INFORMACIN GENTICA Y PROTENAS Bases de la gentica

INFORMACIÓN GENÉTICA Y PROTEÍNAS Bases de la genética molecular

Temario 1. Proteínas como expresión de la información genética 2. El material genético 3. Estructura del ADN 4. El código genético, lectura y traducción del lenguaje de los genes

RELACIÓN ENTRE GEN Y PROTEINA

Los genes determinan la expresión de proteínas Caso del albinismo

• El albinismo es una enfermedad debida a una alteración en una enzima que cataliza la formación del pigmento (melanina) en las células de la piel llamadas melanocitos. • La síntesis de esta enzima, al igual que la de todas las proteínas en la célula ocurre en el citoplasma. • En conclusión: • a) el gen contiene información para la síntesis de proteínas especificando de alguna manera su forma y función; • b) una mutación de un gen puede determinar una alteración en la forma y función de una proteína, con grandes consecuencias a nivel del fenotipo celular que se reflejan en el fenotipo del organismo (albinismo); • c) el mensaje del gen debe transferirse al citoplasma donde se encuentra la maquinaria de síntesis de proteínas.

Los genes determinan la expresión de proteínas Caso de la anemia falciforme

Anemia falciforme La proteína Hb. S difiere de la proteína Hb. A (normal). En la hemoglobina anormal el aminoácido valina está sustituyendo al aminoácido glutámico en una posición determinada.

Anemia falciforme

Distrofia muscular Enfermedad que afectan el tejido muscular generando debilidad y pérdida de músculo, la distribución de los músculos afectados y la severidad de la enfermedad son variable

Modelos moleculares de algunas proteínas

Experimento de Frederick Griffith (1928) Describe el fenómeno de transformación bacteriana

• ¿Qué experimento harían a continuación para identificar la molécula responsable de esta transformación?

Experimento de Oswald T. Avery et al. (1943) El ADN es el material genético

Experimento de Avery, Mac Leod & Mc. Carty (1943) • Trabajaron cultivos puros de neumococos R a los que añadían distintos componentes de neumococos S. Sólo se producía el fenómeno de transformación cuando se añadía a los neumococos R el DNA de los neumococos S. Este DNA era captado por los neumococos R vivos con lo que se transformaban en neumococos S vivos y letales.

Experimento de Avery et al. (1943)

Estructura de un bacteriófago

Tres virus aterrizando en la superficie de una célula bacteriana (aumento 250. 000 veces. Microscopio electrónico)

Ciclo reproductivo del fago

Experimento de Hershey y Chase (1952)

Experimento de Alfred Hershey y Martha Chase (1952)

Conclusión • Se comprobó que solo el ADN ingresaba en las células bacterianas y que las nuevas partículas virales portaban ADN radioactivo • “El ADN es la molécula portadora de la información genética”

James Watson y Francis Crick

El experimento clave: difracción de rayos X evidencia que ADN es espiral (1952) Rosalind Franklin

Antes de Watson y Crick

Antes de Watson y Crick 1869: Friedrich Miescher aisló el ADN desde esperma de salmón y pus de heridas. 1914: Robert Feulgen descubrió un método para teñir el ADN (Fucsina). 1920: Phoebus A. Levene: Describió los componentes del ADN (azúcar pentosa, grupo fosfato y base nitrogenada)

Estructura general del ADN

Modelo del ADN, de Watson y Crick (1953)

Representación tridimensional de la molécula de ADN

• 1952 Rosalind Franklin fotografía el ADN • 1952 Wilkins entrega fotografía a Watson y Crick • 1953 publican estructura de ADN en revista Nature • 1958 muere de cáncer Rosalind F. a los 37 años • 1962 reciben premio nobel Watson, Crick y Wilkins

La estructura del ADN está definida por la "secuencia" de bases nitrogenadas en la cadena de nucleótidos, es en esta secuencia de bases en la que reside la información genética del ADN. El orden en el que aparecen las cuatro bases a lo largo de una cadena en el ADN es, por tanto, crítico para la célula, ya que este orden es el que constituye las instrucciones del programa genético de los organismos. Conocer esta secuencia de bases, es decir, secuenciar un ADN equivale a descifrar su mensaje genético.

La estructura en doble hélice del ADN, con el apareamiento de bases limitado ( A-T; G-C ), implica que el orden o secuencia de bases de una de las cadenas delimita automáticamente el orden de la otra, por eso se dice que las cadenas son complementarias. Una vez conocida la secuencia de las bases de una cadena , se deduce inmediatamente la secuencia de bases de la complementaria

El modelo de ADN permite comprender la replicación

Flujo de información desde el DNA hacia las proteínas ¿Cómo el ADN es capaz de entregar la información que contiene para la creación de proteínas? • En 1920 se descubrió una molécula similar al DNA, a la que se denominó Ácido Ribonucleico (RNA) • Aquellas células que presentaban una alta síntesis de proteínas también presentaban una alta concentración de ARN

Experimentado para conocer el rol del ARN

Dogma central de la genética molecular

Desde el gen a la proteína

¿Qué son las proteínas? • Las proteínas están formadas por la unión secuencial de aminoácidos. • Prácticamente todas las proteínas están formadas por la unión de 20 aminoácidos diferentes, por lo que el tipo de proteína depende de: 1. El número de aminoácidos 2. El tipo de aminoácidos 3. El orden de los aminoácidos

Niveles de organización de las proteínas

Estructura primaria La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de aminoácidos, es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo de enlace covalente, el enlace peptídico. Estructura secundaria La estructura secundaria de las proteínas es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no covalente. Estructura terciaria La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior en medios acuosos. Esto provoca una estabilización por interacciones hidrofóbicas, de fuerzas de van der Waals y de puentes disulfuro (covalentes, entre aminoácidos de cisteína convenientemente orientados) y mediante enlaces iónicos. La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos. Para el caso de una proteína constituida por dos monómeros, un dímero, éste puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un heterodímero, si no lo son.