Tema 5. Genética Molecular II

La expresión génica.

En esta segunda publicación del tema 5 vamos a ver el punto 3 del libro.

Tras estudiar los dos tipos de ácidos nucléicos (ADN y ARN) ahora ya sabemos que el ADN lleva la información genética (los genes) y que a partir de él se fabrican las proteínas pero que por sí mismo no es capaz de interaccionar con las estructuras celulares que actúan de "fábricas" de las proteínas (porque el ADN está en el núcleo y no puede salir de allí y las fábricas de proteínas, que son los ribosomas, están en el citoplasma) por lo que necesita el ARN para “ayudarle” mediante los procesos de transcripción y la traducción que vamos a ver en esta publicación.

Se llama expresión génica al proceso por el cual los organismos transforman en proteínas la información contenida en los ácidos nucleicos.

¿Qué es una proteína?

Antes de entrar en detalle sobre cómo el ADN y el ARN realizan la síntesis o fabricación de proteínas vamos a ver qué es una proteína.

Las proteínas son  macromoléculas que realizan diferentes funciones o trabajos en el cuerpo humano. Están formadas por "ladrillos" que se llaman aminoácidos cuya combinación da lugar a las distintas proteínas. Los aminoácidos se unen formando péptidos y los péptidos, proteínas.

Existen alrededor de 20 tipos de aminoácidos que se clasifican en esenciales (porque el cuerpo humano no es capaz de fabricarlos y deben tomarse con los alimentos) y no esenciales (porque el cuerpo los fabrica).

*La histidina  y arginina son esenciales solamente durante la fase de crecimiento y en mujeres embarazadas..

Para que os hagáis una idea de las funciones y la importancia de las proteínas debéis saber que los músculos están formados esencialmente por proteínas, el pelo también, las hormonas son proteínas, la saliva está llena de proteínas, la sangre coagula por la acción de ellas también…

En el siguiente vídeo podemos repasar los conceptos de aminoácido, proteína, ADN y ARN y la relación entre ellos.

¿Qué tipos de ARN existen?

Para desarrollar los conceptos de transcripción y traducción, debemos conocer que existen varios tipos de ARN:

La transcripción

Es el proceso en el que se sintetiza una molécula de ARN mensajero (ARNm) tomando como molde un fragmento de ADN. Este proceso tiene lugar en el núcleo de la célula y el ARNm sale al citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear.

El ADN está en el núcleo celular de las células eucariotas, pero aunque contiene la información necesaria para fabricar proteínas y enzimas, éstas se sintetizan en el citoplasma. Como el ADN no puede salir del núcleo, tiene que haber una molécula intermediaria que transmita la información de un trozo de la cadena de ADN, atraviese la membrana nuclear y llegue al citoplasma, donde se fabrican las proteínas. El ARNm o ARN mensajero es la molécula que se encarga de copiar la información del ADN del núcleo y llevarla hasta el citoplasma, más concretamente a los ribosomas para poder sintetizar las proteínas.

Por lo tanto la transcripción o síntesis de ARN consiste en la formación de una molécula de ARNm cuya secuencia de bases nitrogenadas es complementaria a la secuencia de bases nitrogenadas de una de las dos cadenas de ADN que forma la doble hélice. Es decir:

- Si la base nitrogenada en el ADN es una C (citosina), la complementaria en el ARNm es un G (guanina).

- Si la base nitrogenada en el ADN es una G (guanina), la complementaria en el ARNm es un C (citosina).

- Si la base nitrogenada en el ADN es una T (timina), la complementaria en el ARNm es un A (adenina).

- Si la base nitrogenada en el ADN es una A (adenina), la complementaria en el ARNm es el U (uracilo). Recuerda que el ARN tiene U (uracilo) en lugar de T (timina).

Este ARNm contiene la información necesaria para sintetizar la proteína en el citoplasma.

Los pasos de la transcripción son:

1. Se abre la doble hélice del ADN.
2. Los nucleótidos complementarios se sitúan enfrente de una de las dos cadenas (cadena molde).
3. Solamente se copia una de las dos cadenas de ADN
4. Se obtiene una cadena de ARN con una secuencia de bases complementaria a la del ADN.
5. El ARNm recién formado saldrá del núcleo celular.

La traducción y el código genético

Una vez en el citoplasma, el ARNm se unirá a los ribosomas para que se realice la traducción del ARN a proteínas.

