Unidad XIV biologia molecular

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Unidad XIV biologia molecular

  1. 1. Profesora: Zulay Castillo
  2. 2. ♣ La base química de la herencia es el ADN, este se encuentraorganizado en genes .♣ Esos genes codifican información , que es transcrita o copiadaen forma de ARNm♣ Es el ARNm quien se encarga de llevar la información paraque sea traducida.♣ Esos genes no funcionan de manera autónoma, sondependientes de la regulación por transducción de señales yproductos de los mismos genes
  3. 3. Avery, MacLeod y McCarty (1944):El DNA contiene la informacióngenética. Determinación genética delcarácter (tipo) de la cápsula de unneumococo específico podía sertransmitida a otro neumococo de untipo capsular diferente introduciendoDNA purificado del primer tipo en elsegundo.
  4. 4. Reglas de Chargaff para ADN de Doble hélice, 1949
  5. 5. En 1953, James Watson y Francis Crick combinaronlos datos químicos y físicos del ADN y propusieron elmodelo estructural del ADN, con las siguientescaracterísticas:♣ Las dos hebras están enrolladas una alrededor dela otra formando una doble hebra helicoidal♣ Las dos cadenas de polinucleótidos se mantienenequidistantes, al tiempo que se enrollan en torno a uneje imaginario♣ El esqueleto azúcar-fosfato sigue una trayectoriahelicoidal en la parte exterior de la molécula♣ Las bases se dirigen hacia el interior. Las de unahebra enfrentadas con la de la otra (pb) e interactúanentre si por puentes de H. Cada pb esta en el mismoplano y este es perpendicular al eje de la hélice
  6. 6. Constituido por 4 desoxinucleótidos:Desoxiadenosina, desoxiguanosina,desoxicitidina, desoxitimidinaLos pares de bases están conformados: A ----- T y C ------- GGobierna la síntesis de proteínas, lainformación (código genético) estádeterminada por la secuencia denucleótidos. NO TODO EL ADNESTÁ FORMADO POR GENES
  7. 7. ♣ 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
  8. 8. Dependen del enrollamiento de la cadena y su orientación:ADN B: hélice orientada a laderecha con una distancia de3,4 Aº entre pares de bases y10,4 pares de base porvuelta.Forma predominante in vivo.
  9. 9. ADN A: predomina en loshíbridos ADN-ARN essimilar a la B pero mascompacta 2,3 Aº entrepares de bases y 11 paresde bases por vuelta.
  10. 10. ADN Z: las bases de las doscadenas se posicionan mashacia la periferia de unahélice orientada a laizquierda. Hay una distanciade 38 Aº entre pares debases y 12 bases por vuelta
  11. 11. Constituido por una sola hebra,sus nucleótidos son: Uridina,Adenosina, Guanosina, Citdina. Es de 5 a 10 veces más abundante que el ADNTipos ARNr ARNm ARNt
  12. 12. ♣ ARN heterogéneo nuclear (hnRNA).♣ ARN mensajero (mRNA).♣ ARN ribosómico (rRNA).♣ ARN de transferencia (tRNA).♣ ARN citoplasmático pequeño (scRNA)♣ ARN nuclear pequeño (snARN)
  13. 13. Representa las moléculas precursoras del RNAm que sontranscritas directamente del DNA y que codifican para una proteínadeterminada. Incluye secuencias codificantes (exones) y no codificantes(intrones). Es el RNA que será procesado. ARNhn
  14. 14. Representan las moléculas procesadas del hnRNA que codificanpara una proteína determinada. Su secuencia de nucleótidos es traducidaen una secuencia de aminoácidos en el proceso de traducción parasintetizar una proteína . Se incluyen formas muy heterogéneas tanto en tamaño como ensecuencia, existiendo, en general, una molécula de mRNA para cada geno grupo de genes que vayan a expresarse
  15. 15. Es el más pequeño con unos 75nucleótidos de medida. Su función estransportar los aminoácidos en formaactivada hasta el ribosoma, durante elproceso de traducción del mRNA. Existeal menos un tipo de tRNA para cada unode los 20 aminoácidos. Todos presentan en su extremo3´ la secuencia de nucleótidos CCA,independientemente del aminoácido quetransporten. El extremo 3´ constituye elextremo aceptor del aminoácido.
