Genetic Material Transmission and Replication Processes

Conceptos asociados a procesos de transmisin, conservacin y variacin del material gentico CURSO 4 PROF: MARISOL CORT S 10 ABRIL

Objetivo Explicar o comparar conceptos asociados a procesos de transmisi n, conservaci n y variaci n del material gen tico

Introduccin

La Replicacin del ADN El primer proceso necesario para la transmisi n de la informaci n gen tica es su duplicaci n, es decir, la realizaci n de una copia del ADN. La REPLICACI N es el proceso por el cual el DNA se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos. Con el modelo de la doble h lice de Watson y Crick se desarroll la idea de que las hebras originales deb an servir de patr n para hacer la copia, aunque en principio hab a tres posibles modelos de replicaci n: Modelo conservativo: Propon a que tras la replicaci n se manten a la mol cula original de DNA intacta, obteni ndose una mol cula id ntica de DNA completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas. Modelo semiconservativo: Se obtienen dos mol culas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva. Modelo dispersivo: El resultado final son dos mol culas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas. Meselson y Stahl demostraron en 1958 que el modelo v lido era el semiconservativo. Para ello utilizaron nucle tidos marcados con nitr geno pesado

Mecanismo El DNA se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble h lice, deshaci ndose los puentes de hidr geno entre bases complementarias, por la acci n de enzimas helicasas y topopisomerasas. En el DNA eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de la mol cula, form ndose zonas de DNA abierto. Estas zonas reciben el nombre de HORQUILLAS O BURBUJAS DE REPLICACI N, que es donde comenzar la s ntesis. La RNA- polimerasa (enzima) fabrica peque os fragmentos de RNA complementarios del DNA original y que se a ande a este ADN

La DNA-polimerasa III (Enzima) aade los los nuclotidos a un extremo de la cadena de ADN, tomando como molde la cadena de DNA preexistente, alarg ndose la hebra. En las horquillas de replicaci n siempre hay una hebra que se sintetiza de forma continua en el mismo sentido en que se abre la horquilla de replicaci n, la llamada HEBRA CONDUCTORA, y la otra que se sintetiza en varios fragmentos, los denominados FRAGMENTOS DE OKAZAKI y que se conoce como HEBRA SEGUIDORA o RETARDADA, ya que se sintetiza en sentido contrario al de apertura de la horquilla.

Transcripcin (sntesis de ARN)

Transcripcin (sntesis de ARN) La transcripci n del ARN es un mecanismo fundamental para el control celular y para la expresi n de la informaci n gen tica. Este mecanismo permite que la informaci n del DNA llegue al resto de org nulos celulares y salga del n cleo en el caso de los eucariotas (c lulas animales y vegetales). Para ello esa informaci n debe copiarse en forma de RNA. La TRANSCRIPCI N es el proceso de copia de un gen o fragmento de DNA utilizando ribonucl otidos y origin ndose diferentes tipos de RNA. El proceso es similar al de la replicaci n, con la diferencia de las enzimas y los precursores necesarios.

Mecanismo Al igual que en la replicaci n, existen diferencias entre procariotas y eucariotas, siendo las principales, la existencia de varias RNA-polimerasas en eucariotas y, sobre todo, la necesidad de que se produzca una "maduraci n . El proceso se divide en tres etapas: Iniciaci n: La RNA-polimerasa (Enzima) se une a una zona del DNA. A continuaci n se corta la hebra de DNA y se separan las dos cadenas, inici ndose el proceso de copia del DNA a transcribir.

Elongacin: La RNA-polimerasa contina aadiendo ribonucle tidos complementarios al DNA hasta que se llega a una determinada secuencia que indica a la polimerasa (enzima) el final de la zona a transcribir. Terminaci n: La transcripci n finaliza, y al RNA reci n formado se le a ade una cola de unos 200 nucle tidos de adenina, la cola de poli-A, agregada por la enzima poli-A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas celulares. Maduraci n de los productos de la trancripci n: Se da en el n cleo, se eliminan los intrones del RNA y quedando los exones. Tras estos procesos se habr formado un RNA, mensajero, transferente, ribos mico o nucleolar, que se desplazar hasta el lugar donde llevan a cabo su funci n, que generalmente es en el citoplasma.

Sntesis de protenas (proceso de traduccin)

Sntesis de protenas (proceso de traduccin) Este ARNm sale del n cleo celular y viaja hasta los ribosomas, unos organelos celulares especializados que act an como centro de s ntesis de prote nas. Los amino cidos son transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). As se da inicio a un fen meno llamado traducci n, que consiste en la uni n o enlace de los amino cidos en una secuencia determinada por el ARNm para formar una mol cula de prote na. Un gen es una secuencia de nucle tidos de ADN, el cual determina el orden de amino cidos en una prote na, mediante una mol cula intermediaria de ARNm. Lo que distingue a unas prote nas de otras es el ordenamiento espec fico de sus amino cidos; por esa raz n, cada gen codifica una caracter stica o informaci n particular, y distinta de otros genes

Sntesis de protenas (proceso de traduccin)

El proceso de fabricacin de protenas recibe el nombre de TRADUCCIN, puesto que se pasa de un lenguaje construido con nucle tidos a otro construido con amino cidos. En el proceso de traducci n intervienen de forma fundamental los tres tipos m s frecuentes de RNAs, cada uno con una funci n complementaria para llevar a cabo de forma conjunta el proceso: RNA-mensajero (RNA-m): es el encargado de transportar la informaci n gen tica desde el n cleo hasta los ribosomas. RNA-ribos mico (RNA-r): forma parte esencial de las dos subunidades que constituyen los ribosomas. RNA-transferencia (RNA-t): cumple una funci n clave en la s ntesis proteica. El ARN de transferencia sirve como v nculo (o adaptador) entre la mol cula de ARN mensajero (ARNm) y la cadena creciente de amino cidos que forman una prote na.

