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4.2 código genético y sintesis de proteinas
- 2. Código genético ysíntesis de proteínas: 1. Concepto de gen 2. Estructura del ADN 3. La replicación del ADN 4. La transcripción 5. La traducción
- 3. El gen ogene 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 cromosomas. son parte de los Debido a que los genes son segmentos de ADN, controlan el desarrollo de las características y las actividades celulares.
- 4. Saber que elADN es el material hereditario llevó muchos años de estudio. En 1953, James Watson, biólogo estadounidense y Francis Crick, biofísico británico, propusieron un modelo para la estructura del ADN. El ADN es una molécula muy grande pero compuesta solo de pocas sustancias químicas diferentes. Una molécula de ADN esta formada por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos llamada desoxirribosa y una base nitrogenada. Los nucleótidos están unidos por enlaces entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido.
- 5. El fosfatodel Segundo nucleótico se une al azúcar del tercero y asi sucesivamente. Se forma una cadena de nucleótidos enlazados del fosfato al azúcar. 1. 2. 3. 4. Las bases nitrogenadas se extienden hacia afuera desde la cadena azúcar-fosfato. En el ADN hay cuatro bases: adenina citosina guanina timina La molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes débiles de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
- 6. Las cadenas denucleótidos forman un espiral alrededor de un centro común. La forma espiral de la molécula es una doble hélice. Los enlaces entre las bases nitrogenadas solo se forman entre pares específicos: la adenina (A) con la timina (T) la citosina (C) con la guanina (G) Debido a que solo se parean bases específicas, la sucesión de bases de una cadena de nucleótidos, determina la sucesión de bases en la otra cadena.
- 7. El proceso medianteel cual la molécula de ADN hace copias de sí misma (cromosomas) se llama replicación del ADN. Los cromosomas se duplican durante la interfase, antes de que empiece la división celular (mitosis). Como resultado de la mitosis, las células hijas reciben copias idénticas del material hereditario de la célula madre. Pasos de la replicación del ADN: 1. La doble hélice se desdobla de manera que las dos cadenas de nucleótidos quedan paralelas. Se rompen los enlaces entre las bases de las moléculas de ADN. Las dos cadenas de nucleótidos se separan, empezando en un extremo y abriéndose hasta el otro. Las células hijas formadas durante la meiosis, recibirán la mitad del material hereditario de la célula parental.
- 8. 2. 3. Cada mitad deADN sirve como patrón para la formación de una nueva mitad de la molécula de ADN. Las bases de los nucleótidos libres se unen con las bases correspondientes en las dos cadenas expuestas de nucleótidos: adeninatimina, citosina-guanina. Este pareo asegura que las copias nuevas de ADN sean copias exactas del ADN original. Se forman enlaces entre los fosfatos y las azúcares de los nucleótidos que se han pareado con las cadenas de ADN. 4. Las dos muevas moléculas de ADN se enroscan y de nuevo toman forma de una doble hélice.
- 9. Las enzimas controlan todas las reacciones químicas delos organismos vivos. Todas las enzimas son proteínas. Las células están formadas parcialmente de proteínas. La información para fabricar todas las proteínas está almacenada en las moléculas de ADN de los cromosomas. La sucesión de bases en las moléculas de ADN es un código químico para la sucesión de aminoácidos en las proteínas. Un segmento que codifica para proteína en particular se llama gene. una
- 10. Al igual quelas miles de combinaciones de palabras para expresar ideas en un alfabeto, las combinaciones de las bases nitrogenadas componen el “alfabeto” del ADN. Una molécula de ADN puede estar formada de miles de nucleótidos, cada uno de ellos con una de las bases. El código genético lo componen “palabras” de tres letras formadas por las bases. (AGC, CGT, sucesivamente) obteniendo 64 grupos o “palabras” diferentes. Las 64 combinaciones son suficiente para codificar los 20 aminoácidos diferentes. Las sucesiones de tres bases de nucleótidos se llaman “tripletas”. Cada tripleta del ADN codifica solo para un tipo de aminoácido. La disposición de las bases de la molécula de ADN codifica para la sucesión de aminoácidos que forman una proteína en particular.
- 11. El ARN esun ácido nucleico que se compone de una sola cadena de nucleótidos, a diferencia del ADN que se compone de dos. El azúcar en el ARN es la ribosa, que es ligeramente distinta a la desoxirribosa del ADN. La diferencia entre el ARN y ADN es el tipo de bases en los nucleótidos. En vez de la base timina en el ADN, el ARN tiene la base uracilo (U), que forma enlaces solo con la adenina. 1. En las céulas encontramos tres tipos de ARN: El ARN mensajero o ARNm lleva las instrucciones para hacer una proteína en particular, desde el ADN en el núcleo hasta los ribosomas. Las moléculas de ARNm se disponen según el código contenido en el ADN.
