ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTESMUTACIONES?” UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MÉXICO ASIGNATURA BIOLOGÍA MOLECULAR I UNIDAD 3 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” ALUMNO JUAN JESÚS LÓPEZ ROSAS DOCENTE EN LÍNEA JUAN ROBERTO ISRAEL BUSTOS GARCÍA FECHA DE ELABORACIÓN DEL TRABAJO 04 DE MARZO DEL 2018 CARRERA INGENIERO EN BIOTECNOLOGÍA 1 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” ÍNDICE NOMBRE: NÚMERO DE PÁGINA: Instrucciones 3 Introducción 3 Desarrollo 3-8 Conclusión 8-9 Fuentes consultadas de acuerdo al 9 - 10 formato apa 2 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” INSTRUCCIONES: De acuerdo a los temas desarrollados durante la presente unidad contesta de manera detallada las siguientes preguntas: ¿Qué aminoácidos pueden reemplazar a la metionina (AUG) mediante la mutación de una sola base? presenta todas las opciones posibles, ¿Cuál será el producto proteico final si una secuencia se intercalara con una base extra? ¿Con una base menos?, suponga que ha aislado un nuevo mutante autótrofo para la histidina y a pesar de todos sus esfuerzos no consigue obtener ningún revertiente, ¿Cuál cree que es el origen más probable de la mutante? INTRODUCCIÓN: Esta actividad tiene como finalidad, dar respuesta a los siguientes tópicos de manera detallada: ¿Qué aminoácidos pueden reemplazar a la metionina (AUG) mediante la mutación de una sola base? presenta todas las opciones posibles, ¿Cuál será el producto proteico final si una secuencia se intercalara con una base extra? ¿Con una base menos?, suponga que ha aislado un nuevo mutante autótrofo para la histidina y a pesar de todos sus esfuerzos no consigue obtener ningún revertiente, ¿Cuál cree que es el origen más probable de la mutante? Es imprescindible comenzar diciendo que, las mutaciones son variaciones en la sucesión de nucleótidos de la disposición del ADN llamado “Gen”. Estas variaciones pueden fabricarse por múltiples motivos y dañar a un equiparable o unos cuantos equiparables de cimentaciones. Esta explicación se emplea para diversificarlas de las denominadas mutaciones orgánicas o variaciones cromosómicas, que ocasionan efectos muy rígidos porque perjudican a muchos genes. Los motivos pueden ser: Las propagaciones ultravioletas, elevadas temperaturas, irradiación ionizante, mixturas químicas y equivocaciones en la reproducción y/o restauración del DNA. DESARROLLO: A continuación, daremos solución a los siguientes tópicos de manera detallada: ¿QUÉ AMINOÁCIDOS PUEDEN REEMPLAZAR A LA METIONINA (AUG) MEDIANTE LA MUTACIÓN DE UNA SOLA BASE? PRESENTA TODAS LAS OPCIONES POSIBLES R= La información genética, en el ARNm, se escribe a partir de cuatro letras, que corresponden a las bases nitrogenadas (A, C, G y U), las cuales van funcionalmente agrupadas de tres en tres. Cada grupo de tres se llama codón y lo que hace es codificar un aminoácido o un símbolo de puntuación (comienzo, parada). La estructura celular de la que cada célula tiene muchas, que sintetiza las proteínas a partir de aminoácidos con la información contenida en el ARNm, leyendo los codones, es un agregado molecular complejo llamado ribosoma. Un codón es un triplete de nucleótidos. En el código genético, cada aminoácido está codificado por uno o varios codones. El codón es la unidad de información básica en el proceso de traducción del ARNm. Cada uno de los codones codifica un aminoácido y está correlación es la base del código genético que permite la traducción de la secuencia de ARNm a la secuencia de aminoácidos que compone la proteína. A toda la secuencia de codones de un gen, desde el codón de inicio hasta el último codón antes del de terminación, se le conoce como “Marco de lectura abierto” (ORF, por sus siglas en inglés), debido a que esta es la secuencia que se va a “Leer” para dar lugar a un polipéptido. Cada codón porta la información para pasar la secuencia de nucleótidos del ARNm a la secuencia de aminoácidos de la proteína en el proceso de