Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Méd. Víctor Hugo Quispe M. Méd. José Antonio Castañeda L. UPT – TACNA 2011 ¿QUÉ ES LA GENÉTICA? La Genética es la ciencia que estudia los fenómenos de la Herencia y la Variación. Es el estúdio de los genes que se transmiten a las generaciones futuras. G =H + V DESARROLLO HISTÓRICO Monje austriaco Juan Gregorio Mendel (1822-1884). Genética ModernaWatson e Crick (1953). En 1956 se comprobó que el hombre tiene 46 cromosomas. El Proyecto del Genoma Humano se inicio en 1990 y termino el 2003 (E.E.U.U. con cooperación de otros países). Juan Gregorio Mendel, monje agustino y eminente biólogo, cerca de 1865. Ese año presentó su célebre trabajo sobre los híbridos en la Sociedad de Ciencias Naturales de Brno (actualmente República Checa). La célula tiene 46 cromosomas ; 23 pares de cromosomas= diploide. Las células sexuales tienen 23 cromosomas=haploides. (haplos=mitad, griego). El gen determina un fenotipo. Para un gen hay 2 alelos. Los alelos diferentes para un mismo carácter no se fusionan en la descendencia. Alelo dominante (homocigótico o heterocigótico). Alelo recesivo: no tiene efecto evidente en el descendiente, permanece intacto, en ese individuo, y en la siguiente generación podría aparecer de nuevo (homocigótico). Familia real inglesa del siglo XIX (hemofilia recesivo ligado al cromosoma X). Quien forma la base de los genes? La información hereditaria esta en los ácidos nucleícos: ADN . ADN: modelo de doble hélice, que discurren en sentidos opuestos. La replicación de la molécula por separación de las hélices y síntesis de hélices complementarias. Autorreplicable. Lineal. Localizado en los cromosomas. Contiene la información hereditaria. Modelo original de la doble hélice del ADN, de Watson y Crick (Nature, 25 de abril de 1953). Cada hélice es una cadena de polinucleótidos. Las barras transversales representan pares de bases. La línea central representa el eje ideal sobre el cual se enrollan las dos hélices. La microscopia electrónica permitió demostrar que la molécula de ADN es muy larga, tiene una anchura constante (de 23 nm), señalada entre las dos líneas, y además es flexible, lo que le permite curvarse. (Aumento: 52.000.) Cuantas moléculas de ADN tiene un cromosoma? Cada cromosoma tiene 2 cromatides hermanas iguales Cada cromatide tiene una única molécula de ADN. Cual es su dimensión? Puede llegar a medir 7 cm de longitud por 23 nm de ancho. Como se encuentra dispuesta en los cromosomas? La molécula de ADN es flexible, y puede curvarse. El ADN esta compuesto por: Fosfato. Desoxirribosa. Bases nitrogenadas (A,G, C y T). Las instrucciones hereditarias están codificadas en tripletes Tres bases seguidas, forman un aminoácido de los 20 aa. El paso de la información del ADN hasta llegar a proteína tiene como intermediario el ARNm. El PGH, identifico y ordeno todas las bases nitrogenadas a lo largo del ADN: secuenciación. El ADN humano contiene 3 000 millones de bases nitrogenadas. Distribuido en forma proporcional al tamaño en los 23 pares de cromosomas. Se obtuvo 35 000 genes. Cada gen codifica 3 proteínas diferentes: 100 000 proteínas humanas (PROTEOMA HUMANO). El ADN, establece la filiación, la ascendencia y la identidad de las personas. Pruebas diagnosticas para portadores. Problemas de índole bioética, legal y social. Subprograma ELSI, reuniones multidisciplinarias de juristas, teólogos, sociólogos, psicólogos y especialistas en bioética. 2.