unidad xiv biologia molecular

Pr o f es o r a : Zu lay Cas t i l l o

♣ La base química de la herencia es el ADN, este se encuentra

organizado en genes .

♣ Esos genes codifican información , que es transcrita o copiada

en forma de ARNm

♣ Es el ARNm quien se encarga de llevar la información para

que sea traducida.

♣ Esos genes no funcionan de manera autónoma, son

dependientes de la regulación por transducción de señales y

productos de los mismos genes

Avery, MacLeod y McCarty (1944):

El DNA contiene la información

genética. Determinación genética del

carácter (tipo) de la cápsula de un

neumococo específico podía ser

transmitida a otro neumococo de un

tipo capsular diferente introduciendo

DNA purificado del primer tipo en el

segundo.

Reglas de Chargaff para ADN de Doble hélice, 1949

En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron

los datos químicos y físicos del ADN y propusieron el

modelo estructural del ADN, con las siguientes

características:

♣ Las dos hebras están enrolladas una alrededor de

la otra formando una doble hebra helicoidal

♣ Las dos cadenas de polinucleótidos se mantienen

equidistantes, al tiempo que se enrollan en torno a un

eje imaginario

♣ El esqueleto azúcar-fosfato sigue una trayectoria

helicoidal en la parte exterior de la molécula

♣ Las bases se dirigen hacia el interior. Las de una

hebra enfrentadas con la de la otra (pb) e interactúan

entre si por puentes de H. Cada pb esta en el mismo

plano y este es perpendicular al eje de la hélice

Constituido por 4 desoxinucleótidos:

Desoxiadenosina, desoxiguanosina,

desoxicitidina, desoxitimidina

Los pares de bases están conformados:

A ----- T y C ------- G

Gobierna la síntesis de proteínas, la

información (código genético) está

determinada por la secuencia de

nucleótidos. NO TODO EL ADN

ESTÁ FORMADO POR GENES

♣ El “inicio” se define como 5‘ y el “fin” como 3‘

♣ Los términos 5’ y 3’ indican la posición de los nucleótidos en el esqueleto de ADN en relación con la molécula de azúcar

♣ Las dos cadenas de la doble hélice están orientadas en direcciones opuestas

ADN B: hélice orientada a la

derecha con una distancia de

3,4 Aº entre pares de bases y

10,4 pares de base por

vuelta.

Forma predominante in vivo.

Dependen del enrollamiento de la cadena y su

orientación:

ADN A: predomina en los

híbridos ADN-ARN es

similar a la B pero mas

compacta 2,3 Aº entre

pares de bases y 11 pares

de bases por vuelta.

ADN Z: las bases de las dos

cadenas se posicionan mas

hacia la periferia de una

hélice orientada a la

izquierda. Hay una distancia

de 38 Aº entre pares de

bases y 12 bases por vuelta

Constituido por una sola hebra,

sus nucleótidos son: Uridina,

Adenosina, Guanosina, Citdina.

Es de 5 a 10 veces más

abundante que el ADN

Tipos

ARNr

ARNm

ARNt

♣ ARN heterogéneo nuclear (hnRNA).

♣ ARN mensajero (mRNA).

♣ ARN ribosómico (rRNA).

♣ ARN de transferencia (tRNA).

♣ ARN citoplasmático pequeño (scRNA)

♣ ARN nuclear pequeño (snARN)

Representa las moléculas precursoras del RNAm que son

transcritas directamente del DNA y que codifican para una proteína

determinada.

Incluye secuencias codificantes (exones) y no codificantes

(intrones). Es el RNA que será procesado.

ARNhn

Representan las moléculas procesadas del hnRNA que codifican

para una proteína determinada. Su secuencia de nucleótidos es traducida

en una secuencia de aminoácidos en el proceso de traducción para

sintetizar una proteína .

Se incluyen formas muy heterogéneas tanto en tamaño como en

secuencia, existiendo, en general, una molécula de mRNA para cada gen

o grupo de genes que vayan a expresarse

Es el más pequeño con unos 75

nucleótidos de medida. Su función es

transportar los aminoácidos en forma

activada hasta el ribosoma, durante el

proceso de traducción del mRNA. Existe

al menos un tipo de tRNA para cada uno

de los 20 aminoácidos.

Todos presentan en su extremo

3´ la secuencia de nucleótidos CCA,

independientemente del aminoácido que

transporten. El extremo 3´ constituye el

extremo aceptor del aminoácido.

Es el tipo de ARN predominante en la célula, forma

parte de los ribosomas y por ende participa en la traducción

de proteínas. Actúan como ribozimas en la síntesis

protéica, teniendo actividad peptidil-transferasa,

permitiendo la formación del enlace peptídico.

