Informe N1 Codigo Genetico y Mutaciones

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA ESCUELA PROFESIONAL DE BIOLOGÍA

PRÁCTICA Nº 2 CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES PRESENTADO POR:

Romero Carhuavilca, Vanessa Romero Macavilca, Johan Sandoval De La Cruz, Mishel

CURSO:

Lab. Genética I

PROFESOR:

Blg. San Martin López Maritza

2015 CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES

CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES INTRODUCCIÓN Si quisiéramos buscar la primera causa de nuestra apariencia física, de las funciones que somos capaces de realizar y que nos permiten mantenernos con vida, tendríamos que ocuparnos de un compuesto químico muy complejo llamado ADN. Las combinaciones de ellas permiten explicar por qué existen diferencias en los rasgos físicos de una persona con otra. Por esto, la información genética contenida en el ADN, que se transmite de progenitores a descendientes y a la vez de generación en generación, se mantiene sin cambios en la reproducción asexual y varía en la reproducción sexual. 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 (información genética en el ARN) 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. Características: El código genético es degenerado: un mismo aminoácido puede estar determinado por más de un triplete o codón. Debido a que existen 64 tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos diferentes. Es un código sin superposición o sin solapamientos: dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos de sus tripletes. Cualquier pérdida o ganancia de un sólo ribonucleótido produce a partir de ese punto, una modificación de la pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos desde el lugar de la alteración.  El código está organizado en tripletes o codones:cada.  El código genético es degenerado.  El código genético es no solapado o sin superposiciones.  El código genético nuclear es universal.

Figura 1: Tripletes codificando las mismas proteínas.

CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES

MATERIALES Y MÉTODO Se diseñó 250 Barajas y se dividió en 2 grupos, un grupo para: Adenina (25), Guanina (25), Citosina (25), Timina/Uracilo (25), ADNpol (5), ARNpol (5), ADNasa (2) y Ligasa (2) y el otro grupo para: 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) y Arginina (12). El Método que se empleó para la Formación del ADN molde consiste en crear una secuencia de nucleótidos que representen a la cadena molde del ADN, creciendo en sentido 3’  5’. Se enfrentó a tres competidores por vez, cada uno de los cuales debía construir su propia secuencia de ADN. 1. Primero se excluyó las cartas de ARNpol y solo el que tenía la carta de ADNpol comenzaba el juego y los oponentes que no contaban con esa carta robaban una carta de la mesa botaban otra. En el momento de extraer del mazo una carta que se necesitaba el competidor devia esperar al siguiente turno para poder colocar en la mesa. 2.

A partir del siguiente turno, se iban formando por vez seis tripletes, combinando libremente los nucleótidos. El octavo y último triplete debía de codificar la terminación. Podría ser: ATT, ATC o ACT , ningún competidor podía formar ninguno de estos tripletes en la secuencia, ganó el competidor que primero terminó de colocar sus 25 naipes en la mesa. Luego todos los competidores escribieron en papel la secuencia formada.

Reglas del Juego La ADNasa hidroliza totalmente el ADN, y la Ligasa une nucleótidos y neutraliza la acción de la ADNasa. El Competidor que tenía la carta ADNasa podía emplearla en cualquier momento antes que sus contrincantes coloquen en la mesa el triplete final, destruyendo así la cadena que estaba formando. En ese caso, todas las cartas colocadas en la mesa volvían directamente al mazo pero si al competidor que se le mostraba la carta ADNasa, pero poseía una carta Ligasa, su cadena quedaba protegida y continuaba el juego. Las dos cartas ADNasa y Ligasa que fueron utilizadas regresan al mazo pero deben ser sustituidas para de esa manera mantener el número de naipes en la mano. Síntesis del ARN Cada competidor construyo en papel la molécula de ARAN, a partir del ADN molde. Luego nuevamente se barajó pero eliminando las cartas ADNasa, Ligasa y ADNpol y añadimos el ARNpol y se procedió igual que para la síntesis del ADN Síntesis de proteínas SE utilizo la tabla del Código Genético para la traducción de los codones del ARN y así formar una secuencia de 8 aminoácidos. El primer Aminoácido tenía que ser formilmetionina y el codón terminal debía codificar el punto final.