traducción. Dado que cada codón codifica un aminoácido, hay 64 codones diferentes por combinación de los 4 nucleótidos en 3 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” cada una de las 3 posiciones del triplete, de los cuales se codifican 20 aminoácidos, 3 codones de terminación de la traducción y un codón de inicio de la traducción, el AUG, que codifica la metionina. Salvo la metionina y el triptófano que están codificados por un único codón, los aminoácidos pueden estar codificados por 2, 3, 4 o 6 codones diferentes. Esto hace que el código sea redundante, lo que se denomina código degenerado, porque hay varios codones diferentes que codifican para un solo aminoácido. Los 3 codones de terminación conocidos como codón de terminación, codón de parada o codón stop llamados ocre (UAA), ámbar (UAG) y ópalo (UGA) son los tres tripletes que al no codificar ningún aminoácido ocasionan el cese de la síntesis proteica. Hay un codón de inicio de la traducción, el AUG, que codifica la metionina, es el primer codón de una transcripción de ARNm traducido por un ribosoma. Los codones que codifican un mismo aminoácido muchas veces tienen los dos primeros nucleótidos iguales, cambiando sólo el tercero. Así, cambios en el nucleótido de la tercera posición no suponen cambios en el aminoácido (mutaciones silenciosas). De este modo se minimiza el impacto de mutaciones puntuales cuando éstas ocurren en la tercera posición del codón. En cambio las mutaciones en la primera y segunda posición del codón suelen suponer un cambio de aminoácido (mutaciones missense). Normalmente los aminoácidos con las mismas características físico - químicas presentan el mismo nucleótido en la segunda posición del codón. Así los aminoácidos polares presentan adenina mientras que los apolares presentan uracilo. Mutaciones puntuales en la primera posición dan lugar a aminoácidos similares mientras que cambios en la segunda posición del codón, dan lugar a la incorporación de aminoácidos de propiedades muy diferentes. Mutaciones en cualquiera de las tres posiciones del codón pueden dar lugar a la aparición de codones stop provocando una terminación de la traducción prematura lo que ocasiona que se traduzca una proteína incompleta y en la mayoría de los casos, no funcional (mutaciones nonsense). TABLA DE CODONES SOBRE LOS 64 TRIPLETES POSIBLES ¿CUÁL SERÁ EL PRODUCTO PROTEICO FINAL SI UNA SECUENCIA SE INTERCALARA CON UNA BASE EXTRA? Y ¿CON UNA BASE MENOS? R= Para contestar esta pregunta, tenemos lo siguiente: 4 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” Traducción: Una vez transcrito el ADN, la molécula de ARNm formada contiene la información necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente. La unión de los aminoácidos se realiza mediante enlaces peptídicos. La traducción se lleva a cabo en los ribosomas del citoplasma. Estos orgánulos citoplasmáticos, constituidos por varios tipos de ARNr y de proteínas, tienen una estructura molecular dinámica que permite la correcta realización del proceso en sus diferentes etapas. Básicamente, la biosíntesis de proteínas se desarrolla de la misma manera en las células procariotas y eucariotas, aunque existen algunas diferencias. Antes de que se inicie propiamente la síntesis de las proteínas es preciso que los aminoácidos que van a ser unidos se activen. En esta fase previa, que tiene lugar en el citoplasma y no en los ribosomas, cada aminoácido se une a una molécula de ARNt específica gracias a la acción de las enzimas aminoacil ARNt sintetasas. Para ello es necesario el aporte energético obtenido por la hidrólisis de ATP, que pasa a AMP. Una vez activados los aminoácidos por la formación de los aminoacil ARNt tiene lugar la síntesis de proteínas, que comienza incluso cuando aún no ha acabado la formación del ARNm por completo. El proceso se lleva a cabo en tres etapas: Iniciación, elongación y terminación. 