"Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de

la Educación"

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA

ESCUELA PROFESIONAL DE BIOLOGÍA

“CODIGO GENÉTICO Y MUTACIONES”

Informe de Práctica Nº1

Alumnos : Hernández Carlo, Tania

Quispe Zambrano, Mayra

Palacios Alejo, Lucero

Ruidias Sernaque, Kenny

Año de Estudios : 3°

Asignatura : Genética

Docente : San Martín López, Maritza Roxana

Fecha : 04/09/2015

2015

Informe de Práctica Nº1

CODIGO GENÉTICO Y MUTACIONES

INTRODUCCIÓN

El código genético es el conjunto de normas por las que la información

codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en

proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código define la

relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y

aminoácidos. Un codón se corresponde con un aminoácido específico.

La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas

distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código genético:

adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A),

uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN. Debido a esto, el número de

codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo

además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de

parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar; UGA, llamado ópalo). La

secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en

concreto, que tendrá una estructura y una función específica.

A pesar de las variaciones que existen, los códigos genéticos utilizados por

todas las formas conocidas de vida son muy similares. Esto sugiere que el

código genético se estableció muy temprano en la historia de la vida y que

tiene un origen común en las formas de vida actuales. Análisis filogenético

sugiere que las moléculas ARNt evolucionaron antes que el actual conjunto de

aminoacil-ARNt sintetasas.

El objetivo del presente trabajo es la simulación del código genético de manera

didáctica familiarizándonos con cada uno de sus componentes.

MATERIALES

Se diseñó 250 cartas:

Baraja I:

- Adenina (25)- Guanina (25)- Citosina (25)- Timina/Uracilo (25)

- ADNpol (5)- ARNpol (5)- ADNasa (2)- Ligasa (2)

Baraja II:

- Metionina (3)- Triptofano (3)- Fenilalanina (4)- Tirosina (4)- Asparagina (4)- Acido Glutámico (4)- Acido Aspártico (4)- Glutamina (4)- Cisteína (4)- Lisina (4)- Histidina (4)

- Punto final (5)- (Formil)metionina (5)- Prolina (8)- Valina (8)- Glicina (8)- Alanina (8)- Treonina (8)- Isoleucina (8)- Leucina (12)- Serina (12)- Arginina (12)

METODOLOGÍA

Formación de ADN molde:

Se trabajó con la Baraja I para crear una secuencia de nucleótidos que representaría a la cadena molde del ADN de sentido 3`→5`, para ello se repartió 25 cartas para cada equipo, el equipo que tenga la carta ADNpol iniciará la síntesis del ADN y luego se procederá a formar el triplete o codón de inicio que es TAC, en caso no se tenga la carta necesaria se procederá a tomar del mazo reemplazandola.

Posterior a esto, se fueron formando por vez seis tripletes con combinaciones diversas con los nucleótidos que se tenga. Finalmente, en el octavo que es el último triplete, este debe ser ATT, ATC o ACT, los cuales son los tripletes de terminación. Por último, se toma nota de la secuencia formada.

Tengamos en cuenta que ADNasa hidroliza y la Ligasa une nucleótidos y neutraliza la acción de la ADNasa.

Síntesis del ARN:

Primero tomando lo anterior, se debe construir la molécula de ARN formada a partir de la cadena molde.

Dado que se trabaja con ARN, se retiran las cartas ADNasa, Ligasa y ADNpol, las cuales son reemplazadas por ARNpol. Nuevamente se reparten 25 cartas para cada equipo e inicia el que tenga en su mano la carta ARNpol, luego se debe formar la molécula de ARN esperada, que es deacuerdo a la cadena molde antes trabajada.

Síntesis de proteínas:

Con ayuda de la tabla del código genético (Fig. 1) se realizó la traducción de los codones del ARN para formar la secuencia de 8 aminoácidos.

En este caso, se reparten 8 cartas a cada equipo, inicia el equipo que tenga la carta Formilmetionina, luego se construye la cadena de aminoácidos deacuerdo a lo construido anteriormente. Se terminara con la carta Punto Final.

Fig. 1: Tabla del Código genético

RESULTADOS

Formación de ADN molde:

Síntesis del ARN

ADNpol CT

T

C

A A

A

G

A G

A

AGAT

T

G

G C

GG

ACA

ARNpol GA

A

G

U U

U

C

U C

U

UCUA

A

C

C G

CC

UGU

Síntesis de proteínas:

DISCUSION

El código genético es casi universal, ya que se comparte por los organismos

que van desde las bacterias más simples hasta los animales complejos. Un

claro ejemplo sería el codón CCG del ARN, traduce como el aminoácido

prolina en todos los organismos cuyo código genético ha sido examinado,

así es posible programar a las bacterias para sintetizar ciertas proteínas

humanas de uso médico mediante inserción de genes humanos. (Neil A et

al, 2007). Estas aplicaciones han contribuido al campo de la biotecnología.

