ud.14. genética molecular
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Biología. 2º bachilleratoUnidad 14. Genética molecular
C.E.M HIPATIA-FUHEMMiguel Ángel Madrid
14 Genética molecular
Biología. 2º bachilleratoUnidad 14. Genética molecular
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14 Genética molecular1. El ADN como depositario de la información
genética.2. Concepto molecular de gen.3. Replicación del ADN
1. Etapas de la replicación2. Diferencias entre el proceso replicativo en
procariotas y eucariotas.4. Expresión de la información genética:
dogma central de la biología molecular.5. Transcripción.6. El código genético7. Traducción.8. El genoma de procariotas y eucariotas9. El proyecto genoma humano.10. Concepto de proteoma y proteómica.
Aplicaciones en biociencias.
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“Collar de perlas”
El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN unida a proteínas
Análisis de los Cromosomas.
(ADN + proteínas)
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“Collar de perlas”
El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN unida a proteínas
¿Qué molécula posee la
información genética?
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“Collar de perlas”
El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN unida a proteínas
¿Las proteínas en su secuencia de aminoácidos?
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“Collar de perlas”
El ADN como portador de información genética
Interfase
Fibra de ADN unida a proteínas
¿El ADN en su secuencia de nucleótidos?
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1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO
¿Quién es el depositario de la
información genética?
Primeras evidencias:Las proteínas. El ADN tiene
una estructura demasiado sencilla. Las proteínas son más
complejas y tienen funciones catalíticas.
1928. Experimento de Griffith (buscando vacuna contra
la neumonía provocada por Streptococcus pneumoniae)
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1. ADN COMO MATERIAL GENÉTICO
Streptococcus pneumoniae
(presenta dos variantes o cepas distintas)
Cepa S: (del inglés smooth, liso). Poseen cápsula gelatinosa de polisacáridos que impide que el sistema inmunológico del
ratón las ataque. Provocan la enfermedad
Cepa R: (del inglés rough, rugoso). Sin cápsula gelatinosa de polisacáridos.
Forman colonias rugosas. No provocan la enfermedad ya que el sistema inmune del
ratón las ataca rápidamente.
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Experiencias de F. GriffithBacteria con cápsula(virulenta)
Tipo S
Bacterias Smuertas por calor
Tipo R
Bacteria sin cápsula(no virulenta)
Bacterias Smuertas por calor
Bacterias Rvivas
1 2
3 4
De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S
De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas
De los ratones inoculados no se extraen bacterias vivas, pues no crecen en el animal.
De los ratones muertos se extraen bacterias vivas de la cepa S
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CONCLUSIÓN. En las bacterias muertas (cepa S) existía algo, llamado PRINCIPIO TRANSFORMANTE que era captado por las bacterias vivas no virulentas (cepa R) y transformaba sus caracteres hereditarios convirtiéndose en virulentas.
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EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE
BACTERIAS S)
Cultivaron las bacterias en tubos de ensayo (in vitro)
Fueron destruyendo, uno por uno, todos los componentes bioquímicos de las células S para evitar la transformación e identificar el responsable.
Degradaron polisacáridos de la pared y al inyectarlas en el ratón la transformación se producía. A continuación degradaron proteínas y la transformación se producía.
Así sucesivamente hasta que atacar al ADN de las bacterias. La transformación no se producía
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EXPERIMENTO DE AVERY (1944) (CULTIVO DE BACT. R EN UN MEDIO CON DNA PURIFICADO PROCEDENTE DE
BACTERIAS S)
La molécula de ADN contiene la información necesaria para convertir las bacterias R no virulentas en bacterias S virulentas.
Demostraron además, del papel biológico del ADN, que las bacterias pueden intercambiar material genético (transformación)
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1. Se inoculan ratones con cepas S, contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias S vivas.
2. Los ratones inoculados con cepas R no contraen la enfermedad. De ellos se extraen bacterias vivas pues no crecen en el animal
3. Se inoculan ratones con cepas S, muertas por el calor. No contraen la enfermedad. De ellos no se extraen bacterias vivas.
4. Los ratones inoculados con cepas S, muertas por el calor y, simultáneamente, cepas R vivas contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias vivas S.
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En 1944 Avery y colaboradores demostraron que el principio transformante era el ADN, que determinaba o no la producción de la cápsula bacteriana.
CONCLUSIÓN
El ADN era el material genético en bacterias.