  16. 16. Es el tipo de ARN predominante en la célula, formaparte de los ribosomas y por ende participa en la traducciónde proteínas. Actúan como ribozimas en la síntesisprotéica, teniendo actividad peptidil-transferasa,permitiendo la formación del enlace peptídico.Hay diferentes tipos en función de sus coeficientes desedimentación: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)
  17. 17. Participa en el proceso de soldadura de los exones durantela formación del ARNm. Son pequeñas secuencias de unos150 nucleótidos de media.Es un ARN de unos 300 nucleótidos es el RNA que formaparte del SRP (Signal Recognition Particle) que ejerce unafunción específica en el envío de proteínas reciénsintetizadas hacia compartimentos intra-o extracelulares.
  18. 18. Secuencias pequeñas de unos 150 nucleótidos demedia. Participan en el proceso de eliminación deintrones y unión de exones. Forma parte de los espliceosomas (SNURPS,factores de empalme y pre-ARNm), que participan en lamaduración del ARNm
  19. 19. ADN ARN El azúcar es la El azúcar es la desoxirribosa ribosa Sus bases son: Sus bases son: A, T, C, G A, U, C, GConformado por Es solo una tira doble tira de nucleótidos Familia Familia homogénea heterogéneaADN polimerasas ARN polimerasas
  20. 20. Histonas:Proteínas asociadas con lacromatina del DNA.Nucleosomas:Unidad estructural construidacon ocho moléculas de histonay DNA superenrollado con giroa la izquierda.
  21. 21. 1 Bucle son 50x106pb1 Roseton son 6 bucles1 Vuelta de espiral son 30 rosetones2 Cromatidas con 2x10 vueltas de espiral
  22. 22. Proceso por el cual se sintetiza elADN y se dice que essemiconservativa porque lascadenas de ADN parental sirvencomo moldes para las dos cadenascomplementarias Cada molécula generada por elproceso de replicación contieneuna cadena parenteral intacta yuna nueva de síntesis.
  23. 23. En procariotas el ADN es circular, este proceso de replicación ha sidoampliamente estudiado en E. coli.La replicación tiene un lugar de inicio denominado OriC, al cual seunen aproximadamente 30 moléculas de proteína A y su característicaprincipal es ser bidireccional.Con ayuda de proteínas de replicación las hebras parentales seseparan en OriC y se forma una doble horquilla que se desplaza enambos sentidos alejándose del origen.
  24. 24. 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 Alivia el superenrrollamiento, en la doble cadena parental por Topoisomerasa efecto de la separación de las cadenas Se encargan de elongar la cadena de nucleótidos, siendo la Polimerasas principal pol III todas copian molde 3’----5’, es decir polimerizan en sentido 5’ ---- 3’. Impiden que las cadenas se reasocien y las protegen del ataqueProteínas de unión de enzimas que escinden los enlaces fosfodiéster en el ADN dede cadena sencilla cadena única. Primasa Sintetizar el cebador (ARN)
  25. 25. Cebadores:Para que la ADN polimerasa pueda dar inicio a la síntesis esnecesario un extremo 3’-OH libre que es aportado por elcebador (oligonucleótido de ARN) y se sintetiza en dirección5’ 3’ por una primasa (ARN polimerasa) que añadeinicialmente un desoxirribonucleótido al grupo 3’-OH y luegocontinúa añadiendo al extremo 3’ de la cadena encrecimiento.
  26. 26. Eliminación de errores en el apareamiento de bases:El primer punto de control es ejercido por la Pol IIIen su función exonucleasa y tras la replicaciónotros mecanismos reparan apareamientos erróneosque escapan a la primera corrección de errores.
  27. 27. El proceso es similar que en procariotas lasdiferencias principales radican en el tamaño delADN eucariota y la asociación del ADN eucariotacon las histonas en los nucleosomas.Hay muchos puntos de origen para la replicaciónde este ADN.
