Unidad XIV biologia molecular
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Unidad XIV biologia molecular Unidad XIV biologia molecular Presentation Transcript

  • Universidad de Oriente Núcleo Bolívar Escuela de Ciencias de la Salud Departamento de Ciencias Fisiológicas Asignatura: Bioquímica UNIDAD XIV.BIOLOGÍA MOLECULAR Prof. Zulay Castillo Pérez
  • ÁCIDOS NUCLEICOS
  • ÁCIDOS NUCLEICOSEl DNA, es la base química de la herencia yestá organizada en genes, unidadesfundamentales de la información genética.Los genes controlan la síntesis de variostipos de RNA, que en su mayor parte estáninvolucrados en la síntesis de proteínas.
  • ÁCIDOS NUCLEICOSLos genes no funcionan de maneraautónoma; su replicación y funcionamientose controlan por varios productos de gen, amenudo en colaboración componentes devarias vías de transducción de señales.
  • ÁCIDOS NUCLEICOSEl conocimiento de la estructura y funciónde los ácidos nucleicos es esencial paracomprender la genética y muchos aspectosde la fisiopatología de la enfermedad, asícomo los fundamentos genéticos de laenfermedad.
  • ÁCIDOS NUCLEICOS Avery, MacLeod y McCarty (1944): El DNA contiene la información genética. Determinación genética delcarácter (tipo) de la cápsula de un neumococo específico podía ser transmitida a otro neumococo de un tipo capsular diferenteintroduciendo DNA purificadodel primer tipo en el segundo.
  • Reglas de Chargaff para ADN de Doble hélice, 1949
  • ÁCIDOS NUCLEICOSLa información Genética reside en el orden de lasunidades monoméricas en los polímeros, por lo quedebe existir un mecanismo para reproducir o replicaresta información específica con un elevado grado defidelidad.Ese requerimiento, junto con los datos de Chargaff,condujo a Watson, Crick (1953) a proponer el modelode una molécula de doble tira del DNA.
  • Estructura tridimensional de la molécula de ADN
  • Apareamiento entre bases nitrogenadas
  • ÁCIDOS NUCLEICOS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
  • ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)Constituido por 4 desoxinucleótidos:desoxiadenosina, desoxiguanosina,desoxicitidinay desoxitimidinaAzúcar + fosfato + base nitrogenadaParejas: A con T/G con CGobierno de la síntesis de proteínasInformación – código genéticosecuencia de nucleótidosNo todo el ADN está formado por genes
  • TIPOS DE ADN Dependen del enrollamiento de la cadena y su orientación:ADN B: hélice orientada a laderecha con una distancia de 3,4 Aºentre pares de bases y 10,4 pares debase por vuelta.Forma predominante in vivo.
  • TIPOS DE ADNADN A: predomina en loshíbridos ADN-ARN es similar ala B pero mas compacta 2,3 Aºentre pares de bases y 11 pares debases por vuelta.
  • TIPOS DE ADNADN Z: las bases de las doscadenas se posicionan mas hacia laperiferia de una hélice orientada ala izquierda. Hay una distancia de38 Aº entre pares de bases y 12bases por vuelta
  • TIPOS DE ADN
  • ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)Una sola hebra.Nucleótidos:Uridina, Adenosina, Guanosina, CitdinaAzúcar + fosfato + base nitrogenada5 a 10 veces más abundante que el ADNTipos ARNr ARNm ARNt
  • ARNFormado por nucleótidos unidos por enlacesfosfodiéster. Presenta una composición similar a la delDNA.Generalmente son de cadena sencilla.La estructura secundaria de las regiones de doblecadena, se asemeja a la forma A del DNA, más que a laforma B, la cual no puede ser adoptada debido aimpedimentos estéricos a causa del grupo OH del C2´ dela ribosa.
  • ARNMacromolécula sintetizada por las RNA polimerasas portranscripción de una secuencia de nucleótidos de DNA que sirvecomo molde.A diferencia del DNA el RNA engloba a una familia muyheterogénea.La estructura primaria viene determinada por la secuencia denucleótidos y pueden presentar formas muy variadas deestructuras secundarias, formadas por uniones intracatenarias.También han sido observadas estructuras terciarias para ciertostRNAy rRNA.