Al estudiar la transcripción del ADN a ARN ya hicimos referencia a la síntesis

de las proteínas. Las instrucciones para la síntesis de las proteínas estan

codificadas en el ADN del núcleo. Sin embargo, el ADN no actúa

directamente, sino que transcribe su mensaje al ARN que se encuentra en

las células. El triplete de iniciación suele ser AUG que codifica para Formil-

metionina. También pueden actuar como tripletes de iniciación GUG (Val) y

UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

CONCLUSIONES

El código genético que se maneja es el código de codones. Pero después el

mensaje del mensajero tiene que ser traducido en los ribosomas, y como

consecuencia de la traducción se sintetizan las proteínas.

El código genético no es superponible, empieza con el codón de inicio (AUG)

y termina con un codón de terminación (UGA, UAG O UAA).

ARNpolF-

MetSer Tyr Phe Ile

Ser Leu Stop

Cuando se secuencian los genes que codifican para proteínas es para

detectar enfermedades con componente genético.

Se utilizó ADN polimerasa como inicio de la cadena en el juego de los

naipes, esta enzima es muy importante puesto que puede sintetizar una

cadena nueva de ADN sobre una cadena molde, tanto los procariotas como

los eucariotas poseen múltiples actividades de ADN polimerasa.

El código genético se transfiere desde el núcleo hasta el citoplasma a través

del ARNr y ARNt donde se producen las proteínas específicas que

determinan al organismo.

CUESTIONARIO

1. ¿Porque se ha hecho diferente número de cartas para los

aminoácidos? ¿Existe alguna sustentación biológica?

Se elaboró diferente número de cartas para los aminoácidos, ya que

biológicamente un punto fundamental es la complementariedad de las purinas y

pirimidinas entre sí, es decir, forman parejas de igual manera que lo harían una

llave y su cerradura; los cuales son los denominados apareamientos. Por

comodidad y porque para unirse siempre siguen un cierto orden, no se puede

unir con cualquiera y ese orden deben seguir siempre, cada una se representa

por la letra indicada y por cartas diferentes. Las bases A, T, G y C se

encuentran en el ADN, mientras que en el ARN en lugar de timina aparece el

uracilo.

2. ¿Qué significado tienen los tripletes de terminación?

En genética se denomina codón de terminación, codón de parada, codón sin

sentido o codón stop a aquel codón que no determina en el código genético

aminoácido alguno. Su función es acotar el mensaje cifrado por el ADN que

dará lugar al ARN mensajero; de este modo, limita en el extremo 3' el marco

abierto de lectura de los genes. Los codones UAA, UAG y UGA son señales de

paro que no especifican ningún aminoácido y se conocen como codones de

terminación; determinan el final de la síntesis proteica.

3. ¿Qué funciones cumplen la ADNpol y la ARNpol?

La ADN polimerasa: principal enzima de la replicación. Partiendo de una

cadena inicial o “primer” la ADN polimerasa añade nucleótidos

complementarios a la cadena molde extendiendo la nueva cadena de ADN en

dirección 5’- 3’. La ADN polimerasa es capaz de añadir nucleótidos

complementarios a la cadena molde estableciendo enlaces fosfodiéster. La

ADN polimerasa sólo puede catalizar el crecimiento de la cadena inicial en

dirección 5'-3'. La ADN polimerasa también se encarga de la reparación del

ADN asociada a la replicación.

La ADN polimerasa también realizan otras funciones durante el proceso de

replicación. Además de participar en la elongación, desempeñan una función

correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que les confiere

la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste. Es

importante que existan estos mecanismos de corrección ya que de lo contrario

los errores producidos durante la copia del ADN darían lugar a mutaciones.

Las ARN-polimerasa o ARN-polimerizado (ARNP): conjunto de proteínas

con carácter enzimático capaces de formar los ribonucleótidos para sintetizar

ARN a partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o molde. La

ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN

mensajero o transcripción del ADN.

La reacción química que cataliza la ARN polimerasa consiste en la unión de

ribonucleótidos trifosfato, adenosín trifosfato (ATP), uridín trifosfato (UTP),

guanosin trifosfato (GTP) y citidín trifosfato (CTP), liberándose los grupos

fosfato y convirtiéndose estos en nucleótidos.

