ADN

ADN

PO4

desoxirribosa Transcripción

base

A T C G

azúcar

PO4

base azúcar

ARNm Traducción

ARN

PO4

ribosa Plegamiento

base

azúcar

PO4 Proteína madura

A U C G

base

azúcar

Origen de la variabilidad genética

Estudiado principalmente en bacterias pero también sucede en eucariotas

Mutaciones Recombinación Sistema SOS de Reparación del ADN Elementos Transponibles

Mutaciones: Cambios en la secuencia de bases del material genético (ác. nucleico). Mutante: Organismo que lleva este tipo de cambio. Posee una/s mutación/es

Por lo tanto el mutante posee un genotipo diferente Fenotipo = Genotipo + Ambiente Puede generar un fenotipo diferente Las mutaciones generalmente provocan cambios fenotípicos adversos (perjudiciales). Sin embargo pueden generar cambios beneficiosos ( evolución)

Efectos fenotípicos de las mutaciones

Cualquier función fisiológica puede afectarse !!

!

El cambio fenotípico obtenido producto de la mutación dependerá del tipo de mutación y la ubicación de la misma

Bases moleculares de la mutación Cómo se generan los cambios en la secuencia de bases del material genético? Origen de mutación

mutaciones

espontáneas

Inducidas

Consecuencia de la radiación natural / Errores durante la replicación del ADN Por acción de mutágenos: químicos y físicos

Puntuales: cuando implican un par de bases (pb) o unos pocos pares de bases

Tipos de Mutaciones puntuales

Sustituciones Micro-Inserciones Micro-Deleciones

!

El cambio fenotípico obtenido producto de la mutación dependerá del tipo de mutación y la ubicación de la misma

Sustituciones

Dentro de un gen que codifica para una proteína

Secuencia normal ADN

Recordar: el código genético es degenerado

ARNm

Proteína

Funcional??

No funcional funcional

Salvaje Wild type

Tirosina

Asparragina

En qué afecta el cambio de aminoácidos?

Ejemplo de enfermedad producto de Una mutación puntual: Anemia Falciforme

Anemia Drepanocítica o Falciforme:

es una enfermedad genética autosómica recesiva

resultado de la sustitución de adenina por timina en el gen de la globina beta, ubicado en el cromosoma 11, lo que conduce a una mutación de ácido glutámico por valina en la posición 6 de la cadena polipeptídica de globina beta y a la producción de una hemoglobina funcionalmente defectuosa, la hemoglobina S. El ácido glutámico tiene carga negativa y la valina es hidrófoba. Esto cambia las propiedades dela hemoglobina, favoreciendo la interacción de las moléculas de hemoglobina y la formación de polímeros que deforman el glóbulo rojo.

La nueva forma provoca dificultad para la circulación de los glóbulos rojos, por ello se obstruyen los vasos sanguíneos y causan síntomas como dolor en las extremidades. Los glóbulos rojos también padecen de una vida más corta provocando anemia por no ser reemplazados a tiempo.

Relación con la Malaria (Paludismo)

Tipos de mutación

Sustituciones Micro-Inserciones

Micro-Deleciones

Deleciones o inserciones de 1 o 2 bases Generan desfases en el marco de lectura

El código genético se lee desde un extremo en bloques de 3 bases

!

Altera completamente la

traducción de la proteína

Met – Pro-Gly-Tyr-

Met – Pro-Val-Met-

Met – Pro-Leu-Stop

Mutágenos Químicos

Análogos de bases 5-Br Uracilo 2- Aminopurina

Se parecen a las bases púricas o pirimidínicas. Sin embargo muestran propiedades de apareamiento erróneas. Sustituciones

Compuestos que reaccionan con el ADN

Ac. Nitroso (HNO2) Hidroxilamina (NH2OH) Agentes alquilantes Mostazas Mitomicina Nitrosoguanidina Colorantes intercalantes Acridinas Bromuro de Etidio

Entrecruzamiento entre las cadenas de ADN. Mutaciones puntuales y deleciones

Insertan entre dos pares de bases separándolas . Genera el error durante la replicación. Microinserciones y microdeleciones

Análogos de bases

Se incorporan en el ADN y ocasionan la incorporación de una base equivocada. Requieren la replicación del ADN para insertarse.

Mutágenos Físicos

Radiación No ionizante UV. Forma dímeros de pirimidinas. La ADN pol inserta un nucléotido erróneo en el lugar o ninguno. Sustituciones y microdeleciones

Radiación Ionizante

Rayos X – Cósmicos – Gamma. Ioniza el agua!! Genera especies reactivas del oxígeno (ERO) HO* radical hidroxilo (muy reactivo/ dañan a las macromoléculas) Sustituciones y microdeleciones

Mecanismos de reparación del ADN Multiples: 50 genes el levaduras Casi todos los sistemas de reparación dependen de la existencia de dos copias de la Información genética (una en cada hebra del ADN)

Si la secuencia de una de las cadenas se altera, la información no se pierde irreversiblemente .