  • TIPOS DE RNA EN EUCARIOTASRNA heterogéneo nuclear (hnRNA).RNA mensajero (mRNA).RNA ribosómico (rRNA).RNA de transferencia (tRNA).RNA citoplasmático pequeño (scRNA)
  • ARN HETEROGÉNEO NUCLEAR (hnRNA) Representa las moléculas precursoras del RNAm que son transcritas directamente del DNA y que codifican para una proteína determinada. Incluyen secuencias codificantes (exones) y no codificantes (intrones). Este RNA será procesado.
  • RNA MENSAJERO (mRNA)Representan las moléculas procesadas del hnRNA quecodifican para una proteína determinada. Su secuencia denucleótidos es traducida en una secuencia de aminoácidos enel proceso de traducción para sintetizar una proteína .Se incluyen formas muy heterogéneas tanto en tamaño comoen secuencia, existiendo, en general, una molécula de mRNApara cada gen o grupo de genes que vayan a expresarse
  • ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA)Es el más pequeño con unos 75 nucleótidos de medida. Sufunción es transportar los aminoácidos en forma activada hastael ribosoma, durante el proceso de traducción del mRNA.Existe al menos un tipo de tRNA para cada uno de los 20aminoácidos.Todos presentan en su extremo 3´ la secuencia de nucleótidosCCA, independientemente del aminoácido que transporten. Elextremo 3´ constituye el extremo aceptor del aminoácido.
  • ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA)
  • ARN CITOPLASMÁTICO PEQUEÑO (scRNA)Participa en el proceso de soldadura de los exones durantela formación del mRNA.Son pequeñas secuencias de unos 150 nucleótidos demedia: U1, U2, U3, U4, U5, U6,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 recién sintetizadashacia compartimentos intra-o extracelulares.
  • DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN1) El azúcar en el RNA al cual se adhieren los fosfatos y las bases purínicas y pirimidínicas es la ribosa en lugar de la 2-desoxirribosa del DNA.2) Los componentes pirimidinicos del RNA difieren de los del DNA. Aunque el RNA contiene los ribonucleótidos de adenina, guanina y citosina, no posee timina. En lugar de la timina, el RNA contiene el ribonucleótido de uracilo.
  • DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN3) El RNA existe como tira sencilla y no como molécula helicoidal de doble tira, como el DNA. Sin embargo dada la secuencia de bases complementarias apropiadas con polaridad opuesta, la tira sencilla de RNA, es capaz de doblarse sobre si misma, como una horquilla y adquiere así características de tira doble.
  • EMPAQUETAMIENTO DEL ADNHistonas:proteínas asociadas con la cromatina del DNA.Nucleosomas:unidad estructural construida con ochomoléculas de histona y DNA superenrolladocon giro a la izquierda.
  • EMPAQUETAMIENTO DEL ADN
  • EMPAQUETAMIENTO DEL ADN
  • EMPAQUETAMIENTO DEL ADN 1 Bucle son 50x106pb 1 Roseton son 6 bucles 1 Vuelta de espiral son 30 rosetones 2 Cromatidas con 2x10 vueltas de espiral
  • ÁCIDOS NUCLEICOSTransportar Información
  • REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADN• Proceso por el cual se sintetiza el ADN.• 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.
  • REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADN
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS Las características principales en este proceso dereplicación fueron estudiadas en E. coli. Es bidireccional, se inicia con la unión deaproximada de 30 moléculas de proteína ADN A, aun único punto de origen llamado Ori C.
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS Con ayuda de otras proteínas; las hebrasparentales se separan en esa región y copian segeneran dos horquillas de replicación que semueven en ambos sentidos alejándose del origen.
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASDesenrrollamiento de las cadenas parentales:Es necesario que la hélice se desenrrolle por delante de lahorquilla de replicación para esto actúan las siguientes enzimas:1) Helicasas:separan las cadenas de ADN y desenrrollan la doble héliceparental, las proteínas de unión de cadena sencilla impiden quelas cadenas se reasocien y las protegen del ataque de enzimasque escinden los enlaces fosfodiéster en el ADN de cadenaúnica.