En 1952 se demostró que era el material genético en el resto de
organismos
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El concepto molecular de gen
Genética clásica
Un gen contiene información para un determinado carácter
El concepto de gen ha ido cambiando según aumentaban los conocimientos sobre genética molecular.
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Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
Sólo precisa una fuente de carbono,
biotina y ciertos minerales.
Sometieron al hongo a ciertas dosis de rayos
X. Obtuvieron mutantes incapaces de
sintetizar determinados
aminoácidos, por lo que solo sobrevivían al
añadir al medio los aminoácidos.
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Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
Descubrieron:
A cada mutante le faltaba el enzima
específico que catalizaba algún paso
de la síntesis del aminoácido al que habían alterado.Los mutantes se
diferenciaban de la cepa salvaje en un solo
gen.
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Experimento de G. Beadle y E. Tatum con el hongo Neurospora crassa
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
Descubrieron:
Si se altera el gen, no se fabrica la enzima correspondiente y la
ruta se bloquea.
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1 gen 1 enzima
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
1 gen 1 proteína
1 gen 1 cadena polipeptídica
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Desde el punto de vista funcional:Fragmento del ADN que lleva la información para
fabricar una cadena polipeptídica de una proteína, necesaria para que se exprese un carácter en un individuo
2. CONCEPTO MOLECULAR DE GEN
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REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS
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El ciclo celular
Fase G0Fase G0
Fase G1Fase G1
Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia.
Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia.
Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular.Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular.
Replicación del ADN y síntesis de histonas.Replicación del ADN y síntesis de histonas.
Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos
Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos
División celularDivisión celular
Fase de mitosis
Fase de mitosis
División del citoplasmaDivisión del citoplasma
CitocinesisCitocinesis
Fase SFase S
Interfase
Fase G2Fase G2
REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS
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Capacidad de hacer copias de si mismo.Esto permite transmitir la información genética a
las células hijas.
3. REPLICACIÓN (DUPLICACIÓN) DEL ADN
La replicación permite a las células hijas contener el mismo
ADN que la célula madre.
Las células duplican su ADN antes de la división celular (en
eucariotas en la fase S de la interfase).
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3. REPLICACIÓN DEL ADN ¿Cómo se produce la duplicación? 3 hipótesis
Hipótesis semiconservativa
Hipótesis conservativa
Hipótesis dispersiva
Cadena antigua Cadena nueva
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TEORÍA CONSERVATIVA
Una doble hélice conserva las dos cadenas originales, y la otra está formada por las dos cadenas de nueva síntesis.
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TEORÍA DISPERSIVA
ADN copia
Cada una de las dos cadenas hijas contiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de la nueva síntesis
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TEORÍA SEMICONSERVATIVA
Cada doble hélice conserva una hélice de las dos originales y sintetiza una nueva (Watson y Crick)
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La duplicación del ADN
Medio N15 Medio N14
ADN inicial ADN después de la 1.ª
duplicación
Experimento de Meselson y Stahl (1958)
ADN después de la 2.ª
duplicación
ADN después de la 3.ª
duplicación
ADN N15
ADN N14-15
ADN N14
1- Cultivaron bacterias en un medio con N-15 (Las bases nitrogenadas incorporaron el isótopo).2- Transfirieron las bacterias a un medio con N-14. El ADN obtenido tenia la misma proporción N14,
N15. Cada bacteria había heredado la mitad de ADN de su progenitora y la otra mitad la sintetizaba de los componentes del medio.
3- Aparecían ADN hibrido (N14-N15) y ADN solo con N14
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3. La duplicación del ADN
¿Dónde ocurre?
¿Cuándo ocurre?
Núcleo (eucariotas)Nucleoide (procariotas)Matriz (mitocondrias)Estroma (cloroplastos)
FASE S DEL CICLO CELULAR
(en interfase)
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3. La duplicación del ADN
Principales características de la replicación
Es semiconservativa.Se produce por adición de mononucleótidos en sentido 5´ 3` Es bidireccional. Se forman dos horquillas de replicación que avanzan en sentidos opuestos. En virus y bacterias hay un único punto de inicio, mientras que en eucariotas hay varios.Es semidiscontinua. En una cadena (llamada conductora) se sintetizan fragmentos bastante grandes de forma continua, mientras que en la otra (llamada retardada) la síntesis es discontinua, es decir, se sintetizan pequeños fragmentos de forma separada y después se unen (los llamados fragmentos de Okazaki). Ello se debe a que las dos cadenas son antiparalelas y a que la síntesis es siempre en sentido 5´ 3´
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3. La duplicación del ADN
¿Qué necesitamos?
