Replicació de l'ADN i mutacions genètiques al Batxillerat

Replicació de l'ADN i Mutacions

2n Batxillerat

1. Replicació de L'ADN

Abans de començar amb el cicle cellular ... Recordem alguns conceptes basics estudiats al tema d'àcids nucleics!

(veure presentació Àcids nucleics)

Elements principals en la replicació de l'ADN

Replicació ADN Chromosome Free nucleotides DNA polymerase Leading strand Original (template) DNA Helicase Lagging strand Replication fork

• Adenine
• Thymine
• Cytosine
• Guanine

DNA polymerase Original (template) DNA strand

Elements principals en la replicació de l'ADN: Enzims i proteïnes

Proteïnes iniciadores	S'uneixen a l'origen o punt on comença la replicació i separen les cadenes d'ADN per començar el proces.
ADN helicasa	Desenrotlla la doble helix en la forqueta de replicació.
Proteïnes d'unió a l'ADN monocatenari	S'associen a l'ADN de cadena simple i eviten que les dues cadenes separades es tornin a unir.
ARN primasa	Sintetitza els ARN encebadors per proporcionar un extrem 3' perquè l'ADN polimerasa pugui començar la sintesi d'ADN.
ADN polimerasa	Sintetitza la nova cadena d'ADN, elimina els ARN encebadors i els reemplaça per ADN.
ADN ligasa	Uneix els fragments d'ADN un cop els ARN encebadors han estat substituïts per ADN.
ADN topoisomerasa	Elimina els superenrotllaments per davant de la forqueta de replicació.

Replicació en procariotes i eucariotes

ADN polimerases

PROCARIOTES - Posseeixen 3 tipus d'ADN polimerases: ADN polimerases I, II i III. - La principal responsable de la replicació del cromosoma bacterià és l'ADN polimerasa III.

EUCARIOTES - Contenen 5 tipus d'ADN polimerases « (alfa), ß (beta), y (gamma), 8 (delta) i € (épsilon). - Les principals responsables de la replicació de l'ADN nuclear són les ADN polimerases 8 İ €.

Replicació en procariotes i eucariotes

Orígens i terminacions de replicació

PROCARIOTES - Un sol origen de replicació (un replicó) i hi ha dues terminacions de replicació (una per cada cadena), situades al pol oposat al de l'origen de replicació.

Múltiples orígenes de replicación en los cromosomas eucarióticos

Origen Origen Origen Origen

Replicón Replicón Replicón Replicón

EUCARIOTES - Genomes d'eucariotes molt més grans. - Contenen diversos cromosomes i la velocitat de replicació és menor (possiblement a causa de l'empaquetament en forma de cromatina). - Per accelerar la replicacio, posseeixen nombrosos orígens de replicació a cada cromosoma (gran nombre de replicons). - Terminacions de replicació no tenen ubicació fixa, acaben on es troben les forquetes de replicació contigües.

Replicació en procariotes i eucariotes

Naturalesa dels cromosomes

PROCARIOTES -> ADN circular, sense extrems.

EUCARIOTES -> ADN lineal, amb extrems.

• Quan s'elimina l'ARN encebador dels extrems dels cromosomes, queden extrems 5' als quals les ADN polimerases no poden afegir nucleotids. Això implicaria que els cromosomes s'escurcen progressivament.
• Telomers: regions curtes no codificants als extrems dels cromosomes per evitar escurçament. Es fan servir de plantilla per la sintesi de ARN encebadors dels extrems. Amb cada replicació, una part de les sequencies telomèriques es perd, però la porció codificant del cromosoma no queda afectada.
• En consequencia la cellula nomes es pot dividir un nombre limitat de vegades. Per aquesta raó els telomers es relacionen amb l'envelliment cel·lular.

(a) Replication fork Origin of replication Newly synthesized DNA 1-Replication bubble 88 parental DNA origin of replication parental DNA new DNA replication bubble replication fork parental DNA two new DNA strands

Mutacions

L'ADN és una molecula molt estable, que es replica amb gran precisio, fet que permet que la seva informació genetica es transmeti sense canvis a la descendència.