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS2) Topoisomerasas:alivian el superenrrollamiento en la cadena doble parentalproducido por el desenrrollamiento la más importante es laADN girasa3) Polimerasas del ADN:catalizan la síntesis del ADN, E. coli posee 3 ADN polimerasas,la principal es Pol III todas copian una cadena molde en sentido3’-5’ para producir una en sentido 5’-3’ sus sustrato son losdesoxirribonucleótidos fosfato (dATP, dTTP, dGTP, dCTP) paraadición de nucleótidos a la cadena en crecimiento.
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASEliminación de errores en el apareamientode bases:el primer punto de control es ejercido por la Pol IIIen su función exonucleasa y tras la replicación otrosmecanismos reparan apareamientos erróneos queescapan a la primera corrección de errores.
  • SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASCebadores: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 en crecimiento.
  • REPLICACIÓN DEL ADN EN E. COLI
  • ORIGEN DE LA REPLICACIÓN EN CÉLULAS PROCARIOTAS
  • REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTASEl proceso es similar que en procariotas lasdiferencias principales radican en el tamañodel ADN eucariota y la asociación del ADNeucariota con las histonas en los nucleosomas.Hay muchos puntos de origen para lareplicación de este ADN.
  • REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTASPolimerasas en eucariotas: existen almenos 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 participanen la reparación del ADN, la polimerasa γ enla replicación del ADN mitocondrial.
  • REPLICACIÓN DEL ADNUna horquilla de replicación consiste en cuatro componentesque se forman en la secuencia siguiente:1)La DNA helicasa escinde un segmento corto de la dupleta deDNA progenitor.2) La primasa inicia la síntesis de una molécula de RNA parainiciar la síntesis de DNA.3) La DNA polimerasa inicia la síntesis de la tira hija naciente.4) Las Proteínas de Unión al ADN de hebra simple (SSB) seenlazan a DNA y evitan la conversión prematura de ssDNA adsDNA.
  • REPLICACIÓN DEL ADNEn 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) ensentido 5’-3’ alejándose de la horquilla paraposteriormente unirse pero e conjunto el procesoavanza hacia la horquilla de replicación.
  • REPLICACIÓN DEL ADN
  • REPLICACIÓN DEL ADN
  • REPLICACIÓN DEL ADN Modelo deacción de la helicasa
  • REPLICACIÓN DEL ADN 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 ADNModelo de acción de la topoisomerasa
  • REPLICACIÓN DEL ADN
  • TRANSCRIPCIÓNProceso de síntesis de ARN. Mecanismo celular porel cual la información genética contenida en el ADNes transferida a una molécula de ARN
  • TRANSCRIPCIÓNDurante la transcripción la información genética delADN es copiada al ARN mensajero (ARNm):La transcripción comienza al inicio del gen, en 5(región del promotor) y continua hasta el fin del genen 3‘.La secuencia del ARNm es complementaria a la delmolde de ADN usada para la transcripción, exceptoque las bases de uracilo sustituyen a las timinas.
  • TRANSCRIPCIÓNLa nueva molécula de ARN es procesada a travésde:“Splicing”: escisión de los intrones.“Capping”: modificación del extremo 5’.Poli-adenilación: adición de adeninas en elextremo 3’.
  • TRANSCRIPCIÓN ARN PolimerasaUtiliza el molde de ADN para polimerizarribonucleótidos 5´trifosfato (NTPs). El crecimiento es en dirección 5´-3´ No requiere un cebador Solo se trascribe un fragmento del ADN utilizandouna sola hebra, denominada sin sentido y la otra esla hebra con sentido.
  • TRANSCRIPCIÓN intrón intrón ADNARN Síntesis de ARN (transcripción) Escisión de intrones (splicing)Síntesis de proteínas (traducción)
  • TRANSCRIPCIÓN
  • TRANSCRIPCIÓNFases:1)Iniciación: tiene lugar en secuencia promotorao promotores2)Elongación: por acción de la ARN Polimerasa(ARNP)3)Terminación: a) Independiente del factor b) Dependiente del factor
  • TRANSCRIPCIÓN1) Iniciación: Aumento de la afinidad de la enzima ARNP con elADN mediante el factor σ en la interacción con elpromotor. Formación de un complejo promotor cerrado(Hemivida de 10 seg. aprox.). Desenrrollamiento de aprox 12 pb del ADN (-9 a+3, +1 primer nucleótido que se lee). Presente un sitio, que une ATP y GTP consemisaturación de 100μM, Purina en el extremo 5´
  • TRANSCRIPCIÓN2) Elongación: Sitio para los rNTP, semisaturación de 10μM. Ataque nucleofílico por el hidróxilo 3’. Las primeras reacciones de formación de enlacesfosfodiester tienen eficiencia baja. Aborto de 2 a 9residuos. Disociación de la subunidad σ y se continua porla polimerasa “core”.
