BIOLOGIA MOLECULAR

INTRODUCCIÓNDEFINICIÓN

La biología Molecular es una disciplina científica que tiene como objetivo el estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos a nivel molecular.

Según el proyecto Genoma Humano : La Biología Molecular consiste en el estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente importantes.

En otras palabras concierne En otras palabras concierne principalmente al entendimiento de las principalmente al entendimiento de las interacciones que se dan entre los interacciones que se dan entre los diferentes sistemas de la célula, lo que diferentes sistemas de la célula, lo que incluye la relación entre el ADN y el ARN, incluye la relación entre el ADN y el ARN, la síntesis de proteínas, el metabolismo la síntesis de proteínas, el metabolismo celular y la manera de como estas celular y la manera de como estas interacciones son reguladas para interacciones son reguladas para conseguir un afinado funcionamiento de la conseguir un afinado funcionamiento de la célulascélulas y la forma como éstos procesos y la forma como éstos procesos dirigen el mantenimiento de la dirigen el mantenimiento de la información genética (replicación) y su información genética (replicación) y su expresión (transcripción y traducción)expresión (transcripción y traducción)

Dogma Central de la Biología Molecular

Postula el flujo de los procesos principales que cumple la célula para transmitir la información genética a su descendencia y expresarla en función de sus necesidades

ADN ARN PROTEINA

* Este dogma se cumple en todos los seres vivos que guardan su información genética en forma de ADN, el ARN actúa como intermediario y las Proteínas como estructuras o maquinaria enzimática.

TRANSCRIPCION TRADUCCIÓN

REPLICACIÓN

Sin embargo ya que algunos organismos como los virus y las partículas atípicas cambian éste esquema, el dogma central tuvo que ser modificado.

ORGANISMO CARACTERÍSTICA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

VIRUS ADN o ARN, monocatenaria o bicatenaria, lineal o circular. Codifica proteínas para la cápside e invasión.

RETROVIRUS ARN monocatenario. Transcribe su ARN a ADN mediante la enzima transcriptasa inversa, segmento que se inserta en el genoma de la célula.

VIROIDES Partículas formadas por 1 mol de ARN. Bajo PM, no recubierto, resistentes al calor, UV, Radiación ionizante.

PRIONES Proteínas capaces de “auto perpetuarse” y cambiar de manera anormal su estructura. Degeneran a las proteínas normales. Responsable de encefalopatía espongiforme bovina y humana.

Dogma Actual de la Biología Molecular

Actualmente se sabe que el flujo de información es bidireccional en la transmisión de la información genética de una célula madre a una célula hija.

Retrovirus Virus ARN (-) Priones

ADN ARN PROTEINA

FACTORES DE TRANSCRIPCION

TRANSCRIPCION INVERSA

TRADUCCIÓN

TRANSCRIPCIONREPLICACIÓN

HISTORIA DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

1909. W. JOHANNSEN. Denomina “gen” a las unidades de herencia descritas por Mendel y define los conceptos de Genotipo y Fenotipo.

1911. T. MORGAN. Estudia los cromosomas de Drosophila melanogaster y establece teorías sobre la herencia.

Premio Nobel de Medicina en 1933.

1919. P. LEVENE. Propone una estructura lineal de tetranucleótido para el ADN.

1928. F. GRIFFITH. Descubre una sustancia en bacterias inactivas por el calor , la cual podría ser la causa de cambios

hereditarios en bacterias vivas. Fenómeno que denominó “Transformación”.

1941. G. WELL BEADLE Y e. LAWRIE TATUM. Proponen la teoría de “un gen, una enzima”. Premio Nobel de Medicina con J. Lederberg en 1958.

1944. O. AVERY, C. MACLEAD Y M. McCARTY. Experimentan con Streptococcus pneumoniae y encuentran que el “principio transformante” es el ADN y no las proteínas.

B. McCLINTOCK. Describe los genes saltarines como elementos móviles del genoma. Premio Nobel de

Medicina en 1983.

1949. E.CHARGAFF. Afirma que la composición de bases del ADN varía de una especie a otra, aunque la relación entre las bases púricas y pirimídicas permanece constante y con un valor cercano a 1.

