Replicación del ADN

Pasos de la replicación discontinua (Fragmentos de Okazaki)

1. Síntesis del cebador y elongación: Se necesita un pequeño fragmento de doble cadena formado por un molde y el cebador, sintetizado por la Primasa (ARN-Polimerasa). El cebador proporciona el grupo 3’-OH libre que la ADN polimerasa III necesita para sintetizar el fragmento de Okazaki. Esta enzima continúa hasta que alcanza el ARN cebador del fragmento de Okazaki sintetizado previamente. En este punto se para y abandona el ADN.
2. Eliminación del cebador y rellenado del hueco: La enzima ADN polimerasa I tiene una función polimerasa al añadir nucleótidos y exonucleasa al quitarlos. Esta ADN polimerasa utiliza sus dos propiedades:
   1. Elimina el cebador de ARN anterior.
   2. Lo sustituye por nucleótidos de ADN.
   Cuando termina de actuar, los dos fragmentos de Okazaki están casi unidos, faltando solo un enlace fosfodiéster.
3. Ligazón: La ADN polimerasa no puede enlazar esos fragmentos, pero la ADN-ligasa se encarga de ello, formando el enlace fosfodiéster con gasto de energía.

Diferencias entre la replicación en procariotas y eucariotas

• En eucariotas, el ADN está asociado con histonas, cuya síntesis debe considerarse durante la replicación.
• El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor en eucariotas (100 a 200 nucleótidos) que en procariotas (1000 a 2000 nucleótidos).
• Existen tres ADN polimerasas en procariotas y cinco en eucariotas.
• La velocidad de replicación en cada replicón es menor en eucariotas (hasta 50 veces) que en procariotas.

Transcripción del ADN

La síntesis del ARN o transcripción ocurre en el núcleo. Requiere:

1. Cadena de ADN molde: De las dos cadenas que forman el gen, solo la cadena molde se transcribe.
2. Enzimas: El proceso es catalizado por las ARN-polimerasas. En procariontes hay una, mientras que en eucariontes hay tres (ARN-polimerasas I, II y III):
   1. La I sintetiza el ARNr.
   2. La II sintetiza el ARNm.
   3. La III sintetiza el ARNt y un ARNr pequeño.
3. Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U: Se unen mediante enlace éster entre el ácido fosfórico en 5′ de un ribonucleótido y el grupo -OH en 3′ del último ribonucleótido de la cadena de ARN.

Proceso de la transcripción

Consta de tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Posteriormente, ocurre la maduración del ARN.

1. Iniciación: La ARN-polimerasa reconoce en el ADN los centros promotores, que indican el inicio de la transcripción, y se une a ellos.
2. Elongación: Adición de ribonucleótidos para formar el ARN. La ARN-polimerasa avanza a lo largo del ADN.
3. Terminación: La ARN-polimerasa reconoce señales de terminación en el ADN, lo que implica el cierre de la burbuja de ADN y la separación de la ARN-polimerasa del ARN transcrito.

Traducción del ARN

Para traducir la información del ARNm a una secuencia de aminoácidos, se necesita el ARNt, que resuelve dos problemas:

1. Descodifica el triplete del ARNm para la correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos.
2. Compensa la diferencia de tamaño entre el triplete y el aminoácido.

Ribosomas

Similares en procariotas y eucariotas, tienen un sitio de unión al ARNm y dos al ARNt (sitio A y P). Formados por dos subunidades (ARNr y proteínas). La subunidad pequeña se une al ARNm y ARNt, y la grande forma el enlace peptídico (peptidil-sintetasa).

Activación de los aminoácidos

Fase previa donde cada aminoácido es activado por su aminoacil-ARNt-sintetasa (20 enzimas, una por aminoácido):

Aminoácido + ATP + ARNt → aminoacil-ARNt + AMP + PPi

Fases de la síntesis proteica

1. Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une al extremo 5′ del ARNm, formando el complejo iniciador. Luego, se une la subunidad mayor. Catalizada por factores de iniciación (IF).
2. Elongación: Crecimiento de la cadena polipeptídica:
   1. El siguiente codón del ARNm se expone en el sitio A, donde se coloca el aminoacil-ARNt correspondiente.
   2. La peptidil transferasa cataliza la unión del aminoácido en P al aminoácido en A mediante enlace peptídico.
   3. El ribosoma se desplaza tres nucleótidos (un codón) en sentido 5’→3’.
3. Terminación: Ocurre cuando el sitio A expone un codón de terminación (UAA, UAG, UGA), para el cual no hay ARNt.