Además de la polimerización de los ribonucleótidos trifosfato, la ARN

polimerasa tiene otras funciones como: reconocer y unirse a localizaciones

específicas o promotores de la molécula de ARN, desenrollar parcialmente la

molécula del molde de ADN, gracias a su actividad helicasa intrínseca,

sintetizar un ARN cebador para la elongación posterior y la terminación de la

cadena.

4. Si en el ADN el porcentaje de Adenina es de 20%. ¿Cuál es el

porcentaje de citosina?

Supongamos que todo es un 100% si tenemos 20% de Adenina la cual su

complementario seria Timina con un 20% igual, pero para completar el total

(100%) faltaría 60% lo cual seria 30% de Citosina y 30% de Guanina.

Son complementarias: La adenina y la timina A=20% T=20% A=T=40%

La guanina y la citosina C=30% G=30% G≡C=60%

∑= 100%

5. Explique el proceso de síntesis de proteínas.

Denominamos síntesis proteica al mecanismo por el cual la información contenida en el ADN, se traduce en proteínas. Es un proceso complejo, que se realiza en distintos compartimientos celulares, en el que intervienen variadas moléculas y que se produce básicamente en dos pasos:

Paso 1: La transcripción

La transcripción ocurre dentro del núcleo celular (en las células eucariotas), y en el citoplasma en las procariotas. En esta primera etapa los genes, que serían “palabras” escritas en el ADN mediante la combinación de cuatro “letras” o nucleótidos A, T, C y G, se copian o transcriben a otro lenguaje, el del ARN denominado ARN mensajero (ARNm). En este proceso, denominado transcripción, la síntesis de una molécula de ARNm es catalizada por una enzima llamada ARN polimerasa (ARNpol). El proceso se inicia cuando dicha enzima reconoce un lugar específico del ADN llamado promotor. Luego de unirse al promotor, la ARNpol desenrolla aproximadamente una vuelta completa de la hélice del ADN poniendo al descubierto un fragmento de una sola hebra. Esta hebra de ADN, llamada hebra codificante, sirve de molde para que la ARNpol vaya agregando nucleótidos complementarios uno tras otro, a medida que se desplaza en una dirección específica sobre el ADN. Los nucleótidos que adiciona la ARNpol para formar el ARNm son ribonucleótidos, es decir, nucleótidos que poseen en su estructura el azúcar ribosa (a diferencia de la desoxirribosa presente en los nucleótidos del ADN). Además, la complementariedad de nucleótidos será: si en el ADN hay C (citosina), G (guanina), T (timina) y A (adenina), entonces la ARNpol agrega G, C, A y U (uracilo) respectivamente.

La enzima seguirá transcribiendo hasta que encuentre la señal de terminación que le indica que allí debe detenerse. Tan pronto como se ha completado la

copia de ARNm, la hélice original de ADN se pliega nuevamente, y la molécula de ARNm se separa.

Una vez finalizada la transcripción, el ARNm está casi listo para la siguiente etapa. Pero aún esta “inmaduro” y para madurar debe ser protegido de manera de evitar que pueda degradarse en su viaje al citoplasma. Para ello, unas enzimas específicas se encargan de ponerle una “caperuza” o CAP en uno de sus extremos y una cadena corta de adeninas (colita de poliA) en el otro. Una vez completada la maduración (que involucra otros procesos que aquí no mencionamos), el ARNm parte hacia el citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear en las células eucariotas.

Paso 2: La traducción

Una vez en el citoplasma, la secuencia del ARNm debe ser decodificada a proteína.

Este es el proceso de traducción y puede dividirse en tres fases: iniciación, elongación y terminación.

-Iniciación: en este punto es importante destacar que la forma en que el ARNm es leído es diferente a lo sucedido en la transcripción, ya que en la traducción los nucleótidos del ARNm son leídos de a tres, es decir que un triplete de nucleótidos, también llamado codón, codifica para un aminoácido determinado. Es decir que cada codón determina qué aminoácido se agregará a la futura proteína.

La traducción se inicia cuando el ARNm se une a una organela celular compleja denominada ribosoma. Los ribosomas están formados por dos subunidades, una mayor y otra menor, y es esta última la que reconoce y se une en primer lugar al ARN mensajero.