- CONCEPTOS BASICOS Cada organismo tiene un plan de desarrollo que es heredable y que se concreta en la medida y en la forma que el ambiente lo permita. Es posible introducir cambios en un organismo que no son heredables. FENOTIPO= GENOTIPO + AMBIENTE En genética el problema es? Definir la importancia del factor genético y ambiental. FENOCOPIAS Rasgos provocados por factores ambientales que remedan los efectos de una alteración del genotipo. Raquitismo clasico, nutricional. Raquitismo hipofosfatemico, HYP, ligado al cromosoma Xp22, Gen alterado es PHEX Insuficiencia de las celulas tubulares renales para reabsorber el ion fosfato del ultra filtrado glomerular. Raquitismo hipofosfatemico, HYP, ligado al cromosoma Xp22 Para un fenotipo puede haber varios orígenes genéticos Heterogeneidad entre enfermedades hereditarias. Hay 2 tipos de caracteres: Medibles, continuos, poligénicos, multfactorial, como la estatura, el color de piel, el cociente intelectual, presión arterial, estudio con métodos estadísticos (Biometría), clínicos y genética molecular. Cuantitativos Discontinuos,discretos, monogénicos, mendelianos, como la hemofilia A y B, neurofibromatosis I y II, enfermedad de Huntington. Cualitativos Gemelos monocigóticos comparten el mismo genoma. Cariotipo e inmunológicamente idéntico. Dermatoglifos son parecidos. Patrones de dibujo de las crestas dérmicas en los dedos, la palma, planta, por sucesión de desembocadura de las glándulas sudoríparas (13-15 semana de desarrollo). Gemelos dicigótico comparten 50% del genoma. Concordancia, rasgo cualitativo, grado de correspondencia con que los gemelos presentan el mismo rasgo o enfermedad. Discordancia, grado de diferencia entre ellos con respecto de ese rasgo. Gen no es igual a carácter. Los genes codifican proteínas, estas tienen efectos sobre varios tejidos y órganos del cuerpo. Pleitropicos: la alteración de un gen determina efectos sobre varios órganos y funciones aparentemente desvinculados. Osteogenesis imperfecta: facturas espontaneas, coloración azulada de la esclerótica y sordera congénita. Raquitismo hipofosfatemico. Enfermedad de Huntington. La variabilidad fenotípica puede no corresponderse con variabilidad en el nivel molecular. Las mutaciones pueden darse dentro del mismo gen: intraalelicas. La mutaciones se dan en diferentes genes: interalelico. Penetrancia Completa: se observa el efecto en el fenotipo, sea dominante o recesivo. Incompleta: efecto del gen puede estar presente solo en un porcentaje determinado de las personas portadoras de ese gen. Se observa con genes dominantes. Quedo desvirtuado que un gen es una proteína. Un solo gen puede dar origen a muchas proteínas. La expresión génica se regula a varios niveles: Pueden ser transcriptos diferentes genes. El ADN nuclear transcripto a partir de un gen puede regular los ARN. Los ARNm pueden ser traducidos selectivamente. Las proteínas formadas a partir del ARNm pueden ser modificados diferencialmente. La única forma de unión de las 2 hélices esta dada por las uniones hidrogeno, entre las bases de la cadena. Las 2 hélices son antiparalelas, una avanza con el ´C 5´la otra lo hace con el C3´ La columna vertebral de cada hélice esta dado por los iones fosfato (uniones fosfodiester). Las bases quedan al centro y los fosfatos hacia fuera. No hay ninguna restricción para la secuencia de bases. La hélice de doble cadena presenta dos ranuras una grande y otra menor, por las cuales el ADN se comunica con las proteínas que regulan su transcripción y el reconocimiento de sus señales. A-T: 2 uniones hidrogeno. G-C: 3 uniones hidrogeno. El ion fosfato tiene 3 valencias para combinarse: Una valencia se une al azúcar, en C 5´o 3´. En el ADN 2 valencias de cada fosfato se unen con 2 desoxirribosas distintas