El código genético

Clave para traducir el mensaje genético a proteínas. Relación entre bases del ARN y aminoácidos.

• Codones: Tripletes de bases del ARNm.
• Codógenos: Tripletes del ADN transcritos.
• Hay 61 codones codificadores y 3 de terminación.
• Características:
  • Universal: Compartido por todos los organismos.
  • Degenerado: La mayoría de los aminoácidos son codificados por más de un codón.
  • No presenta imperfección.
  • Carece de solapamiento.

Mutaciones

Cambios en la secuencia del ADN, transmitidos a células hijas. Fuente de variabilidad genética.

Clasificación de las mutaciones

Según el tipo de células

• Germinales: Heredables, se originan en la gametogénesis.
• Somáticas: Se transmiten a células hijas por mitosis.

Según la magnitud

• Puntuales o génicas: Cambio en un solo par de nucleótidos.
• Cromosómicas: Cambios en la estructura del cromosoma.
• Genómicas: Cambio en el número de cromosomas.

Mutaciones puntuales o génicas

• Sustituciones de bases (20%): Cambio de una base por otra.
  • Transiciones: Púrica por púrica o pirimidínica por pirimidínica.
  • Transversiones: Púrica por pirimidínica o viceversa.
• Mutaciones por cambios en la pauta de lectura: Inserciones (adición) o deleciones (pérdida) de nucleótidos.

Mutaciones cromosómicas

Cambios en la estructura de los cromosomas, sin alteración en su número. Se deben a roturas y recomposiciones anormales.

Mutaciones genómicas

• Euploidías: Número de series haploides distinto del normal.
  • Monoploidías: Un juego cromosómico (n).
  • Poliploidías: Más de un juego completo (3n, 4n, 6n, etc.).
• Aneuploidías: Alteración en el número de cromosomas individuales.
  • Nulisomías: (2n-2) cromosomas.
  • Monosomías: (2n-1) cromosomas.
  • Trisomías: (2n+1) cromosomas.
  • Tetrasomías: (2n+2) cromosomas.

Conceptos básicos de genética

• Genética: Ciencia que estudia la herencia.
• Carácter hereditario: Característica transmisible a la descendencia.
• Gen: Fragmento de ADN que codifica para una proteína.
• Genotipo: Conjunto de genes de un individuo.
• Fenotipo: Expresión externa del genotipo.
• Alelos: Distintas formas de un gen.
• Homocigoto: Dos alelos idénticos para un carácter.
• Heterocigoto: Dos alelos distintos para un carácter.
• Gen dominante: Impide la expresión de otro alelo.
• Gen recesivo: Se expresa solo en homocigosis.
• Genes codominantes: Ambos alelos se expresan.
• Cromosomas homólogos: Pareja de cromosomas, uno paterno y otro materno.
• Locus: Lugar del gen en el cromosoma.
• Herencia dominante: Un alelo domina sobre otro.
• Herencia intermedia: Fenotipo intermedio en heterocigotos.
• Herencia codominante: Ambos alelos se expresan por igual.
• Dihíbridos: Heterocigosis en dos genes.
• Polihíbridos: Heterocigosis en muchos genes.
• Alelos letales: Causan la muerte del individuo.
• Cariotipo: Conjunto de cromosomas de un individuo.

Leyes de Mendel

• Ley de la uniformidad: La primera generación filial (F1) es uniforme.
• Ley de la segregación: Los alelos se separan en la meiosis.
• Ley de la herencia independiente: Los genes se heredan independientemente.

Retrocruzamiento y cruzamiento prueba

• Retrocruzamiento: Cruzamiento con un parental.
• Cruzamiento prueba: Cruzamiento con el homocigoto recesivo.

Herencia ligada al sexo

• Herencia holándrica: Ligada al cromosoma Y.
• Herencia ligada al X: Daltonismo y hemofilia.