BIOLOGÍA (08)

CBC

Ciclo Básico Común

 

Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.

ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra. Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de la Cátedra.

 

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Clase 16

Lunes 18/10/2004

El ADN tiene la información genética. El ADN se replica. La información se expresa primero mediante una transcripción para obtener el correspondiente ARN (usando el ADN como molde) y, luego mediante la traducción para obtener con dicho ARN, una proteína. Esto es el flujo de la información genética, que va del ADN a la PROTEÍNA.

 

Expresión

Replicación

Transcripción

Traducción

ADN

ARN

PROTEÍNA

Esto es el dogma central de la biología molecular. Este dogma se logra aproximadamente en 1960 y es fundamental para comprender todo lo demás.

Replicación del ADN

Al ADN hay que replicarlo cuando la célula se va a dividir. Esto es durante la interfase del ciclo celular (en S), con el ADN en forma de cromatina. La replicación ocurre en el núcleo de la célula. La replicación del ADN es semiconservativa.

Cadena molde de nucleótidos. Las 2 cadenas se tienen que separar. Se rompen los puentes de hidrógeno y, cada cadena será el molde para una nueva cadena complementaria. El ADN es la receta del orden de los nucleótidos. Se necesitan desoxirribonucleótidos, que serán los sustratos para armar. Hay 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos (con adenina, guanina, timina y citosina). Necesito tener el ADN molde para armar el complementario y necesito enzimas. Es necesaria energía que se obtiene de los mismos nucleótidos, porque todos los desoxirribonucleótidos vienen como trifosfatos, es decir, desoxirribunocleótidos-tri-P.

Se separan los 2 fosfatos que sobran y con esa energía liberada se produce la unión entre nucleótidos. Las uniones formadas son fosfodiéster. Los nucleótidos trifosfatados son los sustratos de la reacción.

3'   5'
 

T

G

A

C

C

T

  
 

A

C

T

G

G

A

  
5'   3'

 

Primero los nucleótidos se enganchan (por puentes de hidrógeno) a sus complementarios. Luego los nucleótidos de la cadena complementaria se unen por uniones fosfodiéster, usando la enzima ADN polimerasa. Inicialmente para separar las 2 cadenas del ADN se usa la enzima helicasa. Se llama ADN semiconservativo porque de la replicación resultan 2 hélices bicatenarias antiparalelas complementarias, cada una de las hélices con una cadena nueva y otra cadena vieja (el molde original).

La enzima ADN polimerasa tiene limitaciones porque solamente sintetiza en el sentido 5' 3' (y va leyendo el molde en el sentido 3' 5'). Las cadenas de ADN son antiparalelas.

Otra limitación de la ADN polimerasa es que necesita de dónde agarrarse para empezar a unir los nucleótidos. Necesita un extremo 3' OH. Eso debe ser una cadena de ADN ya fabricado, por lo que el cebo que usa la ADN polimerasa es una cadena de ARN. Esto del cebo o primer es en las dos cadenas del ADN. Es decir, que para fabricar ADN primero hay que fabricar ARN, como cebo, cebador o primer. El primer es una cadena corta de ARN que se fabrica para que la ADN polimerasa pueda empezar a trabajar.

Al cebo (primer) de ARN hay que fabricarlo o construirlo. Para eso se necesitan ribonucleótidos trifosfatos (acá también se rompen los 2 fosfatos sobrantes). Se requiere un molde para el cebo o primer y, el ADN es dicho molde. También se requiere de una enzima que fabrique el primer. Dicha enzima es la primasa (la enzima llamada primasa es una enzima ARN polimerasa). Esta enzima primasa también sintetiza en el sentido 5' 3' (y va leyendo el molde en el sentido 3' 5'). En realidad todas las enzimas polimerasas lo hacen de dicho modo.

Se empieza a fabricar desde arriba separando las 2 cadenas. Pero no se hace todo de golpe, sino que se usa la enzima helicasa.

Luego hay que copiar; pero primero hay que armar el primer (cebo de ARN). Para eso se necesita la enzima primasa, que sintetiza en el sentido 5' 3'. Es decir, que sintetiza en el sentido contrario a la cadena molde 3' 5'.

Una vez hecho el primer inicial (en ambas cadenas es necesario el primer), se continúa con la copia utilizando la enzima ADN polimerasa.

