fundamentos de psicobiología i_tema 4

TEMA 4. Introducción a la Genética Molecular (II): Expresión génica y epigenética.

• concepto de transcripción• Estructura y tipos de ARN• traducción y código genético.• Mutaciones• Regulación de la expresión génica.• Introducción a la epigenética

ETAPAS DE LA SINTESIS DE PROTEINAS

ARN

•

Azucar: ribosa•

Bases nitrogenadas:

•

A,G,C,U

(no T)•

Monocatenario

•

Tipos:–

ARNm

–

ARNr–

ARNt

TRANSCRIPCION

Maduración del ARNm

RIBOSOMAS

AMINOACIDOARN transferencia

ETAPAS DE LA TRADUCCION

iniciación


elongación


terminación

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA MOLECULAR

MUTACIONES

• Cambio permanente en el material genético• Se producen al azar:

– perjudiciales – Beneficiosas (evolución)

• Fuente de mutación:– Replicación del ADN– Agentes mutágenos: físicos y químicos

• Mutaciones:– En células reproductoras (gametos)– En células somáticas

TIPOS DE MUTACIONES• Mutaciones genómicas: cromosomas enteros

(cambios en el número)• Mutaciones cromosómicas: cambios en

estructura de los cromosomas• Mutaciones génicas: cambios en un solo gen:

ATGCCGTATA– Sustituciones: AGGCCGTATA– Inserciones ATAAAGCCGTATA– Deleciones ATGTATA– Inversiones ATCCGGTATA

Mutación sin sentido

ADN TAC- AAA- GGT- TTG- ATT- CCC- ATG- TTC- TTGARNm AUG-UUU- CCA- AAC- UAA- GGG- UAC- AAG-AACpeptido Met - Phe - Pro - Asp

TIPOS DE MUTACIONES PUNTIFORMES(Single Nucleotide Polimorfisms, SNPs)

ADN TAC- AAA- GGT- TTG- TTT- CCC- ATG- TTC- TTGARNm AUG-UUU- CCA- AAC- AAA- GGG- UAC- AAG-AACpeptido Met - Phe - Pro - Asp - Lys - Gly - Tyr - Lys - Asp

Mutación errónea

ADN TAC- AGA- GGT- TTG- TTT- CCC- ATG- TTC- TTGARNm AUG-UCU- CCA- AAC- AAA- GGG- UAC- AAG-AACpeptido Met - Ser - Pro - Asp - Lys - Gly - Tyr - Lys - Asp


Desplazamiento de pauta de lecturaa) deleciónADN TAC- AAA- GTT- TGT- TTC -CCA - TGT -TCT -ARNm AUG-UUU- CCA- AAC- AAG- GGU- ACA - AGA-peptido Met - Phe - Glu - Tre - Lys - Gly - Tre - Arg -

b) inserciónADN TAC- AAA- GGT- ATT - GTT- TCC - CAT - GTT-TTGARNm AUG-UUU- CCA- UAA -CAA - AGG -GUA- CAA- peptido Met - Phe - Pro


Mutación silenciosa

ADN TAC- AAA- GGT- TTG- TTT- CCC- ATA- TTC- TTGARNm AUG-UUU- CCA- AAC- AAA- GGG- UAU- AAG-AACpeptido Met - Phe - Pro - Asp - Lys - Gly - Tyr - Lys - Asp

http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/about.shtml

• What is the Human Genome Project? Begun formally in 1990, the U.S. Human Genome Project was a 13-year effort coordinated by the U.S. Department of Energy and the National Institutes of Health. The project originally was planned to last 15 years, but rapid technological advances accelerated the completion date to 2003. Project goals were to

• identify all the approximately 20,000-25,000 genes in human DNA, • determine the sequences of the 3 billion chemical base pairs that

make up human DNA, • store this information in databases, • improve tools for data analysis, • transfer related technologies to the private sector, and• address the ethical, legal, and social issues (ELSI) that may arise

from the project.

http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/hg5yp/index.shtml

http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml

• Genoma: Conjunto del material genético (ADN) de los cromosomas de un organismo

• El genoma humano consta de 3000 millones de pares de bases

• Genoma humano: 27.000 genes (estimaciones 20.000-40.000)

• Menos del 2% del ADN humano codifica para proteínas (exones)

• No existe correspondencia entre complejidad de una especie y nº de genes

• Si parece que hay correspondencia entre complejidad y cantidad de ADN no codificador

GEN• Secuencia de nucleótidos localizada en una

posición particular de un determinado cromosoma que codifica un determinado producto funcional:– Una cadena polipeptídica: gen estructural– una molécula de ARN

• Unidades de transcripción

• ADN no codificador (más de 98%):

