UNIDAD 6. TRANSCRIPCIÓN GENÉTICA

6.1 Organismos procarióticos

La expresión génica se concretiza por la transformación de la información genética desde moléculas de ADN a moléculas de ARN y desde estas hasta los polipéptidos correspondientes. Las moléculas de ARN son sintetizadas usando como molde a segmentos específicos de ADN, en la reacción de polimerización que es catalizada por la enzima conocida como ARN polimerasa.

Los precursores en la síntesis de ARN (unidades estructurales) son cuatro ribonucleótidos trifosfatados: rATP; rCTP; rGTP; rUTP La secuencia de bases, del ARN a polimerizar, esta determinada por medio de la secuencia de bases de la molécula de ADN utilizada como molde para su síntesis. He ahí que se la denomine Cadena Molde de ADN.  La cadena de ARN crece en dirección 5’ – 3’. Esta dirección coincide con la síntesis de ADN. La ARN polimerasa, a diferencia de la ADN polimerasa, es capaz de iniciar su síntesis sin la presencia de ningún tipo de molécula cebadora.

Etapas en la síntesis del ARN mensajero. Con la finalidad de ordenar el estudio de la transcripción, dividiremos la misma en cuatro etapas fundamentales:

1° etapa- UNIÓN de la ARN polimerasa al ADN

2° etapa- INICIACIÓN de la síntesis

3° etapa- ELONGACIÓN de la cadena de ARN mensajero

4° etapa- TERMINACIÓN de la síntesis y liberación de la cadena de ARNm.

La ARN polimerasa es una de las enzimas más grandes que se conoce. Consta de cinco sub-unidades: dos alfa, beta, beta prima  y sigma. La enzima completa es denominada Holoenzima.

6.1.1 Etapas de síntesis del ARN.

INICIACIÓN De La Síntesis Del ARN Mensajero En Procariotas

La iniciación se produce mediante la unión de la ARN polimerasa (Holoenzima) al ADN de doble cadena. Para que la cadena molde esté disponible para el apareamiento de bases con los ribonucleótidos, las dos cadenas de ADN deben separarse. El desenrollamiento es local y se produce cuando la Holoenzima contacta con la TATA Box. Una vez que el complejo promotor se encuentra abierto, la ARN polimerasa. Comienza la síntesis. La fase de iniciación no se completa hasta que se hallan polimerizado los primeros seis ribonucleótidos.

Elongación de la cadena

Después que se han colocado los primeros seis ribonucleótidos, la ARN polimerasa sufre un cambio en su conformación, perdiendo la sub unidad delta. Se continúa la síntesis en el estado de Core. El Core se mueve a lo largo del ADN colocando los ribonucleótidos complementarios a la cadena de ADN molde, abriendo la hélice a medida que se desplaza. Los ribonucleótidos se unen al extremo 3’ de la cadena de ARN en crecimiento.

Terminación

La terminación ocurre en una secuencia determinada del ADN, denominada Secuencia Terminadora. En este punto, la enzima deja de añadir los ribonucleótidos a la cadena de ARN en crecimiento, liberando el producto terminado y disociándose del ADN.

La terminación requiere que todos los enlaces Puente de Hidrógeno, que mantenían al Híbrido ARN – ADN, se rompan volviéndose a reconstituir el ADN dúplex.

INICIACIÓN De La Síntesis Del ARN Mensajero En Eucariontes

La estructura de los genes en eucariotas es compleja. La secuencia de nucleótidos que constituye un gen, y los propios genes entre sí, no se disponen linealmente en los cromosomas sino espaciados por fragmentos de ADN que no poseen información que pueda ser transcrita. En todo gen, además, distinguiremos las siguientes regiones:

- La región promotora o promotor (P)

- La región codificadora (C)

- La región terminadora o terminador (T)

La región promotora es una porción del ADN situada al principio del gen y que, sin codificar ningún aminoácido, sirve para que las enzimas que realizan la transcripción reconozcan el principio del gen.