  28. 28. 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 enzimareplicativa las polimerasas α, β y ε participan en lareparación del ADN, la polimerasa γ en la replicacióndel ADN mitocondrial.
  29. 29. HORQUILLA EN PROCARIOTASHORQUILLA EN EUCARIOTAS
  30. 30. En 1968, Reiji Okazaki demostró que la síntesis deuna de las cadenas (conductora) en dirección 5’-3’hacia la horquilla es continua y la otra cadena(retrasada) es discontinua y se sintetiza enfragmentos cortos (fragmentos de Okazaki) en sentido5’------3’ alejándose de la horquilla paraposteriormente unirse pero e conjunto el procesoavanza hacia la horquilla de replicación.
  31. 31. Modelo de acción de la helicasa
  32. 32. Desenrollamiento del ADN parentalEnrollamiento de lashebras de ADN en lacabeza de la horquilla dereplicaciónRotura transitoria que sirvecomo eslabón giratoriopara permitirla rotaciónlibre de las hebras de ADN
  33. 33.  Errores de replicación: Alteraciones de la polimerasa en laselección del nucleótido por ejemplo ocasionado por presenciaexcesiva de un nucleótido en particular. Daños espontáneos: Ocurre a 37°C, que se pierden basesespontaneamente quedando sitios apurinicos o apirimidicos queinfluyen en la sintesis de la cadena complemantaria. Daños endógenos: Producidos por radicales libres. Daños exógenos: A) Radiaciones ionizantes (rayos X y γ) producenruptura de doble cadena, bases dañadas. B) Radiaciones UV produce dimerización de pirimidinas
  34. 34. REPARACIÓN DIRECTA: por este mecanismo se reparan metilación deguanina y en alguno casos dimeros de pirimidinas, no hay intervención denucleasas ni ADN polimerasas.REPARACIÓN INDIRECTA: Con intervención de nucleasas y ADNpolimerasas, se requiere hebra molde perteneciente al mismo cromosoma ocromosoma 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 laconformación del duplex y que obstaculizan la trascripción y replicación (basesalteradas o mal apareadas). Una nucleasa escinde una porción de la hebrapróxima al daño y luego se resintetiza. Recombinación de regiones homólogas/unión de fragmentos terminales dehebras rotas: reparan lesiones en las que se afectan ambas hebras o en lasque no existe una hebra que pueda actuar como molde fiable. Mecanismocomplejo.
  35. 35. Proceso de síntesis de ARN. Mecanismo celular porel cual la información genética contenida en el ADNes transferida a una molécula de ARN
  36. 36. Durante la transcripción la información genética del ADN escopiada al ARN mensajero (ARNm):La transcripción comienza al inicio del gen, en 5 (región delpromotor) y continua hasta el fin del gen en 3.La secuencia del ARNm es complementaria a la del moldede ADN usada para la transcripción, excepto que las basesde uracilo sustituyen a las timinas.
  37. 37. 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 elextremo 3’.
  38. 38. Utiliza el molde de ADN parapolimerizar ribonucleótidos 5´trifosfato(NTPs). El crecimiento es en dirección 5´-3´ No requiere un cebador Solo se trascribe un fragmento delADN utilizando una sola hebra,denominada sin sentido y la otra es lahebra con sentido.
  39. 39. Fases:1) Iniciación: tiene lugar en secuencia promotora o promotores2) Elongación: por acción de la ARN Polimerasa (ARNP)3) Terminación: a) Independiente del factor b) Dependiente del factor
  40. 40. 1) Pre-iniciación: Se requiere el reconocimiento de una región promotora, lo cualse da gracias a los factores de iniciación. Esos promotores tienen secuencias especificas, muyconservadas en varias especies (cajas TATA). La formación del complejo de transcripción se realiza sobre elpromotor TATA, allí se forma el núcleo del complejo de iniciación. Sobre la caja TATA se fija una proteína de unión (TBP) junto conel factor de transcripción (TFIID). Después, a ellos se unen otros factoresde transcripción específicosEsto conforma el complejo de pre-iniciación cerrado (Hemivida 10 seg aprox.)