- ADN molde- Nucleótidos: ATP, GTP,CTP,TTP- Proteínas SSB (impiden que se enrede el ADN)- Enzimas:
- Helicasas: rompen puentes de H entre las dos cadenas complementarias- Topoisomeras (girasas). Desenrollan ADN, evitan tensiones- ADN ligasas (unen fragmentos ADN mediante enlaces fosfodiéster). Así sellan el hueco entre dos fragmentos de Okazaki.- ARN polimerasas (también llamadas primasas). Sintetizan fragmentos de ARN (llamados ARN cebador) usando como molde ADN y actúa como iniciador de la síntesis de ADN. - Nucleasas. Rompen enlaces fosfodiéster entre nucleótidos, escinden ARN cebador y reparan lesiones en el ADN.- ADN polimerasas. Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre nucleótidos.
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3. La duplicación del ADN
ARN POLIMERASA(primasa)
3`5`
ARN cebador(40-50 nucleótidos)
ADN molde
ADN
ADN polimerasa
ARN polimerasa
Sintetiza el ARN cebador usando
como molde el ADN
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3. La duplicación del ADN
ADN POLIMERASA
3`5`
ARN cebador(40-50 nucleótidos)
ADN molde
ADN
ADN polimerasa
ARN polimerasa
Función polimerasaPrecisa ARN cebador (primer o iniciador) y la
cadena molde de ADNLee en sentido 3´ 5´
Función exonucleasaDetecta errores, elimina nucleótidos cuyas bases
están mal emparentadas y ARN cebador
5` 3`
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ADN POLIMERASA I(Retira fragmentos ARN cebador: exonucleasa
Sintetiza ADN en los huecos: polimerasaEs correctora, ya que repara errores de la síntesis de
ADN)
ADN POLIMERASA II(Interviene en procesos de reparación del ADNTiene actividad polimerasa en sentido 5` 3´y
exonucleasa en 3´ 5´)
ADN POLIMERASA III(Sintetiza ADN en sentido 5´ 3´: polimerasa)
RECUERDALa ADN polimerasa:
Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5
Sintetiza en sentido 5´ 3´
En procariotas distinguimos:
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RECUERDA
La actividad polimerasa consiste en catalizar la
unión de nucleótidos a la cadena de ácido nucleico que se está sintetizando.
La actividad exonucleasa consiste en escindir
nucleótidos de los extremos de los ácidos nucleicos.
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Fases de la replicación: elongación
Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas.
POLIMERASAEXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN
INICIACIÓNdirección función dirección función
I5’ 3’
3’ 5’
elimina cebador
reparación
5’ 3’ síntesis no
II 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no
III 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no
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3. La duplicación del ADN: Mecanismo de la duplicación en procariotas
Fase de iniciación
Fase de elongación
Fase de terminación
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Fases de la replicación: iniciaciónConsiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN
Ori C (abundan secuencias
ricas en GATC)
La replicación empieza en un punto del ADN donde abundan
las secuencias de bases GATC (Ori C)
En él se separan las dos cadenas de ADN por acción
de las enzimas.
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Fases de la replicación: iniciaciónConsiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN
Ori C (abundan secuencias
ricas en GATC)
Proteínas específicas
La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno
entre las bases y abre la doble hélice
Proteínas SSB
Helicasa
TopoisomerasaGirasa
Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento
Impiden que el ADN se vuelva a enrollar
Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación
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Fases de la replicación: iniciación
Resultado: se forma una burbuja de replicación en la que hay dos zonas en forma de “Y”, llamadas horquillas de replicación,
donde se sintetizan las nuevas cadenas de ADN
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RECUERDALa ADN polimerasa III:Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5
Sintetiza en sentido 5´ 3´
Burbuja de
replicación
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3’
5’
5’
3’
3’
5’
El mecanismo de elongación o formación de las nuevas cadenas de ADN
5’3’
3’5’
3’
La ADN polimerasa III necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis.
La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’.
Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo por la ADN polimerasa III. Es la conductora o lider.Fragmentos de
Okazaki
La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.