La región codificadora es la parte del gen que contiene la información para la síntesis de la proteína. En la región codificadora van a existir fragmentos de ADN que no contienen información: los intrones, y fragmentos que sí que contienen información: los exones. Considerando la hebra 5'->3', el principio de esta región viene marcado por la secuencia de bases nitrogenadas ATG y el final por una de estas tres tripletas: TAA, TAG, TGA; tripletas que se denominan de paro, sin sentido o secuencias stop.

La región terminadora. Marca el final del gen.

SEP                      SNEST                      DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO

UNIDAD #6 TRANSCRIPCIÓN GENÉTICA.

Nombre del Alumno: Rubén Santibáñez Alejandrez

Número de Control: 09930057

Carrera: Lic. Biología

Ciudad Altamirano, Gro. México. 04 de Mayo del 2012

Introducción

La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza un ARN usando como molde al ADN.  Muchos tipos de ARN pueden ser sintetizados así por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las bacterias y los de las células de animales superiores.   Los genes eucariotas son complejos y discontinuos es decir que poseen regiones codificantes (que formarán parte de la proteína) y otros que son no codificantes y se remueven rápidamente antes que el ARN salga al citoplasma a ser traducido. Las regiones codificantes se llaman EXONES y las no codificantes se llaman INTRONES.

A su vez los genes eucariotas suelen organizarse como Unidades de Transcripción complejas, es decir que un gen no es tan simple como se creía antes sino que puede poseer más de un sitio para iniciar la transcripción. Es decir que en algunos tejidos puede ser eliminado junto a intrones un exón que sin embargo es necesario en otros. Por ello se denomina alternativo, puede ser distinto en diferentes tipos celulares. En cambio en las bacterias (procariotas) los genes se transcriben juntos en un mismo ARNm denominado policistrónico. Esto es porque el genoma es mucho más pequeño y así los genes que codifican proteínas relacionadas en una misma vía metabólica se transcriben todos al mismo tiempo para luego traducirse juntos también.

Objetivo

1._ Conocer los eventos de síntesis del ARN como molécula precursora de la síntesis proteica y su importancia en el funcionamiento de los seres vivos.

Metodología

Para la realización de la unidad número 6 se tomarán referencias bibliográficas de;

 1._ M. Devlin Thomas. 2000. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. Editorial Reverte, S.A.  Impreso en México. 

2._ Lehninger. Bioquímica. Editorial: Omega. Año: 2003 2da Edición. Que se localizan en el centro de información del Tecnológico

3._ página oficial de Aurora Aparicio Manrique http://internetaula.ning.com/profile/AURORAAPARICIOMANRIQUE?xg_source=activity

correccion del Ensayo..!

Importancia de las mutaciones en la biología.

Según Curtis et al proponen que las mutaciones son la materia prima del cambio evolutivo, pues una mutación desde el punto de vista genético es un cambio o alteración que tiene lugar en el genotipo y por definición son heredables, siendo estas responsables del origen y preservación de la variabilidad genética. Son muchos los eventos que ocasionan las mutaciones, un claro ejemplo son los   transposones, ya que estos son una porción de DNA, que tiene la capacidad de producir duplicados de si mismos y dispersarse a otros sitios del genoma e incluso a los genomas de otras especies.   Pero para Curtís y colaboradores las mutaciones muy raras veces son las de determinar la dirección del cambio evolutivo, ya que estos autores proponen que todos los procesos que determinan el cambio evolutivo son;   la selección natural, las migraciones, la deriva genética y muy por debajo quedan las mutaciones. Pues como todas las mutaciones en la naturaleza ocurren de manera espontanea    y al azar, respecto a los potenciales requerimientos del ambiente. La tasa de mutación espontanea en general es muy baja: para las mutaciones detectables en el fenotipo esta tasa varia de 1 en 1,000 a 1 en 1, 000,000 por gameto y por generación, y otro punto que recalcan es que si la mutación es  maligna la mima naturaleza se encargará de   desaparecer al individuo.

Por otro lado muy diferente la bióloga española jefa  de Departamento de Biología y Geología    Aurora Aparicio Manrique propone que las mutaciones son  las mutaciones son imprescindibles para que se pueda producir la evolución.