Hay diferentes tipos en función de sus coeficientes de

sedimentación:

Procariotas: 16 S (Subunidad pequeña 30S); 23 S y 5 S

(Subunidad grande 50S)

Eucariotas: 18S (Subunidad pequeña 40S); 28S, 5,8S y 5S

(subunidad grande 60S)

Participa en el proceso de soldadura de los exones durante

la formación del ARNm. Son pequeñas secuencias de unos

150 nucleótidos de media.

Es un ARN de unos 300 nucleótidos es el RNA que forma

parte del SRP (Signal Recognition Particle) que ejerce una

función específica en el envío de proteínas recién

sintetizadas hacia compartimentos intra-o extracelulares.

Secuencias pequeñas de unos 150 nucleótidos de

media. Participan en el proceso de eliminación de

intrones y unión de exones.

Forma parte de los espliceosomas (SNURPS,

factores de empalme y pre-ARNm), que participan en la

maduración del ARNm

ADN ARN

El azúcar es la

desoxirribosa

El azúcar es la

ribosa

Sus bases son:

A, T, C, G

Sus bases son:

A, U, C, G

Conformado por

doble tira

Es solo una tira

de nucleótidos

Familia

homogénea

Familia

heterogénea

ADN polimerasas ARN polimerasas

Histonas:

Proteínas asociadas con la

cromatina del DNA.

Nucleosomas:

Unidad estructural construida

con ocho moléculas de histona

y DNA superenrollado con giro

a la izquierda.

1 Bucle son 50x106pb

1 Roseton son 6 bucles

1 Vuelta de espiral son 30 rosetones

2 Cromatidas con 2x10 vueltas de espiral

Proceso por el cual se sintetiza el

ADN y se dice que es

semiconservativa porque las

cadenas de ADN parental sirven

como moldes para las dos cadenas

complementarias

Cada molécula generada por el

proceso de replicación contiene

una cadena parenteral intacta y

una nueva de síntesis.

En procariotas el ADN es circular, este proceso de replicación ha sido

ampliamente estudiado en E. coli. La replicación tiene un lugar de inicio denominado OriC, al cual se

unen aproximadamente 30 moléculas de proteína A y su característica

principal es ser bidireccional.

Con ayuda de proteínas de replicación las hebras parentales se

separan en OriC y se forma una doble horquilla que se desplaza en

ambos sentidos alejándose del origen.

En procariotas la replicación debe ser guiada por la

intervención de las siguientes enzimas:

Enzima Función

Helicasa Separan las cadenas y desenrollan la doble hélice parental

Topoisomerasa Alivia el superenrrollamiento, en la doble cadena parental por

efecto de la separación de las cadenas

Polimerasas

Se encargan de elongar la cadena de nucleótidos, siendo la

principal pol III todas copian molde 3’----5’, es decir polimerizan en

sentido 5’ ---- 3’.

Proteínas de unión

de cadena sencilla

Impiden que las cadenas se reasocien y las protegen del ataque

de enzimas que escinden los enlaces fosfodiéster en el ADN de

cadena única.

Primasa Sintetizar el cebador (ARN)

Cebadores:

Para que la ADN polimerasa pueda dar inicio a la síntesis es

necesario un extremo 3’-OH libre que es aportado por el

cebador (oligonucleótido de ARN) y se sintetiza en dirección

5’ 3’ por una primasa (ARN polimerasa) que añade

inicialmente un desoxirribonucleótido al grupo 3’-OH y luego

continúa añadiendo al extremo 3’ de la cadena en

crecimiento.

Eliminación de errores en el apareamiento de

bases:

El primer punto de control es ejercido por la Pol III

en su función exonucleasa y tras la replicación

otros mecanismos reparan apareamientos erróneos

que escapan a la primera corrección de errores.

El proceso es similar que en procariotas las

diferencias principales radican en el tamaño del

ADN eucariota y la asociación del ADN eucariota

con las histonas en los nucleosomas.

Hay muchos puntos de origen para la replicación

de este ADN.

Polimerasas en eucariotas:

Existen al menos 9 clases de ADN polimerasas (α,

β, γ, δ, ζ, ε, κ, η, ι) la δ es la principal enzima

replicativa las polimerasas α, β y ε participan en la

reparación del ADN, la polimerasa γ en la replicación

del ADN mitocondrial.

HORQUILLA EN PROCARIOTAS

HORQUILLA EN EUCARIOTAS

En 1968, Reiji Okazaki demostró que la síntesis de

una de las cadenas (conductora) en dirección 5’-3’

hacia la horquilla es continua y la otra cadena

(retrasada) es discontinua y se sintetiza en

fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki) en sentido

5’------3’ alejándose de la horquilla para

posteriormente unirse pero e conjunto el proceso

avanza hacia la horquilla de replicación.