- 12. 2. 3. El ARN detransferencia o ARNt.lleva los aminoácidos a los ribosomas. El ARNt se encuentra en el citoplasma de las células. El ARN ribosomal o ARNr, es una de las sustancias químicas de las que están compuestos los ribosomas. El ADN en el núcleo contiene instrucciones para hacer miles de proteínas diferentes. El ADN no puede salir del núcleo. Cuando se necesita cierta proteína , se forma el ARNm, de la información que hay en el ADN. El proceso de producir ARNm, a partir de las instrucciones del ADN, se llama transcripción.
- 13. PASOS PARA LA TRANSCRIPCIÓN 1. 2. Laporción de ADN que contiene el código para la proteína que se necesita se desdobla y se separa, exponiendo las bases. Proceso similar a la replicación del ADN. Los nucleótidos de ARN libres que están en el núcleo, se parean con las bases expuestas del ADN. El uracilo se parea con la adenina . Como resultado de las tripletas del ADN, se forman tripletas complementarias en la molécula de ARNm. La sucesión de tres nucleótidos en una molécula de ARNm se llama codón. 3. La molécula de ARNm se completa por la formación de enlaces entre los nucleótidos del ARN. La molécula de ARNm se separa de las molécula de ADN. La molécula completa de ARNm, que lleva un código para hacer un solo tipo de proteína, sale del núcleo, pasa por la membrana nuclear y se dirige a los ribosomas del citoplasma.
- 15. El ensamblaje deuna molécula de proteína de acuerdo con el código 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” de las proteínas (sucesión de aminoácidos). En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los ribosomas. Para que se pueda sintetizar una molécula de proteína deben llegar los aminoácidos a los ribosomas. Los aminoácidos que se necesitan están dispersos en el citoplasma. Se encuentran los aminoácidos correctos y llegan al ARNm por el ARN de transferencia (ARNt)
- 16. Las moléculas ARNtson más cortas que las de ARNm y tienen forma de trébol. En uno de los extremos de la molécula ARNt, hay un conjunto de bases llamada anticodón. El lado opuesto del ARNt transporta un aminoácido. Las bases de los anticodones del ARNt son complementarias a las bases de los codones del ARNm.
- 17. PASOS PARA LA TRADUCCIÓN 1. 2. 3. Unextremo del ARNm se pega al ribosoma. Las moléculas de ARN de transferencia que están en el citoplasma recogen ciertos aminoácidos. Con los aminoácidos pegados, las moléculas de ARNt se mueven hacia el punto donde el ARNm está pegado al ribosoma. Una molécula de ARNt con el anticodón correcto, se enlaza con el codón complementario den el ARNm. 4. 5. A medida que el ARNm se mueve a lo largo del ribosoma, el siguiente codón hace contacto con el ribosoma. El siguiente ARNt se mueve a su posición con su aminoácido. Los aminoácidos adyacentes se enlazan por medio de un enlace peptídico. Se desprende la primera molécula de ARNt . El siguiente codón se mueve a su posición y el siguiente aminoácido se coloca en su posición.
- 19. Los pasos 3al 5 se repiten hasta que se ha traducido el mensaje completo. De esta manera se forma una cadena de aminoácidos. Como una proteína es una cadena de aminoácidos, se construye entonces una proteína. En resumen, el ADN codifica para ARN mensajero, el ARN mensajero lleva la información necesaria para la síntesis de la proteína a los ribosomas, donde se hace la proteína. Ecuación: trasncripción ADN traducción ARNm proteína
- 22. ¿Qué es laEnfermedad de Chagas? Chagas es una enfermedad causada por el parásito Trypanosoma cruzi, que ocasiona la mayoría de problemas cardíacos en América Central y del Sur. Hay 10 millones de personas con el Mal de Chagas en el Continente Americano. No tiene vacuna ni cura efectiva en su fase crónica. Es una enfermedad muy grave pero desconocida por la mayoría de la población. ¿Cómo se transmite? Por las heces de insectos triatominos, conocidos en el Ecuador como chinchorros, chinche caballo o guaros. Por las transfusiones sanguíneas y transplantes de órganos De la madre al feto durante el embarazo
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- 27. Metagenómica •Extracción de DNA ambiental •Construcciónde genotecas de DNA (o cDNA) •Screening •Por secuencia •Por función BT743 22 noviembre 2010