1951. R. FRANKLIN. Distingue cristalográficamente dos formas de ADN: la A y la B

1952. A. HERSHEY Y M. CHASE. Encuentran que solamente se requiere la entrada del ADN viral a la célula bacteriana

para que esta se infecte.R. FRANKLIN Y R. GOSLING. Generan un patrón de

difracción de rayos X de la forma B del ADN.

1953. JAMES D. WATSON Y FRANCIS CRICK. Determinan la estructura de doble hélice del ADN. Premio Nobel de

Medicina con Wilkins en 1962.

1954. G. ANTONOVICH GAMOW. Sugiere un código de ADN para la síntesis de proteínas.

1955. J. HIN TJIO. Indica que las células humanas tienes 46 cromosomas en su cariotipo normal.

A. KORNBERG. Descubre que la enzima ADN polimerasa de Escherichia Coli construye las cadenas de ADN.

1957. F. CRICK. Propone la hipótesis de la secuencia y el

dogma central de la Biología Molecular.

1958. M. MESELSON Y FRANKLIN STAHL. Demuestran la replicación semiconservativa del ADN.

1959. S. OCHOA Y A. KORNBERG. Premio Nobel de medicina por el descubrimiento del mecanismo de síntesis biológica del ADN y del ARN.

1961. F.JACOB y J. MONOD. Descubren que el ARN es la molécula intermedia entre el ADN y las proteínas en el transporte de la información genética. Junto a LWOFF, premio nobel de Med.

1966. M.NIRENBERG, KHORANA Y OCHOA. Sientan las bases para el desciframiento del código genético .

1975. H.TEMIN, D. BALTIMORE y R. DULBECCO. Premio nobel de Medicina por sus descubrimientos relacionados con la

interacción entre los virus tumorales y el material genético de la célula, particularmente por el hallazgo de la transcripción inversa en virus.

1977. R.ROBERTS, P.SHARP. Descubren los intrones. Por tal logro reciben el Premio Nobel de Medicina en 1993.

1978. EL LABORATORIO GENETECH produce insulina humana en Escherichia coli, mediante el uso de la tecnología de ADN recombinante.

1978. DAVID BOTSTEIN. Descubre que el uso de enzimas de restricción produce diferentes fragmentos en una u otra persona. Describe los RFLP (Polimorfismos en tamaño de los fragmentos de restricción)

1981. Se desarrollan los primeros animales transgénicos: el ratón y la m0sca Drosophila melanogaster.

1983. KARY MULLIS. Inventa la Reacción en Cadena de la Polimerasa. (PCR) Gana el premio N0bel de Química en 1993.

1987. Se desarrolla por primera vez cromosoma artificial de levadura.

1990. Se descubren marcadores genéticos que pueden visualizarse por PCR, den0minados “Lugar marcado en la secuencia” (STS)

1990. Se inicia el proyecto Genoma Humano (HGP) Asimismo en USA, fundan ELSI (Implicaciones éticas, legales y sociales) con el fin de evitar problemas éticos en las investigaciones

genómicas.

1966. EE.UU. El Instituto Nacional de Investigación en el Genoma Humano, empieza la secuenciación del ADN humano.

1998. El laboratorio Celera Genomics propone una estrategia para secuenciar el Genoma Humano de una forma más efectiva.

1999. Se termina la secuenciación del primer cromosoma (Cromosoma 22)

2001. El Consorcio Internacional para el HGP y Celera Genomics, publican el primer borrador de la secuencia del genoma

humano con aproximadamente 30,000 genes.

2001. A. FIRE y C. MELLO. Describen el ARN de interferencia (i ARN) como una molécula silenciadora de genes, por esto ganan el

Premio Nobel de Medicina el año 2006.

2002. El Departamento de Energía (DOE) anuncia investigaciones, basadas en organismos orientados a la producción de

energía y la limpieza del ambiente. Se termina la secuenciación del Genoma Humano

2006. Se empieza el proyecto del Atlas Genómico del Cáncer, con el fin de identificar genes asociados a diferentes tipos de esta

enfermedad.

2007. M. CAPECCHI. O. SMITHIES y Sir M. EVANS. Premio Nobel de Medicina por sus descubrimientos sobre modificaciones de genes específicos en ratones. En su estudio utilizaron células madre.