Un ejemplo muy claro para la bióloga Aparicio son las mutaciones favorables   que se da entre las bacterias frente a los antibióticos.  Muchas bacterias son destruidas por antibióticos como la penicilina. En estas bacterias con frecuencia se puede producir una mutación favorable de manera que la bacteria gracias a esa mutación es capaz de formar una proteína que proteja a la bacteria del antibiótico y así el antibiótico deja de afectarla.

Pues el mismo Darwin en su teoría de la evolución postuló que existía una enorme variabilidad en la descendencia de una pareja de progenitores y que en este hecho residía la posibilidad de que la selección natural pudiera actuar de distinta forma sobre cada uno de los descendientes.  Por ultimo Aparicio concluye que: toda mutación es por tanto, la base de la variabilidad. Sin mutación no habría evolución.

Literatura citada

Aurora Aparicio Manrique. Las mutaciones, BIOLOGÍA 2º BACH.

Curtis, Barnes, Schnek, Massarini. Curtis Biología. 7ª edición,  ed. Panamericana, impreso en México,  2007. 

Conclución..!

Al finalizar la unidad se comprendió que el material genético sufre muchas modificaciones a diario ya que esta sujeto a radiaciones solares que serian mutaciones causadas por agentes físicos y además estamos en plena convivencia con los agentes mutágenos químicos como, los insecticidas de hogar.   También comprendí que para que una alteración a la secuencia del material genético sea llamada mutación debe de ser heredable. Ya que de las mutaciones son las causantes de todas las formas de vida conocidas y por conocer, ya que por miles de años los antepasados sufrieron mutaciones que se heredaron. Por otro lados  las mutaciones son usadas para la producción de muevas especies con genes muy  diferentes o con la duplicación del juego de cromosomas  en este cosa son las plantas, ya que se les añade agentes mutagénicos para hacerlas más robustas. Y por ultimo las mutaciones son las causantes de muchas enfermedades  como, el síndrome de Down que es una trisomia en el cromosoma 21…

5.1.3 Físicos

En este grupo encontramos las radiaciones ionizantes, el calor y recientemente se ha mencionado la exposición a campos electromagnéticos de gran potencia.

Los rayos ultravioleta, gamma y X, y las emisiones α y β pueden causar mutaciones, por ejemplo los UV ocasionan daños moleculares y las radiaciones mas fuertes tienden a romper las hebras de ADN. La radiación cósmica y recientemente el Radón se ha encontrado que son mutagénicos.

5.1.4 Químicos.

Los mutágenos químicos entran en tres grupos: Análogo de bases. Son estructuras similares a las bases nitrogenadas, pero contienen modificaciones que aumentan la posibilidad de apareamientos erróneos y tautomerizacion. P.e. 5-Bromuroacilo (5Btu), se incorpora en lugar de timina, pero tiende a cambiar de forma y aparearse con guanina.

AGENTES MUTAGÉNICOS BIOLÓGICOS

Transposones. Son segmentos móviles de ADN que pueden cambiar de posición, trasladándose a otro lugar dentro del mismo u otro cromosoma. Pueden originar mutaciones cuando causan una activación o inactivación génica no deseada al insertarse en los genes estructurales o en los reguladores.

Virus. Pueden producir cambios en la expresión de algunos genes. Se cree que los virus mutagénicos podrían realizar su acción al llevar en su genoma fragmentos de ADN tomados de una célula previamente infectada que incorporarían a la nueva célula parasitada.

5.2 Sistemas de reparación.

Los daños en el ADN pueden ser reparados para mantener la integridad de la información genética, la importancia biológica de la reparación del ADN es evidente al encontrar múltiples mecanismos de reparación. Estos sistemas incluyen enzimas que simplemente revierten la modificación química, así como complejos enzimáticos más complicados que dependen de la redundancia de la información en la molécula de ADN duplex  para reparar a la molécula.

