Genètica 1r Grau Biologia (PDF)

t-4-genetica.pdf pdd_05 Genética 1º Grado en Biología Facultad de Biociencias Universidad Autónoma de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta ob...

t-4-genetica.pdf pdd_05 Genética 1º Grado en Biología Facultad de Biociencias Universidad Autónoma de Barcelona Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 TEMA 4: COMPORTAMENT DELS CROMOSOMES AL LLARG DE LES DIVISIONES CEL·LULARES PROLIFERACIÓ CEL·LULAR: MANTENIMENT DE LA INFORMACIÓ GENÈTICA ~ Els cromosomes han de mantenir estable i fidel la informació genètica al llarg de les divisions cel·lulars ~ Per això fa falta que els cromosomes continguin alguns elements que ho permetin 1. REPLICACIÓ I SEGREGACIÓ DELS CROMOSOMES: Cal que els cromosomes es dupliquin i es mantinguin units els duplicats abans de la divisió cel·lular per poder-se segregar de manera equitativa entre les cèl·lules filles S’han de produir 3 passos: ~ Còpia: El DNA es replica a una velocitat de 1000 nucleòtids per segon ~ Separació de les còpies ~ Divisió de la cèl·lula SEGON ARTICLE NATURE DE WATSON AND CRICK: ✓ Parlen de les implicacions de la estructura del ADN ✓ La doble cadena només permet emparellaments molt específics (A-T o G-C). Per tant, si conec la seqüencia d’una de les cadenes puc deduir la seqüència de l’altre cadena. ✓ Les unions de PONT HIDROGEN són relativament fàcils de trencar per poder separar les cadenes i fer replicació. Però caldrà unes funcions enzimàtiques per poder-ho dur a terme. ✓ Aquest model era aleshores “especulatiu” i rep el nom de replicació semiconservativa HIPOTESI SEMICONSERVADORA: Aquesta hipòtesis proposa que les DUES CADENES INICIALS DE DNA es separen i cadascuna serveix de motlle per la síntesi de noves cadenes amb les seves bases nitrogenades complementaries. De forma que tindríem en la nova molècula una cadena nova i una cadena antiga. Aquest va ser el model proposat per Watson and Crick. HIPOTESI CONSERVADORA: Aquesta hipòtesi proposa que després de la duplicació queden en una banda dos filaments antics junts i d’altre banda dos filaments nous junts. HIPOTESI DISPERSA: Aquesta hipòtesi proposa que els filaments creats tenen una barreja entre ADN nou i ADN antic. De forma que aquests seg- ments nous i antics queden intercalats entre ells. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 EXPERIMENT: Per resoldre el dubte de quina hipòtesi era correcta van agafar B.E colli Meselson y Stahl (1957) 1) Van cultivar bacteris en un medi amb Nitrogen 15, un isòtop del Nitrogen 14. Això comporta que les molècules amb N15 pesin més que les formades per N14, fent que al separar el seu DNA amb centrifugació tinguin diferents densitats. 2) Els bacteris que havien estat creixent en Nitrogen pesat Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. (N15) les van passar a un medi de cultiu que contenia N14 (Nitrogen normal) i a diferents temps, mitja generació, una generació, dues generacions, tres generacions de replicació, prenien una mostra del cultiu bacterià, extreien l'ADN i centrifugaven 3) Inicialment donava lloc a una posició intermèdia (barreja de N15-N14) descartant la teoria conservadora. 