Pero el ARN está escrito en un "lenguaje de nucleótidos", de sólo cuatro bases nitrogenadas (A, U, C, G), y las proteínas necesitan un "lenguaje de 20 aminoácidos".

El paso de un lenguaje a otro (la traducción) se realiza gracias a un código, el código genético, en el que se relaciona la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm y la secuencia de aminoácidos de la proteína.

El código genético, en cuyo descifrado participó en 1955 el español Severo Ochoa, es la relación que determina qué aminoácido le corresponde a cada tres bases nitrogenadas del ARNm.

El código genético presenta unas características que son las mismas para todos los seres vivos:

- Cada tres bases sucesivas del ARNm forma un triplete o codón que determinan un aminoácido de la nueva proteína que se va sintetizar.

- Un mismo aminoácido puede ser codificado por más de un codón.

- Como hay 20 aminoácidos y cuatro bases nitrogenadas (A,C,G,U) hay 64 codones distintos (agrupaciones de 3 en 3 bases), de los que 61 forman aminoácidos (siendo uno de ellos el que indica siempre el inicio de la traducción y además codifica para meteonina, ver cuadro de abajo) y tres indican finalización de traducción de la proteína.

- Es una secuencia lineal de bases nitrogenadas.

- Es un código universal, en todas las especies los mismos tripletes codifican para los mismos aminoácidos, no en vano todos los organismos del planeta tienen un origen común.

En esta tabla se puede ver la relación entre cada codón y el aminoácido que codifica. Por ejemplo, el codón o triplete UUU se traduce en el aminoácido Phe que si lo buscamos en la tabla de abreviaturas de abajo es Fenilalanina. En verde se señala el codón de inicio y en rojo los de finalización.

Abreviaturas de los 20 aminoácidos

La traducción es, por lo tanto, el mecanismo de síntesis de una proteína a partir de la información contenida en el ARNm y tiene lugar en los ribosomas.

Los ribosomas "leen" el ARNm en grupos de tres en tres nucleótidos llamados codones. El ribosoma va recorriendo el ARNm traduciendo cada codón al aminoácido correspondiente, pero necesita la ayuda de otro ARN, el ARNt o ARN de transferencia. Cada ARNt está unido a un aminoácido específico, el correspondiente a cada triplete de ARNm. El ARNt tiene un triplete, llamado anticodón, que es el que se une al codón del ARNm.

Así, la secuencia de bases del ARNm es la que establece el orden en el que se van añadiendo aminoácidos a la cadena peptídica que formará la proteína.

Los aminoácidos que van llegando, unidos al ARNt, se unen mediante enlaces peptídicos formado la proteína.

Los pasos de la traducción serían:

1. El ARNm sale del núcleo con la información copiada del fragmento de ADN.

2. El ARNm se sitúa sobre los ribosomas.

3. El ARNt transporta los aminoácidos que están dispersos por el citoplasma hasta los ribosomas según el órden indicado en el mensaje del ARNm.

4. Los ribosomas  recorren la cadena de ARNm y van uniendo aminoácidos en el orden adecuado, según la secuencia de bases nitrogenadas: el ARNm es leído por los ribosomas, que lo traducen en una proteína.

5. La proteína formada se libera del ribosoma.

Por último, para repasar todo lo visto hasta ahora, puedes ver este vídeo donde se explica todo el proceso de síntesis de proteínas.

TAREA DE ESTA PARTE DEL TEMA

- Lee la publicación completa intentando entender todo lo que en ella se explica y visualiza los vídeos.

- Toma tus propios apuntes o haz un resumen de esta publicación.

- Haz los siguientes ejercicios del libro: 11, 12, 16, 20 y 21.

- Si tienes dudas déjalas en comentarios y las resolveré para tod@s.

Deberéis entregar esta tarea en AULES bien mediante una foto a vuestro cuaderno o subiendo el archivo si la habéis hecho en formato digital.

Fecha límite de entrega viernes 3 de abril. Posteriormente subiré en AULES las soluciones a los ejercicios para que los podáis autocorregir. 

Feliz semana!!

Tema 5: Genética Molecular I

Los ácidos nucleicos

Tras estudiar en el tema anterior los componentes básicos de una célula, ya sabemos que uno de esos componentes es el material genético (disperso en el citoplasma en las células procariotas o contenido en un núcleo en forma de cromatina o cromosomas, dependiendo de la fase del ciclo celular en que se encuentre la célula, en las eucariotas).