y queda una valencia libre por cada fosfato , lo que da el carácter acido y negativo. Los nucleótidos se colocan en fila y siguen un trayecto de hélice derecha (en sentido de las agujas del reloj). En condiciones normales el ADN adopta la forma B, cadenas con hélices derechas. Hélices izquierdas se da en la forma Z del ADN, papel en la función celular no se conoce bien. Cualquiera de las cadenas sirve de molde para la transcripción: hélice de molde o anti sentido, la otra hélice complementariade sentido, secuencia idéntica al ADNm. Por convención cuando se describe la secuencia de bases del ADN, se escribe solo la hélice de sentido en dirección 5´a 3´. Por cada par de bases el grado de torsión es de 36 grados. El ADN es solo visible con microscopia electrónica Las 2 hélices de ADN se separan entre 70 y 95 grados. Temperatura de fusión, (Tm), o de transición hélice- ovillo, 50 % de uniones hidrogeno se encuentran rotos. Mas 10 gados ocurre el 100% de separación, temperatura de separación de cadenas. El ADN se desnaturaliza cuando se separa, lo cual ocurre a temperatura fisiológicas por intervención enzimática. La renaturalización, formación de dobles hélices a partir de cadenas sencillas con perfecta complementariedad; hibridación cuando se asocian una cadena de ADN con otra de ADN o de ARN que se usan como sondas y no necesariamente tienen una complementariedad completa. ADN Y CROMOSOMAS • El principal componente de la cromatina en los núcleos interfásicos son: – ADN. – Histonas. – Proteínas no histónicas . – ARN. INTRODUCCION • El genoma humano esta constituido por 3 000 megabases. • Los tripletes codifican – Genes estructurales de ARN (ARNr y ARNt). – Proteínas. • 90% del ADN – No codifica proteínas. – Codifica ARN extraños al organismo o que no se transcriben y se desconoce su función. • 1.- Clasificación del Genoma – Por su grado de repetición: • Alto: 10 a la 6 copias • Moderado. • Secuencias únicas: copia única – Según su función: • Codificantes: de elementos propios, accesorios. • No codificantes: de función estructural, regulatoria y desconocida. • 2.- ADN de función estructural TANDEM : repeticiones seguidas una tras de otra. – Centromeros: ADN satélite, por diferente densidad. ADN alfa (todos los cromosomas). – Telomero: ADN telomerico, extremo lineal del cromosoma. Hexanucleotido • TTAGGG . • 3.- ADN codificante – ADN accesorio, presentan actividades de los retrovirus: transcriptasa inversa (ADN----- ARN) • Retroposones: restos de retrovirus insertados en el genoma. – Secuencias repetidas cortas y dispersas (SINES) – Secuencias repetidas largas y dispersas (LINES) – Pseudogenes y pseudogenes procesados: herramienta evolutiva en eucariontes. • Transposones • 4.- Empaquetamiento del ADN a. Orden nucleosomico. b. Fibras de cromatina (solenoide) de 30 nm. c. Lazos de fibra de cromatina. d. Agrupación de lazos. e. Enrollamiento de cromatina. – Orden nucleosomico: • ADN se espiraliza sobre cada nucleosoma, forma 2 vueltas de superhelice izquierda (1.8 vueltas, 147 pares de bases). • Segmento internucleosomico, variable. – Fibras de cromatina • Por microscopia electrónica. • Las Histonas – Proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y arginina. – Interaccionan con el ADN formando una subunidad: Nucleosoma. – Los principales tipos de histonas: H1, H2A, H2B, H3 y H4. a. Orden nucleosomico. • El nucleosoma – Subunidad esférica o globular unido por fibras de ADN, aspecto de cuentas de un collar o de un rosario. – Asociado a 200 pares de bases y está formado por una médula ("core") y un ligador . • La médula: octámero, constituido por