Para que un ser vivo no se extinga , necesita reproducirse y para ello necesita duplicar el material genético del progenitor .
Se dieron muchas hipótesis acerca de esta duplicación , una hipótesis conservativa , una dispersiva y una semiconservativa , la cuál fue propuesta por Watson y Crick y posteriormente demostrada por Meselson y Stahl . Por lo tento sabemos que la replicación del ADN es semiconservativa , ya que la doble hebra original se abre y actúa de molde para la síntesis de la complementaria , dando lugar a dos nuevas moléculas de ADN cada una portadora de una hebra original y otra de nueva síntesis .
DUPLICACIÓN EN PROCARIOTAS
La duplicación del ADN ocurre en las siguientes etapas :
INICIACIÓN : desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto oriC.
* Primero : intervienen las helicasas que facilitan la apertura de la doble hélice , rompiendo los puntes de hidrógeno entre bases nitrogenadas
* Segundo: actuan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.
* Tercero: actuan las proteinas SSB que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.
ELONGACIÓN : síntesis de dos nuevas hebras de ADN.
* Actuan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.
Estas pueden tener dos funciones : exonucleasa y polimerasa .
La ADN polimerasa no puedo iniciar de 0 , por lo que necesita un cebador facilitado por la primasa
La cadena 3´-5´es leida por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no puede ser leida directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´y que más tarde se unen , gracias a la ADN ligasa . Esta es la hebra retardada,llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.
CORRECCIÓN DE ERRORES : durante la replicación se producen errores al aparear mal las bases , entonces la ADN polimerasa I , actúa con función exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados.
DUPLICACIÓN EN EUCARIOTAS
Es similar a la replicación en procariotas , pero con alguna diferencia :
Se crean burbujas de replicación de manera simultánea en varios puntos , ya que las moléculas de ADN son muy largas Hay 5 tipos de ADN polimerasas Los cromosomas se encuentran asociados a histonas , que también se duplicanAl eliminar el último cebador , es necesario un extremo hidroxilo 3´ libre donde iniciar un nuevo fragmento .Los fragmentos de Okazaki son más pequeños.
La transcripción es el primer paso de la expresión génica, el proceso por el cual la información de un gen se utiliza para generar un producto funcional, como una proteína. El objetivo de la transcripción es producir una copia de ARN de la secuencia de ADN de un gen.
La transcripción de un gen ocurre en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Aquí veremos brevemente cómo ocurren estas etapas en bacterias. Puedes aprender más sobre los detalles de cada etapa (y sobre las diferencias que hay respecto a la transcripción eucarionte) en el artículo sobre etapas de la transcripción.
1)Iniciación. La ARN polimerasa se une a una secuencia de ADN llamada promotor, que se encuentra al inicio de un gen. Cada gen (o grupo de genes co-transcritos en bacterias) tiene su propio promotor. Una vez unida, la ARN polimerasa separa las cadenas de ADN para proporcionar el molde de cadena sencilla necesario para la transcripción.
2) Elongación. Una cadena de ADN, la cadena molde, actúa como plantilla para la ARN polimerasa. Al "leer" este molde, una base a la vez, la polimerasa produce una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios y forma una cadena que crece de 5' a 3'. El transcrito de ARN tiene la misma información que la cadena de ADN contraria a la molde (codificante) en el gen, pero contiene la base uracilo (U) en lugar de timina (T)
3) Terminación. Las secuencias llamadas terminadores indican que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea liberado de la ARN polimerasa. A continuación se ejemplifica un mecanismo de terminación en el que ocurre la formación de un tallo-asa en el ARN.
Traducción:
En la iniciación, el ribosoma se ensambla alrededor del ARNm que se leerá y el primer ARNt (que lleva el aminoácido metionina y que corresponde al codón de iniciación AUG). Este conjunto, conocido como complejo de iniciación, se necesita para que comience la traducción.
La elongación es la etapa donde la cadena de aminoácidos se extiende. En la elongacón, el ARNm se lee un codón a la vez, y el aminoácido que corresponde a cada codón se agrega a la cadena creciente de proteína.
Cada vez que un codón nuevo está expuesto:
Un ARNt correspondiente se une al codón.
La cadena de aminoácidos existente (polipéptido) se une al aminoácido del ARNt mediante una reacción química.
El ARNm se desplaza un codón sobre el ribosoma, lo que exponde un nuevo codón para que se lea. La terminación es la etapa donde la cadena polipeptídica completa es liberada. Comienza cuando un codón de terminación (UAG, UAA o UGA) entra al ribosoma.
Activación de los aminoácidos:
Mediante la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP, los aminoácidos pueden unirse ARN específico de transferencia, dando lugar a un aminoacil-ARNt. En este proceso se libera AMP y fosfato y tras él, se libera la enzima, que vuelve a actuar.