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- 29. Examen de ladiversidad filogenética usando análisis de secuencia de rDNA 16s de los microorganismos, que se usa para monitorear y predecir condiciones y cambios ambientales. Examen de genes/operones en búsqueda de enzimas de aplicación biotecnológica (Ej. celulasas, quitinasas, lipasas, antibióticos, y otros prod. naturales); aplicaciones industriales o médicas. Dentro de una familia de proteínas interesantes, examen de variaciones puede ayudar a l identificar o diseñar catalizadores óptimos. Examen de mecanismos de secretoras, reguladoras, transducción de señales, asociadas con genes de interés. El conocimiento de cómo estos genes son organizados y regulados puede ayudar a mejorar la expresión y la actividad de las enzimas. Examen de sistemas de transporte: con este conocimiento y el de los componentes nutritivos y sustratos que hay en el ambiente es posible describir la biodiversidad presente Examen de bacteriófagos o plasmidios. Estos potencialmente influencian la diversidad y estructura de las comunidades microbianas. BT743 22 noviembre 2010
- 30. Examen de eventosde transferencia lateral de genes. El conocimiento de cómo el genoma cambia (plasticidad del genoma) puede dar una idea de las presiones selectivas para captura y evolución de genes dentro de un hábitat. Examen de genes/operones para metabolización de nutrientes, auto-inductores (para “sensar” la comunidad), metabolismo intermediario central, etc. Esto puede entregar información 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. BT743 22 noviembre 2010
- 32. Estrategias de enriquecimientode genomas se usan para dirigir la búsqueda hacia determinados componentes activos de poblaciones microbianas. Aumenta la probabilidad de éxito del screening de una genoteca metagenómica para un gen particular, cuando la proporción de éste es pequeña en relación al total de la muestra de ácidos nucleicos. ◦ Stable isotope probing (SIP) y 5-Bromo-2deoxyuridine labeling de DNA o RNA, BT743 22 noviembre 2010
- 33. Fortalezas En contraste amuchos 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 puede estudiar la biodiversidad en mas detalle. La metagenómica es menos “tendenciosa” que el PCR y da información sobre la abundancia relativa de diferentes m.o. y la estructura de la comunidad. La metagenómica captura polimorfismos presentes en la comunidades naturales, lo que hace el ensamble de secuencias mas complejo, pero entrega mas información. Debilidades Proyectos de secuenciación masivos son aún muy caros. El análisis de datos es complejo Ensamble de secuencias es imposible para medios con alta diversidad de comunidades, se producen secuencias quiméricas Ensamble de genomas depende de la existencia de información de genomas disponibles. Se requieren marcadores taxonómicos para establecer los grupos de una comunidad (16S rRNA) presentes en los mismos fragmentos de DNA. Estudiar a miembros de la comunidad en baja abundancia es imposible.
- 34. La meta genómicaes el estudio del conjunto de genomas de un determinado entorno (metagenoma) directamente a partir de muestras de ese ambiente, sin necesidad de aislar y cultivar esas especies.1 La meta genómica es una de las nuevas aplicaciones que han sido posibles con la aparición de las tecnologías para secuenciar el ADN a bajo costo.2 Estas nuevas tecnologías permiten reducir el costo de secuenciar el ADN a costos mucho menores que aquellos usando la tecnología basada en secuenciamiento Sanger
- 35. La recuperación desecuencias de ADN mayores de unas pocas miles de pares de bases era muy difícil hasta la reciente llegada de avanzadas técnicas de Biología Molecular que permiten la construcción de genotecas de cromosomas artificiales bacterianos (BACs), que poseen numerosas ventajas como vectores, no presentes en los vectores de clonación disponibles hasta su aparición
- 37. Los avances enBioinformática, las mejoras en la amplificación del DNA, y el aumento de la capacidad de cómputo de los sistemas informáticos actuales han ayudado, en conjunto, al análisis de las secuencias de ADN obtenidas a partir de muestras ambientales, permitiendo la aplicación de la secuenciación balística a muestras metagenómicas. El abordaje balísitco sigue una serie de pasos básicos: fragmentación del ADN al azar en secuencias muy pequeñas, y ensamblaje por mapeo contra una secuencia consenso. La metagenómica basada en balística permite la secuenciación directa de genomas microbianos casi completos, a partir de muestras ambientales. En cada muestra ambiental existen una gran variedad de microorganismos en unas proporciones determinadas. Los organismos más abundantes estarán más representados en la información de secuencia obtenida. Se suelen requerir grandes muestras para asegurar una cobertura suficiente para resolver por completo los genomas de especies poco representadas en la comunidad. Por otra parte, la naturaleza aleatoria de la secuenciación por balística asegura que muchos de estos organismos, que pasarían desapercibidos si se usaran técnicas culturales clásicas, estarán representados al menos por pequeños fragmentos de secuencia.