dos subunidades de las siguientes histonas: H2A, H2B, H3 y H4. – Se enrolla el ADN (140 pb), una vuelta y tres cuartos. • Ligador: formado por la histona H1 y el resto del ADN (60 pb). • Los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide, estos pueden volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides. Fibras de cromatina (solenoide) de 30 nm • Proteínas no histónicas – Proteínas diferentes de las histonas, con elevada proporción de prolina (7%). – Permiten el enrollamiento de las fibras de solenoides, formando una espiral. Lazos de fibra de cromatina. • 5.- Elementos básicos del cromosoma – ADN centromerico: • Caja de CENP-B que se une a la proteina centromerica CENP-B. • Comprende: – Centromero o constricción primaria: región estrecha de cromatina. – Cinetocoro , uno a cada lado del centromero en metafase. De tipo proteico • Componentes – ADN alfoide – Proteína CENP-B – Proteína CENP-C – ADN telomerico: • Constituido por repeticiones en tandem del hexanucleotido TTAGGG de 10-15 kb. • Envejecimiento y división celular. • Una de las cadenas tiene una extensión 12 nucleótidos mayor que la otra (5`---3`, cadena rica en guanina) • La cadena opuesta es rica en citocina. • Da estabilidad al ADN, se une a la lamina nuclear interna. • La telomerasa: enzima que contiene ARN y proteínas, actúa como una transcriptasa inversa para la cadena rica en guanina. – Su ARN es complementario (AAUCCC) y actúa como molde. • A mayor edad menor longitud de los telomeros. • En los espermatozoides el ADN telomerico es mas largo que en las células somaticas del mismo individuo. La actividad de la telomerasa esta regulada diferentemente en la línea germinal y en la somática. • Cuando se replica el ADN lineal, los extremos 5’ de los telómeros, no pueden ser replicados. Cuando se elimina el ARN cebador del extremo 5’ de cada una de las hebras recién sintetizadas, el hueco que queda no lo pueden rellenar los enzimas ADN polimerasas, porque no encuentran extremos hidroxilo libres sobre los que añadir nuevos nucleótidos. RECORDAR • Cada esqueleto de azúcar-fosfato tiene una polaridad o dirección 5`a 3`. • Cada base esta enlazada al carbono 1 de una desoxirribosa. • El esqueleto de la cadena espiral esta formado por fosfato y desoxirribosa, periferie. • Las bases se ubican al interior, puentes de hidrogeno. • Reglas de Chargaff de la composición de las bases – Henry Chargaff • La cantidad total de nucleótidos de pirimidina (T+C) siempre es igual a la de purina (A+G). • La cantidad de T siempre es igual a la cantidad de A, y la cantidad de C siempre es igual a la cantidad de G. • La cantidad de Á+T no es necesariamente igual a l cantidad de C+G. • La molécula de ADN tiene dos cadenas de poli nucleótidos emparejados en sentido anti paralelo que adopta una configuración de doble hélice por interacción de pares de bases. • Una única cadena de poli nucleótidos no adopta una estructura helicoidal. • ADN, hélice dextrógira • La doble hélice posee dos surcos: mayor y menor • La polaridad esta en función de la orientación de los átomos de carbono 5`y 3`del anillo de azúcar. • CONSERVATIVA: La cadena madre se duplica y la original va a una célula y la réplica a otra célula. • DISPERSIVA: Fragmentos de la cadena madre se van a una célula y fragmentos de la nueva a otra. • SEMICONSERVATIVA: Una hebra de la molécula madre se duplica y va a una célula junto a la duplicada, mientras que la otra hebra de la molécula madre se duplica y junto a su réplica, va a la otra célula. HIPÓTESIS SOBRE LA REPLICACIÓN DEL ADN TEORÍA CONSERVATIVA TEORÍA DISPERSIVA ADN copia • La replicación