  • TRANSCRIPCIÓN
  • TRANSCRIPCIÓNModelos de elongación del ADN transcrito:a) Modelo de burbuja
  • TRANSCRIPCIÓNb) Modelo de gusano:
  • TRANSCRIPCIÓN3) 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.
  • TRANSCRIPCIÓNb) Dependiente del factor:Características: Se lleva a cabo por una proteína con actividadADN-ARN helicasa. La proteína ρ (rho) se une altranscrito en formación cuando la ARNP realiza unapausa. La pausa de la ARNP en lugares de terminacióndependiente de ρ posiblemente por acción de laproteína NusA.
  • TRANSCRIPCIÓN
  • TRANSCRIPCIÓN
  • TRADUCCIÓN Síntesis de proteínas guiada por un molde deARNm. No es más que la etapa final de la expresión génica. Es sólo el primer paso en la constitución de unaproteína funcional. Todos los ARNm se leen en dirección 5´- 3´. Las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde elextremo amino terminal al carboxilo terminal.
  • TRADUCCIÓN Cada aminoácido viene codificado por tres bases(codón) en el ARNm. Tiene lugar en los ribosomas. Implica la interacción de tres tipos de moléculas deARN (ARNm, ARNt y ARNr). El ARNt sirve de adaptador entre el ARNm y losaminoácidos de la proteína.
  • TRADUCCIÓN
  • TRADUCCIÓN UTR: regiones que no codifican
  • TRADUCCIÓNEtapas:1)Iniciación: unión del ARNt iniciador y delARNm a la subunidad pequeña del ribosoma.2)Elongación: unión de varios aminoácidos a lacadena polipeptídica creciente.3)Terminación: se encuentra el codón determinación y se disocia el ribosoma liberando lacadena polipeptídica sintetizada.
  • TRADUCCIÓN
  • TRADUCCIÓN 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.
  • TRADUCCIÓNInicio de la traducción en células 1)procariotas.1)Unión de tres factores de iniciación(IF-1, 2 y 3) a la subunidad pequeña 2)ribosómica.2)Unión a la subunidad ribosómicapequeña del ARNm y del ARNtiniciador (fMet), que se reconoce enIF-2 unido a GTP. Liberación de IF-3 y 3)unión de la subunidad ribosómicagrande.3)Unión de la subunidad ribosómicagrande al complejo por hidrólisis delGTP, con liberación de IF-1 e IF-2unido a GDP.
  • TRADUCCIÓNInicio de la traducción en célulaseucariotas.1)Unión de tres factores de iniciación(eIF-3, 1 y 1A) a la subunidad pequeñaribosómica.2)Llegada al ribosoma del ARNtiniciador (fMet) por el eIF-2(formando complejo con GTP) y delARNm por varios IF.3)Reconocimiento del codón deiniciación (AUG) con hidrólisis de ATP.4)Liberación de eIF-2 y otros IF porhidrólisis de GTP.5)Unión de la subunidad ribosómicagrande al complejo.
  • TRADUCCIÓN1) Etapas de la elongación de la traducción. 1)Unión del ARNt iniciador (fMet) al sitio P (peptidil) del2) 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.
  • TRADUCCIÓN3) 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) 4) Translocación del peptidil ala-met al sitio P y la del ARNt libre al sitio E (liberación), dejando el sitio A vacío, ocasionada por el desplazamiento del ribosoma tres nucleótidos a través del ARNm mediado por EF-G por hidrólisis de GTP.
  • TRADUCCIÓN1) 2) 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
  • CÓDIGO GENÉTICO Con 3 bases hay 64 combinaciones posibles Parada y arranque 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