Les MUTACIONS són modificacions en el material genetic, produïdes per canvis en l'estructura i errors en la replicació, que comporten canvis als gens.

Com a consequència pot donar-se:

• Mort cellular
• Gran quantitat de malalties, com per exemple el cancer
• Variabilitat genètica -> Adaptació a canvis ambientals i evolució

Organismes unicellulars: transmeten totes les mutacions a la descendencia.

Organismes multicellulars: només es transmeten a la descendencia les mutacions que afecten les cellules germinals o reproductives.

Mutacions Drosophila melanogaster

(mosca del vinagre o de la fruita)

Normal Ojos más pequeños Alas cortadas Alas rudimentarias Abdomen girado Alas laterales Alas enrolladas Abdomen doble Alas abiertas

Mutacions

Segons la cèl·lula afectada

Mutacions somàtiques - Es donen en cèl·lules somàtiques. - Afecten només a l'individu que les presenta. - No tenen importancia des del punt de vista evolutiu.

Mutacions germinals - Es donen en cèl·lules reproductives. - Totes les cèl·lules del descendent tindran la mutació. - Faciliten l'evolució de l'espèce.

Tipus de mutacions

Mutacions gèniques o puntuals

Les mutacions gèniques consisteixen en l'alteració de la sequencia de nucleotids d'un gen i es poden deure a:

1. Insercions o delecions: addició o eliminació, respectivament, d'un parell de nucleòtids o de més.

Efectes fenotípics: canvis en el marc de lectura de l'ARNm i alteren tots els aminoacids codificats pels codons.

Normal CATCATCAT Adición CATCAGGTCAT Supresión CATCCAT

Tipus de mutacions

Mutacions gèniques o puntuals: Substitucions de bases

2. Substitucions de bases: canvi d'un sol nucleotid per un altre.

Efectes fenotípics: alteració d'un codo a l'ARNm. Poden generar:

• Mutacions de canvi de sentit: el nou codó codifica un aminoacid diferent i hi ha un canvi en la sequencia d'aminoàcids.
• Mutacions sense sentit: el nou codo és de terminació i la traducció s'acaba prematurament. Proteïna resultant més curta, probablement no funcional.
• Mutacions silencioses: el codo nou codifica el mateix aminoacid, no hi ha canvis a la sequencia.

A U G A A U U U G G C U A A ARNm 5' 3' Proteïna MET LYS PHE GLY STOP

A U G A A U U U U G G C U A A ARNm 5' 3 Proteïna MET ASN PHE GLY STOP

Mutació "nonsense" ( sense sentit )

Normal 1 --- CAT GTT GCA TGC CAG CTA GTC TTC --- --- His Val Cys Ala Gin Leu Val Phe ---

C>T --- CAT GTT GCA TGC TAG CTA GTC TTC --- --- His Val Cys Ala [STOP

Exemple mutació gènica: Albinisme

Tipus de mutacions

Mutacions cromosòmiques

Les mutacions cromosomiques (o estructurals) afecten diversos gens.

1. Delecions: pèrdua d'un segment de cromosoma. Efectes fenotípics: poden ser greus i fins i tot letals si els gens perduts són essencials.

2. Duplicacions: duplicació d'un segment de cromosoma. Efectes fenotípics: augmenta el nombre de copies dels gens que pot comportar desequilibris en la quantitat de productes genics i afectar al fenotip. Tenen gran importancia evolutiva, són font de nous gens.

A A B B C Deletion of segment D C D E E F F G G H H

A A B B C Duplication of BC segment C B E C F D G E H F G H D

Tipus de mutacions

Mutacions cromosòmiques: Inversions

Les mutacions cromosomiques (o estructurals) afecten diversos gens.