1. Iniciación: En la fase de iniciación, todo el sistema se prepara para llevar a cabo la síntesis proteica: El ARNm se une a los ribosomas citoplasmáticos, cuyas dos subunidades, que se encuentran separadas cuando no están realizando su función, deberán acoplarse. En primer lugar, el ARNm se une por su extremo 5´ a la subunidad menor del ribosoma gracias a un factor proteico de iniciación (IF3). A continuación se produce la fijación del primer aminoacil ARNt por la formación de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias del anticodón del ARNt y las del codón del ARNm. El primer codón o codón de iniciación siempre es 5´AUG3´ y por tanto, el anticodón del primer ARNt es UAC y el primer aminoácido unido a este primer ARNt es la metionina, así supuestamente todas las cadenas proteicas deberían empezar por este aminoácido, aunque este primer aminoácido suele ser eliminado. En el proceso de fijación entre ambos ARN interviene otro factor de iniciación (IF2). Por último se produce el acoplamiento de las subunidades del ribosoma, para lo cual se precisa otro factor de iniciación diferente (IF1). Queda formado así el denominado complejo de iniciación. La porción de ARNm cubierta por el ribosoma corresponde a seis nucleótidos, es decir, a dos codones. Sobre el primero de ellos, AUG, ya está situado el aminoacil ARNt correspondiente, en el lugar denominado sitio P. La zona donde se encuentra el segundo codón es el sitio A. El proceso de iniciación precisa energía, que se obtiene por la hidrólisis del GTP. 5 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” 2. Elongación: En esta etapa, la cadena peptídico se sintetiza por la unión de los sucesivos aminoácidos que se van situando en el ribosoma transportados por los correspondientes ARNt. Par ello es necesario el desplazamiento del ribosoma a lo largo de la cadena del ARNm. En este proceso se pueden diferenciar tres subetapas: A) Unión de un aminoacil ARNt al sitio A: Esto sólo es posible si el anticodón del ARNt es complementario del codón del ARNm que se encuentra allí. En esta subetapa se precisa la hidrólisis del GTP para proporcionar la energía necesaria y dos factores proteicos de elongación. B) Formación del enlace peptídico: Una vez anclados los dos aminoacil ARNt, uno al sitio P y otro en el sitio A, se produce la unión entre los dos aminoácidos gracias a la enzima peptidil transferasa, localizada en la subunidad mayor del ribosoma. Al unirse el primer aminoácido al segundo se desprende de su ARNt, el cual se libera del ribosoma. Se forma de esta manera un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt, el cual se localiza en el sitio A. C) Translocación del dipéptido al sitio P: Se produce el desplazamiento del ribosoma sobre el ARNm en sentido 5´→ 3´. Así, el segundo codón con el ARNt fijado sobre él pasa al sitio P, quedando libre el sitio A, que es ocupado por el tercer codón del ARNm. Sobre éste se fija un nuevo aminoacil ARNt, con la participación de otro factor de elongación. A continuación, se forma un nuevo enlace peptídico entre este aminoácido y el dipéptido situado en el sitio P, con lo que todo el proceso de translocación descrito comienza nuevamente. De este modo, mientras el ribosoma recorre el ARNm, los sucesivos aminoacil ARNt que se van fijando al sitio A van incorporando su aminoácido correspondiente a la cadena peptídico en formación mediante la acción de la enzima peptidil transferasa. En la fijación de cada ARNt se utiliza la energía suministrada por la hidrólisis del GTP. 6 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” 3. Terminación: Existen tres codones de terminación (UAA, UAG y UGA) en el ARNm para los que no hay ARNt con los correspondientes anticodones. Por esta razón, cuando el ribosoma llega a uno de ellos, no se sitúa ningún aminoacil ARNt en el sitio A y la cadena polipeptídica se acaba. En esta fase intervienen unos factores de liberación. Al situarse en el sitio A, estos factores hacen que la enzima peptidil transferasa libere el péptido del ARNt al que está unido, al hacer que reaccione el grupo carboxilo del último aminoácido con