1) La porción alterada es reconocida y eliminada por nucleasas de reparación del ADN (hidrolizan los enlaces fosfodiester). 2) ADN pol agrega nucléotidos utilizando la información correcta de la otra cadena. 3) ADN ligasa suelda la muesca

Mecanismos de reparación del ADN

2 reacciones químicas espontáneas frecuentes que generan daño al ADN

Mecanismos de reparación del ADN

Complejo multienzimático reconoce el sitio de la lesión

Mecanismos de reparación del ADN Reparación por exicisión (eliminación)de bases Reparación por excisión (eliminación)de nucleótidos

Sistemas inducidos: SOS

Sistemas propenso al error. El mismo proceso de reparación genera mutaciones. Inducido por daños “grandes” al ADN. La reparación puede ocurrir en ausencia de molde. Por lo tanto se introducen numerosos errores!! El incremento de la variabilidad genética a través de este sistema de reparación del ADN favorece la aparición de mutantes que se adapten mejor al ambiente.

Sist. Corrección de errores de apareamiento Actividad correctora de errores de la ADN pol

Recombinación Implica el intercambio físico de material genético. Larga longitud Recombinación Homóloga. Sucede entre secuencias homólogas. Las secuencias son muy semejantes, por lo que produce apareamiento entre ellas. Crossing over en la meiosis!!! Aumenta las combinaciones de alelos de distintos genes

Recombinación En Procariotas

luego de la transferencia de ADN homólogo por alguno de los siguientes mecanismos: Transformación / Transducción / Conjugación

En Eucariotas

durante la Meiosis I.

Complejo sinaptonémico: se forma en zigoteno y se ve en el paquiteno. Sinapsis y desinapsis cromosómica durante la Profase meiótica I

Entrecruzamiento entre Cromátidas no hermanas

Quiasma: punto de conexión física entre cromátidas hermanas maternas y paternas

Recombinación Conversión génica: Ley fundamental de la genética:

La contribución genética de cada uno de los padres al hijo es idéntica Es decir, se hereda un juego completo de genes del padre y otro de la madre Cuando una célula diploide entra en meiosis, produce 4 células haploides. La mitad de los genes de estas células provienen de la madre y la otra mitad del padre. En animales pluricelulares no es posible recuperar las 4 cél haploides y comprobar esta predicción. Si es posible en Hongos!!

Se observa en muchos casos que esta ley no se cumple!!!

Conversión génica: Por ejemplo: La meiosis produce 3 copias de la versión materna (alelo) de un gen y 1 sólo una copia de la versión paterna. Una de las dos copias del alelo paterno ha sido reemplazada por una copia materna. Esto se conoce como Conversión génica. Ocurre asociado a fenómenos de recombinación Durante la meiosis se forman uniones heterodúplex en los lugares de entrecruzamiento de cromosomas homólogos maternos y paternos. Si las secuencias son ligeramente diferentes, la unión heterodúplex puede incluir algunos errores de apareamiento

Estos errores son corregidos por la maquinaria de reparación del ADN. Puede eliminar los nucleótidos de la cadena paterna y reemplazarlos por nucleótidos de la cadena materna o viceversa.

Elementos genéticos transponibles en organismos procariotas y eucariontas. Transposición: evento en el que los genes se mueven de un lugar a otro en el genoma.

Es un suceso raro ( en frecuencia) No cualquier gen puede sufrir transposición. Se requieren de ciertos Elementos, conocidos como elementos transponibles Secuencias de inserción y Transposones Ambos poseen como elemento en común: codifican para una Transposasa Repeticiones terminales Invertidas en los extremos del ADN

Repeticiones terminales Invertidas en los extremos del ADN

40 bp en los elementos IS más simples a más de 1000 bp en transposones Cada IS posee un número especifíco de bp en sus repeticiones terminales codifican para una Transposasa repeticiones invertidas

IS2

Dirección de la transcripción

1327bp

Tnp = Transposasa Tn5

5700bp

IS En los procariotas las secuencias de inserción (IS) son el tipo más simple. No llevan información más que la necesaria para desplazarse a nuevos lugares

Pueden insertarse tanto en ADN cromosómico como plasmidico así también como en ciertos bacteriófagos

Escherichia coli posee 5 copias de IS2 y 5 copias de IS3. El plásmido F también posee estas secuencias. Mediante recombinación homóloga ( no transposición) es como el plásmido F se integra en el cromosoma bacteriano

Transposones Son más largos que las IS. Llevan otros genes, algunos de los cuales confieren propiedades importantes a los organismos que los lleva. Marcadores de resistencia a fármacos y otros genes.

Mecanismo de transposición

La enzima transposasa reconoce las repeticiones. Corta el ADN y es capaz de ligar luego.

Cuando un elemento transponible, se inserta en otro ADN ( ADN diana), se duplica una secuencia corta del ADN diana en el sitio de integración.

1) Inserción del elemento transponible 2) Duplicación de la secuencia diana

La transposasa genera roturas Monocatenarias El transposón se fija luego a los extremos monocatenarios que se generaron y la reparación de estas porciones da lugar a la duplicación

Algunos elementos transponibles prefieren ciertas secuencias dianas. La mayoría se insertan al azar.

2 mecanismos de transposición Conservativo

Por ej Tn5

el elemento transponible se separa de una localización en el cromosoma y se reinserta en una segunda localización el número de copias de un Transposón conservativo se mantiene en 1

Replicativo

Por ej Bacteriófago Mu Se duplica y la nueva copia se Inserta en una nueva región .

Mutagenesis con elementos transponibles En el laboratorio/ Tn5 – Tn 10

Promotor

-35

Unidad de transcripción -10 +1

T

5’

SD

ADN

SD= Shine Dalgarno sequence Ribosomal Binding Site

3’

AGGAGG

Región codificante +1

ARN

Kozak sequence. En eucariotas

T AUG

5’UTR

Nt

3’UTR

Ct