4) Després d’una segona reproducció i centrifugació es van produir dues fases en el tub d’assaig. La barreja de N15- N14 i un de N-14 pur degut a la nova reproducció (. Confirmant la teoria semi conservadora Imatge explicativa de l’experiment Si la replicació de l'ADN d'E. coli s'ajustarà al model Conservatiu en centrifugar l'ADN dels bacteris després d'un generació al mig amb N14, haguessin obtingut dues bandes una de densitat corresponent al N14 i una altra de densitat corresponent al N15. Mai haurien observat, en aquest cas, una banda d'ADN de densitat intermèdia (N14-15). Elimina la publicidad de este documento con 1 coin Genética Banco de apuntes de la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 SÍNTESI DE DEL DNA: Elements que intervenen i funcions: ~ HELICASA: Trenca els enllaços d’hidrogen entre les bases nitrogenades dels filaments ~ TOPOISOMERASES: Aquest enzim impedeix que la doble hèlix d'ADN que està per davant de la forqueta de replicació s'enrotlli massa quan s'obre l'ADN. Actua fent talls temporals en l'hèlix per a alliberar la tensió, les quals torna a segellar per a evitar danys permanents. ~ PROTEÏNES ESTABILITZADORES: Mantenen la separació dels dos filaments Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ~ ARN-Polimerasa (PRIMASA): La primasa fa un engreixador d'ARN, un curt segment d'àcid nucleic complementari al motlle, que proporciona un extrem 3' amb el qual l'ADN polimerasa pot treballar. ~ Primer (encebador): Base de 10 nucleòtids amb el que el DNA-Polimerasa III pot treballar ~ ADN-Polimerasa III: Les ADN polimerases són responsables de la síntesi d'ADN: afegeixen nucleòtids d'un en un a la cadena creixent d'ADN, i incorporen només aquells que siguin complementaris al motlle ~ ADN-Polimerasa I: L'ADN polimerasa I, l'altra polimerasa que participa en la replicació, elimina els encebadors d'ARN i els substitueix per ADN. ~ LIGASA: ligasa segella les bretxes entre fragments d'ADN. Passos de la replicació del doble hèlix de DNA: 1. Hi ha una seqüència de nucleòtids del DNA que és L’ORIGEN DE LA REPLICACIÓ (dins del genoma hi ha diferents orí- gens de replicació, per accelerar el procés) 2. L’Enzim HELICASA trenca els enllaços d’hidrogen entre les bases nitrogenades dels dos filaments Al separar-se es poden crear TENSIONS que les solucionen les TOPOISOMERASES tallant la fibra de DNA i un cop eliminades tensions tornant a empalmar. 3. Intervenen PROTEÏNES ESTABILITZADORES mantenen la separació dels dos filaments. Es forma l’estructura coneguda com FORQUETA DE REPLICACIÓ, on la forma de mitja lluna rep el nom de BOMBOLLA O ULLS DE REPLICACIÓ. 4. Intervé l’ARN-polimerasa (PRIMASA) en un fragment de 10 NUCLEÒTIDS que anomenem ENCEBADOR (primer). On trobem el ARN-polimerasa de 10N intervé el ADN-polimerasa III, treballant de 5’-3’ construint el FILAMENT CONDUCTOR de creixement continu. Posant nucleòtids complementaris. Alternament, darrera dels punt d’origen, creix un FILAMENT RETARDAT amb un creixement discontinu: ~ Les ADN polimerases només poden fer ADN en direcció 5' a 3', això planteja un problema durant la replicació. ~ Aquesta cadena es produeix en fragments perquè, conforme avança la forqueta, l'ADN polimerasa (que s'allunya de la forqueta) ha de separar-se i tornar a unir-se a l'ADN recentment exposat. ~ Aquesta cadena més difícil, que es produeix en fragments, es diu cadena ressagada. Els petits fragments es diuen fragments de Okazaki. 5. DNA-polimerasa I omple aquest buits de 40N després de treure l’ARN-polimerasa (encebadors) i de que l’ADN-polime- rasa III acabi de treballar. 