Unidades químicas (monómeros) que constituyen a los ácidos nucleicos:
Nucleótidos
Cada nucleótido que forma a los ácidos nucleicos esta formados por tres unidades. Estas se denomina: bases nitrogenadas, Azúcar de 5 carbonos(pentosa) y un grupo fosfato
Las pentosas que forman a los ácidos nucleicos se denominan: Ribosa y desoxirribosa
Las bases nitrogenadas que forman a los ácidos nucleicos químicamente son de dos tipos. Estas se denominan:
a purinas b pirimidinas
Las bases nitrogenadas tipos purinas que forman a los ácidos nucleicos se denominan: a Adenina (A)
B Guanina (G)
Las bases nitrogenadas tipo pirimidinas que forman a los ácidos nucleicos se denominan: a Citosina (C)
b Timina (T c Uracilo (U)
Desoxirribonucleótidos que forman al ADN
A. de Adenina b. De timina c. De guanina d. de citosina
Azúcar de 5 carbonos que forma parte de los nucleótidos del ADN
A Desoxirribosa
Ribonucleótidos que forman al ARN
A. De Adenina b. De Uracilo c. de Guanina d. de citosina
Azúcar de 5 carbonos que forma parte de los nucleótidos del ARN
A. Ribosa
Diferencias químicas entre el: ADN ARN
Azúcar de 5 carbonos Desoxirribosa Ribosa
Base nitrogenada Pirimidina: Timina Uracilo
Diferencia estructural: Doble cadena Una cadena
En el ADN la complementariedad entre la bases se da así: a: A = T y b. G=C
Las cadenas en el ADN corren son corren en sentido contrario, por lo que se dice que son:
A. antiparalelas
El ADN es el encargado de guardar y transmitir la información genética de generación en generación.
REPLICACIÓN DEL ADN
Proceso por medio del cual una molécula de doble cadena del ADN se duplica originando dos cadenas dobles idénticas.
La replicación del ADN es semiconcervativa porque al final se forman dos moléculas de dobles cadena y cada una contiene una cadena madre o parental y otra cadena recién sintetizada.
ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN DEL ADN
Topoisomerasas:
se encarga de desenrollar el súper enrollamiento de la doble cadena de ADN.
Helicasa:
se encarga de romper los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias
ADN polimerasa III:
introduce los desoxirribonucleótidos directamente en las cadenas en síntesis.
ADN polimerasa I:
remplaza los ribonucleótidos de los cebadores por nucleótidos de ADN
Proteínas SSB:
se unen a la cadena y las mantiene abierta en los replicones.
ARN primasa:
permite la síntesis de los ARN cebadores o primer.
ARN primer o cebador:
se introduce en los sitios de inicio de las horquillas de replicación donde la ADN polimerasa III va a iniciar a introducir los desoxirribonucleótidos según la complementariedad de bases.
ADN ligasa:
une los nucleótidos del ADN a través de puentes fosfato (enlaces fosfodiéster).
REPLICACIÓN
–La topoisomerasa desenrolla la doble cadena, la helicasa rompe los puentes de hidrógeno y las proteínas SSB se unen en la cadena abierta formando regiones de replicación llamados replicones. En los eucariotas se forman muchos replicones. Cada replicón consta de: Una burbuja de replicación que es el espacio abierto y dos horquillas de replicación que son los puntos donde se van a iniciar las replicaciones.
–Como las dos cadenas del ADN son anti paralelas. Una corre en dirección 3’—–5’ y la otra 5’—–3’ y la replicación solo puede darse en dirección 3’—–5’ se van a dar dos direcciones de replicación.
—-La cadena que corre en dirección 3’—-5´ se conoce como cadena líder y se va a dar la síntesis continua de la cadena en dirección 5’—–3’
El ARN cebador se une en la horquilla de replicación y la ADN polimerasa coloca los nucleótidos de ADN directamente según la complementariedad de bases A=T y G = C. Luego la ADN ligasa une los nucleótidos.
La cadena que corre en dirección 5’—–3’ se conoce como cadena rezagada y se va a dar una síntesis discontinua en dirección 3’—-5’ de la cadena de odirección 5’—–3’
El ARN cebador se une al ADN en varios sitios. En cada sitio la ADN polimerasa III va a introducir los nucleótidos de ADN y se van formando pedazos o fragmentos de ADN. Estos fragmentos formados se denominan Fragmentos de Okasaki.
Luego la ADN polimerasa I remplaza los nucleótidos del ARN de los cebadores por nucleótidos de ADN. Y el ADN ligasa une los nucleótidos con puentes fosfato.
