Genética Molecular: ADN y ARN

Genética Molecular

• Incluye el estudio de los ácidos nucleicos, ADN, expresión génica y mutaciones.

Ácidos Nucleicos

• Son moléculas complejas que portan la información genética y codifican la forma en que somos.
• El ADN (o DNA) es el ácido desoxirribonucleico.
• El ARN (o RNA) es el ácido ribonucleico.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

• Son macromoléculas formadas por la repetición de nucleótidos.
• Los nucleótidos están formados por la unión de tres moléculas: un monosacárido de 5 carbonos (pentosa), un ácido fosfórico y una base nitrogenada.

Monosacárido de 5 Carbonos o Pentosa

• Hay dos pentosas que forman parte de los ácidos nucleicos: ribosa (en el ARN) y desoxirribosa (en el ADN).
• La diferencia entre ribosa y desoxirribosa es que, en el carbono C2', ribosa tiene un grupo OH, mientras que desoxiribosa tiene un H.
• El ADN que tiene desoxiribosa, es una molécula mucho más estable que el ARN.

Ácido fosfórico (H3PO4)

• Está presente tanto en el ADN como en el ARN y también se le conoce como ácido ortofosfórico o "resta fosfórica".

Base Nitrogenada

• Son compuestos en forma de anillo (doble o sencillo).
• Las que tienen un único anillo son de tipo PIRIMIDINA, y las de doble anillo, de tipo PURINA.
• Hay 5 bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos.

Tipos de Bases Nitrogenadas

• Pirimidinas: Timina (T), Uracilo (U) y Citosina (C)
• Purinas: Adenina (A) y Guanina (G)
• En el ADN se pueden encontrar Timina y Citosina, pero no Uracilo.
• En el ARN se pueden encontrar Uracilo y Citosina, pero no Timina.

Nucleótido

• Un nucleótido completo tiene una base nitrogenada, una pentosa y un ácido fosfórico.

Polinucleótido

• En un polinucleótido, la parte del ácido fosfórico y de la pentosa es siempre igual, mientras que la parte de la base nitrogenada es variable.
• En el ADN, la base nitrogenada puede ser A, G, C, T, y en el ARN puede ser A, G, C, U.
• Es un alfabeto de 4 letras con el que se codifica la información que define a cada ser vivo.

Tipos de Ácidos Nucleicos: ADN y ARN

ADN

• Formado por desoxiribonucleótidos, que contienen ácido fosfórico, desoxirribosa y las bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
• Bicatenario (dos cadenas de polinucleótidos).
• Se encuentra en el núcleo, mitocondrias y cloroplastos.
• Contiene la información genética.

ARN

• Formado por ribonucleótidos, que contienen ácido fosfórico, ribosa y las bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U).
• Monocatenario (una cadena de polinucleótidos).
• ARNm (mensajero), ARNt (transferente) y ARNr (ribosómico).
• Se encuentra en el núcleo y citoplasma.
• Realiza la síntesis de proteínas de acuerdo con la información genética.

Estructura Molecular del ADN

• Rosalind Franklin estudió el ADN y determinó mediante la fotografía 51 que tenía una estructura helicoidal.
• Watson y Crick elaboraron el modelo de doble hélice del ADN.
  • Es bicatenario (formado por dos cadenas de nucleótidos).
  • Las dos cadenas se unen por enlaces químicos de tipo "puente de Hidrógeno".
  • Adenina siempre se une con Timina (dos puentes de hidrógeno).
  • Guanina siempre se une con Citosina (tres puentes de hidrógeno).
  • Por lo tanto A y T, y C y G son complementarias.
  • Siempre se une una purina (dos anillos) a una pirimidina (un anillo).

Replicación del ADN

• A partir de una molécula de ADN, se obtienen dos moléculas de ADN.
  • La doble hélice se abre y las cadenas se separan.
  • Se unen nucleótidos libres a las cadenas abiertas, siempre que las bases sean complementarias.
  • Los nuevos nucleótidos incorporados se unen entre sí.
  • Se obtienen dos moléculas idénticas al ADN original.
• Cada cadena de la doble hélice original ha servido de molde para formar las nuevas cadenas.
• La replicación es semiconservativa: las moléculas hijas están formadas por una cadena original y una de nueva.

Expresión Génica

• Proceso mediante el cual los organismos interpretan la información contenida en el ADN para fabricar proteínas.
• El código que marcan las bases nitrogenadas define una proteína.

Gen

• Fragmento de ADN que contiene la información necesaria para sintetizar una proteína.

Proceso General

• La información generalmente circula desde el ADN hasta las proteínas.
• Existen proteínas y ARN que se replican, así como virus de ARN, a partir del cual se sintetiza ADN (transcripción inversa).
• El virus del SIDA o el coronavirus realizan este proceso.