– Intrones (dentro de los genes codificadores de proteínas)

– ADN situado entre los genes codificadores: • Secuencias que se transcriben a ARNs activos

(no mensajeros)• Otras secuencias

TIPOS DE ADN• ADN de copia única o simple (45%) : las

secuencias sólo de encuentran una vez (o pocas) en el genoma. Incluye:– los genes que codifican para proteínas– Secuencias localizadas entre los genes

• ADN repetitivo (55%):– ADN satélite(10%): secuencias dispuestas en

tandem. Se agrupan en ciertas regiones del cromosoma

• Minisatélites (unidades de repetición 14-500pb)• Microsatélites (unidades de repetición 1 a 13 pb)

– ADN repetitivo disperso (45%): se reparten aisladamente por todo el genoma

EPIGENETICA. REGULACION DE LA EXPRESION GENICA

Todas las células de un organismo contienen la misma información genética

• ¿Por qué sus funciones son tan diferentes?• ¿Por qué tienen diferente aspecto

morfológico?• ¿Por qué una célula determinada no

sintetiza todas las proteínas posibles?

• Cada tipo celular sintetiza unas proteínas específicas (5% de sus genes)

CONTROL EPIGENETICO

• Existen mecanismos que regulan la actividad de los genes: control epigenético

• El control epigenético hace referencia al mecanismo mediante el cual se puede modificar la acción de un gen sin alterar la secuencia del ADN de dicho gen

EPIGENETICA

• “además de los cambios en la secuencia génica”

• Cualquier proceso que altere la actividad del gen sin cambiar la secuencia del ADN, y conduce a modificaciones que pueden transmitirse a células hijas (aunque algunos cambios epigenéticos pueden ser revertidos)

• REGULACION TRANSCRIPCION: se regula el momento y la frecuencia con que se transcribe un determinado gen

• REGULACION POSTRANSCRIPCIONAL: procesamiento , transporte y vida media del ARNm transcrito

• REGULACION TRADUCCIONAL: proceso de la traducción, velocidad y nº de veces que se traduce un ARNm

• REGULACION POSTRADUCCIONAL: activación e inactivación de las proteínas

Regulación postranscripciona

REGULACION DE LA TRANSCRIPCION

• REGULACION A LARGO PLAZO– Relacionada con procesos del desarrollo del

organismo (diferenciación celular, organogénesis y morfogénesis)

– Cambios en el ADN para el bloqueo de genes de forma permanente (son heredables en la mitosis)

• REGULACION A CORTO PLAZO– Control del metabolismo celular– Cambios transitorios en el ADN que alteran la

expresión génica


• REGULACION A LARGO PLAZO– Inactivación génica permenente (no

irreversible)• Condensación del ADN: Modificaciones químicas

de las histonas– Heterocromatina: cromatina muy condensada. No puede

ser transcrita– Eucromatina: poco condensada. Puede transcribirse.

Ejemplo: inactivación del cromosoma X• Metilación de las bases nitrogenadas del ADN

(citosina): Obstaculiza la transcripciónEj: impronta genómica


• REGULACION A CORTO PLAZO– Genes reguladores: codifican proteínas

reguladoras o factores de transcripción:• Si se unen al ADN impidiendo o favoreciendo la

transcripción del gen

REGULACION POSTRANSCRIPCIONAL

• Splicingalternativo:

REGULACION POSTRANSCRIPCIONAL

• ARN de interferencia– Transcritos de secuencias no codificadoras del ADN

(genoma oculto)

• Los procesos epigenéticos son esenciales y naturales para muchas funciones del organismo

• Si se producen errores (epimutaciones) pueden producirse importantes efectos adversos en la salud y conducta

• Los cambios epigenéticos son heredables y pueden estar presentes en varias generaciones sucesivas

• Muchos agentes ambientales influyen en los procesos epigenéticos (metales pesados, pesticidas, gases, tabaco, hormonas, radiaciones, nutrientes básicos)

• La salud mental y la conducta puede verse afectada por procesos epigenéticos (Alzheimer, esquizofrenia, etc)

• En el año 2003 fue lanzado el Proyecto del Epigenoma Humano.

http://www.epigenome.org/

• “Hay solamente un genoma, pero el epigenoma varía en cada uno de los tejidos”

http://www.epigenome.org/

CAPAS DE LA INFORMACION HEREDITARIA

• Secuencias codificadoras del ADN (hasta hace poco el único depósito de la información hereditaria)

• ADN no codificador (“genoma oculto”): genes que dan lugar a ARNs activos que alteran el comportamiento de los genes codificadores

• Proteínas y metabolitos que rodean y se adhieren al ADN (histonas, metilaciones….). No modifican la secuencia y se pueden heredar

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