6. DNA-LIGASA empalma els diferents fragments Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 CÈL·LULES PROCARIOTES: ~ Generalment un únic cromosoma circular relativament petit ubicat en una regió central ce la cèl·lula sense cap estructura membranosa que la separi de la resta del citoplasma. ~ Tenen només un origen de replicació en el seu cromosoma i té en la seva majoria parelles A=T (que es mantenen units per menys ponts d'hidrogen que C/G), i és més fàcil separar les cadenes d'ADN. ~ Les Topoisomerases s’encarreguen de separar les dues cadenes ~ Conforme s'obre l'ADN, es formen dues estructures anomenades FORQUETES DE REPLICACIÓ, en conjunt conformen el que es diu BOMBOLLA DE REPLI- CACIÓ. Les forquetes de replicació es mouen en direccions oposades a me- sura que avança la replicació. ~ Hi ha una sèrie de proteïnes que s’uneixen al punt de replicació i als extrem de la cèl·lula original. Ajudant que físicament a mida que es separa la cèl·lula cada un dels cromosomes quedin en cèl·lules separades. Facilitant que les dues cèl·lules filles tinguin un cromosoma CÈL·LULES EUCARIOTES: ~ Generalment el genoma està repartit en varis cromosomes lineals relativament grans ubicats en una regió central de la cèl·lula separada per la membrana que conforma el nucli ~ Per poder replicar aquest DNA cal múltiples ORIGEN DE REPLICACIÓ per cromosoma, doncs la llargada/mida del cromosoma és molt més extensa en eucariotes que en procariotes. ~ Hi ha diverses bombolles de replicació o “forquilles de replicació” que després s’acaben trobant i unint amb la LIGASA ~ Al haver-hi molt punts d’orígens de replicació cal coordinació per garantir que un punt de replicació no s’activi més d’una vegada. Produint posteriorment errors en els cromosomes finals Problemes dels eucariotes: ~ Condensació de la cromatina: Amb els nucleosomes (estructura de collaret de perles) cal que aquest es desenrotlli per permetre la obertura de la doble hèlix i la replicació del DNA PROCARIOTA: únic origen de replicació EUCARIOTA: múltiples orígens de replicació Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 EL CICLE CEL·LULAR EN EUCARIOTES ~ Entre una divisió i la següent, la cèl·lula travessa una sèrie d'etapes que conformen el seu cicle cel·lular: En les cèl·lules eucariotes, o cèl·lules amb un nucli, les etapes del cicle cel·lular es divideixen en dues fases importants: ✓ LA INTERFASE: La cèl·lula creix i fa una còpia del seu ADN ✓ LA FASE MITÒTICA (MITOSI): La cèl·lula separa el seu ADN en dos grups i divideix el seu citoplasma per a formar dues noves cèl·lules. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. INTERFASE: FASE G1: PRODUIM MOLTS NUTRIENS En la fase G1 la cèl·lula acaba de ser sintetitzada d’una divisió i necessita CRÈIXER. Per recuperar i produir els ele- ments essencials es fa la síntesi d’ARNm i la síntesi de proteïnes. La cèl·lula presenta un sol diplosoma. Es produeix l’anomenada diferenciació cel·lular. Al final de la fase G1 apareix un l’anomenat punt de no retorn o també conegut com PUNT DE CONTROL G1 (en els mamífers anomenat punt de restricció o Check point). Aquest serveix per veure si es tenen tots els elements necessa- ris per a la síntesi del DNA. A partir d’aquí ja és impossible impedir que succeeixin les fases S, G2 i M. Important: Hi ha éssers vius que mai entren en la fase de punt de control, es diuen que estan en fase G0. Aquelles cèl·lules que no es reprodueixen; neurones o cèl·lules esquelètiques. NO dupliquen el seu material genètic RESULTAT FINAL: un cromosoma amb UNA CROMÀTIDE (encara no s’ha reproduït) FASE S: HI HA MOLTS NUTIRENT EN EL CITOPLASMA, NECESSITA REPRODUIR -SE Es fa la duplicació d’ADN. La cromatina inicialment està formada per una ÚNICA CROMÀTIDA. És després de la fase S (replicació) que passa a estar formada per DUES CROMÀTIDES (ja que està duplicada, i unides per un centròmer=. Què servirà per unir els cromosomes entre ells. Es fa la síntesi d’histones per el collaret de perles del primer nivell de empaqueta- ment. Comença a formar-se un pro-centríol: un segon centríol no madur. RESULTAT FINAL: un cromosoma amb DUES CROMÀTIDES