1.    Reparación directa

 Es un sistema de reparación que no requiere eliminación de nucleótidos o bases nitrogenadas, sino que se emplean enzimas para reparar directamente alteraciones nucleotídicas

2.    Reparación por escisión de nucleótidos (REN)

 Corrige los errores voluminosos que la escisión de base

3.    Reparación por escisión de la base (REB)

Reparan los daños causados por metilación, desaminación, oxidación o pérdida espontanea de bases

4.    Reparación de apareamientos erróneos (mismatch)

Corrige emparejamientos erróneos

5.   Sistemas de recuperación: reparación por recombinación y respuesta SOS

Evita el bloqueo en la replicación mediante la adición de bases no específicas o bases al azar

   Los agentes que causan daños en el DNA tienen distintos orígenes. Por una parte, están las alquilaciones (metilaciones principalmente), las desaminaciones, la oxidación y los rayos UV. La acumulación de mutaciones en células somáticas es el origen de muchos cánceres y las células cancerosas reparan mal las mutaciones. Por eso muchos tratamientos antineoplásicos sobre la base de inducir mutaciones que los tumores no saben reparar.

literacura citada:

M. Devlin Thomas. 2000. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. Editorial Reverte, S.A.  Impreso en México.

Voet, D. y Voet, J. Bioquímica. Barcelona, España. Ediciones Omega. 1990.

Lehninger. Bioquímica. Editorial: Omega. Año: 2003 2da Edición.

UNIDAD 5. REPARACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

5.1 Clasificación de los tipos de lesión al ADN

Casi todas las mutaciones son perjudiciales para el individuo que las porta. Muchas veces provoca la no viabilidad del zigoto que la porta y otras veces suelen producir enfermedades o malformaciones (mutaciones letales, subletales y patógenas). Algunas mutaciones son neutras porque en el instante en el que se producen, no proporcionan al individuo que las porta ningún perjuicio ni beneficio. Estas mutaciones que se van acumulando sin tener una presión selectiva, si en un momento concreto cambian las condiciones ambientales, pueden favorecer al individuo que las porta y perjudicarle, según sea la presión selectiva frente a las nuevas condiciones.

Transposición:

Un segmento del ADN cambia de lugar. Es decir, se rompe un fragmento de molécula y se une después, pero en otro lugar. El desplazamiento de secuencias de la cadena nucleotidica provoca la aparición de nuevos tripletes lo que modificará el mensaje genético.

Restricción:

Mediante actividades metilasa y endonucleasa se protege el DNA propio del foráneo.

Recombinación:

Se redistribuyen o reorganizan dos moléculas de DNA.

Reparación:

Corrige aquellos errores introducidos en la secuencia del DNA tras la replicación

5.1.1 Lesiones espontáneas

Son todos aquellos l errores que aparecen de manera natural en los procesos de copia del ADN o en el trascurso de la vida celular de un organismo. Considerandose alteraciones o lesiones todos aquellos procesos en los que el DNA resultante es distinto al DNA inicial.

5.1.2 Lesiones inducidas

Son factores físicos, químicos y biológicos que provocan mutaciones y aumentan la tasa espontánea de mutación. Actúan dañando la composición o estructura del ADN.

Agentes físicos

Son radiaciones que tienen longitud de onda muy corta y son por tanto muy energéticas. Estas radiaciones son rayos X, rayos gamma.

Agentes químicos

Numerosas sustancias tienen acción mutágena: la mayoría de las drogas como el LSD, la cafeína, la nicotina, el opio, la morfina, quinina y muchos edulcorantes.

Modificaciones de las bases nitrogenadas por ejemplo, el ácido nitroso provoca la desaminación de las bases y el gas mostaza añade grupos metilo o etilo en las bases. Todo ello provoca produce mutaciones puntuales.

Sustituciones de bases: Algunas sustancias se parecen a las bases y provocan un emparejamiento erróneo durante la replicación al cambiar una base por otra. (Por ejemplo el 5-bromouracilo puede incorporarse en vez de timina y la 2 aminopurina puede sustituir a la adenina).

Intercalación de moléculas: Ciertas moléculas se intercalan en la cadena polinucleotídica del ADN y provocan mutaciones por inserción o deleción. Son por ejemplo la acridina y la proflavina que son dos colorantes. Otra sustancia, el benzopireno, que se encuentra en el humo del tabaco y en los alquitranes, provoca mutaciones al intercalarse entre las dos cadenas del ADN.

5.1.2.1 Fijación de la lesión (mutación)

Una mutación es cualquier cambio que se produce en el genotipo de un individuo. Se refiere, por tanto, a cualquier cambio que se produzca en el material hereditario del individuo que en la inmensa mayoría de los seres vivos es ADN.