Modelo de acción

de la helicasa

Desenrollamiento del ADN

parental

Enrollamiento de las

hebras de ADN en la

cabeza de la horquilla de

replicación

Rotura transitoria que sirve

como eslabón giratorio

para permitirla rotación

libre de las hebras de ADN

Errores de replicación: Alteraciones de la polimerasa en la

selección del nucleótido por ejemplo ocasionado por presencia

excesiva de un nucleótido en particular.

Daños espontáneos: Ocurre a 37°C, que se pierden bases

espontaneamente quedando sitios apurinicos o apirimidicos que

influyen en la sintesis de la cadena complemantaria.

Daños endógenos: Producidos por radicales libres.

Daños exógenos:

A) Radiaciones ionizantes (rayos X y γ) producen

ruptura de doble cadena, bases dañadas.

B) Radiaciones UV produce dimerización de pirimidinas

REPARACIÓN DIRECTA: por este mecanismo se reparan metilación de

guanina y en alguno casos dimeros de pirimidinas, no hay intervención de

nucleasas ni ADN polimerasas.

REPARACIÓN INDIRECTA: Con intervención de nucleasas y ADN

polimerasas, se requiere hebra molde perteneciente al mismo cromosoma o

cromosoma homólogo.

Escisión de base: reparación puntual de alteraciones en bases nitrogenadas,

se origina un sitio AP que luego es retirado y se resintetiza la hebra.

Escisión de nucleótidos: reparación de alteraciones que distorsionan la

conformación del duplex y que obstaculizan la trascripción y replicación (bases

alteradas o mal apareadas). Una nucleasa escinde una porción de la hebra

próxima al daño y luego se resintetiza.

Recombinación de regiones homólogas/unión de fragmentos terminales de

hebras rotas: reparan lesiones en las que se afectan ambas hebras o en las

que no existe una hebra que pueda actuar como molde fiable. Mecanismo

complejo.

Proceso de síntesis de ARN. Mecanismo celular por

el cual la información genética contenida en el ADN

es transferida a una molécula de ARN

Durante la transcripción la información genética del ADN es

copiada al ARN mensajero (ARNm):

La transcripción comienza al inicio del gen, en 5' (región del

promotor) y continua hasta el fin del gen en 3'.

La secuencia del ARNm es complementaria a la del molde

de ADN usada para la transcripción, excepto que las bases

de uracilo sustituyen a las timinas.

La nueva molécula de ARN es procesada a través

de:

“Splicing”: escisión de los intrones.

“Capping”: modificación del extremo 5’.

Poli-adenilación: adición de adeninas en el

extremo 3’.

Utiliza el molde de ADN para

polimerizar ribonucleótidos 5´trifosfato

(NTPs).

El crecimiento es en dirección 5´-3´

No requiere un cebador

Solo se trascribe un fragmento del

ADN utilizando una sola hebra,

denominada sin sentido y la otra es la

hebra con sentido.

Fases:

1) Iniciación: tiene lugar en secuencia promotora o

promotores

2) Elongación: por acción de la ARN Polimerasa

(ARNP)

3) Terminación:

a) Independiente del factor

b) Dependiente del factor

1) Pre-iniciación:

Se requiere el reconocimiento de una región promotora, lo cual

se da gracias a los factores de iniciación.

Esos promotores tienen secuencias especificas, muy

conservadas en varias especies (cajas TATA).

La formación del complejo de transcripción se realiza sobre el

promotor TATA, allí se forma el núcleo del complejo de iniciación.

Sobre la caja TATA se fija una proteína de unión (TBP) junto con

el factor de transcripción (TFIID). Después, a ellos se unen otros factores

de transcripción específicos

Esto conforma el complejo de pre-iniciación cerrado (Hemivida 10 seg aprox.)

1) Iniciación:

Apertura de hebras de ADN (helicasa), en las cajas

TATA

Unión de los factores y proteínas de transcripción,

permitiendo el posicionamiento de ARN pol

(Subunidad σ) al molde de ADN.

Esto se denomina complejo abierto. Una vez formado

la ARN pol comienza a unir rNTPs, culminando de

esta manera la fase de iniciación.

Cuando la cadena transcrita alcanza unos 23

nucleótidos se inicia la elongación

2) Elongación:

Sitio para los rNTP, semisaturación de 10μM.

Las primeras reacciones de formación de enlaces

fosfodiester tienen eficiencia baja. Aborto de 2 a 9 residuos.

Disociación de la subunidad σ y se continua por la

polimerasa “core”.

MODELO DE BURBUJA

MODELO DE

GUSANO

3) Terminación:

a) Independiente del factor (características):

Dos segmentos simétricos ricos en GC, que en el

trasncrito forman un bucle troncal.

Trayecto posterior de 4 a 8 residuos de A.