IDÈNTIQUES FASE G2: S’ACABA LA SÍNTESI D’ADN I ES PODEN VEURE ELS CROMOSOMES Inicia amb el final del la síntesi d’ADN i acaba amb la distinció dels cromosomes. Continua la síntesi d’HISTONES i ALTRES PROTEÏNES. HI ha un SEGON PUNT DE CONTROL, anomenat G2, on es revisa que el DNA té tots els elements / no hi ha alteraci- ons / o si cal aturar el procés per corregir els errors Síntesi de proteïnes pel fust miòtic: Del centròmer creixen microtúbuls que es desplacen d’un pol a l’altre de la cèl·lula. Aquest ajudaran a trencar els cromosomes i en la divisió de la cèl·lula. *Hi ha un últim check point abans de fer la mitosi Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 FASE M: ES PRODUEIX LA SEGREGACIÓ DELS CROMOSOMES Fase M: és la part del cicle en la qual les còpies dels cromosomes cel·lulars (les cromàtides germanes) se separen i la cèl·lula es divideix. Està dividida en dues parts: CARIOCINESI: divisió del nucli: Interfase, profase, prometafase, metafase, anafase i telofase. CITOCINESI: divisió del citoplasma. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. LA CARIOCINESI Etapa del cicle cel·lular en la que es produeix la segregació dels cromosomes. La mitosi es coneix com el procés de divisió cel·lular mitjançant el qual són generades dues cèl·lules filles idèntiques d’una cèl·lula mare, prèvia duplicació i repartició equitativa de material genètic. Durant la mitosi es segreguen les cromàtides dels cromosomes per la qual cosa es precisa disposar dels cromosomes el més compactats possible per poder-los segregar correctament. Consta de diferents fases anomenades: PROFASE ✓ S’inicia quan es comencen a veure els cromosomes, doncs durant la interfase es troben relaxats ✓ Els diplosomes es situen als diferents pols de la cèl·lula, i les seves fibres de l’àster (microfilaments) s’allarguen formant l’anomenat FUST MIÒTIC. ✓ D’altra banda el DNA es va condensant de forma progressiva per donar lloc als cromosomes PROMETAFASE ✓ El nucli s’infla degut a l’entrada d’aigua fins que es fragmenta i l’embolcall es trenca o es desfà. El nucleoplasma es dispersa i cada un dels cromosomes s’agafa a un microfilament d’aquest fust. ✓ D’altra banda el DNA es va condensant de forma progressiva per donar lloc als cromosomes ✓ Els microtúbuls es van sintetitzant per trobar els centròmers de cada un dels cromosomes. ✓ Aquest microtúbuls que s’uneixen al centròmer d’un cromosoma s’estabilitzen. S’uneixen a la seva cromàtida, una quedarà unida al fust mitòtic d’una banda i l’altra al fust mitòtic oposat. METAFASE ✓ Cada un dels cromosomes es situa en el centre de la cèl·lula formant l’anomenat placa metafràstica o PLACA EQUATORIAL. ANAFASE ✓ Inicia amb la separació de les dues cromàtides degut a la tensió exercida pels microtúbuls. ✓ Els microtúbuls s’escurcen i permeten que una cromàtida vagi cap a un pol i l’altre cromàtida cap a l’altre meitat ✓ Formant els CROMOSOMES ANAFÀSICS ✓ Els cromosomes anafàsics es desplacen per l’escurçament dels microtúbul de la placa cinetocòrica (proteïnes motores del centròmer) i queden agrupats en dos grups, en cada meitat o pol mitòtic de la cèl·lula. TELOFASE ✓ Les dues meitats cromosòmiques s’agrupen en dues masses. ✓ La làmina nuclear s’adhereix als cromosomes facilitant el nou embolcall. ✓ Es descondensen els cromosomes. ✓ Es forma un embolcall nuclear al voltant d’aquestes, DOS NUCLIS FILLS independents Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 RESUM DE LA FASE M EN IMATGES: Després de la divisió cel·lular les cèl·lules filla tenen el mateix joc de cromosomes cada una i el mateix que la cèl·lula original. Tant les cèl·lules