De esta manera se producen dos moléculas de ADN de doble cadenas idénticas.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN Genética
La información genética está contenida en los genes que se encuentran en los cromosomas dentro del núcleo de las células de los eucariotas.
La información de los genes se utiliza para formar las proteínas en los ribosomas localizados en el citoplasma, por lo que debe fluir del núcleo hacia los ribosomas del citoplasma.
TRANSCRIPCIÓN
El gen que se va a utilizar para formar la proteína sufre una transcripción que consiste en formar una molécula de ARN mensajero (ARNm) a partir del gen del ADN.
La enzima que se encarga del proceso de transcripción es la ARN polimerasa.
La ARN polimerasa identifica los sitios promotores e inicia la transcripción según la complementariedad de bases G=C y A=U hasta encontrar un sitio de terminación,
En el núcleo de los eucariotas el ARN mensajero sufre un proceso llamado maduración que consiste en eliminar la información no codificadora llamada intrones y empalmar la información codificadora llamada exones.
TRADUCCIÓN DE LA INFORMACIÓN
La traducción es el proceso por medio del cual se lee la información del ARNm para formar la cadena polipeptídica de la proteína.
En la traducción funciona el Código Genético que consta de tripletos llamados Codones.
Un codón es una secuencia de tres nucleótidos adyacentes del ARN mensajero que codifica un aminoácido. Existen 64 codones. 61 son codificadores y tres son de alto. Hay 20 a.A. Naturales formando las proteínas.
Cada codón tiene un anti codón que es una secuencia de tres nucleótidos del ARNt que complementa con el codón y que transporta los aminoácidos a los ribosomas.
El código genético es considerado degenerado porque varios codones codificas a un mismo aminoácido. También es universal porque todos los seres lo leen iguales.
La traducción se produce en los ribosomas
Cada ribosoma consta de dos segmentos; uno menor y el otro el mayor.
La traducción consta de 3 etapas
Inicio, elongación y terminación.
a.
Iniciación
El ARNm con el codón de inicio AUG para la metionina se une con el anti codón del ARNt con la metionina en el segmento menor del ribosoma. Se forma el complejo de iniciación ARN m —ARNT –metionina. Luego se une el segmento mayor.
b.
Alargamiento
El ribosoma se mueve a través del ARNm y van leyendo los codones y los anticodones del ARNtvan colocando los aminoácidos; en el segmento mayor; según la complementariedad codón-anti codón. Los aminoácidos se van uniendo a través de enlaces peptídicos.
c.
Terminación:
La lectura prosigue hasta que se llega a un codón de alto ( UAA, UAG,UGA). El codón de alto es reconocido por una serie de proteínas llamadas complejo de terminación que libera la cadena.
MUTACIONES
Una mutación es un cambio aleatorio en el ADN de un organismo.
Según en las células que se produzcan pueden ser
Somáticas si se producen en las células del cuerpo y Génicas si se producen en las células reproductivas o gametos. Las mutaciones gaméticas son heredables y constituyen la fuente de variabilidad genética y el motor de la evolución de las especies.
(Mutaciones) pueden ser:
Espontáneas
Cuando se producen de forma natural o inducidas si se producen por algún factor mutagénico.
Los factores mutagénicos pueden ser físicos como: Rayos X, RUV, Radiaciones ionizantes. Químicos como: drogas, fármacos, humo del cigarrillo, gas mostaza.
Según el efecto que causen en el individuo las mutaciones génicas pueden ser:
Perjudiciales o deletéreas, benéficas o neutras.
Las mutaciones perjudiciales o deletéreas le confieren desventaja para la supervivencia o para la reproducción del individuo.
Las mutaciones benéficas o ventajosas aumentan la probabilidad de supervivencia de los individuos a un ambiente dado y aportan variabilidad a la población.
Las mutaciones neutras
No afectan, ni de manera positiva, ni negativa al individuo.
Según el material genético afectado se clasifican en:
Génicas o puntuales, cromosómicas o estructurales y las genómicas.
Las mutaciones génicas se producen cuando hay cambio en la secuencia de un gen determinado. Pueden ser: por cambio en una base formándose codones diferentes o por pérdida o introducción de una base.
Cuando hay cambio en las bases Pueden ser: silenciosas, neutras, con sentido equivocado y sin sentido.
Silencios
Cuando la base cambiada produce un codón que codifica al mismo aminoácido.
