Genetica Molecular

Genética molecular: Replicación Transcripción Traducción

El ADN como material hereditario La primera evidencia de esto fue obtenida por F.Griffith cuando buscaba una vacuna contra la neumonía

Un gen, un enzima Se observó que había relación entre los genes y las enzimas porque al inducir mutaciones en el genoma, aparecían fallos en algunas enzimas. Pero un tiempo después se vio que no siempre se afectaban esas enzimas, entonces se reformuló como: Un gen, una proteína Hoy en día también se puede encontrar como : Un gen, una cadena polipeptídica

Organización del ADN Procariotas Un solo cromosoma circular Muchas poseen plásmidos, que son fragmentos pequeños de ADN circular con capacidad de replicarse independientemente Eucariotas La mayor parte está en el núcleo No hay relación directa entre complejidad del organismo y cantidad de ADN (hay mucho ADN que no interviene en síntesis proteica ni en regulación) Mayor cantidad de ADN ADN repetitivo Genes fragmentados en porciones denominadas intrones (no se traducen) y exones (se traducen) ADN asociado a proteínas (histonas) Parte (pequeña) del genoma se encuentra en cloroplastos y mitocondrias

Apareamiento entre bases Las bases nitrogenadas se aparean de forma concreta El enlace que usan es el puente de hidrógeno Chargaff descubrió que en una molécula de ADN había prácticamente el mismo número de adeninas que de timinas y el mismo de guaninas que de citosinas. La citosina se aparea con la guanina y se une mediante 3 puentes de hidrógeno La adenina se aparea con la timina mediante 2 puentes de hidrógeno

Estructura del ADN Forma B. Descrita por Watson y Crick y es la más importante porque es la que se observa al estudiar el ADN en disolución Forma A. Sólo se ha observado en condiciones de laboratorio y no en condiciones fisiológicas Forma Z. Es levógira (gira en sentido antihorario) se debe a la presencia de muchas G y C (GCGCGC)

Niveles de complejidad Procariotas. Molécula de ADN circular. A veces posee moléculas circulares más pequeñas llamadas plásmidos Eucariotas. El ADN forma la cromatina durante la interfase y se condensa en cromosomas durante la división celular. Mitocondrias y cloroplastos también poseen ADN Virus. Múltiples formas de ADN o ARN mono o bicatenario, lineal o circular

Dogma central de la Biología Molecular

Replicación del ADN Un acontecimiento clave para la vida celular es la replicación (duplicación) del ADN, durante la fase S del ciclo celular

Replicación Hay tres modelos posibles de replicación del ADN, aunque el aceptado actualmente es el de la replicación semiconservativa (Se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hélice original)

Replicación semiconservativa Meselson y Stahl demostraron con este experimento la replicación semiconservativa

Fases de la replicación Hablamos de iniciación y elongación (además aquí también se reparan los errores) Iniciación. Desenrollamiento y apertura de la doble hélice (en procariotas este lugar se denomina Ori C ) Elongación. Se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hélice original. Aquí intervienen las ADN polimerasas que poseen doble actividad: Actividad polimerasa. Unen entre sí los nucleótidos Actividad exonucleasa. Eliminan nucleótidos cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas

Iniciación de la replicación El punto de iniciación es reconocido por proteínas específicas Las proteínas helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y abren la doble hélice como una cremallera Esto crea tensiones que son liberadas por las topoisomerasas o girasas Las proteínas SSB se unen a las cadenas e impiden que se vuelvan a unir y deja el ADN accesible para oras enzimas En el lugar del origen de replicación alrededor de OriC hay una burbuja de replicación en la que hay dos zonas con forma de Y que se denominan horquillas de replicación Esa burbuja se extiende en ambos sentidos por eso la replicación es bidireccional

Elongación La polimerasa III recorre las hebras en sentido 3´ 5´ y va uniendo nucleótidos así que la hebra crece en dirección 5´ 3´ La ADN polimerasa no puede iniciar la síntesis de una nueva hebra de ADN, necesita un fragmento de unos 10 NT de ARN ( cebador o primer ) con un extremo 3´ libre al que añadir nuevos NT. El cebador lo crea una ARN polimerasa denominada primasa y está formado por una secuencia de NT complementarios a la cadena molde en el lugar donde se va a iniciar la replicación Por lo tanto la síntesis de una de las dos hebras se realiza de manera continua (necesitan sólo un cebador) y la otra de forma discontinua ( con muchos cebadores y se denomina hebra retardada). Cada fragmento de la hebra retardada se denomina Fragmento de Okazaki

Actividad exonucleasa Los fragmentos de Okazaki se unen mediante una ADN ligasa . Previamente la ADN polimerasa I elimina los Cebadores. Suelen cometerse errores y se incorporan NT mal apareados. La ADN polimerasa actúa ahora como exonucleasa (elimina los NT mal apareados y rellena el hueco creado con nuevos NT)

Diferencias replicativas La replicación vista hasta el momento pertenece a procariotas. En eucariotas es muy parecida y las diferencias son debidas, en parte, a la mayor complejidad del material genético de eucariontes. Burbujas de replicación Las principales diferencias son estas:

Transcripción y traducción El ADN ( núcleo ) tiene información para que los aminoácidos se unan y formen proteínas. La síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas ( en el citoplasma ) Por tanto se necesita una molécula intermediaria entre ADN y ribosomas: el ARN mensajero El proceso de formación de ARN se llama transcripción Con la información de el ARNm se puede crear una cadena polipeptídica: traducción En la traducción, además del ARNm intervienen el ARNt y el ARNr