filles com la cèl·lula mare tenen la mateixa informació genètica. Fidelitat dels processos Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 ELEMENTS D’UN CROMOSOMA EUCARIOTA: Un cromosoma requereix alguns elements que permetin la seva estabilitat i manteniment al llarg de les divisions cel·lulars, a més de les seqüències gèniques, aquest requereix alguns altres elements CROMOSOMA ARTIFICIAL DE LLEVAT (BACTERIS): Elements que necessitem per a mantenir-lo i que es repliqui correctament ORIGEN DE REPLICACIÓ: Un punt inicial on la molècula inicia la replicació i fa la sín- tesi de la nova cadena En eucariotes hi ha varis i en procariotes un únic. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. CENTRÒMER: Essencial pel unir-se a les cromàtides i fer que cada cromàtida vagi a una meitat corresponent de la cèl·lula per a la divisió. {P= braç curt Q= llarg} o Heterocromatina constitutiva: No fa cap funció durant la interfase. Té en alguns casos histones diferents a la resta, fa servir per exemple una variant de la HIS- TONA 3. Tenen una certa estructura que es pot repetir, amb blocs de 1-3kb i estan formades de petits monòmers d’un cromosoma a una altra poden tenir seqüències diferents. És a dir, és una estructura que les proteïnes identifiquen (MARQUES EPIGENÈTIQUES) que les permet identificar com a part del centròmer CINETOCOR: És una regió proteica que interacciona amb els microtúbuls del fus mitòtic, és la regió on s’uneixen els microtú- buls del fus mitòtic, intervé en la segregació cromosòmica. El cinetocor està localitzat en una zona específica del cromo- soma, el centròmer. TELÒMERS: són els extrems naturals del cromosoma, serveixen per estabilitzar aquests extrems i, com és una estructura lineal i no circular, protegir aquests extrems de ser degradats. Els telòmers son també seqüències de DNA repetides en tàndem constituïdes per heterocromatina constitutiva. S’associen a unes proteïnes i es repleguen sobre si mateixos de manera que les DNAses no poden degradar els extrems. o Seqüència dels telòmers: Els telòmers a diferència del centròmer tenen una seqüència específica ~ 5’ ( Adenina o Timina)n G n -3’ ( 1 ≤ n ≤ 4 n>2 ) ~ En el cas dels mamífers gairebé sempre hi ha la mateixa repetició 5’-TTAGGG-3’ ~ En una de les cadenes no hi ha CITOSINES però en la complementaria sí que s’uneixen a les GUANINES o Funció dels telòmers dins l’envelliment: Els telòmers amb les divisions es van escurçant, la qual cosa és un dels factors de l’envelliment. La TELOMERASA ajuda a evitar aquest procés, però amb l’edat, la síntesi d’aquest enzim es redueix i es produeix el procés d’envelliment de totes maneres ~ TELOMERASA: Proteïna que permet allargar els telòmers per mantenir la longitud adequada i no alterar-se. Molt eficient en teixits embrionaris i poc eficient durant l’edat adulta. Per aquest motiu amb el creixement de l’individu es produeix un envelliment en les cèl·lules amb part de la pèrdua dels extrems dels telòmers extrems, per no confondre com que es necessita reparar-lo. o Permet que determinades proteïnes s’adhereixin i protegeixin els telòmers i també que s’associïn amb la membrana nuclear (PUNT D’ANCORATGE) o En INTERFASE els telòmers permeten un punt d’ancoratge en diferents regions del nucli interfàsic. Elimina la publicidad de este documento con 1 coin a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9043406 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. [Es molt important evitar l’escurçament per no desenvolupar malalties com el SÍNDROME DE WERNER: On es produeix un envelliment prematur ] Elimina la publicidad de este documento con 1 coin