Neutras
Cuando en codón formado es equivalente o sea tiene el mismo carácter: o básico o ácido.
Con sentido equivocado: en estos casos se produce un codón que codifica otro aminoácido. Se producen proteínas anormales.
Sin sentido:
en estos casos se produce un codón de alto donde no debía aparecer. La proteína formada es anormal.
Cuando hay perdida o introducción de bases se producen mutaciones conocidas como cambio en el marco de lectura y producen proteínas anormales.
Mutaciones Cromosómicas o Estructurales son las que se producen por cambio en la estructura de los cromosomas.
Pueden ser: delección, translocación, inversión, duplicación.
Delección
: perdida de un fragmento del cromosoma.
Translocación
: un segmento de un cromosoma se une a otro cromosoma.
Duplicación:
en el cromosoma se da un segmento repetido.
Inversión:
El cromosoma presenta un segmento invertido.
Mutaciones genómicas se producen por cambio en el número de cromosomas o cambio en el juego completo de cromosoma. Se dividen en: Aneuploidías y Euploidias.
Aneuploidías:
se producen por pérdida o ganancia de uno o más cromosomas. Ejemplo: Monosomía: falta un cromosoma. Síndrome de Turner (X0). Trisomía: un cromosoma de más. Síndrome de Klinefelter ( XXY), Síndrome sw Down o mongolismo (trisomía 21).
Euploidias:
se producen cuando hay ganancia de juegos completo de cromosomas. Un organismo que normalmente es diploide ( 2n) y tiene un juego completo de más sería Triploides ( 3n ). Cuando tienen más de 3 juegos se dice que son poliploides.
La poliploidía no es viable en animales, pero es beneficiosa en plantas, ya que se desarrollan mejor y son más resistentes y producen más..
BIOTECNOLOGÍA:
Conjunto de procedimientos tecnológicos que utiliza microorganismos o procesos microbiológicos para obtener bienes y servicios específicos.
La INGENIERÌA Genética utiliza técnicas para manipular el ADN y producir organismos genéticamente modificados o transgénicos (OGM)-
La biotecnología se desarrollo desde miles de años atrás de manera empírica en procesos como
- Cruces entre plantas y animales
- Elaboración de cerveza (babilónicos)
- Fabrica de quesos
- Bebidas fermentadas
La biotecnología esta relacionada con ciencias como: química, genética, biología molecular, microbiología, ingeniería bioquímica e informática.
La biotecnología a evolucionado desde la forma tradicional (practicas empíricas) hasta nuestros días con avances como:
El ADN se recombina en forma natural a través de los procesos de
Reproducción sexual, transformación bacteriana y las infecciones virales.
Los virus pueden actuar como vectores(transportadores) que mueven trazas de ADN nuclear de una célula a otra. Este proceso se denomina transducción.
En el proceso de transformación bacteriana ciertos tipos de bacterias pueden captar fragmentos de ADN que se encuentran dispersos en el medio donde vive.
Plásmidos
: son pequeñas moléculas de ADN circular presentes en las bacterias y que se replican independientemente del cromosoma bacteriano. Los plásmidos son importantes en las bacterias porque les permite adquirir carácterísticas para adaptarse a nuevos ambientes ( por ejemplo: resistencia a los antibióticos).
La ingeniería genética utiliza la técnica del ADN recombinante que ofrece la posibilidad de utilizar plantas y animales transgénicos, así como microorganismos modificados genéticamente para producir productos de utilidad para el ser humano, como por ejemplo: vacunas, fármacos, hormonas y otros.
Un organismo transgénico es el que posee genes de otro organismo de otra especie.
Características DE LAS ENZIMAS DE RESTRICCIÓN
- Reconocen la secuencia específica de nucleótidos que son iguales (secuencias polindrómicas)
Si se leen en una dirección o en dirección contraria y corta en ese punto cada una de las cadenas del ADN. - Los extremos libres que quedan, se llaman extremos pegajosos porque pueden unirse a otro fragmento de ADN que se hayan cortado por las mismas enzimas de restricción´
- Estas enzimas han sido aisladas de muchas bacterias y se identifican con diferentes nombres
- Cebadores o iniciadores que son pequeñas cadenas de ARN.
DESARROLLO DE LA Técnica
1.- ETAPA 1. DESNATURALIZACIÓN DEL ADN
Se aplica calor para elevar la temperatura a 95-97ºC y separar las dos cadenas del ADN.
2. ETAPA 2. ADISIÓN DEL CEBADOR
Se disminuye la temperatura a 50 – 60ºC para que los cebadores se agreguen reconociendo sus secuencias complementarias.