REPLICACIN Y TRANSMISIN DEL DNA La replicaci n del DNA es la duplicaci n de este DNA. Con ello se obtienen dos ejemplares (original y copia) de la informaci n gen tica. ara lograrlo se separan las dos cadenas de DNA y, gracias a una enzima especial, la DNA polimerasa, se produce una nueva cadena complementaria para cada cadena de DNA original. Esta replicaci n es necesaria para la divisi n de la c lula. De esta manera, las dos c lulas resultantes tienen la misma informaci n gen tica, como sucede con las c lulas de la piel, por ejemplo, que se est n dividiendo continuamente. A veces se producen errores en la replicaci n (se pone un nucle tido que no correspomde), hablamos entonces de mutaciones. A consecuencia de las mutaciones puede llegar a alterarse la prote na que codifica ese gen. Unas pocas de estas mutaciones pueden haber sido beneficiosas para el individuo, se han perpetuado y han constituido la base de la evoluci n.

TRANSMISIN DE LA INFORMACIN GENTICA La transmisi n de la informaci n gen tica de padres a hijos implica la existencia de organismos con reproducci n sexual. Participan dos individuos en la producci n de uno nuevo. Si las c lulas que produjesen este nuevo individuo fueran como el resto de las c lulas, las c lulas del nuevo ser tendr an el doble de informaci n gen tica que las c lulas de sus padres. Ya sabemos que esto no es as . Esquem ticamente intentaremos explicar ahora c mo se conserva la cantidad de informaci n gen tica de unos individuos en otros. En condiciones normales, las c lulas del individuo contienen la informaci n gen tica por duplicado, o sea, dos ejemplares de DNA, original y copia. Este DNA se va enrollando y enrollando junto con prote nas para formar los cromosomas. En la especie humana hay 46 cromosomas, dos de los cuales son cromosomas sexuales: XX en la mujer XY en el var n Los cuarenta y cuatro cromosomas restantes se llaman autosomas. En realidad, hay 23 parejas de cromosomas, 22 de autosomas y un par de cromosomas sexuales. La informaci n gen tica est por duplicado y hablamos de c lulas diploides. Las c lulas que van a producir los gametos ( vulos y espermatozoides) sufren un tipo de divisi n especial, la meiosis. Las c lulas resultantes de este tipo de divisi n tienen la mitad de informaci n gen tica que la c lula madre, s lo hay veintitr s cromosomas (veintid s autosomas y un cromosoma sexual, siempre X en el vulo y X o Y en el espermatozoide. Los gametos, por tanto, son c lulas haploides, con s lo una copia del DNA. Por la fusi n de dos c lulas haploides (c lulas con la mitad de la informaci n gen tica), en la fecundaci n, se forma una nueva c lula diploide, el cigoto (que dar origen al embri n). Este cigoto tendr , por lo tanto, veintid s pares de autosomas, de los que la mitad son de la madre y la otra mitad del padre, un par de cromosomas sexuales, el X del vulo materno y un X o un Y del espermatozoide paterno. Es el espermatozoide, por tanto, el que determina el sexo del nuevo ser. El cigoto ya se divide normalmente, por mitosis, no por meiosis, con lo que las c lulas hijas conservan un mismo n mero de cromosomas que la c lula madre. Se forma as , por diferenciaci n celular, gracias a la distinta expresi n g nica, el nuevo ser con sus diferentes rganos. Las mitocondrias que se transmiten son solamente las maternas

Sntesis de la unidad Toda la informaci n gen tica de cada ser vivo se encuentra almacenada en unas peque simas estructuras, ubicadas en el n cleo celular, conocidas como cromosomas. Cada cromosoma contiene una cantidad individual de genes, los que a su vez, contienen informaci n sobre un rasgo caracter stico, que se transmite a los descendientes. Cada cromosoma est compuesto por una mol cula de ADN, la que tiene forma de doble h lice, conformada por dos cadenas o hebras, compuestas por una mol cula de az car llamada desoxirribosa, un fosfato, y cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). Estas bases se combinan de acuerdo a secuencias espec ficas, A-T y C-G, unidas mediante enlaces de hidr geno. En la s ntesis proteica, la mol cula de ADN se separa en dos cadenas o hebras. En el proceso llamado transcripci n, una parte de la hebra paralela act a como modelo para formar una nueva cadena, llamada ARN mensajero o ARNm. Este ARNm sale del n cleo celular y viaja hacia los ribosomas, para llevar a cabo la s ntesis de prote nas.

Sntesis de la unidad Los amino cidos son transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fen meno llamado traducci n que consiste en la uni n de los amino cidos en una secuencia determinada por el ARNm, para formar una mol cula de prote na. La replicaci n de ADN es un proceso que ocurre previo a la divisi n celular. En este proceso, la doble h lice se separa en dos hebras. Cada una sirve como plantilla para complementaria, dando origen as a dos nuevas mol culas con la misma estructura e informaci n. En el caso que en la replicaci n se sustituyera una secuencia por otra con una base diferente, podr a originarse un cambio o mutaci n. Estas mutaciones son producto de errores durante el proceso de replicaci n y pueden suceder al azar, o inducidas por diversos factores f sicos, qu micos o biol gicos. Los seres humanos poseemos un cariotipo de 46 cromosomas, organizados en 23 pares. En cada c lula, existen dos copias de cada cromosoma m s dos cromosomas sexuales. En las mujeres, existe un par id ntico XX; en los hombres, en cambio, existe un cromosoma X y uno Y, que es m s peque o poder montar una nueva cadena