En la cadena 3' 5' esto es continuo; pero en la cadena 5' 3' hay que ir por trozos de primer-ADN-primer-ADN-primer-ADN etcétera. ¿Por qué hay que ir formando trozos? Porque en la cadena en la que la ADN polimerasa está sintetizando en el sentido contrario a la enzima helicasa, está sintetizando en el sentido contrario en el que se va abriendo la burbuja de replicación. Si a modo de ejemplo la burbuja de replicación avanza hacia abajo y la ADN polimerasa está sintetizando hacia arriba, entonces constantemente deberá frenar y bajar (retroceder) para comenzar a sintetizar de abajo hacia arriba el siguiente tramo que avanzó la burbuja de replicación. Es decir, que la cadena de la derecha 3' 5' se sintetiza de manera continua; pero la cadena complementaria, la cadena 5' 3', se sintetiza en fragmentos llamados fragmentos de Okazaki. Por lo tanto, es una cadena discontinua. La cadena continua se dice que es la cadena adelantada y, la cadena con fragmentos de Okazaki se dice que es la cadena retrasada. Un fragmento de Okazaki es un poco de primer y un poco de ADN.

Al final del proceso de copia, hay que sacar a los primers (cebos) y esa tarea es realizada por la enzima ADN polimerasa, que rompe los primers (están hechos con ARN) y los reemplaza con ADN. Reemplaza los ribonucleótidos con desoxirribonucleótidos. Luego hay que unir los fragmentos obtenidos y eso lo hace la enzima ligasa.

La replicación es semiconservativa. Se copia en fragmentos con una cadena continua y una cadena discontinua. Cada molécula de ADN eucarionte es muy grande y por lo tanto sería muy lenta de copiar. Para solucionarlo, la replicación (copia) del ADN eucarionte tiene muchos orígenes de replicación. La síntesis es bidireccional. En cada punto de origen de replicación se forma una burbuja de replicación. Los tamaños de los fragmentos de Okazaki no dependen tanto del tamaño de las burbujas.

En realidad la replicación es discontinua en ambas cadenas porque la replicación es bidireccional. Entonces, tenemos fragmentos de Okazaki en ambas cadenas.

El experimento que permitió concluir que el ADN es semiconservativo. Se trata del experimento Meselson-Stahl. En aquel momento no se sabía cómo era la replicación, si era conservativa, semiconservativa o disruptiva. La hipótesis conservativa afirmaba que al copiarse el ADN, las células hijas tendrán una de ellas, la hélice de ADN original (vieja), y la otra célula, tendrá una hélice completamente nueva. En la hipótesis disruptiva, se afirmaba que el ADN se trocea en pequeños fragmentos y que por lo tanto, cada célula hija, tendrá una hélice formada por fragmentos del ADN original viejo, y por fragmentos nuevos. La hipótesis semiconservativa (que resultó ser la correcta) afirmaba que en cada célula hija, la hélice de ADN resultante está formada por una cadena vieja del ADN original, y por otra cadena nueva.

Entonces, según la hipótesis conservativa, si se hace un experimento dejando que las células se repliquen, en un medio en el que solamente hay nucleótidos con nitrógeno radioactivo para usar como sustrato de la replicación, se obtendrán 2 tipos de ADN, uno pesado y otro liviano. En este experimento no se cuentan cadenas de ADN, sino diferentes tipos de ADN: pesado, semipesado, liviano, etcétera. Es decir, se tienen en cuenta diferentes tipos de hélices bicatenarias de ADN. El pesado porque está fabricado con nitrógeno 15 (N15) radioactivo. Y el liviano estará fabricado con nitrógeno 14 (N14) que no es radioactivo. Todo esto en un laboratorio por supuesto.

El ADN más pesado, al ser centrifugado, se va al fondo del tubo de ensayo. Y utilizando una jalea o gel que ofrezca resistencia entonces se podrán ver unas bandas que lo identifican. Se llama centrifugación en gradiente de cloruro de cesio.

Se van formando barreras con el gel para que el ADN de distintos pesos se fijen en capas distintas. El gel tiene distintas densidades dentro del tubo de ensayo (cuanto más cerca del fondo del tubo, más denso el gel).

Primero se tiene una generación de células con ADN normal de nitrógeno 14. Luego se la somete a un medio en el que hay solamente nitrógeno 15 (radioactivo), y se dejan crecer 2 generaciones de células (2 divisiones celulares). Hay que tener en cuenta, que las células expuestas a nitrógeno 15 radioactivo, si necesitan tomar nucleótidos del medio en el que se encuentran, solamente hallarán nucleótidos marcados radioactivamente con el nitrógeno 15 que es pesado. Sin embargo, si no necesitan nucleótidos porque usan los que ya tienen, entonces podrán usar los nucleótidos originales con nitrógeno 14 que no es radioactivo y es liviano.