3. Inversions: un segment se separa, gira 180º i es torna a acoblar. Son pericentriques si inclouen el centromer i paracentriques si no l'inclouen.

Efectes fenotípics: efectes fenotípics importants, poden trencar gens o crear grups nous.

a) Pericentric inversion (includes centromere) A B B C C F D F E E E a F D G G H H

b) Paracentric inversion (does not include centromere) A A B D D C C C D B B E E F F G G H H A

Tipus de mutacions

Mutacions cromosòmiques: Translocacions

Les mutacions cromosòmiques (o estructurals) afecten diversos gens.

4. Translocacions: intercanvi de segments entre cromosomes no homòlegs (recíproques) o pel desplaçament d'un segment a un altre lloc del mateix cromosoma o a un altre cromosoma (no recíproca).

Efectes fenotípics: efectes fenotípics importants, poden trencar gens o crear grups nous que alteren la regulació gènica.

a) Nonreciprocal intrachromosomal translocation

b) Nonreciprocal interchromosomal translocation

c) Reciprocal interchromosomal translocation

A A A M A M A M M A B N N B - C E C O E B C O O P D P C Q E B E O E Q D R F C F R H P F R E G G G Q G F H H H R H G H B D B N D N D F D P F C Q G

Tipus de mutacions

Mutacions genòmiques

Les mutacions genomiques alteren el nombre de cromosomes propi de l'espèce.

1. Aneuploïdies: augment o disminució d'un o diversos cromosomes. Es deuen a alteracions en el repartiment de cromosomes durant la mitosi o la meiosi.

• Nul lisomies: falten un parell de cromosomes homòlegs -> 2n-2, n és el nombre haploide de cromosomes.
• Monosomies: manca un sol cromosoma d'un parell determinat -> 2n-1
• Trisomies: guany d'un cromosoma. Això vol dir que hi ha 3 copies homologues d'un cromosoma -> 2n+1

Exemple: Individu diploide, amb 6 cromosomes · Normal: AA BB CC (2n = 6 ) · Amb nul·lisomia: AA BB 00 (2n-2 = 4 cromosomes) · Amb monosomia: AA BB CO (2n-1 = 5 cromosomes) · Amb trisomia: AA BB CCC (2n+1 = 7 cromosomes) · Amb tetrasomia: AA BB CCCC (2n+2 = 8 cromosomes)

Efectes fenotípics: afecten greument el fenotip, en la majoria d'animals i en moltes plantes son letals.

Exemples d'aneuploïdies: Síndrome de Down

Trisomia del cromosoma 21 (2n+1 = 47 cromosomes)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C

13 14 15 16 17 18

Les persones afectades presenten unes caracteristiques físiques comunes, retard en el desenvolupament físic, mental i social, i problemes de salut associats, com ara cardíacs, digestius o visuals.

Cariotip

88 19 20 21 22 X 8 Y

Exemples d'aneuploïdies: Síndrome d'Edwards

Trisomia del cromosoma 18

1 5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18

Cariotip

19 20 21 22 X Y

Es caracteritza per un pes baix al néixer i certs caracters inusuals com: el cap petit amb una forma anormal, mandíbula i boca petites, punys apretats amb dits superposats i defectes al cor, els pulmons, els ronyons, els intestins i l'estomac.

Molts nadons amb aquest síndrome moren abans de néixer o en el primer mes de vida, alguns poden viure durant uns anys. El síndrome de Edwards augmenta el risc de certs tipus de cancer.

2

Exemples d'aneuploïdies: Síndrome de Patau

1 3 4 in 0 00 0 10 11 12

13 14 15 16 17 18

Cariotip

19 20 21 22 11 X Y

Interfereix directament en el desenvolupament fetal, donant com a resultat malformacions en el sistema nervios, defectes cardíacs i cavitat bucal.

Els nadons amb aquesta malaltia sobreviuen menys de 3 dies de promig, però hi ha alguns casos de supervivencia d'alguns anys.

Trisomia del cromosoma 13 o síndrome de Patau