SEGUNDA UNIDAD. ¿CÓMO SE LLEVA A CABO LA REGULACIÓN, CONSERVACIÓN Y REPRODUCCIÓN DE LOS SISTEMAS VIVOS?

TEMA II. PROCESOS DE CONSERVACIÓN. ANABOLISMO

Replicación del ADN: Aspectos generales e importancia. Síntesis de proteínas: Aspectos generales de la transcripción y traducción del ADN, e importancia.

APRENDIZAJES

El alumno: Comprende que los sistemas vivos se perpetúan y mantienen debido a que el ADN tiene la capacidad de replicar su información y transcribirla para que se traduzca en proteínas.

Observa cada detalle en el esquema y contesta lo siguiente;

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Qué procesos describen la imagen____________________________________________ En dónde inicia___________________________________________________________Dónde termina___________________________________________________________ Que produce_____________________________________________________________Qué moléculas participan___________________________________________________En dónde se lleva a cabo____________________________________________________

P R O T E I N A S

Son las moléculas orgánicas más abundantes en las células constituyendo el 50% o más de su peso seco, se encuentran en todas partes de la célula, ya que son fundamentales en todos los aspectos de su estructura y función, existen muchas clases diferentes cada una especializada en una función biológica diferente, sus unidades estructurales son los de aminoácidos; la forma, la función y la estructura de cada proteína depende del tipo y la combinación de estas unidades.

Todos los aminoácidos tiene la misma fórmula general:

*Ilumina con colores diferentes los 4 elementos que estructuran químicamente a los aminoácidos.

¿Cómo se unen los aminoácidos para sintetizar a las proteínas?

EL ENLACE PEPTÍDICO.

Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico. Es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar a la unión de dos aminoácidos con su correspondiente desprendimiento de agua.

Indica en donde se desprende la molécula de agua y de donde proceden sus elementos químicos.

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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La síntesis de proteínas como un proceso anabólico

Uno de los principios unificadores de la biología es que los organismos muestran una gran similitud en sus principales rutas metabólicas. Esto nos induce a pensar en la posibilidad de que todos los seres vivos procedan de un antepasado común. La síntesis de proteínas puede ubicarse con esas características, ya que está presente en todas las células. Este proceso se ubica dentro del conjunto de reacciones de biosíntesis celular conocida como anabólicas, pues mediante esta vía la célula produce las proteínas necesarias en sus procesos vitales. La materia prima indispensable en este proceso se obtiene través de la alimentación. Así, cuando se ingiere proteínas complejas, compuestas por una o varias cadenas polipeptidicas, se absorben en el aparato digestivo y se descomponen por hidrólisis en veinte diferentes tipos de aminoácidos, los cuales quedan disponibles para el anabolismo celular.

Explica por qué este proceso es considerado, anabólico.

Explica cómo se une los aminoácidos mencionados anteriormente

Las proteínas son biomoléculas esenciales en los sistemas vivos, por ello en su síntesis no se admiten errores, cuando ello sucede el resultado puede ser fatal para el organismo.

¿Conoces algún caso de este tipo?

¿CÓMO LAS SINTETIZAN LOS SISTEMAS VIVOS?

Existen muchos pasos entre el genotipo o gen (información genética) y el fenotipo (las proteínas). Los genes no pueden por si solos producir directamente un resultado fenotípico como un color particular de ojos, una forma específica de semilla o un mentón hendido. Se descubrió que las principales diferencias fenotípicas se hallaban en proteínas específicas.

Menciona 3 ejemplos de fenotipo, que es el resultado de la expresión de las proteínas, en tu cuerpo.

Antes de continuar con las síntesis de proteínas es necesario conocer acerca de las diferencias estructurales entre los ácidos nucleicos (ADN y el ARN), fundamentales para este proceso.

El ARN consiste solo en una cadena de polinucleótidos, el ADN de dos, la molécula de azúcar que se encuentra en el ARN es ribosa, en lugar de la desoxirribosa del ADN.

A pesar de que tres bases nitrogenadas (ADENINA, GUANINA Y CITOSINA) son idénticas a las del ADN, la cuarta base del ARN es URACILO, que es similar a la TIMINA pero carece del grupo metilo.

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El ARN puede aparear sus bases con el ADN de doble cadena, excepto que la adenina (A) se aparea con el uracilo (U) en vez de la timina (T).

AZUCAR BASES ESTRUCTURA

ADN

Desoxirribosa Timina cadena doble

ARN

Ribosa Uracilo cadena sencilla

Elabora un cuadro comparativo entre dos moléculas reseñadas.

Una vez que hemos revisado las diferencias en su estructura química de los ácidos nucleicos, examinaremos como ejercen su función en la síntesis de proteínas.

¿Cómo un gen se expresa a sí mismos como una proteína?

PARA FINES DIDÁCTICOS LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS LA DIVIDIREMOS EN TRES PASOS.