3.- ETAPA3. Síntesis DE LAS CADENAS COMPLEMENTARIAS
Se eleva la temperatura a 72 – 75ªC para que actué la ADN Taq polimerasa y construya la cadena complementaria de cada segmento amplificado, obteniendo nuevamente , moléculas de ADN de doble cadena.
El ciclo se repite, duplicándose cada vez todo el ADN, de manera que se pueden obtener millones de copias de un solo fragmento
La secuenciación es una técnica que permite conocer la secuencia exacta u orden de los nucleótidos en la molécula de ADN.
Los STR (repeticiones cortas en tándem)
son pequeños segmentos repetitivos de ADN. Presentan tres carácterísticas;
1, Son cortas de tres a 5 nucleótidos.
2. Repetidos de 8 a 50 veces
3, En serie o tándem; se repiten a lo largo una de otra.
Cada persona puede tener repeticiones STR iguales, pero hay algunas que son únicas, lo que permite su aplicación en diferentes campos. Los STR únicos permite la identificación de personas con exactitud asombrosa.
Los STR se separan en electroforesis por su tamaño y carga.
Un Perfil de ADN son muestras de ADN procesados en geles de STR. Cada perfil muestra un número de repeticiones de STR único que se almacena en computadoras.
Los vectores más utilizados son:
Plásmidos
Son moléculas de ADN circular, más pequeños que el cromosoma normal bacteriano, Se replica independientemente del cromosoma bacteriano.
Bacteriófagos
: Son virus que infectan bacterias y que pueden introducirles los genes deseados.
Reacción EN CADENA DE LA POLIMERASA (Técnica DE PCR)
Desarrollada por Kary Mullís (mediados de los 80). Permite realizar millones de copias a partir de un pequeña muestra de ADN para realizar análisis y pruebas.
Requisitos para la técnica:
- La enzima ADN polimerasa llamada enzima Taq polimerasa obtenida de la bacteria Thermus aquaticus que puede funcionar a temperaturas de 70 ºC.
- Nucleotidos de Timina, Adenina, citosina y guanina.
PRODUCCIÓN DE PLANTAS TRANSGÉNICAS
Herramientas:
Gen Bt
: gen extraído de la bacteria Bacillus thuringiensis.
La proteína que codifica este gen daña el tracto digestivo de los insectos (pero no de los mamíferos). (Ver libro de texto)
Plásmido Ti:
plásmido encontrado en la bacteria Agrobacterium tumefaciens.
Se utiliza como vector para introducir el gen Bt en las plantas. Este plasmido afecta las plantas insertando su ADN y produciendo tumores.
Los ingenieros genéticos la han modificado de manera que infecta la planta sin producir los tumores
ANIMALES TRANSGÉNICOS
Tres técnicas se utilizan para obtener animales transgénicos:
1. Micro inyección: Se inyecta directamente en el óvulo el gen deseado
2. Usando vectores como virus y retrovirus que introducen el gen deseado en el óvulo. Es la técnica que produce mejores resultados.
3. Utilizando células madres embrionarias:
se extrae del blastocito una célula a la que se le introduce el gen deseado y luego se implanta en las madres sustitutas.
Técnica CRISPR Y EDICIÓ GENÉTICA
Las CRISPR, acrónimo en inglés de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas, se producen en el genoma de ciertas bacterias, de las que el sistema fue descubierto. Cas9 es una endonucleasa asociada a CRISPR (una enzima), conocida por actuar como “tijeras moleculares”, que corta y edita, o corrige, en una célula, el ADN asociado a una enfermedad. Un ARN guía dirige las tijeras moleculares Cas9 al lugar exacto de la mutación. Una vez que estas tijeras moleculares hacen un corte en el ADN, los mecanismos celulares adicionales y el ADN añadido de forma exógena utilizarán la maquinaria de la propia célula y otros elementos para “reparar” específicamente el ADN
.La tecnología CRISPR-Cas9 puede ofrecer la capacidad de modificar o corregir directamente los cambios asociados a la enfermedad subyacente en el genoma, y tiene un gran potencial en medicina, alimentación, agricultura o medio ambiente.
El español Francis Mojica, científico de la Universidad de Alicante, fue el primero en estudiar las secuencias CRISPR, a las que él mismo puso nombre. Fue allá por 1993, cuando comenzó a estudiar un microorganismo con una tolerancia extrema a la sal encontrado en las costas de Santa Pola (Alicante).