del ADN es de tipo semiconservativa: – Las dos cadenas de la doble hélice parental (cadenas madre) se desenrollan y cada una especifica una nueva cadena hija mediante las reglas del apareamiento de bases. TEORÍA SEMICONSERVATIVA INFORMACION GENETICA DOGMA CENTRAL BIOLOGÍA MOLECULAR INTRODUCCION • La información genética se encuentra en el ADN. • ADN nuclear y ADN mitocondrial. • La información del ADN es transferida al ARN en la transcripción. • La proteína se sintetiza a partir del ARN mensajero en la traducción. • Selección de la transcripción que determina el tipo celular. a. Que tipo de reacción química se debe dar. b. En que cantidad. c. En que momento se ha de realizar. d. En que lugar ha de tener lugar. Hay información genética que no se transcribe y que permite la interacción del ADN con las proteínas INTERACCION DEL ADN CON LAS PROTEINAS A D N CODIFICA PROTEINAS T R A N S C R I B E CODIFICA ARN ARNr y ARNt T R A DU C CI O N SI NO EL ADN SE SINTETIZO A PARTIR DEL ARN CODIGO GENETICO • Convención por la cual se transforma una señal informativa en otro tipo de señal. • Codón: triplete de bases del ARNm que codifica un aa. • Anti codón: (base complemetaria) secuencia de 3 bases de ARNt, que se une por un extremo al aa codificado por el codón. • ADN tiene secuencias complementarias al codón y (salvo U-T). • Los codones no están superpuestos. • El código genético no es imbricado ni superpuesto. • La sustitución de una base por mutación solo cambia un aa. GEN – Unidad heredable que puede mutar y ocasionar cambios en los rasgos o fenotipo. – Segmento de molécula de ADN que contiene una unidad de transcripción y sus secuencias reguladoras principales (promotor). Segmento de ADN que contiene una unidad de transcripción que puede ser traducida en una o varias secuencias polipeptidicas. – Locus: lugar del ADN donde encontramos un gen. – Existen 30 000 a 35 000 genes. – Un gen contiene segmentos de ADN que codifican aa (exones) intercalado con segmentos no codificantes (intrones) . • Secuencia anterior no traducida en 5`, que antecede al primer exón. • Secuencia posterior no traducida en 3`, con posterioridad al ultimo exón. • Secuencias reguladoras inmediatas (promotor) y alejadas (intensificadores o silenciadores). ADNc ADN obtenido experimentalmente a través del ARNm por medio de la transcriptasa inversa. Solo tiene información de los exones (no intrones ni secuencias reguladoras). REPLICACION DEL ADN La replicación es un proceso previo a la división celular. Si una célula se va a dividir NECESITA replicar el ADN. La replicación consiste en la formación de nuevas cadenas de ADN a partir de desoxirribonucleótidos y utilizando la información existente en una molécula de ADN parental. Estas nuevas cadenas se van a repartir de manera equitativa entre cada una de las dos células hijas formadas en el proceso de división celular (semiconservativa). SIGNIFICADO DE LA REPLICACIÓN DEL ADN 1. Enzima de los ácidos nucleícos ADN P 5 Tipos de AND polimerasa. Actividad polimerasa III (5` a 3`). Actividad exonucleasa, elimina bases mal apareadas (3`a 5`). Actividad exonucleasa, degrada el ADN de doble cadena (5`a 3`). ARN P 3 tipos: ARN P II, transcribe información traducible a péptidos. ARN P I y III, transcripción de segmentos no traducibles. 2. Secuencia inicial de replicación del ADN ADN presenta puntos de replicación denominados replicones o unidades de replicación. 