La ARNP reduce la velocidad o realiza una pausa. La

estabilidad de los pbde GC hace que el molde sea

difícil de desenrollar.

b) Dependiente del factor ρ:

Características:

Se lleva a cabo por una proteína con actividad ADN-ARN

helicasa. La proteína ρ (rho) se une al transcrito en

formación cuando la ARNP realiza una pausa.

La pausa de la ARNP en lugares de terminación

dependiente de ρ posiblemente por acción de la proteína

NusA.

Síntesis de proteínas guiada por un molde de ARNm.

No es más que la etapa final de la expresión génica.

Es sólo el primer paso en la constitución de una proteína

funcional.

Todos los ARNm se leen en dirección 5´- 3´.

Las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde el extremo

amino terminal al carboxi terminal.

Cada aminoácido viene codificado por tres bases (codón)

en el ARNm.

Tiene lugar en los ribosomas.

Implica la interacción de tres tipos de moléculas de ARN

(ARNm, ARNt y ARNr).

El ARNt sirve de adaptador entre el ARNm y los

aminoácidos de la proteína.

Etapas:

1) Iniciación: unión del ARNt iniciador y del ARNm a la

subunidad pequeña del ribosoma.

2) Elongación: unión de varios aminoácidos a la cadena

polipeptídica creciente.

1) Terminación: se encuentra el codón de terminación y se

disocia el ribosoma liberando la cadena polipeptídica

sintetizada.

IF: factor de iniciación.

EF: factor de elongación.

RF: factor de liberación.

Factores de traducción. Proteínas que intervienen en cada

una de las etapas de la traducción.

Inicio de la traducción en células

procariotas:

1)Unión de tres factores de iniciación (IF-1,

2 y 3) a la subunidad pequeña ribosómica.

2)Unión a la subunidad ribosómica

pequeña del ARNm y del ARNt iniciador

(fMet). Liberación de IF-3 y unión de la

subunidad ribosómica grande.

3)Unión de la subunidad ribosómica grande

al complejo por hidrólisis del GTP, con

liberación de IF-1 e IF-2 unido a GDP.

Inicio de la traducción en células eucariotas.

1)Unión de tres factores de iniciación (eIF-3, 1 y 1A)

a la subunidad pequeña ribosómica.

2)Llegada al ribosoma del ARNt iniciador (Met) por

el eIF-2 (formando complejo con GTP) y del ARNm

por varios IF.

3)Reconocimiento del codón de iniciación (AUG)

con hidrólisis de ATP.

4)Liberación de eIF-2 y otros IF por hidrólisis de

GTP.

5)Unión de la subunidad ribosómica grande al

complejo.

Etapas de la elongación de la

traducción.

1)Unión del ARNt iniciador

(fMet o Met) al sitio P (peptidil)

del ribosoma.

2)Llegada de un segundo

aminoacil al sitio A (aminoacil)

del ribosoma dirigido por EF-Tu

(unido a GTP) que se libera

luego de la hidrólisis del GTP.

Etapas de la elongación de la traducción.

3)Formación del enlace peptídico y

transferencia del fMet al aminoacil ARNt

ubicado en el sitio A.

4) Translocación del peptidil ala-met al sitio P

y la del ARNt libre al sitio E (liberación).

El sitio A queda vacío, ocasionado por el

desplazamiento del ribosoma tres nucleótidos

a través del ARNm mediado por EF-G por

hidrólisis de GTP.

Terminación de la

traducción.

1) Reconocimiento de un

codón de terminación

(ej: UAA) por un factor

de liberación y no por

un ARNt.

2) Liberación de la cadena

polipeptídica completa y

disociación del ARNt y

ARNm del ribosoma

El código está organizado en tripletes o codones

El código genético es degenerado: existen más tripletes o codones que aminoácidos,

de forma que un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete.

El código genético es no solapado o sin superposiciones: un nucleótido solamente

pertenece a un único triplete.

La lectura es "sin comas": el cuadro de lectura de los tripletes se realiza de forma

continua , sin que existan espacios en blanco.

El código genético nuclear es universal: el mismo triplete en diferentes especies codifica

para el mismo aminoácido. La principal excepción a la universalidad es el código genético

mitocondrial

Con 3 bases hay 64 combinaciones posibles (redundancia)

¿Cuál es la secuencia de aminoácidos que se traduce de esta secuencia de ARN?

CCA CAA GAC UAG

a) Pro GIn Asp Stop b) Pro His Asp Trp

c) His GIn Asp Stop d) Pro GIn His Stop

DADAS LAS HEBRAS CODIFICANTES: 5--TGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGACCATG --3

5--TGCATATCGTAGGCGATAACAATATCAGTCCATCAGCAGCTATC --3

a) REALICE LA PLANTILLA

b) ARNm

c) TRADUZCA EL TRANSCRITO