unidad xiv biologia molecular
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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