Los codones de ARNm no reconocen directamente a los aminoácidos, sino que la traducción utiliza moléculas “adaptadoras” que unen el aminoácido con su correspondiente triplete o codón. Estos adaptadores son un grupo de pequeñas moléculas de ARN, conocidas como ARN de transferencia (ARNt), cada una de las cuales tiene solo entre 70 y 90 nucleótidos de longitud. Esta molécula tiene una conformación tridimensional característica, denominada “hoja de trébol”, que le permite llevar a cabo su función de adaptador.

En la estructura del ARNt existen dos zonas de gran importancia para el proceso de síntesis proteica: un triplete de secuencia variable llamado anticodón, cuyas bases son complementarias al codón de la molécula de ARNm; el otro triplete está ubicado al otro extremo, y unido covalentemente a un aminoácido específico. Esta unión del aminoácido específico con el ARNt la cataliza una enzima llamada aminoacil-tRNA sintetasa. Una vez que la subunidad pequeña del ribosoma se encuentra en posición, un ARNt llamado

iniciador (que porta el aminoácido metionina), reconoce el primer codón (AUG) en el ARNm y se carga sobre la subunidad pequeña, para luego unirse la subunidad mayor del ribosoma. De esta manera se forma un ribosoma funcional completo, que así ensamblado posee dos sitios de unión diferentes para moléculas de ARNt: el sitio P y el sitio A.

-Elongación: una vez que el ARNt de iniciación unido a metionina se ubica en el sitio A, otro ARNt con su correspondiente aminoácido debe ubicarse en el sitio P, adyacente al sitio A. Con los dos ARNt en su sitio, comienza el proceso de alargamiento o elongación de la cadena polipeptídica: existen 20 aminoácidos esenciales diferentes, todos con una estructura básica común, constituida por un carbono central al que se le unen un grupo químico carboxilo, uno amino y otro grupo químico que es particular para cada aminoácido y que se conoce como “cadena lateral o R”.

Para la elongación de la cadena de polipeptídica, el extremo carboxilo del aminoácido del sitio P se une mediante un enlace covalente al extremo amino del aminoácido ubicado en el sitio A. Este enlace entre aminoácidos se denomina unión peptídica y es catalizado por la peptidil-transferasa, una enzima firmemente unida al ribosoma. El ARNt del sitio A, ahora sin su aminoácido, es liberado al citoplasma; seguidamente, el ribosoma se desplaza exactamente 3 nucleótidos a lo largo de la molécula de ARNm -translocación ribosomal- y de esta manera quedará el sitio P ocupado por el ARNt que tiene unida la cadena de aminoácidos en formación, quedando el sitio A libre para recibir al siguiente ARNt con su correspondiente aminoácido. Este proceso se repetirá casi tantas veces como número de aminoácidos intervengan en la síntesis de la cadena polipeptídica.

-Terminación: de los 64 diferentes codones que existen (4 nucleótidos agrupados de a tres = 4x4x4=64), hay 3 que no codifican para ningún aminoácido, sino que son codones que indican la finalización de la cadena polipeptídica. Son los llamados codones stop (UAA, UAG, UGA) y a ellos se unen directamente factores de terminación o de liberación en el sitio A. Esta unión perturba la acción de la enzima peptidil-transferasa, haciendo que la traducción termine y liberando el ribosoma y el polipéptido completo.

Una vez finalizada la síntesis de la proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice la síntesis de una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente. A este complejo de ARNm con múltiples ribosomas y sus respectivas cadenas polipeptídicas en crecimiento se lo denomina polisoma y es frecuente observarlo en las células activas.

Fig. 2: Secuencia de pasos para la síntesis de proteínas, donde se inicia con la transcripción.

Fig. 3: Síntesis de proteínas del paso 5 al 8, donde se encuentra la traducción.

Fig. 4: Proteína sintetizada, que es producto del proceso de síntesis.

BIBLIOGRAFIA

Curtis- barnes. 1994. Biologia. Médica panamericana, 16° edición, méxico, df.

Lenhinger a. 2001. Principios de bioquímica, Ediciones omega s.a., Barcelona,

España.

Macarulla j, goñi f. 1994. Bioquímica humana. Reverte. 341 – 348 pp.

Murray, r. Et al. 1997. Bioquimica de harper; editorial el manual moderno.

México.

Neil A. Campbell,Jane B. Reece. Biología. 2007. Editorial Médica

Panamericana. España. 7° edicón.

Robertis-hib1998. Fundamentos de biología celular y molecular. El ateneo.

Buenos aires.

Stryer l. 1999. Bioquimica. Reverté, 2° edición, méxico, pdf.