Pasos Habituales

• El ADN se replica previamente a que la célula se divida (replicación).
• Cuando se fabrica una proteína, el fragmento de ADN que la codifica se transcribe a ARN (transcripción).
• El ARN es "leído" por los ribosomas, que sintetizan la proteína en cuestión (traducción).

Transcripción

• Proceso por el cual un gen (fragmento de ADN) se copia en ARNm (mensajero).
• Ocurre en el núcleo, y el ARNm formado sale al citoplasma por los poros del núcleo.
• El ADN debe estar en forma descondensada (cromatina).
• No puede darse la transcripción cuando el núcleo comienza la división y empaqueta el ADN en forma de cromosoma (condensado).

Proceso de Transcripción

• Se abre la doble hélice de ADN.
• Nucleótidos libres complementarios se colocan frente a una de las cadenas (cadena motlle).

Correspondencia ADN-ARN

• A → U
• G → C
• C → G
• T → A
• Se copia solo la cadena motlle.
• Se obtiene una cadena de ARN con una secuencia de bases complementaria a la del ADN.
• El ARNm sale del núcleo hacia el citoplasma.

Traducción

• Proceso de síntesis de proteínas a partir de la información del ARNm formado en la transcripción.
• Ocurre en los ribosomas, que están libres en el citoplasma o unidos al RE (formando el RER).

Proteínas

• Son moléculas formadas por la unión de aminoácidos.
• Hay muchas diferentes (insulina, colágeno, hemoglobina, actina...).
• Hay 20 tipos de aminoácidos diferentes, y cada proteína es una combinación de muchos de estos.

Intervienen en el Proceso de Traducción

• ARNm sintetizados en la transcripción.
• Ribosomas.
• ARNt (de transferencia), que capturan aminoácidos y los llevan al ribosoma.
• Aminoácidos.

Proceso de Traducción

• El ARNm sale del núcleo.
• Los ribosomas y el ARNm se juntan.
• El ribosoma coloca un aminoácido según el orden que marca el ARNm.
• Ese aminoácido es transportado por su ARNt.
• El ribosoma lee todo el ARNm, añadiendo 1 aminoácido cada 3 bases.
• La proteína formada se libera del ribosoma.

Código Genético

• Relación entre la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm y la de los aminoácidos.
• Cada 3 bases nitrogenadas codifican para 1 aminoácido.
• Cada grupo de 3 bases del ARNm se denomina codón o triplet.

Codones

• Tanto el ADN como el ARN están formados por nucleótidos.
• Los nucleótidos por una pentosa, un fosfórico y una base nitrogenada.
• Ya que la parte variable del nucleótido es la de la base nitrogenada, es la que solemos representar, y de la que hablamos.
• Si tomamos las bases nitrogenadas diferentes (A, C, G, U) de 3 en 3, hay 64 codones diferentes.
• 61 codifican aminoácidos, y los otros 3 codones son señales de parada.
• Solo hay 20 aminoácidos, algunos de ellos son codificados por más de un codón.
• El inicio siempre es AUG, que codifica el aminoácido metionina.

Características del Código Genético

• Está organizado en triplets o codones. Cada triplet o codón (3 bases) codifica 1 aminoácido.
• Es degenerado: 1 aminoácido puede estar codificado por más de un triplet.
• No hay solapamientos: cada base pertenece a un único triplet.
• No tiene espacios en blanco.
• Es universal: en todas las especies, los mismos codones codifican para los mismos aminoácidos.

Mutaciones

• Cualquier alteración del material genético.
• Pueden ser espontáneas o inducidas por agentes mutágenos (radiaciones UV, rayos X, nicotina, algunas drogas y contaminantes...).

Tipos de Alteración Genética

Mutaciones Génicas o Moleculares

• Afectan la secuencia de nucleótidos del ADN.
• Ejemplo: anemia falciforme (los glóbulos rojos tienen forma de hoz).
• Una mutación en el ADN hace que, en lugar de GAG (ácido glutámico), el ARN indique GUG (valina).

Mutaciones Cromosómicas

• Afectan la estructura de los cromosomas.

Mutaciones Genómicas

• Afectan el número de cromosomas (pueden faltar o haber de más).
• Ejemplo: trisomía en la pareja 21 causa el síndrome de Down, o síndrome de Turner (mujeres con solo un cromosoma X).
• A menudo, estas mutaciones ocurren en la meiosis.

Mutaciones y Evolución

• Las mutaciones aportan variabilidad genética y ocurren al azar, pudiendo ser beneficiosas, perjudiciales o neutras.
  • Beneficiosas: tienden a fijarse (ejemplo, tolerancia a la lactosa en humanos).
  • Perjudiciales: tienden a desaparecer por selección natural.
  • Neutras: se mantienen aleatoriamente (la selección natural no actúa).
• Que una mutación sea beneficiosa, neutra o perjudicial depende del medio.
• Una mutación perjudicial/neutra puede pasar a ser beneficiosa (ejemplo, la polilla del abedul).