

aminoácidos de la proteína (en los ribosomas del citoplasma)

Secuencia de nucleótidos del ARN

ARN recien salido del núcleo

ARN

ARN

Secuencia de aminoácidos de la proteína

Aminoácido 1 Aminoácido 3

Genes y manipulación genéticaLa información contenida en el ADN

se heredaReplicación del ADN

• En cada M! se obtienen dos células hijas idénticas a la célula original

• Deben, por tanto, hacerse previamente copias del ADN para que cada célula hija tenga copias de cada gen: REPLICACIÓN

– La doble hélice o doble cadena se abre como una cremallera

– Cada una de las cadenas sirve de molde para fabricar una nueva cadena, respetándose la complementaridad (A-T; G-C)

– Las dos nuevas hélices formadas llevan una cadena antigua y una cadena nueva

• Errores en la inclusión de los nucleótidos en el momento de la replicación: MUTACIONES

Micrografía de TEM de ADN de virus

Genes y manipulación genéticaLa información contenida en el ADN se hereda

Traducción del ARNm – El CÓDIGO GENÉTICO

1

2

3

Genes y manipulación genéticaLa información contenida en el ADN se hereda

Replicación del ADN-ACTIVIDADES

• 11.-Indica cuántas moléculas de ADN tiene un cromosoma al inicio de la mitosis y un cromosoma justo después de la mitosis ¿En qué fase del ciclo celular se produce la replicación del ADN?

• 12.-¿Cuántas moléculas de ADN recibe cada célula hija que resulta de la mitosis de una célula humana? ¿Y las que resultan de una meiosis?

• 13.-¿Cuántos nucleótidos deben cambiar en un gen, como mínimo, para que la proteína codificada tenga un aminoácido diferente a la normal?

• 14.-Si como consecuencia de la exposición excesiva a los rayos UV del sol se producen mutaciones en las células de la piel, que originarán cancer, ¿herederán el cáncer los descendientes de esa persona? ¿Por qué?

Genes y manipulación genéticaCambios en la información genética:

mutaciones

• Las mutaciones son cambios súbitos en la secuencia de nucleótidos del ADN producidos por varios factores:

– Errores en el mismo proceso de replicación no corregidos por la misma célula

– Cambios inducidos por agentes mutagénicos (rayos X, luz UV, radiactividad, ácido nitroso, nicotina, etc.)

• Las mutaciones en células somáticas no son heredables, pero pueden producir tumores (melanoma, cancer de pulmón, etc.)

• Las mutaciones en células reproductoras son heredables, porque el gen queda cambiado y así se transmite

• Recuérdese que en un par de alelos A > a, lo más probable es que a se haya originado a partir de A por una o más mutaciones

• Las mutaciones son una de las claves de la evolución de las especies (UD4)

Eritrocitos con la mutación que causa una hemoglobina anormal anemia falciforme

Aspecto de una Drosophila melanogaster normal

Drosophila melanogaster con una mutación que

produce alas vestigiales

Los alelos A y B se diferencian sólo en cuatro nucleótidos de un total de 1062

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos (I)

• Transferencia de genes entre especies diferentes realizada por procedimientos artificiales (Ingeniería genética, que forma parte de la biotecnología) organismos transgénicos

• Ejemplos de organismos transgénicos:– Ratones hipertróficos (gen de hormona de crecimiento humano implantado en ADN de cigoto de ratón)– Un gen de Bacillus thuringiensis, que produce toxina (proteína venenosa) contra los taladros del maíz, se

introduce en el cigoto de la semilla de esta planta. Cuando los taladros invaden la planta, mueren intoxicados

– Gen humano de la insulina se implanta en ADN de bacterias, las cuales son cultivadas industrialmente para obtener insulina más barata

• Aplicaciones de la biotecnología– Fabricación rentable de productos farmacéuticos (vacunas, insulina, etc.)– Alimentos adecuados al consumo intensivo (cereales con bajo contenido en almidón, carnes bajas en

colesterol)– Cultivos resistentes a plagas (insectos, hongos) o a determinados herbicidas selectivos– Crecimiento más rápido de los vegetales o incrementos de tamaño en sus semillas (“quicos” mayores)– Gen de peces árticos se implanta en cigoto de semillas de fresa fresas resistentes al frío

• Riesgos de la biotecnología:– Contaminación del polen procedente de plantas transgénicas en cepas salvajes autóctonas y probable

pérdida de biodiversidad– Posibles efectos perjudiciales en organismos humanos al ingerir organismos transgénicos (muy baja

probabilidad por ser destruido el ADN en los procesos digestivos) – Dependencia de los cultivos vegetales transgénicos (tercer mundo, p. ej.) de las multinacionales que

producen las semillas y que patentan los productos de sus investigaciones

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos

Plantas de arroz infectadas con Agrobacterium modificado producen β-caroteno en sus semillas

Arroz dorado (transgénico)

Control (arroz no transgénico)

Recuerda que el β-caroteno lo encontramos en la raíz de la zanahoria y en las pieles y pulpas de los frutos rojos

(tomates, por ejemplo) y es un precursor de la vitamina A

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos

Obtención de plantas resistentes a insectos

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos

Genes y manipulación genéticaLa transferencia de genes: organismos transgénicos

Tomates (no todos estos son transgénicos), arroz dorado, ratones hipertrofiados o de

colores, etc., muchas de ellas son cepas registradas (sobre

todo en los ratones) que determinados laboratorios

venden para experimentación