RECUERDALa ADN polimerasa:
Precisa ARN cebadorLee en sentido 3´ 5
Sintetiza en sentido 5´ 3´
Biología. 2º bachilleratoUnidad 14. Genética molecular
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3’
5’
5’
3’
5’
3’5’
3’
La primasa (ARN polimerasa) sintetiza un ARN cebador o
primer
La ADN plomimerasa III
sintetiza un corto fragmento de ADN
La primasa (ARN polimerasa) sintetiza un ARN cebador o
primer
La ADN polimerasa III reconoce los nucleótidos
y los empareja según complementariedad
FRAGMENTO DE OKAZAKI ( 1000 – 2000 nucleótidos)
Cadena continua
conductora
Cadena retardada
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El mecanismo de elongación (II)
1 2
3 4
5 6
La primasa (ARN polim) sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación.
Las ADN polimerasa III comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador.
La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada.
La ADN polimerasa III comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.
Cuando la ADN polimerasa III llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN.
La ligasa une los fragmentos de ADN.
Nuevo cebador
Cebador
Ligasas
Hebra retardada
Hebra retardada
Primasas
Cebador
Nuevo cebador
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Síntesis de nuevas cadenas de ADN VOLVER
Horquillas observadas
3’
5’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
Punto de inicioNinguna polimerasa añade nucleótidos en estos puntos
5’5’
3’ 3’
Origen de replicación
Crecimiento discontinuo
Crecimiento continuo
Fragmentos de Okazaki
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Fases de terminación
Tiene lugar cuando las dos horquillas de replicación del cromosoma circular de E. coli se encuentran, y se han formado dos cromosomas completos que permanecen ligados
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Burbuja de replicación
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CORRECCIÓN DE ERRORES DE LA ADN POLIMERASA
Gracias a su acción exonucleasa (elimina nucleótidos mal apareados y adiciona los correctos)
Número de errores 1 por cada 100 000 bases
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5’
3’
5’
3’
Replicación en los eucariontesEs muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias:
La replicación se inicia simultáneamente en carios puntos del cromosoma llamados replicones.
Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y ).
Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora.
Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’.
5’
5’5’
3’5’3’5’
Cebador Último cebador
Tel
óm
ero
Eliminación de cebadores
Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular.
La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre
Hebra más corta
5’
Los fragmentos de Okazaki en eucariotas son más cortos, entre 150-200 nucleótidos (en procariotas de 1000 – 2000 nucleótidos)
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El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotasOrigen de la replicación
Horquilla de replicación
Hebra retardada
Hebra conductora Origen de la replicación
Burbujas de replicación
Hebra conductora
Nucleosomas
Nuevos nucleosomas
Hebra retardada
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LA TELOMERASAEn las células que se dividen continuamente
(células madre de los gametos, células embrionarias y células cancerosas) hay
una enzima, denominada telomerasa, que impide el acortamiento de los telómeros. .
Se forma por una porción proteica y ARN que actúa como molde.
A partir de este molde, la enzima sintetiza ADN para completar la hebra retardada.
Recuerda: los telómeros son los extremos de los cromosomas
La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el riesgo de cáncer.
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La telomerasa podría detener el envejecimiento, pero guarda una estrecha relación con el cáncer. Los investigadores trabajan con ratones para alargar la vida sin aumentar el riesgo de cáncer.
María Blasco. Centro de Investigaciones oncológicas
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ADN ARNm
Transcripción Traducción
ARNt
PROTEÍNA
Replicación
Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”., pero los cirus son una excepción a este dogma
RIBOSOMASNÚCLEO
4. La expresión del mensaje genético
En 1970 Francis Crick enunció el Dogma Central de la Biología Molecular.
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REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
ARNADN
Traducción
Transcripción
Transcripción inversa
Replicación
PROTEÍNAS
Transcriptasa inversa
Transcriptasa inversa
Transcriptasa inversa
Transcriptasa inversa
ARN vírico
Envoltura
RETROVIRUS
Membrana plasmática de la célula huésped
Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción.
Replicación
ADNc(complementario)
ADNcbicatenario
ADNcmonocatenarioDegradación
del ARN
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
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4. La expresión del mensaje genético
ADN ARNm ProteínaTranscripción
Transcripcióninversa
Duplicación
Duplicación
Traducción
Las secuencias de ADN que pueden moversea diferentes partes del genoma de una célula
se conocen como transposones o «genessaltarines». Fueron descubiertos por Bárbara
McClintock, por lo que recibió el premioNobel en 1983.