En la generación original, se encontraba una banda fina en la parte superior del tubo de ensayo, porque el ADN con (N14) es liviano. En la primera generación resultante de la división celular expuesta al (N15) radioactivo, resultó en el tubo de ensayo una banda fina intermedia. Es intermedia porque está compuesta por ADN que tiene una cadena con (N14) original liviano y otra cadena nueva pesada con (N15) obtenido del medio. Esto ya descartaba la posibilidad de la hipótesis conservativa. Quedaba por saber si la hipótesis correcta era la disruptiva o la semiconservativa. La segunda generación resultante de la exposición al (N15) derivó en 2 bandas en el tubo de ensayo. Una banda fina intermedia como la de la primera generación, y una banda más gruesa en el fondo del tubo de ensayo. La banda intermedia está formada por ADN que tiene una cadena con (N14) original liviano y otra cadena nueva pesada con (N15) obtenido del medio. La banda gruesa del fondo, está formada por ADN compuesto solamente por cadenas pesadas de (N15). Esto descartaba la posibilidad de la hipótesis disruptiva y dejaba a la hipótesis semiconservativa como la correcta.

Se verá mejor si lo vemos como células que se reproducen:

Regulación del ciclo celular no será visto y tampoco los mecanismos de reparación; pero sí veremos los conceptos.

Mutaciones

Una mutación es una alteración, un cambio de bases en el ADN, y es de esperar que haya un cambio en los aminoácidos de las proteínas. Puede ser que haya cambios o no. Cada vez que se fabrique la proteína, tendrá el error en los aminoácidos porque el error está en el ADN. Las mutaciones pueden ser pequeñas o grandes. Una mutación pequeña se llama puntual, y solamente cambia una base por otra base distinta.

AGC

TTA

GCT

AGC

ATA

GCT

TCG

AAT

CGA

TCG

TAT

CGA

triplete 1

Triplete 2

Triplete 3

Triplete 1

Triplete 2

triplete 3

En el triplete 2 hubo un cambio por lo que cambiará el aminoácido.

AGC

T--A

GCT

AGC

TAG

CT

TCG

A--T

CGA

TCG

ATC

GA

triplete 1

Triplete 2

Triplete 3

Triplete 1

Triplete 2

triplete 3

Acá se eliminó una base, se llama deleción y, cambia la pauta de lectura porque, luego de la base eliminada, se modifican todos los tripletes, cambiando no uno, sino a todos los aminoácidos que siguen a la deleción.

AGC

TATA

GCT

AGC

TAT

AGC

TCG

ATAT

CGA

TCG

ATA

TCG

triplete 1

Triplete 2

Triplete 3

Triplete 1

Triplete 2

triplete 3

Acá se agregó una base, y se llama inserción. También cambia la pauta de lectura porque luego de la inserción, al modificar los tripletes, cambiarán todos los aminoácidos.

Para que la estructura primaria de la proteína sea correcta no debe haber errores. Durante toda la vida del ADN en la célula, sufre agresiones o daños causados por los mutágenos. Ejemplos de mutágenos son las radiaciones como rayos X o ultravioletas, también por alimentos con químicos, los metabolitos de las drogas, nicotina, hollín de fábricas, aguas contaminadas con metales o químicos (desechos tóxicos), las radiaciones de una bomba atómica, etcétera. Aparte las mutaciones son espontáneas. Los radicales libres debidos a la respiración de oxígeno también son mutagénicos. Cuando el ADN se replica espontáneamente se puede producir un error. Las células eucariontes tienen sistemas de reparación del ADN. Son enzimas que verifican que el ADN esté bien. Incluso la ADN polimerasa tiene función correctora (mira para atrás y se fija si el nucleótido añadido es correcto). Otras enzimas patrullan el ADN. Si no fuera así tendríamos muchas más mutaciones. La corrección puede ser incluso cuando el ADN está ya formado (se cortan y se reparan los sectores defectuosos).

¿Qué sucede si lo que se modifica, lo que muta, es el sistema de corrección? La respuesta es que van a aumentar las mutaciones.

Las mutaciones pueden ser hereditarias o somáticas. Las somáticas no son por herencia sino que se adquieren durante la vida. Para ser hereditaria la mutación debe estar en las células sexuales (espermatozoides u óvulos en los humanos). Un organismo no siempre es igual durante su vida porque las células pueden sufrir mutaciones en su ADN; pero esas mutaciones no son hereditarias. Las mutaciones no siempre son perjudiciales. A modo de ejemplo, los distintos colores de los ojos entre distintos humanos son debido a mutaciones. Las mutaciones son la base de la evolución. Lo que es probable con las mutaciones somáticas (del cuerpo) es que algo que funcionaba bien empiece a funcionar mal. En general, la mutación es intrascendente o es perjudicial. Por las mutaciones somos diferentes y gracias a eso algunos se adaptan al ambiente, mejor que otros.

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