A.- LA REPLICACIÓN DEL DNA La molécula de ADN debe duplicarse para que al dividirse la célula cada descendiente reciba la misma información genética; a este mecanismo se le conoce como autoduplicación o replicación. Es un proceso semiconservativo por el cual cada una de las moléculas hijas contiene una cadena de la molécula progenitora y una cadena recién formada. La síntesis se realiza al abrirse la doble hélice y permitir la formación de las cadenas complementarias al incorporarse los nucleótidos correspondientes: A--T y G -- C, en dirección 5'-3'. En la replicación participan varias enzimas tales

como: helicasas, topoisomerasas, ARN polimerasas, ADN polimerasas y ligasas.

Menciona el nombre de una proteína que participa en este proceso

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¿Por qué es necesaria la replicación del ADN?

B.- TRANSCRIPCIÓNLa secuencia de bases de ADN (gen) determina la secuencia de aminoácidos en las proteínas. Sin embargo, la información contenida en él no se utiliza de manera directa, el ácido ribonucleico o ARNmensajero, actúa como intermediario entre el ADN y las proteínas. La copia del mensaje de ADN a ARN se le denomina transcripción. La formación de un ARN especifico a partir de un ADN especifico requiere de la enzima RNA polimerasa, dentro de cada gen, solo una de las cadenas –cadena molde- se transcribe, la otra cadena complementaria permanece sin transcribirse, no obstante esta cadena puede ser la cadena molde de otro gen.

Menciona el nombre de una proteína que participa en el proceso

Las etapas de la transcripción son las siguientes:

1. La molécula helicoidal de ADN se desenrolla y deja accesible la hebra paralela, a partir de la cual se inicia la síntesis (armado) del ARN.

2. La enzima (polimerasa del ARN) detecta una región de la secuencia del ADN, llamada promotor, que marca el punto de inicio de la síntesis. La enzima se une al ADN en el sitio preciso para iniciar la síntesis de ARN y selecciona el primer nucleótido, que se convertirá en el extremo 5' de la cadena.

3. A continuación, se desplaza rápidamente por la cadena de ADN, añadiendo los nucleótidos correspondientes a la cadena de ARN. Según se forma, el ARN se va separando del ADN, comenzando por el extremo 5'; no obstante, hasta que no se llega al extremo 3' no se separa la molécula de ARN.

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4. Los nucleótidos se añaden uno por uno en orden complementario, de esta manera la adenina del ADN se combina con el uracilo del ARN (A – U), en el mismo orden, la timina se ensambla con la adenina (T – A), y la citosina se combina con la guanina y viceversa (C – G, G – C). Hay por lo tanto complementariedad entre el ARN y el ADN de donde se copia.

En eucariontes este proceso se lleva a cabo en el núcleo de la célula

El ARNm transcrito a partir del ADN es, entonces, la copia activa de la información genética. Incorporando las instrucciones codificadas en el ADN.

Con base a los pasos anteriores elabora un diagrama secuencial de estos ( 1 a 4).

C- TRADUCCIÓNTiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt) específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm), dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARNt, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde. El trabajo de los ARNt consiste en tomar del citosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, que son los moldes del sistema.

El verdadero proceso anabólico, es decir, la síntesis de las proteínas, comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado de nuevos aminoácidos - uno por uno, el primer aminoácido es metionina. En condiciones optimas, un ribosoma sintetiza de 5 a 15 enlaces peptídicos por segundo, de tal forma que la traducción de un RNAm que codifica una proteína de anticuerpo, de 500 aminoácidos, toma menos de 2 minutos su síntesis.

La etapa de terminación de la síntesis de la proteína, ocurre cuando el sitio A del ribosoma es abordado por codones de terminación del ARNm que puede ser UUA, UGA o UAG. Cuando esto sucede, la proteína

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terminada se libera del último ARNt, que también se separa del ARNm, disociándose las subunidades ribosómicas. Todos estos elementos quedan libres para ser reutilizados en una nueva síntesis.

El código genético.Las proteínas contienen 20 aminoácidos diferentes, pero el ADN y ARN contienen solo 4 nucleótidos diferentes, entonces si un solo nucleótido codificara un aminoácido, solo 4 aminoácidos podrían ser especificados por las 4 bases nitrogenadas, y si fueran dos nucleótidos por aminoácido el número máximo de aminoácidos será 16, utilizando todos los arreglos posibles, esto es 4 x 4. Por lo tanto siguiendo esta analogía, por lo menos 3 nucleótidos en secuencia debían especificar cada aminoácido. Esto es 4 x 4 x 4, esto es 64 combinaciones posibles, estos tripletes fueron denominados -codones. De las 64 combinaciones posibles de tripletes, 61 especifican aminoácidos específicos, y 3 son codones “sin sentido” o de terminación.