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DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULARDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR
Hebra moldeHebra molde
TranscripciónTranscripción
TraducciónTraducción
3´ 5´
3´5´
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AATTCGAGCTAGCAGCCACTTACGAGTACGTAC
ADN
ACUUUCCCGACGCAAAACGUUUUUCGAACUU
ARN
TRIPLETE
CODON
Triplete: Cada una de las secuencias posibles de tres nucleótidos en el ADN.
Codon: Secuencia de tres nucleótidos en el ARN
¿Qué es un triplete y un codon?
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Síntesis de ARN: requisitos previos
La síntesis de ARN o transcripción necesita:
CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE
ARN -POLIMERARAS
RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C y U
Ribonucleótido trifosfato
RibosaBases
En eucariotas
• ARN polimerasa I ARNr
• ARN polimerasa II ARNm
• ARN polimerasa III ARNt y ARNr
¿Dónde ocurre?. NÚCLEO
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5. La transcricpción. Síntesis de ARN
RECUERDA
LA ARN polimerasa RECORRE LA CADENA DE ADN EN SENTIDO
3` 5´Y AÑADE LOS NUCLEÓTIDOS COMPLEMENTARIOS A LOS DE LA
CADENA DE ADN QUE SE TRANSCRIBE
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5. La transcricpción. Síntesis de ARN
Fase de iniciación
Fase de elongación
Fase de terminación
Fase de maduración
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El proceso de la transcripción
Cadena inactiva de ADN
ARN - polimerasa
Cadena molde de ADN (transcrita)
ARN
Señal de corte
Punto de corte
Cola poli-A
Poli-A polimerasa
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
TERMINACIÓN
La ARN-polimerasa reconoce los centros promotores (ricos en A y T).
Luego abre la doble hélice para que los ribonucleótidos se unan a la cadena molde.
La ARN-polimerasa avanza en sentido 3’-5’ y sintetiza el ARN en sentido 5’-3’. .
La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción.
En procariontes son secuencias palindrómicas.
En eucariontes
1
2
3
NO OLVIDESLa ARN polimerasa lee en dirección
3` 5´
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5. Transcripción: maduración en procariotas
Promotor
5’3’
5’3’
5’3’
5’3’
ARN-polimerasa
ARN
Iniciación
Elongación
Finalización
ARN transcrito completo
3’5’
3’5’
3’5’
3’5’
LA LUPA AMPLÍA LA IMAGEN
No existe maduración del ARNm, se unen a los
ribosomas y se traducen
Los ARNr y ARNt (transcritos primarios) precisan de un proceso de maduración
para ser funciones
Los ARN que se forman son policistrónicos (contienen
información para la síntesis de varios
polipéptidos)
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Transcripción: maduración en procariotas
Promotor
5’3’
5’3’
5’3’
5’3’
ARN-polimerasa
ARN
Iniciación
Elongación
Finalización
ARN transcrito completo
3’5’
3’5’
3’5’
3’5’
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Transcripción: maduración en eucariotas
Promotor
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN
Unidad de transcripción
Iniciación3’
5’
3’
5’
3’
5’
m7-Gppp
Capucha 5'Elongación
m7-Gppp
ARN-polimerasa
CONTINUAR
1. Tras la unión de los 30 primeros ribonucleótidos
se añade una caperuza de
metilguanosinaen 5´
Los ARN que se forman son monocistrónicos
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Transcripción en eucariotas
CONTINUAR
5’
3’
3’
5’Finalización
PoliA-polimerasa
m7-Gppp
Capucha 5'OH
ARN heterogéneo nuclear
Cola de poli-AOHm7-Gppp
Capucha 5'
2. Después de la separación del ARN, una enzima la poliA-polimerasa añade una secuencia de unos 200 nucleótidos de adenina (cola de poli A)
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Transcripción en eucariotas. Proceso de maduración5’ 3’Maduración
3’5’
Exón 1 Intrón Exón 2
RNPpn
Proteína
Espliceosoma.
5’ 3’
Intrón
ARNm
Exón 1 Exón 2
Mecanismo de splicing
El ARNm ya está en condiciones de salir del núcleo
3. Eliminación de intrones (segmentos de ARN que son se traducen)
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¿ LO SABÍAS?