20 000 replicones, 150 kb, 1 kb por minuto. Actúan en el inicio de la fase S, con un patrón especifico para cada región cromosómica. Todo segmento de ADN debe tener un origen de replicación : secuencias de replicación autónoma , reconocida por factores proteicos. http://picsdigger.com/image/420cd0ac/ Complejo de origen de replicación (COR) El ADN envuelve la proteína , esta ejerce efecto inhibitorio y necesita un activador. Horquilla de replicación Lugar donde la doble hélice se desenrolla. 3. REPLICACIÓN DEL ADN Componentes necesarios: Desoxirribonucleotidos trifosforilados: dATP, dGTP, dCTP y dTTP (millones). Proteínas: proteínas de iniciación y fijación SSBP (Single Strand Binding Protein = Fijación a la cadena). Enzimas: Helicasa: rompe puentes de hidrógeno Topoisomerasa: elimina tensiones y superenrrollamientos Rna polimerasa: síntesis de cebador: ARN (10-30). DNA Polimerasa III DNA Polimerasa I: Reparadora y sustituye al cebador DNA Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki de la cadena retrasada (2.000) DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULARDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR Hebra moldeHebra molde TranscripciónTranscripción TraducciónTraducción 8.1.-8.1.- 3´ 5´ 3´5´ •FASES REPLICACIÓN 1) INICIACIÓN 1) ELONGACIÓN 2) TERMINACIÓN ADN ADN ADN ADN 1) INICIACIÓN - Reconocimiento del “sitio de inicio” de la replicación. - Separación de las cadenas parentales de ADN. - Estabilización parcial de esas cadenas como cadenas sencillas de ADN (Proteínas SSB). - Se forma el “Complejo de iniciación”: Comienza la síntesis del ARN cebador tanto en la cadena retardada como en la cadena conductora ADN ADN ADN ADN La replicación progresa en dos direcciones, de manera que existen dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación. ADN CADENA CONTINUA 5` 3` 3` 5` ARN POLIMERASA ARN POLIMERASA ARN POLIMERASA 8-12 NUCLEOTIDOS DE ARN HELICASA ARN POLIMERASA ARN PRIMER Proteínas de iniciación y fijación SSBP (single strand binding protein = fijación a la cadena 2) ELONGACIÓN - La ADN Polimerasa III actúa en ambas cadenas. - Se forman la cadena contínua y fragmentos de Okazaki discontínuos. DNA POLIMERASA DNA POLIMERASA III CADENA DISCONTINUA 3`----5` DNA POLIMERASA III 3) TERMINACIÓN - La ADN Polimerasa I degrada los cebadores y los reemplaza por ADN complementario. - La ADN ligasa une todos los fragmentos de ADN de Okazaki. CADENA HIJA SEMICONSERVATIVA Replicación de ADN Se requiere que la replicación se de en la región de la horquilla. Por lo que la síntesis en al cadena retrasada se da en fragmentos: fragmentos de Okasaki. 1. Cebador: formar una doble cadena Primosoma -----primasa (ARN P), sintetiza 8-12 nucleótidos de ARNc. ARN P : El sentido de síntesis es 5´-----3` 2. La ADN P III añade nucleótidos en el extremo 1. Recorre la hebra molde en el sentido 3´---- 5 2. 3` en crecimiento, cadena adelantada. 3. 3`en crecimiento, pero en dirección contraria, cadena retrasada. 3. ADN P I, elimina los cebadores y los rellena con ADN. 4. ADN Ligasa, une el extremo 3`del ADN de relleno con el extremo 5` del fragmento de Okasaki. ADN POLIERASA III ADN POLIMERASA I ADN LIGASA La enzima helicasa, rompe los enlaces puentes de hidrogeno y abre la doble cadena. La enzima topoisomerasa, previenen el superenrollamiento. La ADN girasa, corta la molécula de ADN, permite que rote y une los extremos. REPLICACION DEL ADN http://picsdigger.com/image/42bc7a84/ Cuando la cadena patrón presente la dirección 3´a 5´, la síntesis se realizará en forma Continua. Cuando la cadena patrón presente la dirección 5´a 3´, la síntesis se realizará en forma Discontinua. REPLISOMA, COMPLEJO NUCLEOPROTEICO, QUE COORDINA LA REPLICACION GRACIAS REVISAR DEL LIBRO DE GENETICA HUMANA DE SOLARI, LA UNIDAD 17 : Cariotipo y cromosopatias
Compartir