RESULTADOS A) Formación del ADN molde La secuencia de nucleótidos que se creó y que representa a la cadena molde del ADN, que va creciendo en sentido 3’  5’ fue:

ADN

T

Polimerasa

C

A

C G G

T

C

A

A

A T

T C

A

T C

C

A A

T

T

T A

A


B) Síntesis del ARN Secuencia de la molécula de ARN formada a partir del ADN molde :

ARN Polimerasa

A G

U

G C G

A

G

U

U

U A

G

G

A a a A G a

U

U U

A A

U

U

A


C) Síntesis de proteínas Utilizando la tabla del Código Genético (Anexo 2) para la traducción de los codones del ARN formando la siguiente secuencia de 8 aminoácidos. 1

A

A

U

Formilmetionina

A Punto Final

G

U 8

2

A

U Tirosina

C

G

A

3

U

U

7

Tirosina

A

U

Serina

U

G G

4 1

6

A

U Arginina

U Valina

G

5

A

G


CONCLUSIONES  Para que cada cadena de ADN sea transcrita debe estar presente la ADN polimerasa.  Se obtuvo una cadena de 8 tripletes.  Las proteínas a sintetizar fueron: Alanina, Tirosina, Valina, Arginina, Serina.  En el juego de cartas, el azar podía dar un triplete de terminación, esto puedo interpretarse como una mutación.

BIBLIOGRAFÍA.

 BENJAMÍN LEWIN, 1996, GENES, Tomo I, Editorial REVERTE, S.A. España. Pp 618  JIMÉNEZ, I., FELIPE, MERCHANT, HORACIO, 2003, BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR, PEARSON EDUCACIÓN, México. Pp 912  Pierce (2009): GENETICA: Un enfoque conceptual, Editorial medica Panamericana,3era edición, Barcelona, España.  http://www.wikiteka.com/apuntes/dogma-molecular/


ANEXOS


ANEXO 1: Cuestionario. 1. ¿Por qué se ha hecho diferente número de cartas para los aminoácidos? ¿Existe alguna sustentación biológica? Debido a que de un codón, se obtiene un aminoácido específico, pero un codón consta de tres aminoácidos, por lo que el número de cartas es mayor en la formación de la cadena y en su traducción a ARN, pero menor en número de cartas fueron necesarias para la formación de aminoácidos. Según el código genético existen 61 tripletes de bases nitrogenadas que codifican 23 aminoácidos requeridos para la formación de proteínas. Se hicieron diferente número de cartas para aminoácidos (aa), 136 cartas en total; debido a que para el juego, se necesitaba el doble de número de cartas por cada triplete que codifican a una proteína. Es decir, que basándonos en el código genético se trabajó así: Existe 1 triplete de bases nitrogenadas que codifican Metionina y 1 triplete para Triptófano, para el juego se hizo 3 cartas de cada uno de los aminoácidos. Para los aminoácidos Fenilalanina, Tirosina, Asparagina, Acido Glutámico, Acido Aspártico, Glutamina, Cisteína, Lisina, Histidina; se hizo 4 cartas por aminoácidos, porque según el código genético 2 tripletes de bases nitrogenadas diferentes codifican a cada aminoácido mencionado. Para (Formil) metionina y para los puntos final (representados por los stop), se hicieron 5 cartas. Cabe resaltar que según el código existen 3 pares de bases (UAA, UAG, UGA) que codifican altos o stop en la traducción y así se detenga la síntesis de proteínas. Para Prolina, Valina, Glicina, Alanina, Treonina, Isoleucina; se hizo 8 caratas por aminoácido, por lo que 4 tripletes de bases nitrogenadas diferentes codifican cada uno de los aa nombrados y finalmente, para Leucina, Serina, Arginina; se hicieron 12 cartas para cada aa debido a que existen 6 tripletes de bases nitrogenadas 2. ¿Qué significado tienen los tripletes de terminación? Que justo en dicho triplete se termina la síntesis proteica de un ge, por lo tanto son necesarias y suficientes para terminar la síntesis de proteína, tanto de manera natural o por mutación (Benjamín, 1996).


3. ¿Qué funciones cumplen la ADN pol y la ARN pol? ADN pol: La ADN polimerasa es la enzima principal en el proceso de replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” 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

ARN pol: La ARN polimerasa es una ARN nucleotidiltransferasa. Su función es llevar a cabo la transcripción. Realiza una copia de ADN a ARN catalizando la formación de los enlaces fosfodiester entre ribonucleótidos. La copia la hace nucleótido a nucleótido, usando ribonucleósidos trifosfato (rNTP). En el ARN el ribonucleótido uracilo sustituye a la timina del ADN.