Iniciación de la síntesis proteica:
En esta primera etapa de síntesis de proteínas, el ARN se une a la subunidad menor de los ribosomas, a los que se asocia el aminoacil-ARNt. A este grupo, se une la subunidad ribosómica mayor, con lo que se forma el complejo activo o ribosomal.
Elongación:
El complejo ribosomal tiene dos centros o puntos de unión. El centro P o centro peptidil y el centro A. El radical amino del aminoácido inciado y el radical carboxilo anterior se unen mediante un enlace peptídico y se cataliza esta unión mediante la enzima peptidil-transferasa.
De esta forma, el centro P se ocupa por un ARNt carente de aminoácido. Seguidamente se libera el ARNt del ribosoma produciéndose la translocación ribosomal y quedando el dipeptil-ARNt en el centro P.
Al finalizar el tercer codón, el tercer aminoacil-ARNt se sitúa en el centro A.
A continuación se forma el tripéptido A y después el ribosoma procede a su segunda translocación. Este proceso puede repetirse muchas veces y depende del número de aminoácidos que intervienen en la síntesis.
Finalización de la síntesis de proteínas:
En la finalización de la síntesis de proteínas, aparecen los llamados tripletes sin sentido, también conocidos como codones stop. Estos tripletes son tres: UGA, UAG y UAA. No existe ARNt tal que su anticodón sea complementario. Por ello, la síntesis se interrumpe y esto indica que la cadena polipeptídica ha finalizado.
HIPÓTESIS DEL OPERÓN
Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética. Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Muchos genes no actúan nunca y otros actúan sólo en determinados momentos, pudiendo permanecer durante largos periodos de tiempo inactivos.
OPERÓN LAC
La ß-galactosidasa rompe en la lactosa el enlace O-glucosídico entre la galactosa y la glucosa . Si no hay lactosa en el medio, el gen represor se une al operador y no se puede leer ; pero si añadimos lactosa al medio, al cabo de unos pocos minutos los niveles de ß-galactosidasa suben hasta alcanzar las 5000 moléculas por célula aproximadamente y de esta manera no se une al operador. Aparecen además otras dos enzimas: la ß-galactósido-permeasa que facilita la absorción de la lactosa a través de la membrana plasmática de la célula y la ß-galactósido-transacetilasa, necesaria para el metabolismo de la lactosa.
INGENIERIA GENÉTICA
Introducción de genes en el genoma de un individuo que carece de ellos. Se realiza mediante enzimas de restricción, capaces de cortar el ADN en puntos concretos y separar los segmentos que interesa. Permiten la formación in vitro de ADN recombinante: ADN formado al intercalar un segmento de ADN extraño en en un ADN receptor.
1. Se aísla un gen determinado mediante enzimas de restricción. Este ADN puede provenir de:
- ADN de una célula, cortado mediante enzimas de restricción. Tiene el inconveniente de que el ADN eucariótico tiene intrones, y la bacteria no puede eliminarlos al sintetizar el ARNm.
-ARNm, ya sin intrones. De él se produce una molécula de ADN gracias al enzima transcriptasa inversa. Después se ha de formar ADN de doble hélice, y luego introducirlo en el vector.
2. Se introduce el gen en una célula a partir de un vector; plásmidos, fagos o cósmidos.
La terapia génica consiste en hacer llegar a una célula humana de un individuo con una enfermedad genética, un gen humano correcto. Hasta la fecha sólo puede realizarse en células somáticas, no en células germinales. Es equivalente a recibir un transplante, y no es hereditario. Los resultados no son muy buenos. Se ha experimentado en enfermedades como la talasemia (un tipo de anemia).
Da mejores resultados transferir el gen humano a una bacteria, obtener la sustancia necesaria a partir de dicha bacteria, y luego inyectar la sustancia al paciente.
MUTACIONES
Llamamos mutación, a los cambios estables en la cadena de ADN que son capaces de ser heredados.
Encontramos varios tipos de mutaciones como podéis observar en los tres esquemas de continuación:
-GÉNICAS: alteran a la secuencia de nucleótidos de un gen:
sustitución de pares de bases.
pérdida o inserción de nucleótidos.
-CROMOSÓMICAS: alteran la secuencia de genes de un cromosoma:
Deleciones.
Duplicaciones.
Translocaciones.
Inversiones.
-GENÓMICAS: cambian el número de cromosomas del genoma de un individuo:
Euploidías.
Aneuploidías.
Después también podemos observar los agentes mutágenos que son los factores capaces de aumentar la frecuencia de mutación natural.
Por otro lado,el cáncer se produce cuando un grupo de células no responde a los controles de proliferación y diferenciación celulares y se reproduce aceleradamente . El conjunto de células que resulta , daña los tejidos y emigra a otros órganos , proceso denomindado metástasis.