La mayoría de las mutaciones genéticas son perjudiciales para el organismo que las porta. Aunque la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Muy rara vez se producen errores, y el ADN nuevo contiene uno o más nucleótidos cambiados. Un error de este tipo, que recibe el nombre de mutación, puede tener lugar en cualquier zona del ADN. Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido particular, éste puede presentar un aminoácido cambiado en la cadena polipeptídica.

Las mutaciones pueden afectar a las células somáticas (mutaciones somáticas) o a las células germinales (mutaciones germinales). En el primer caso, la mutación no suele tener repercusiones para el individuo a no ser que tal mutación provoque la transformación de la célula en cancerosa. Si este no es el caso, puede ocurrir que la célula mutada no sea viable y entonces será sustituida por otra normal o bien si es viable, al dividirse por mitosis dará lugar a un clon de células mutadas sin más complicaciones. Las mutaciones germinales sí son trascendentales ya que son heredables y todas las células del nuevo organismo tendrán la misma información que la célula zigoto.

En el ser humano, la tasa de mutación espontánea es de un gen mutado por cada 100.000 genes lo que resulta por término medio un gen mutado por cada gameto que se forma.

Las mutaciones pueden producirse a varios niveles:

1.- Mutaciones a nivel molecular, llamadas mutaciones génicas. Son los cambios que se producen en la molécula de ADN y por tanto afectan a una o varias bases nitrogenadas.

a) Transiciones: son las mutaciones que ocasionan la sustitucion  de una purina por una purina o una pirimidina por una pirimidina. La polimerasa de DNA III  tien la capacidad de reparar estos errores en la replicación.

b) Transversiones: ocurre cuando una pirimidina es sustituida por una purina y viceversa.

c) Mutaciones de cambio de fase: ocurre cuando hay una deleccion de una base, lo que ocasiona que el cuadro de lectura del DNA cambie, esto conlleva a proteinas muy modificadas.

2.- Mutaciones a nivel cromosómico, son llamadas mutaciones cromosómicas o estructurales.- Son aquellas que afectan a la estructura de los cromosomas. Son observables a microscopio.

a) mutaciones en un segmento de cromosoma:

Una parte del cromosoma se puede separar, invertir y después unirse de nuevo al cromosoma en el mismo lugar.

b. cambios en cromosomas enteros y series de cromosomas:

Euploidia: el número de cromosomas que constituyen una serie básica.

ANEUPLOIDIA: el número de uno o más cromosomas pueden cambiar durante la formación de un nuevo organismo. Dicho organismo se denomina aneuploide, que significa no-euploide. Puede ocurrir que se añadan cromosomas, de manera que se tenga un cromosoma extra o que sean eliminados.

Nulisomicos (2n -2): se han perdido dos cromosomas homólogos.

Monosomicos (2n-1): cuando se pierde un cromosoma. En tales casos el complemento es perjudicial, por dos razones: los cromosomas que faltan alteran gravemente el equilibrio cromosómico, que ha sido cuidadosamente establecido por la evolución y que es necesario para el equilibrio celular, y la segunda razon, la ausencia de un cromosoma trae como resultado que cualquier alelo recesivo letal  situado en el cromosoma sin pareja se exprese directamente.

Trisomicos (2n + 1): Ocurre cuando se tiene 1 cromosoma extra. La trisomia también produce un desequilibrio cromosómico y puede dar lugar a una anormalidad o a la muerte.

3.- Mutaciones a nivel genómico, llamadas mutaciones genómicas, o numéricas o cariotípicas. Son las que afectan a la dotación cromosómica del individuo, es decir que aparecen cromosomas de más o de menos o incluso que aparece un número de series haploides distinto del normal. Aunque las mutaciones espontáneas son muy frecuentes, su manifestación externa es mucho menor debido a varias razones:

a) En muchas ocasiones, los mecanismos de reparación del ADN actúan adecuadamente y eliminan la mutación.

b) A veces, la alteración de la secuencia de bases nitrogenadas no afecta a la secuencia de aa de la proteína codificada. Suele ocurrir esto cuando el cambio afecta a la tercera base de una codón gracias a la propiedad de degeneración del código genético.