  41. 41. 1) Iniciación:Apertura de hebras de ADN (helicasa), en las cajas TATAUnión 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 23nucleótidos se inicia la elongación
  42. 42. 2) Elongación: Sitio para los rNTP, semisaturación de 10μM. Las primeras reacciones de formación de enlacesfosfodiester tienen eficiencia baja. Aborto de 2 a 9 residuos. Disociación de la subunidad σ y se continua por lapolimerasa “core”.
  43. 43. MODELO DE BURBUJA
  44. 44. MODELO DE GUSANO
  45. 45. 3) Terminación:a) Independiente del factor (características): Dos segmentos simétricos ricos en GC, que en eltrasncrito forman un bucle troncal. Trayecto posterior de 4 a 8 residuos de A.La ARNP reduce la velocidad o realiza una pausa. Laestabilidad de los pbde GC hace que el molde seadifícil de desenrollar.
  46. 46. b) Dependiente del factor ρ:Características: Se lleva a cabo por una proteína con actividad ADN-ARNhelicasa. La proteína ρ (rho) se une al transcrito enformación cuando la ARNP realiza una pausa. La pausa de la ARNP en lugares de terminacióndependiente de ρ posiblemente por acción de la proteínaNusA.
  47. 47.  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 proteínafuncional. Todos los ARNm se leen en dirección 5´- 3´. Las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde el extremoamino terminal al carboxi terminal.
  48. 48.  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 losaminoácidos de la proteína.
  49. 49. 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.
  50. 50. Factores de traducción. Proteínas que intervienen en cada una de las etapas de la traducción.IF: factor de iniciación.EF: factor de elongación.RF: factor de liberación.
  51. 51. Inicio de la traducción en célulasprocariotas:1)Unión de tres factores de iniciación (IF-1,2 y 3) a la subunidad pequeña ribosómica.2)Unión a la subunidad ribosómicapequeña del ARNm y del ARNt iniciador(fMet). Liberación de IF-3 y unión de lasubunidad ribosómica grande.3)Unión de la subunidad ribosómica grandeal complejo por hidrólisis del GTP, conliberación de IF-1 e IF-2 unido a GDP.
  52. 52. 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) porel eIF-2 (formando complejo con GTP) y del ARNmpor varios IF.3)Reconocimiento del codón de iniciación (AUG)con hidrólisis de ATP.4)Liberación de eIF-2 y otros IF por hidrólisis deGTP.5)Unión de la subunidad ribosómica grande alcomplejo.
  53. 53. Etapas de la elongación de latraducción.1)Unión del ARNt iniciador(fMet o Met) al sitio P (peptidil)del ribosoma.2)Llegada de un segundoaminoacil al sitio A (aminoacil)del ribosoma dirigido por EF-Tu(unido a GTP) que se liberaluego de la hidrólisis del GTP.
  54. 54. Etapas de la elongación de la traducción.3)Formación del enlace peptídico ytransferencia del fMet al aminoacil ARNtubicado en el sitio A.4) Translocación del peptidil ala-met al sitio Py la del ARNt libre al sitio E (liberación).El sitio A queda vacío, ocasionado por eldesplazamiento del ribosoma tres nucleótidosa través del ARNm mediado por EF-G porhidrólisis de GTP.
  55. 55. Terminación de latraducción.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
  56. 56.  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 solamentepertenece a un único triplete. La lectura es "sin comas": el cuadro de lectura de los tripletes se realiza de formacontinua , sin que existan espacios en blanco. El código genético nuclear es universal: el mismo triplete en diferentes especies codificapara el mismo aminoácido. La principal excepción a la universalidad es el código genéticomitocondrial
  57. 57. 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
  58. 58. DADAS LAS HEBRAS CODIFICANTES:5--TGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGACCATG --3  5--TGCATATCGTAGGCGATAACAATATCAGTCCATCAGCAGCTATC --3 a) REALICE LA PLANTILLAb) ARNmc) TRADUZCA EL TRANSCRITO

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