4. Si en el ADN, el porcentaje de Adenina es de 20%, ¿Cuál es el porcentaje de citosina? El porcentaje de citosina es del 30%. Esto se debe a la relación cuantitativa de los Nucleótidos que forman la doble hélice del ADN, establece que la cantidad de Adenina( A) es igual a la cantidad de Timina( T), y la cantidad de Guanina(G) es igual a la cantidad de Citosina(C), es decir, el n° total de bases purinas es igual al n° total de bases pirimídinas( A+G= C+T), dicha ley es llamada la Ley de Chargaff. 5.

Explique el proceso de síntesis de proteínas. La síntesis de proteínas tiene lugar en la superficie de los ribosomas. Dicha síntesis requiere que los aminoácidos sean “activados” en el citoplasma por la acción de aminoacil- ARNt-sintetasas, que catalizan la formación de ésteres de aminoácidos de ARNt homólogos (unión de un CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES

aminoácido con su RNAt respectivo) y en forma conjunta en el proceso de activación se hidroliza ATP produciendo AMP y pirofosfato. Las aminoacil-ARNt-sintetasas son altamente específicas tanto para el aminoácido como para su correspondiente ARNt. aminoacil – AMP + PPi

Aminoacido + ATP Aminoacil- AMP + ARNt

aminoacil-ARNt + AMP

Aminoacido + ATP + ARNt

aminoacil – ARNt + AMP + PPi

El aminoácido se une al extremo 3’ del ARNt que posee la secuencia CCA, mientras que el anticodón está a 80 Å de distancia en el otro extremo (Figura 2). 3’ A C 5’ C

Sitio de unión al aminoácido

Figura 2. Estructura de hoja de trébol característica de un ARNt.

El ARN mensajero reconoce el anticodón de un ARNt en vez de reconocer el aminoácido. Un codón en ARNm se aparea con el anticodón en el ARNt. Algunos ARNts reconocen más de un codón porque la tercera base que se aparea de un codón es menos específica que las otras dos (ver Anexo 2). Los Ribosomas. La síntesis de proteína tiene lugar en los ribosomas, que están formados por una sub-unidad mayor y una menor, cada una de las cuales están compuestas de dos tercios de ARNs y un tercio de proteínas. En E. coli, por ejemplo, el ribosoma 70 S (2.500 kdal) está formado por una sub-unidad de 30 S y una de 50 S. En cambio en eucariontes el ribosoma es de 80 S, formado por uno de 40 S y uno de 60 S. CÓDIGO GENÉTICO Y MUTACIONES

Figura 3: Ciclo de la síntesis de proteína.

Inicio. En procariontes el ARN mensajero, la formilmetionina - ARNt y la sub-unidad ribosomal 30 S, forman el complejo iniciación de la síntesis (en cambio para eucariontes este complejo está formado por ARNm, metionina-ARNt y la sub-unidad 40 S, ver Figura 3). La señal de inicio en el ARNm es AUG y está precedida por una secuencia rica en purina que puede aparearse con el ARNr 16 S de la sub-unidad 30 S del ribosoma. La subunidad mayor ribosomal de 50 S se une a este complejo para formar un complejo de iniciación de 70 S, (ver Figura 4) que está listo para la siguiente fase (elongación). En el proceso de iniciación están participando una serie de factores proteicos que son descritos en la Tabla I.


Figura 4. Fase de inicio de la síntesis de proteína en baterías (procariontes). 30S y 50 S son la subunidad menor y mayor del ribosoma respectivamente. IF, son factores proteicos de inicio.

Elongación. El ciclo de elongación consiste en (ver Figura 5): 1) La unión de aminoacil-ARNt (reconocimiento del codón). 2) Formación del enlace peptídico. 3) Transposición. También durante la elongación se requiere la presencia de factores proteicos que son descritos en la Tabla II.


Figura 5. Fase de elongación de la cadena peptídica: unión del aminoacil-ARNt, formación del enlace peptídico y translocación.

Termino La síntesis de proteína es terminada por factores de liberación, que reconocen los codones de terminación UAA, UGA y UAG provocando la hidrólisis entre el polipeptido y el ARNt (Tabla III). La energía requerida tanto en la formación del complejo de iniciación son 70 S como en la unión del aminoacil- ARNt al ribosoma, y en la transposición son obtenidos de la hidrólisis del GTP (ver Tabla IV). Varios pasos en la síntesis de proteína son específicamente inhibida por toxinas y antibióticos. Por ejemplo, puromicina inhibe la síntesis de la cadena peptídica por su interacción con el peptidil - tARN en la ribosoma, formando peptidil- puromicina que libera el complejo ribosomal (ver Tabla V).