2008.H. HAUSEN, F. BARRÉ-SINOUSSI y L. MONTAGNIER. Premio Nobel de Medicina por su descubrimiento del PVH, como agente de cáncer de cérvix y del VIH, como agente del SIDA.

2009.E. BLACKBURN. Premio Nobel de Medicina por su trabajo sobre los telómeros, unos “trocitos” de ADN que protegen los extremos de los cromosomas, calve para eventualmente modoficar los mecanismos del envejecimiento.

2010.ROBERT EDWARDS. Premio Nobel de Medicina por su contribución a la revolución en el tratamiento de la fertilidad humana. En 1968, junto a STEPTOE, desarrollaron la terapia de la fertilización in vitro

GENERALIDADES DE EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS

GenomaConjunto de material genético hereditario que está presente en una célula procariota o eucariota.

Célula EucariotaSu genoma nuclear aparece asociado a histonas y otras proteínas para formar cromatina. Cada tipo celular tiene funciones especializadas, ya que expresa los genes de manera diferencial, según sus necesidades.Tamaño aproximado: 2 – 100 µm.

En organismos superiores, el genoma posee una parte que corresponde a ADN no codificante y a ADN repetitivo.

Célula procariotaSu genoma es sencillo y está dispuesto en un único cromosoma circular ubicado en la zona nucleoide o región nuclear. Disponen de una pequeña cantidad de ADN adicional en forma de moléculas circulares autoreplicativas denominadas plásmidos, las cuales ofrecen resistencia a los antibióticos. Dichas estructuras son utilizadas como vectores de clonación de ADN.Tamaño aproximado: 0,5 – 3,0 µm

DIFERENCIA ENTRE CELULA PROCARIOTA Y

EUCARIOTA

PROCARIOTA•Carece de membrana nuclear (Región nuclear)•Un solo cromosoma•Reproducción: Fisión binaria•Carecen de citoesqueleto y organelos (Solo ribosomas)•Respiración celular : mesosomas•Movimiento: flagelos

EUCARIOTA•Posee membrana nuclear (Núcleo verdadero)•Dos o más cromosomas•Reproducción: Mitosis•Poseen citoesqueleto y organelos.•Respiración celular y generación de energía: mitocondrias•Movimiento: Ameboideo

CELULA PROCARIOTALa célula procariota tiene muchas proteínas localizadas en el interior acuoso o citosol, lo que indica la presencia de una organización interna.

Una sola célula de Escherichia coli tiene un peso seco de 25 x 10-14 g. Se estima que 1 – 1,5 Kg del peso promedio de un ser humano se debe a las bacterias. El número estimado de células procariotas en la Tierra es de 5 x 1030.

Hay células procariotas a 11 Km de profundidad en el océano y a 65 Km por encima de la atmósfera.

CELULA EUCARIOTALas células forman proteínas mediante el enlace lineal de 20 aminoácidos diferentes. Las proteínas comúnmente tienen una longitud entre 100 a 1000 aminoácidos. Si una proteína típica está compuesta de 400 aminoácidos, hay 20 400 posibles proteínas diferentes. El número tiende al infinito.

Una sola célula hepática tiene alrededor de 7,9 x 10 9 moléculas proteicas y tiene 10,000 proteínas diferentes; así una célula posee en promedio cerca de un millón de moléculas de cada tipo de proteína

División celularAspectos comunes de la división celular de procariotas y eucariotas:* Necesita la duplicación del ADN

* Requiere la separación de las moléculas de ADN formadas

* La división finaliza con la división de las dos células hijas.

En EucariotasSe realiza mediante el proceso del ciclo celular, con la actividad de las proteínas: Ciclina y CDK .Tras la citoquinesis, la célula pasa a la Interfase, en el cual se prepara para dividirse (24 horas de duración)

La Mitosis se realiza entre 1 a 3 horas y genera dos células idénticas, comprende:

Profase, Metafase, Anafase y Telofase.

La Meiosis, consta de dos divisiones mitóticas sucesivas que generan 4 células hijas haploides (n), a partir de una célula germinal diploide (2n) que duplica su material genético (4n)

En ProcariotasMediante la fisión binaria las células procariotas se dividen y dan origen a dos células de idéntica composición genética. Este proceso requiere la replicación previa del cromosoma bacteriano y la unión de cada copia con una parte diferente de la membrana celular.