La toxicidad de la Amanita phalloides (provoca diarreas, vómitos, dolores abdominales e incluso la muerte) se debe a una sustancia, 1 alfa amanitina, que no se destruye con
la cocción y se comporta como un inhibidor de la ARN polimerasa II en eucariotas, lo que bloquea la síntesis de
ARNm
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COMPARACIÓN TRANSCRIPCIÓN
PROCARIOTAS EUCARIOTAS
Localización Nucleoide (citoplasma) Núcleo
Genes Continuos Fragmentos (intrones y exones)
ADN Bajo grado de empaquetamiento
Muy empaquetado
ARN polimerasa 1 ARN polimerasa que sintetiza ARNm, ARNr, ARNt…
ARN poli I: ARNrARN poli II: ARNmARN poli III: ARNt
Tipos de genes Policistrónicos Monocistrónicos
Maduración ARNr y ARNt ARNm
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6. El código genético
¿Cómo se pasaba de un lenguaje de cuatro
letras a otro lenguaje formado por 20
elementos distintos?
Se necesitaba un diccionario
Ese diccionario es el código genético
ARN polímero lineal de 4 nucleótidos diferentes.Proteínas: polímeros de 20 aminoácidos
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El código genético
Si solo fuesen 2 bases42 = 16 aa
INSUFICIENTE
Si solo fuese 1 base41 = 4 aa
INSUFICIENTE
3 bases43 = 64 aa
SUFICIENTE
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3 bases43 = 64 aa
SUFICIENTE, pero sobran palabras, lo que significa que varios tripletes son
sinónimos, porque codifican (significan) el
mismo aminoácido
El código genético
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EL CÓDIGO GENÉTICO
AUG
Iniciación
UGAUAAUAG Terminación
Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC?
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El código genético
El código genético establece una
relación de correspondencia entre las bases
nitrogenadas del ARN y los aminoácidos
que codifica
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Características del código genéticoUNIVERSAL
El mismo para todos los organismos, incluso los virus.
El código ha tenido un solo origen evolutivo.
Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos.
Existen más codones (64) que aminoácidos (20). A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón.
Esto es una ventaja ante las mutaciones.
DEGENERADO
Cada codón solo codifica a un aminoácido.
SIN IMPERFECCIÓN Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas
CARECE DE SOLAPAMIENTO
Posibilidad de solapamiento
Met Gli Tre His Ala Fen Ala
Met Leu Leu Pro
SolapamientoCodones de iniciación
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7. La traducción. Biosíntesis de proteínas
Si te has fijado, el proceso de transcripción es un proceso de copia donde no se cambia de idioma,
pues se pasa del idioma del ADN a ARN
Sin embargo, en la traducción, que no es un proceso de copia, si se cambia de idioma, se pasa del idioma de los ácidos nucleicos (A,G,C,U) al de
las proteínas (20 aminoácidos)
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EL PROCESO DE TRADUCCIÓN
LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
ARN MENSAJEROAMINOÁCIDOSENZIMAS Y ENERGÍA
SUBUNIDAD PEQUEÑA
SUBUNIDAD GRANDE
SITIO A
SITIO P
SITIO E
AMINOÁCIDO
POLIPÉPTIDO
ARNtDo
nd
e s
e s
itúa
el
Tienen tres
lugares
Formados por
RIBOSOMAS
Donde se unen los
Donde se une el
Donde se une el
EXTREMO 3’
Tiene dos
zonas
ARN DE TRANSFERENCIA
Por donde se une al
ANTICODÓN
AMINOACIL-ARNt -SINTETASA
Como la
necesita
RIBOSOMAS
ocurre
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La traducción. Biosíntesis de proteínas
Subunidad menor
Subunidad mayor
VOLVER
Aminoacil-ARNtARNt
Cadena polipeptídica en formación
Anticodón
3’
5’
ARNm
Aminoácido
ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres
ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica
ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos
Veamos primero cómo es un ribosoma
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ZONA E: liberación: de donde salen los ARNt libres
ZONA P: peptidil: donde se va formando la cadena polipeptídica
ZONA A: aminoacil, donde entran los aminoácidos
Otra imagen por si no te queda claro…
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(Unión a la peptidil-
transferasa en el ribosoma
(Unión al ribosoma)
(Unión al codon complementario del RNAm en el ribosoma)
NOTA.- EXISTEN TANTOS RNAt como aminoácidos, uno para cada uno, en total 20 clases de RNAt
Recordemos como era un ARNt
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U C G
COOH
NH2
CH2
OH
H C Aminoácido(serina)
Anticodón
ARNt
Aquí en el extremo 3`es donde se une el aminoácido al ARNt
Extremo 3`
Una imagen más simple del ARNt por si no te quedaba claro…
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La traducción. Biosíntesis de proteínas