Conociendo el código genético, podemos ahora centrar nuestra atención en el problema de cómo la información codificada en el ADN es transcripta en el ARMm es luego traducida a una secuencia especifica de aminoácidos en una cadena polipeptídica. Proceso al cual se denomina traducción.

¿El código genético es válido para los 5 reinos? Argumenta tu respuesta.

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GCA

GCC

GCG

GCU

AGA

AGG

CGA

CGC

CGG

CGU

AAC

AAU

GAC

GAU

UGC

UGU

GAA CAG

GAG CAA

GGA

GGC

GGG

GGU

CAC

CAU

AUA

AUC

AUU

UUA

UUG

CUA

CUC

CUG

CUU

AAA

AAG AUG

UUC

UUU

CCA

CCC

CCG

CCU

AGC

AGU

UCA

UCC

UCG

UCU UGG

ACA

ACC

ACG

ACU

UAC

UAU

GUA

GUC

GUG

GUU

UAA

UAG

UGA

ala arg asn asp cys gln glu gly his ile leu lys met phe pro ser trp thr tyr val stop

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

AMINOÁCIDOS Ala-------- alanina ile------ isoleucina tyr------ tirosina Arg-------- arginina leu---- leucina val ------ valina Asn------ asparagina lys------ lisina Asp------- ácido aspartico met---- metionina Cys------ cisteina phe----- fenilalanina Gln------- glutamina pro---- prolina Glu------- ácido glutámico ser---- serina Gly------ glicina trp----- triptofano His------- histidina thr ---- treonina stop------ fin de la síntesis

CÓDIGO GENÉTICO UNIVERSAL

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ACTIVIDAD DE EVALUACIÓN

Instrucciones:

Para realizar la siguiente actividad, es necesario que no tengas dudas en cómo utilizar el código genético y en la relación de complementariedad de bases o nucleótidos. Asimismo deberás entregar tu actividad completa en forma individual.

1. En qué etapa de la síntesis de proteínas se pueden producir las mutaciones.

2. El primer aminoácido de la síntesis para cualquier proteína es la metionina. En tu esquema, el segundo es la arginina, el tercero la serina y el cuarto el triptofano ¿cuáles serán los aminoácidos que complementa esta proteína?

3. De tu ejemplo anterior: escribe la parte que corresponde al DNA, RNAm (codón), la que corresponde al RNAt (anticodón) y a que aminoácido corresponde esto: por ejemplo;

DNA TA C TCT A CCRNAm Codón AUG AGA UGGRNA r Anticodón UAC UCU ACCAminoácido met arg trp

¿cómo se llama el enlace que une a cada aminoacido?

¿qué tiene que suceder para que se termine la sintesis de proteínas?

Menciona un posible destino de esta proteína.

Actividad aplicada

ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA INSULINA HUMANA

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La insulina humana está estructurada en dos secuencias de aminoácidos. La Cadena A tiene 21 aminoácidos, y la Cadena B tiene 30 aminoácidos. Las cadenas están unidas entre sí a través de los átomos de azufre de la cisteína (Cys). Las hormonas peptídicas por lo general son diferentes para cada especie, pero pueden tener similitudes. La insulina humana es idéntica a la insulina de cerdo, excepto que el último aminoácido de la cadena B del cerdo es alanina (Ala) en vez de treonina (Thr).

Actividad: Lee con atención la lección sobre el enlace peptídico y une los primeros 3 aminoácidos que estructuran a la insulina, indicando el desprendimiento de agua y la molécula de azufre de la cisteína.

Mutación Génica

La alteración de la secuencia de ADN, mediante el proceso de mutación, es el origen primario de toda la variación genética. Las variantes alélicas que surgen por mutación y que son transmitidas de generación en generación hacen posible la evolución. Las mutaciones que se producen en las líneas germinales son las importantes porque pueden ser transmitidas a la descendencia; aunque hay algunas mutaciones somáticas que pueden ser heredadas cuando las estructuras reproductivas surgen de meristemos somáticos.

Durante la replicación y en otras ocasiones el ADN es frecuentemente dañado por eventos físicos y químicos, pero la mayoría de los daños son reparados por enzimas. Sin embargo, algunas de tales alteraciones escapan a la reparación enzimática, constituyéndose en mutaciones génicas. Dos conclusiones importantes que se derivan son que (1) el proceso de mutación no es una adaptación sino la consecuencia de un error (un daño no reparado del ADN) y (2) las mutaciones afectan solo rasgos pre-existentes.

La mutación es un proceso aleatorio, es decir, cuando la mutación causa una sustitución de un aminoácido en una proteína lo hace sin considerar si el cambio es ventajoso para el organismo que la sufre. También es aleatorio porque si bien sabemos que la exposición a varias clases de radiación, a ciertas sustancias químicas o aún la desnutrición incrementan las tasas de mutación, no podemos predecir la probabilidad de que ocurra una mutación particular.

¿Qué es una mutación? En qué etapa de la síntesis de proteínas se produce.

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