agua. También en este proceso se utiliza la energía que proporciona el GTP. Como consecuencia del proceso de traducción se libera: La cadena proteica que, conforme se ha ido sintetizando, ha adquirido su estructura secundaria y terciaria características. Las dos subunidades ribosómicas separadas. El ARNm, que puede volver a ser utilizado, aunque por lo general se degrada según es leído por los ribosomas. Las cadenas de ARNm, por otra parte, suelen ser leídas por más de un ribosoma simultáneamente (polirribosomas o polisomas), lo cual permite una mayor efectividad y un ahorro de tiempo considerable en la síntesis de muchas copias de la misma proteína. La traducción en células eucariotas a partir de las moléculas y estructuras participantes, así como el desarrollo del proceso, son iguales aunque se observan las siguientes diferencias: Entre la transcripción (núcleo) y la traducción (ribosomas) existe una separación, la membrana nuclear. Los ARNm son más estables que los ARNm de los procariotas, además son monocistrónicos. El extremo 5´de los ARNm tiene metil guanosima trifosfato para poder ser identificado por los ribosomas. Los ribosomas tienen ARNr diferentes y su coeficiente de sedimentación es ligeramente distinto (80 S en eucariotas y 70 S en procariotas). El primer ARNt no lleva unido formal metionina, sino metionina. 7 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” SUPONGA QUE HA AISLADO UN NUEVO MUTANTE AUTÓTROFO PARA LA HISTIDINA Y A PESAR DE TODOS SUS ESFUERZOS NO CONSIGUE OBTENER NINGÚN REVERTIENTE, ¿CUÁL CREE QUE ES EL ORIGEN MÁS PROBABLE DE LA MUTANTE? R= La actividad bacteriana presente en algunos alimentos, principalmente en la carne de los pescados (producto de la descomposición bacteriana que se produce después de ser capturado el pez), provoca la degradación del aminoácido histidina presente en la carne, la cual conlleva a que se produzca concentraciones elevadas de histamina en este tipo de alimentos; provocando, una intoxicación alimentaria denominada escombroidosis al aportar histamina al organismo. CONCLUSIÓN: Es muy significativo destacar que las mutaciones puntuales y de otros arquetipos son la génesis de distintos alelos o diferentes variables de un gen en una metrópoli. Cuando coexisten en una metrópoli más de dos variables o alelos de un gen, se les llama alelos múltiples, es decir, las variables de revelación que puede presentar un gen que compila algún prótido o particularidad. Asimismo la versatilidad hereditaria es el fundamento de la elección innata como sintética. Esta última es, en decisivo, la empleada por los fabricantes para escoger las personas más idóneas que constituirán ración de su circunvalación. Hay mutaciones que suscitan alelos que son provechosos para la clase, entretanto, otras suscitan alelos deletéreos o dañinos para las personas que los proceden. Hay una gran cuantía de modelos de afecciones originadas por estos alelos dañinos. Un modelo en puercos, es una mutación puntual en el gen que compila para el conducto de salida del calcio del tejido sarcoplásmico, también denominado recibidor de Rynodina. Esta mutación hace una imperfección en dicho recibidor, la cual no posibilita al calcio internarse, almacenándose en el citoplasma y causando hipertermia. Esto en universal se desata por el estrés, denominándose por ende a esta afección: Síndrome de estrés porcuno “PSS” o hipertermia nociva “HN”. La calidad de la molla de las personas dañadas es mala y por lo tanto igualmente se le denomina síndrome de mollas amarillas, suaves y exudativas “PSE”. Todas las perturbaciones delineadas son debidas únicamente a una conmutación en el nucleótido del cDNA del gen, que induce el canje de Cys por Arg (mutación de trayectoria equivocada). Este gen es llamado gen ryr – 1 (por ryanodina) o gen del halotano “Hal” porque la afección se localiza adormeciendo al animal con halotano. Esta afección es muy 8 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” analizada e investigada en puercos por el detrimento