Por otro lado, los polirribosomas, también denominados polisomas, consisten en moléculas de ARNm a las que están adheridos muchos ribosomas, cada uno de los cuales, leen el ARNm independientemente y construyen una cadena polipeptídica. En las células eucarióticas, la síntesis proteica puede tener lugares en ribosomas libres, o bien, en los ribosomas unidos al retículo endoplasmático.


ANEXO 2: Tabla del Código Genético


ANEXO 3 TABLA I: FACTORES DE INICIACIÓN DE PROCARIONTES Y EUCARIONTES FACTOR BACTERIAL

FACTOR EUCARIONTES

FUNCIÓN

IF- 1 IF- 2

elF - 1 elF - 2

Los roles no están claros Une Met- tARN (o fMet - tARN ) a los ribosomas en el complejo con GTP.

IF- 3

elF -3

Impide la reasociación de las sub-unidades ribosomales.

elF -4A elF -4B elF -4E elF -4F

Un grupo de factores liberados responsables de la unión al extremo bloqueado del mARN y desdoblar alguna estructura secundaria para capacitar a los ribosomas en el reconocimiento del codón de inicio.

elF -5

Libera elF-2 y elF-3 del ribosoma y permite la unión de la sub-unidad 60 S

elF -6

Involucrada en la disociación del ribosoma en sus sub-unidades.

GEF

(Factor de intercambio de la guanina: recicla elF-2 mediado por intercambio de GDP por ATP en un proceso análogo que para reciclar EF.Ts)


TABLA II: FACTORES DE ELONGACIÓN FACTOR BACTERIAL

FACTOR EUCARIOTICO

ED-Tu (43 kDa)

EF - 1 (53 kDa )

EF - Ts ( 30 kDa) EF - G

FUNCIÓN

Unir aminoacil- tARN al sitio A del ribosoma como por ejemplo, complejo (EF-1 GTP, aminoacil-tARN).

EF - 1 (50/38 kDa) EF -2

Reciclar EF -Tu o EF - 1 respectivamente

Involucrado en los pasos de translocación de los ciclos de elongación.

TABLA III: FACTORES DE TERMINACIÓN (O LIBERACIÓN)

BACTERIA ( E. coli )

RF -1

( Para UAA o UAG)

RF-2

( Para UAA o UGA )

RF-3

(estimula RF-1 y RF-2)

EUCARIOTES

eRF ( con los tres codones de termino)


TABLA IV. REQUERIMIENTOS ENERGETICOS PARA LA TRADUCCION: LA ORGANIZACION REQUIERE EL INGRESO DE ENERGIA LIBRE DESDE LA HIDROLISIS DEL ATP O GTP

PROCARIONTES

EUCARIONTES

Aminoacilación del tARN

ATP  AMP + PPi ATP AMP + PPi (e.i. 2 enlaces de alta energía por aminoácido)

Iniciación

GTP GDO + Pi, asociado con IF-2

GTP GDP + Pi, asociado con elF-2 ATP ADP + Pi, asociado con el extremo de guanina y el desdoblamiento del mARN. (no esta claro cuantos ATPs son usados)

Elongación

Terminación

GTP GDP + Pi, asociado con EF-Tu

GTP GDP + Pi, asociado con EF-1

GTP GDP + Pi, asociado con EF-G

GTP GDP + Pi asociado con EF-2

Probablemente no requiere energía

GTP GDP + Pi


TABLA V: INHIBIDORES DE TRADUCCIÓN INHIBIDOR SELECTIVIDAD ACCIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------------------Cloramfenicol Procariontes Elongación: inhile peptidil transferasa. Cicloheximida

Eucariontes

Elongación: mecanismo incierto.

Eritromicina

Procariontes

Elongación: inhibe transpeptidación

Ácido Fusidico

Ambos

Elongación: bloquea la liberación del complejo EF-G o EF-2 GDP.

Kanamicina

Ambos

Elongación:causa error en la lectura.

Neomicina

Ambos

Iniciación y elongación: causa error de lectura del mARN.

Puromicina

Ambos

Elongación: causa prematura terminación.

Sparsamicina

Ambos

Elongación: inhibe peptidiltransferasa.

Spectinomicina

Procariontes

Elongación: inhibe transpeptidación.

Treptomicina

Procariontes

Elongación: se une a la subunidad 30 S e interfiere con la interacción codón-anticodón causando error de lectudel mARN.

Tetramicina

Procariontes

Elongación: bloquea la unión de aa- tARN al sitio A.


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