c) Muchas veces, queda alterada la secuencia de aa de la proteína, pero no afecta a su funcionalidad porque se trata de aa que no intervienen en la estabilización de la estructura secundaria, terciaria o cuaternaria de la proteína ni a ningún aa que sea imprescindible para que la proteína realice su función correctamente.

d) Algunas veces se producen mutaciones inversas, que vuelve a un gen mutado en su forma silvestre anterior a la mutación.

e) Los genes mutados, en muchas ocasiones, son recesivos frente al gen no mutado o silvestre. Por ello sólo se manifiestan cuando se encuentran en homocigosis.

f) Las mutaciones sólo se manifiestan en las células hijas de la que ha padecido la mutación. Por ello, si la célula es somática y no germinal, sólo el grupo de células hijas manifestará la mutación.

5.1.2.2 Agentes mutagénicos

Son factores físicos, químicos y biológicos que provocan mutaciones y aumentan la tasa espontánea de mutación. Actúan dañando la composición o estructura del ADN.

ensayo..!

Importancia de las mutaciones en la biología.

   Hoy ha más de 200 años de haber sido postulada la teoría de la evolución de las especies a través de la selección natural, la cual consiste en que los organismos más aptos, son capaces de adaptarse al medio. Aunque para muchos este es un proceso totalmente erróneo,  la evolución es el prima más valioso en la biología, ya que  si nada es bajo este dominio la vida misma no tendría sentido. ¿Pero cómo ocurre esto?  Esto sucede gracias a muchísimos cambios aleatorios en la secuencia de bases del ADN que llamamos mutación. Esto se origina por errores de la información genética contenida en las células, y que ademas esta alteración se puede transmitir a las futuras generaciones. Por este motivo, decimos que las mutaciones son la fuente primaria de variabilidad génica, imprescindible para que exista evolución. Entonces, sin mutaciones no se presentaría la variabilidad genética que necesita la selección natural, por esta razón las mutaciones son las causantes de todas las formas de vida en el planeta tierra. Del  mismo modo la recombinación génica incrementa la variabilidad. La mayoría de los cambios evolutivos se producen por acumulación gradual de mutaciones en los genes y por variaciones en su número y organización.

En cambio para que la selección natural pueda actuar en una población, deben existir diferencias entre los distintos individuos que forman el grupo. Evidentemente, si todos fueran igual genéticamente la presión de la selección natural sería sobre todos ellos igual y no se produciría evolución.

Por otro lado  las mutaciones son de suma importancia en las ciencias biológicas modernas, tales como la biología molecular y la biotecnología, ya que utilizan las mutaciones para la creación de organismos transgénicos, este fenómeno consiste en la introducción de genes muy distintos a un organismo modelo. Tal es el caso como la bacteria Escherichia coli   que ha sufrido muchas modificaciones genéticas por ejemplo esta bacteria en años pasados fue utilizada  para la producción de insulina a una escala muy grande. Pero hoy en día  las mutaciones han rotó las barreras de la ciencia ficción, pues existen una gran variedad  para la creación de organismos modelos.

A partir de un gen que sólo presenta la posibilidad AA, mediante mutación puede formarse el gen Aa. Si bajo determinadas circunstancias, el nuevo gen a proporciona una ventaja al individuo que lo porta, la selección natural favorecerá su desarrollo y reproducción y con el tiempo aumentará la frecuencia de dicho gen con lo cual la especie evolucionará. Si toda la población fuera invariablemente AA todos los individuos tendrían la misma presión selectiva y su evolución no sería posible. Por este fenómeno la mutación es por tanto, la base de la variabilidad. Sin mutación no habría evolución.

La mutación, en cambio, se produce en todo tipo de ser vivo, tanto en los más primitivos que tienen reproducción asexual, como en los más evolucionados. Además es realmente el único mecanismo mediante el cual se forman nuevos genes.

Literatura citada

Aurora Aparicio Manrique. Las mutaciones, BIOLOGÍA 2º BACH.

Curtis, Barnes, Schnek, Massarini. Curtis Biología. 7ª edición,  ed. Panamericana, impreso en México,  2007.