económico que ocasiona, así como en los individuos que a su vez puede padecerla y al igual que en puercos, se origina por una conmutación idéntica. Otra afección o particularidad es el “Doble músculo” (mh) de los vacunos, afección que se determina por un aumento en el volumen muscular de alrededormente un 20%, que es muy habitual en dos etnias europeas: Piamontesa y Belgian blue, aunque se aprecia en muy depreciable asiduidad en otras etnias. Es una condición autosómico de crisis y el gen que lo decreta “Miostatina” tiene su locus en el cromosoma 2 “Locus MSTN”. Es notorio que cinco mutaciones distintas en estas etnias pueden ocasionar esta particularidad. Las más sobresalientes son: Una deleción de 11 pb (pares de bases) ubicada en el rebaño Belgian blue (nucleótidos 819 – 829) que origina la terminalización precoz de la traducción; mientras que en Piamontesa, el reemplazo de GxA en el nucleótido 938 “G938 A”, que define el reemplazo de cisteína por tirosina en el lugar activo de la miostatina. Entrambas mutaciones dan como fruto un prótido no trabajador. Otro modelo de mutación dañino es el gen “Blad Bovine Leukocyte Adhesión Deficiency” es una afección autosómica de crisis que se da en el rebaño Holstein. Esta afección hace que los animales asistentes austeros y repetidos contagios microbianos provocados por una minoración de definidos leucocitos blancos que son fracción del sistema inmune. Una mutación de A por G en la colocación 383 del cDNA (ADN replicación del emisario del gen) del prótido CD18 (prótido de asentamiento) es el promotor de esta afección “Alelo Blad”, este gen se ubica en el cromosoma 1. Coexisten mutaciones que pueden provocar la defunción de la persona que la trae (mutación mortal), indudablemente es un prótido esencial para el crecimiento de la persona. En otras coyunturas pueden suscitarse alelos provechosos, es decir, que producen una variable del gen cuya manifestación es favorable para la persona que la trae y si se difunde a la derivación, fructuosa para la metrópoli. Como arquetipo los antígenos de histo – afinidad o el lance de los alelos que compilan para el procedimiento de agrupaciones apopléticos de individuos “ABO”. En este lance el alelo único o bravío era el A qué diagnostica la fabricación de “Ag”. A sobre el área de los eritrocitos rojos. Mutaciones en la sucesión del gen formaron el reemplazo de cuatro albúminas de los prótidos, concibiendo un nuevo alelo o variable del gen, el “Alelo B”. Este alelo define la elaboración de otro prótido que es de actividad, ya que constituye el advenimiento de Ag. B en los eritrocitos rojos. Finalmente podemos concluir que, una deleción en el gen produce un prótido a funcionar y por ende el alelo O, ya que no elabora ningún Ag en el área de los eritrocitos rojos. Esto ilustra por qué el alelo “A y B” son codominantes y el alelo “O” es recesión en correspondencia al “A y B”. De esta manera observamos como las mutaciones pueden ser tanto dañinas como provechosas a lo largo de la evolución. FUENTES CONSULTADAS DE ACUERDO AL FORMATO APA: De acuerdo a la plataforma. (2018) instrucciones para realizar la actividad 2 ¿Qué secuencia proteica se obtiene de diferentes mutaciones? https://unadmexico.blackboard.com/webapps/blackboard/execute/announcement?method =search&context=mybb&course_id=_46863_1&viewChoice=3 De acuerdo a la plataforma. (2018) unidad 3. Variabilidad genética 9 ACTIVIDAD 2 “¿QUÉ SECUENCIA PROTEICA SE OBTIENE DE DIFERENTES MUTACIONES?” https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%201/BT/05/B BM1/U3/Unidad3.Variabilidadgenetica_131216.pdf De acuerdo a Raisman Jorge y González Ana. (2013) síntesis proteica http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema2.htm De acuerdo a biologiasales. Files. Wordpress. Com. (2008) la base química de la herencia https://biologiasales.files.wordpress.com/2008/09/la-base-quimica-de-la-herencia.pdf De acuerdo a Wikipedia. (2017) histidina https://es.wikipedia.org/wiki/Histidina#Enfermedades_asociadas 10