Paso previo:
Activación de los aminoácidos
Aminoacil-ARNt-sintetasa
ARNt
CONTINUAR
Aminoacil-ARNt
ESTA FASE PREVIA TIENE LUGAR EN EL
CITOPLASMA Y NO EN LOS RIBOSOMAS
Cada aminoácido se une a una molécula de ARNt especifica gracias a la enzima aminoacil-ARNt-
sintetasa
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La traducción. Síntesis de proteínas
Fase de iniciación
Fase de elongación
Fase de terminación
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La traducción. Biosíntesis de proteínas
ARNt iniciador
Subunidad menor
3’
5’
U
A C5’
3’A
U G
5’
3’
EA
Metionina
5’
3’
GTP
GDP
Iniciación de la síntesis
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La traducción. Biosíntesis de proteínas
CONTINUAR
Elongación de la cadena polipeptídica
Anticodón
Complementariedad entre codón y anticodón
GTPGDP
5’
3’ 3’
5’ 5’ 5’
3’
3’GTPGDP
Enlace peptídico
El aminoácido se traslada al otro ARNt
ARNt
AminoácidoSe libera el ARNt que ha
cedido el aminoácido
EP A
E
PA
El ribosoma se trasloca un codon
A
P
E
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La traducción. Biosíntesis de proteínas
Finalización de la síntesis
El codón de finalización puede ser UAA, UAG o UGA
Último ARNt
Factor de liberación
Polipéptido libre
Separación del ARNm y las subunidades ribosómicas
3’
5’
3’
5’
EA
P
El triplete de terminación no es reconocido por ningún ARNt, y sí por unos factores de liberación de naturaleza
proteica que se sitúan en el sito A, y hacen que la peptidil transferasa separe la cadena polipetídica del ARNt
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Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.
Polirribosomas en eucariotas
Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. La síntesis ocurre a razón de unos (15 aminoácidos unidos por segundo. Una proteína media (300 aa) se sintetizaría en unos 15 segundos. Después, el RNAm es destruído
Ribosoma
ARNm
Proteína en formación
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¿ LO SABÍAS?
Determinados antibióticos se utilizan como dardos para destruir bacterias, al actuar sobre dianas moleculares
relacionadas con la traducción y bloquear algunas etapas de la síntesis e proteínas
Estreptomicina: trisacárido que se une a la subunidad 30 S del ribosoma procariota e interfiere en la iniciación de la síntesis.
Eritromicina: bloque la traslocación del ribosoma e inhibe la elongación.
Tetraciclina: Se une a la subunidad 30 s del ribosoma y bloquea el sitio A, impidiendo la entrada del ARNt
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1. Estructura del genoma en procariotas y eucariotas
GENOMA
Conjunto de genes de un organismo
NO TODO EL ADN CONTENIDO EN LOS CROMOSOMAS CODIFICA PARA PROTEÍNAS, EXISTE GRAN CANTIDAD DE GENES REGULADORES
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1. Estructura del genoma en procariotas y
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS
1 Cromosoma circular (ADNdc)
Presencia de plásmidos (número variable según tipo de bacteria). Contienen genes no esenciales para el crecimiento y la reproducción de la célula. Replicación independiente
1 200 – 12 000 genes
Genes continuos (toda la información contenida en los genes se traduce en proteínas)
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1. Estructura del genoma en procariotas y
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN VIRUS
1 Sola molécula lineal o circular de ADN o ARN
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1. Estructura del genoma en procariotas y
ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN EUCARIOTAS
La mayor parte localizado en el núcleo. (repartido en los diferentes cromosomas lineales)
Una pequeña parte en mitocondrias y cloroplastos (vegetales): ADNdc (similar procariotas)
Humanos: genoma nuclear:
25 000 genes que codifican proteínas (exones) y los diversos tipos ARN (1,5 % del total); Genoma mitocondrial: 37 genes
ADN no codificante (98,5 %)
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ADN NO CODIFICANTE
ADN repetitivo o satélite: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca
ADN regulador (promotores…: Mucho de él hasta la fecha de función desconocida
Intrones: situados en los extremos de los cromosomas y centrómeros. No se transcriben nunca
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ADN repetitivo satélite
8. Genoma en organismos eucariontesNo existe relación directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de ADN.
La mayor parte del ADN no codifica proteínas: ADN no codificante
ADN repetitivo intermedio
ADN de intrones
Una parte del genoma se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias.
