Procesos Moleculares Clave
Duplicación: La molécula de ADN va separando sus dos cadenas. Cada cadena sirve como molde para que se coloquen los nucleótidos complementarios y se forma una nueva cadena complementaria. Al final se obtendrán dos cadenas de ADN iguales, una como la antigua y otra nueva. Se utilizan la ADN polimerasa, la ADN polimerasa primasa, ADN ligasa, helicasa. Se forma en dirección 5’→3’ de forma continua y la que se forma en dirección 3’→5’, será de manera discontinua mediante fragmentos de Okazaki.
Transcripción: A partir de un gen se sintetiza un ARNm complementario al gen. Ocurre en el núcleo. Interviene el gen de ADN, nucleótidos, enzima ARN polimerasa. El promotor es donde inicia y en los terminadores finaliza.
Traducción: Es la síntesis de una proteína a partir de ARNm y se realiza en los ribosomas. El ARNm va a un ribosoma, éste lo lee de 3 en 3 y en dirección 5’→3’. Los ARNt llevan los aminoácidos al ribosoma para que cada ARNm tenga su aminoácido complementario. El codón de inicio siempre es AUG. A medida que se leen los codones, los ARNt aportan los aminoácidos que se unen con enlaces peptídicos y se forma la proteína. Cada ARNt para unirse con su aminoácido necesita energía (ATP) y una enzima específica. La proteína adquirirá una estructura secundaria y terciaria mediante pliegues y enlaces entre aminoácidos.
Regulación de la Expresión Genética: Es muy importante para todas las células, ya que cada célula expresa solo los genes que necesita para sintetizar las proteínas según sus necesidades. Los genes expresados dependerán del tipo celular, las necesidades de la célula en cada momento… además es importante para la diferenciación celular en los pluricelulares.
Regulación en Procariotas
Para regular la transcripción de los genes, puede darse el modelo operón, un sistema complejo en el que se activa o desactiva la transcripción de unos genes consecutivos, que intervienen en procesos metabólicos relacionados según sustratos activadores o inactivadores.
Detalle del Operón Lactosa
La lactosa es la sustancia activadora. Si hay mucha lactosa en el medio se utilizará como nutriente. La propia lactosa activará el sistema para expresar los genes que se necesitan.
Regulación en Eucariotas
Los mecanismos de regulación son más complejos y pueden ocurrir a distintos niveles:
- Grado de condensación de la cromatina: Los genes muy condensados en heterocromatina no se expresan, ya que no son accesibles a las enzimas de transcripción. Los genes en forma de eucromatina son los que pueden expresarse. Durante el desarrollo embrionario se especializan las células en distintos tipos.
- Factores de transcripción: La ARN polimerasa se tiene que unir a varios factores de transcripción generales y forman el complejo de iniciación y después se une al promotor, iniciando la transcripción. En cada tipo de célula actúan otros factores de transcripción activadores o represores.
- Proceso de splicing alternativo: En la maduración, pueden producirse diferentes ARNm del mismo pre-ARNm si cambia la manera de unir los exones. Por tanto, se traducen diferentes proteínas.
Vectores de Clonación
Es un agente que permite unirse a un gen de interés, transportarlo hasta la célula receptora y es capaz de expresar ese gen y replicarse autónomamente.
Plásmidos
Son fragmentos circulares, extracromosómicos de bacterias que tienen capacidad de expresar su gen y replicarse. Pueden introducirse fácilmente en bacterias, por conjugación o transformación. Se utilizan como vectores, se les introduce el gen de interés y se aseguran que tengan bien el promotor al inicio del gen, un origen de replicación y el marcador, que puede ser de resistencia a antibióticos…
Fagos
Son virus que parasitan bacterias, son de ADN y tienen una cápsula compleja, cabeza y cola. Son capaces de inyectar su ADN en bacterias, expresar sus genes apoderándose del metabolismo de la bacteria para generar muchas copias de ellos. Para usarlo como vector, se eliminan los genes del ciclo lisogénico con enzimas de restricción y se añade el gen de interés con ligasas, luego el ADN recombinante se introduce en la cabeza del fago.
Técnicas Clave
Técnica PCR
Permite a partir de una cantidad muy pequeña de ADN, hacer muchas copias y tener más ADN para identificarlo bien. En la PCR, con un termociclador, un trozo de ADN se somete a muchos ciclos de replicación. Se usa en medicina forense. La PCR ha sido posible al descubrir enzimas polimerasas que resisten altas temperaturas. Proceden de bacterias que viven en aguas termales. Está la Taq polimerasa.
- Sube T a 95°: Se desnaturaliza el ADN separando las cadenas.
- Baja T a 55°: Se hibridan los cebadores.
- Sube T a 70°: Actúa la Taq polimerasa, uniendo nucleótidos a cada cadena a partir del cebador.
Técnica CRISPR-Cas
Técnica de edición genética, permite localizar un gen concreto, cortar zonas, modificarlas… Y así se inactiva o modifican genes para que funcionen bien. CRISPR-Cas9 se compone de ADN guía y enzima Cas9.
Terapia Genética
Cura de enfermedades genéticas en humanos introduciendo el gen correcto o anulando algún gen que no funciona bien. Solo está permitido en células somáticas.
- Ex vivo: Se extraen células del paciente, las modifican, comprueban que se han modificado y se las reintroducen.
- In vivo: El gen se introduce en la sangre o en tejidos. Se mete el vector con el que quieres modificar.
Organismos Modificados Genéticamente (OMG)
Ser vivo al que han alterado algún gen usando técnicas de ingeniería genética. Un OMG es un organismo transgénico cuando se le han introducido genes de otro organismo.
Primero se localiza y obtiene el gen de interés, luego se une el gen al vector, luego se pone en contacto el vector con el organismo receptor para introducirlo y por último se comprueba que se expresa el gen introducido.
Animales Transgénicos
Es más complicado y menos exitoso que en humanos. Se usan los vectores virales, técnicas CRISPR-Cas9. Al tener reproducción sexual el gen reproducido no se hereda. Las aplicaciones en medicina son en ratones con genes de enfermedades humanas o ratones con algún gen suprimido y cerdos transgénicos con genes humanos para obtener órganos para trasplantes.