Pero, ¿qué es ese material genético? ¿qué sustancias lo componen y qué información contiene?

Vamos a ir dando respuesta a estas preguntas partiendo de la composición básica de ese material genético: los nucleótidos.

 1. Los ácidos nucleicos

Son moléculas complejas portadoras de la información genética, formadas por la unión de moléculas más sencillas: los nucleótidos que a su vez están formados por la unión de tres componentes:

- un grupo fosfato
- un azucar de 5 carbonos o pentosa (que puede ser ribosa o desoxiribosa)
- una base nitrogenada, que puede ser timina (T), citosina (C), adenina (A), timina (T) o uracilo (U)

Dependiendo de si la pentosa que forma el ácido nucleico es la ribosa o es la desoxiribosa, el ácido nucleico será el ácido ribonucleico (ARN) o el ácido desoxiribonucleico (ADN) que tienen estructuras y funciones diferentes como vamos a ver a continuación.

2. ADN ¿Qué es y para qué sirve?

Es el Ácido DesoxirriboNucleico. Es una molécula presente en casi (recordemos que hay células que no tienen núcleo ni material genético como los glóbulos rojos) todas nuestras células que contiene la información genética y realiza la síntesis de proteínas. Esta molécula posee el código que determina todas las características y el funcionamiento de un individuo. Es, además, la encargada de transmitir la información de lo que somos a nuestros hijos, la molécula de la herencia. Como vemos, la palabra clave es “información”.

Cada cadena o hebra que forma la doble hélice la forman los grupos fosfato y las pentosas de las que "cuelgan" la bases nitrogenadas que en el caso del ADN serán Adenina, Timina, Citosina o Guanina, de forma que una adenina siempre se unirá a una tiamina y una citosina a una guanina, formando "puentes" que unen ambas cadenas o hebras (que son complementarias) formando la doble hélice que constituye el ADN y que fue descubierta por Watson y Crick  lo que les hizo obtener el premio Nobel de medicina en 1962.

Como vemos, algo extremadamente simple, como es la combinación de tan solo cuatro bases nitrogenadas, da lugar a algo tan complejo como un ser vivo.

ARN ¿Qué es y para qué sirve?

Es el Ácido RiboNucleico. Es una molécula muy parecida al ADN pero que tiene una sola hebra o cadena y cuya pentosa es la ribosa en vez de la desoxiribosa. Además no tiene Timina como base nitrogenada sino Uracilo y desempeña funciones diferentes al ADN. Básicamente es la molécula que “media” entre el ADN y las proteínas. El ADN, como hemos visto, lleva información y a partir de él se fabrican las proteínas. Pero por sí mismo no es capaz de interaccionar con las estructuras celulares que actúan de fábricas de las proteínas. Ahí entra el ARN para “ayudarle”.

El ARN además es capaz de realizar otro tipo de acciones dentro de la célula. Algunos ARN son reguladores, participando en las actividades celulares a modo de controladores, diciendo cuándo un gen se tiene que convertir en proteína y cuándo no.

Cuadro comparativo entre ADN y ARN

Entonces, ¿qué es un gen?

El gen es la unidad de almacenamiento de información de los seres vivos. Son también las unidades que se heredan, que pasan de padres a hijos. Un gen es un segmento de ADN que codifica para una proteína. Codificar significa en este caso que cada gen contiene información para la producción de una proteína que llevará a cabo una función específica en la célula y en el organismo. En realidad es algo más complejo, puesto que algunos genes no codifican para proteínas, sino que son reguladores y algunos genes dan lugar a más de una proteína.

Puesto que todas nuestras células tiene 23 pares de cromosomas, se han descodificado todas las cadenas de ADN que los forman, llegando a la conclusión de que el ser humano contiene entre 20.000 - 25.000 genes. El Proyecto Genoma Humano fue el proyecto internacional que mapeó y secuenció todos los genes humanos. Terminado en abril de 2003, los datos del proyecto están a libre disposición de los investigadores y otros interesados en genética y salud humana.

Y, ¿qué es un cromosoma?

Para entender qué es un cromosoma, lo primero que tenemos que tener en cuenta es que nuestras células no tienen un solo “cúmulo” de ADN en su núcleo, sino que este ADN se encuentra organizado, almacenado, de una manera estructurada. Estas estructuras en las que se organiza el ADN se denominan cromosomas.