GenGen regulador
Promotor
Operador Exones: secuencias codificantes
Intrones
ESTRUCTURA DE UN GEN EN EUCARIONTES
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EL PROYECTO GENOMA HUMANO
1955. Joe Hin: establece en 46 el número de cromosomas humanos.
1977. Se inicia secuenciación del ADN
1981. Se completa la secuenciación del genoma mitocondrial humano
1995. Se completa la secuenciación del genoma de la bacteria Haemophilus influenzae.
1996. Secuenciación del genoma del primer eucariota: Saccharomyces cerevisiae
2000. Se completa la secuenciación del genoma del primer organismo pluricelular, el gusano Caenorhabditis elegans.
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EL PROYECTO GENOMA HUMANO
2000. Secuenciación del genoma de Drosophila melanogaster
2001. Publicación del borrador de la secuencia completa del genoma humano
2003. (Coincidiendo con el 50º aniversario del descubrimiento de la estructura del ADN) Se completa la secuenciación del genoma humano.
2000. Secuenciación del genoma de la planta Arabidopsis thaliana
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EL PROYECTO GENOMA HUMANO
GENÓMICA: Estudia el genoma de los diferentes organismos
1988: Congreso de los EEUU. Autorización de financiación. Creación del consorcio público, dirigido por J.D. Watson. Colaboración con Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón. Nacimiento del PGH.
1996. Craig Venter solicitó la patente de uno de los genes secuenciados. Abandono del Consorcio público. Creación de Celera Genomics (privado)
26 junio 2000. El Consorcio Público y Celera Genomics dieron a conocer los borradores del PGH
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El 26 de junio de 2000 dos prestigiosas revistas científicas dieron a conocer las dos versiones del borrador del PGH
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OBJETIVOS DEL PROYECTO GENOMA HUMANO
1. Conocer el qué orden están colocados los genes
2. Determinar la distancia que existe entre los genes (elaboración de mapas génicos)
3. Secuenciar cada gen. (averiguar secuencia de nucleótidos de cada gen)
4. Determinar la función de cada gen
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Aplicaciones del PGH1. Permite conocer nuestros orígenes al comparar nuestro genoma con el de otras especies.
2. Permite el desarrollo de la medicina genética y personalizada (hoy sabemos ya que diferencias en un solo nucleótido en un gen están asociadas a la enfermedad de Alzheimer)
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Conclusiones del PGH1. El número de genes es relativamente bajo (menos de 25 000) comparado con el de otros genomas. Tenemos unos 3 200 millones de nucleótidos
2. Cada gen puede codificar para unas 5 proteínas diferentes, gracias al procesamiento alternativo del ARNm
3. Sólo el 1,5 % del ADN constituye genes que codifican proteínas. El resto es ADN basura cuya función se desconoce.
4. Nos diferenciamos del chimpancé en un 1 % del genoma.
5. Con el análisis del genoma es imposible distinguir una etnia de otra.6. Los seres humanos nos diferenciamos entre sí aproximadamente en un nucleótido de cada mil.
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3,5 mil millones de pares de bases, unas 25 enciclopedias de tipo medio de 20 tomos cada una y con las letras:
........................................TTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGTTAGTAGCCTTACCTTACCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTTGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTCTAGCCTTACCTTAACCTATAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGAAGGCTAGCTGACTGAAGGCTTGAGGCCAGCTATATTAGCCTATATATCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGACTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACCTAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGTCCTAGGCGCATTAGCTAGCTAGCCTTACCTTAACC
TAAACCTAGGCCTAGCCTACGGCTGCTAGCTGAAGGC........................................................
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PROTEÓMICA: disciplina que realiza un estudio sistemático del conjunto de proteínas codificadas por el genoma de un individuo. La proteómica utiliza las siguientes técnicas:
extracción de proteínas del tejido del individuo.
Separación e identificación.
Análisis e identificación con bancos de datos
Las proteínas presentes en la especie humana supera el número de genes, y son estas ( y no los genes) las que desempeñan las actividades de la célula.