Como ya vimos en el tema anterior, las células somáticas humanas tienen 23 pares de cromosomas (46 cromosomas en total), de los cuales la mitad proviene de la madre y la otra mitad del padre.

Como curiosidad ya comentamos en clase que los seres humanos compartimos un 99,9% del ADN.

Solo un 0’1% de la secuencia de la cadena de ADN marca las diferencias entre unos y otros.

https://www.lavanguardia.com/vivo/salud/20160603/402248123540/no-eres-unico-adn.html

A continuación y para comprender mejor todos estos conceptos, mira estos vídeos.

La replicación del ADN

Ya vimos en el tema anterior, que cuando una célula se divide, las dos células hijas deben recibir el mismo material genético. Para que eso sea posible, es imprescindible que, previamente el ADN forme copias de sí mismo, es decir, que se replique o duplique.

Este mecanismo se llama replicación, se produce en el núcleo celular y es una capacidad exclusiva del ADN que consiste en obtener dos moléculas hijas tomando como molde la molécula inicial. La replicación debe ser precisa, de los contrario las células hijas contendrían diferente información genética.

Las nuevas moléculas de ADN estarán formadas por una de las cadenas de nucleótidos del ADN original y una de nueva creación, complementaria de la anterior, por lo que el resultado son moléculas de ADN idénticas a la original. Por esto se dice que la replicación es semiconservativa (conserva una cadena de la molécula original y la otra es de nueva creación).

Pincha para ampliar la imagen y verla mejor o consúltala en el libro.

Los pasos que se llevan a cabo en la replicación son los que se observan en la imagen anterior:

1. La doble hélice se abre y las cadenas que la forman se separan.

2. Se van uniendo nucleótidos libres cuyas bases son complementarias de las bases de la hebra original.

3. Los nucleótidos incorporados se unen entre sí.

4. Se obtienen dos moléculas idénticas del ADN original.

En el siguiente vídeo podéis ver con mayor detalle este proceso.

TAREA DE ESTA PARTE DEL TEMA

- Lee la publicación completa intentando entender todo lo que en ella se explica y visualiza los vídeos.

- Toma tus propios apuntes o haz un resumen de esta publicación.

- Haz los siguientes ejercicios del libro: 1, 2, 3, 4, 8 y 9

- Si tienes dudas déjalas en comentarios y las resolveré para tod@s.

En cuanto se active AULES deberéis entregar esta tarea bien mediante una foto a vuestro cuaderno o subiendo el archivo si la habéis hecho en formato digital.

Fecha límite de entrega viernes 3 de abril. He ampliado el plazo de presentación por los problemas que ha habido en AULES. Posteriormente subiré allí las soluciones a los ejercicios para que los podáis autocorregir. 

Animo!!

Bienvenida

Debido a la actual situación sanitaria que nos ha recluido en casa y privado de nuestra vida cotidiana, muchas de nuestras costumbres se han visto alteradas pero la vida sigue y debemos intentar dotarla de una cierta normalidad aún cuando todos los factores se pongan en contra como sucede en el caso de la enseñanza a distancia.

AULES sigue sin funcionar, Consellería no nos da soluciones y puesto que el derecho a la educación es un derecho fundamental de todos los seres humanos que les permite adquirir conocimientos y alcanzar así una vida social plena, aún incluso en tiempos de guerra como en los que nos encontramos, el profesorado está intentando comunicarse con su alumnado de las formas más diversas que garanticen un intercambio de información pero que también preserven la identidad y la privacidad de todos y todas.

Es por todo esto por lo que creo este blog con el propósito de ir dotándolo de contenido con el que seguir impartiendo la asignatura de Biología y Geología de 4ºESO y a través del cual podáis ir enviándome dudas a través de los comentarios de cada publicación.

Esperemos que la situación no se alargue demasiado y que, si lo hace, Consellería nos facilite alguna solución puesto que, por ahora, no podréis enviarme los trabajos que os vaya solicitando lo cual no quiere decir que no debáis hacerlos, pues en algún momento deberéis entregarlos, así que os aconsejo que llevéis la asignatura al día.

Y dicho todo esto, espero que estéis tod@s bien y con ánimos de seguir luchando en esta guerra contra un enemigo minúsculo, invisible, pero al que no debemos menospreciar.

Manos a la obra!!