ARN Unión de ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo mediante enlaces fosfodiester 5´ 3´ ARNm (mensajero). Copia la información genética (transcrpción) y la lleva a los ribosomas donde se sintetizan las proteínas ARNr (ribosómico). 80% del ARN celular. Al unirse a unas proteínas forma el ribosoma ARNt (transferente). Trasnporta los aminoácidos hasta los ribosomas para que allí se unan y formen las proteínas ARNn (nucleolar). Se une a proteínas para formar el nucleolo * Algunos ARN nucleares ejercen función catalítica y se denominan ribozimas

Dogma Central de la Biología Molecular Todos los procesos vistos anteriormente se pueden resumir de la siguiente manera: Pero hoy en día se ha reformulado introduciendo una pequeña variación, gracias al descubrimiento de la transcriptasa reversa o retrotranscriptasa

Nuevo dogma central de la Biología Molecular

Transcripción Ocurre en el núcleo y requiere: Cadena de ADN que actúe como molde La cadena denominada molde se traduce La otra, llamada informativa o codificante no lo hace Enzimas. ARN polimerasas En procariotas hay una En eucariotas hay 3: ARN polimerasa I (síntesis de ARNr), ARN polimerasa II (síntesis de los ARNm) ARN polimerasa III (síntesis de ARNt y ARNr pequeños) Ribonucleótidos trifosfato: A, G, C y U

Transcripción Fases: Iniciación. ARN pol reconoce en el ADN que se va a transcribir una señal que indica el inicio del proceso. Se denomina promotor o secuencia promotora. Elongación. Adición de sucesivos nucleótidos para formar el ARN. ARN pol lee en sentido 3´ 5´ mientras que el sentido de síntesis de ARN es 5´ 3´ En eucariotas tras la unión de los primeros 30 NT se añade una caperuza en el extremo 3´(metil-guanosín-fosfato) Terminación. La ARN pol reconoce señales de terminación que indican el final de la transcripción Maduración. A veces los ARNm no se pueden traducir directamente en proteínas y necesitan un procesamiento o maduración postranscripcional

Esquema general de la transcripción

Terminación La ARN pol reconoce señales de terminación que indican el final de la transcripción Procariotas. La señal es una secuencia de bases palindrómica (se leen de la misma forma de derecha a izquierda que de izquierda a derecha) formada por muchas G y C que crean un bucle by facilita su separación Eucariotas. La secuencia de corte es una secuencia AAUAAA llamada señal de poliadenilación que aparece sobre el ARN unos pocos nucleótidos antes del punto de corte. Después de la separación del ARN, una enzima (ARN poliA polimerasa) añade al extremo final 3´una secuencia de 200 nucleótidos llamada cola poliA (interviene en procesos de maduración y transporte de ARN fuera del núcleo)

Terminación de la transcripción procariota

Terminación dependiente de Rho

Maduración postranscripcional A veces los ARNm tienen que procesarse antes de traducirse Los ARNm de procariotas no sufren maduración. Los ARNr y ARNt sí porque se forma una larga molécula que se denomina transcrito primario que se corta en fragmentos más pequeños que crean ARNr y ARNt Los ARN eucariotas es más compleja porque los genes están fragmentados: poseen intrones (regiones que no se expresan) y exones (regiones que sí se expresan) Por lo tanto su maduración consiste en el corte y empalme. Se eliminan los intrones y se unen los exones. Este mecanismo se denomina splicing y necesita una enzima llamada ribonucleoproteína pequeña nuclear ( RNPsn )

Traducción Una vez creado el ARN maduro ya está disponible para traducirse y crear una cadena polipeptídica Para ello se necesita pasar de un lenguaje de 4 letras a uno formado por 20 aminoácidos Se necesitaba un “ diccionario” y ese es el Código Genético

Código genético Para descubrirlo se utilizó la hipótesis de que 3 bases nitrogenadas codifican un aminoácido. A cada una de estas combinaciones se denominó codón Los trabajos partieron del descubrimiento hecho por Severo Ochoa, de que una enzima, la polinucleótido fosforilasa cataliza la síntesis de un ARNm sin necesidad de utilizar un molde de ADN

Características del C.G. Universal. Lo usan todos los seres vivos, incluidos los virus. UGG codifica para leucina en procariotas y eucariotas. * Degenerado. La mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón. CUU y CUG codifican ambos para leucina (Leu) Sin imperfeccción. Ningún codón codifica para más de un aminoácido Sin solapamiento. Tripletes dispuestos de manera lineal y continua entre ellos no hay coma sin espacios ya demás no comparten ninguna base nitrogenada. Además la lectura siempre se hace en el mismo sentido 5´ 3´ * Hay pocas excepciones como mitocondrias, algunas bacterias y algunos protozoos

Traducción Intervienen varias cosas: Ribosomas ARN mensajero Aminoácidos ARN transferente Enzimas y energía La traducción ocurre en los ribosomas que poseen dos sitios: Sitio P (peptidil) donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación Sitio A (aminoacil) donde entran los aminoácidos que se van a unir a la acdena proteica

Activación de los aminoácidos Los aminoácidos, para poder unirse unos a otros en el proceso de traducción necesitan ser activados previamente Esta activación la lleva acabo la aminoacil ARNt-sintetasa que crea un aminoacil ARNt Esta reacción necesita energía para que se lleve a cabo y esa energía la aporta el ATP Existen, al menos 20 aminoacil ARNt sintetasa Aminoácido + ARNt + ATP Aminoacil ARNt + AMP + PPi

Activación de los aminoácidos

Traducción Salvo excepciones ocurre igual en eucariotas que en procariotas Iniciación. La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto cerca del codón iniciador (AUG = metionina). A continuación entra en el sitio P el primer aminoacil ARNt, que lleva unido metionina (eucariotas) o N-formilmetionina (procariotas) Todas las proteínas inician su síntesis con estos 2 aminoácidos La subunidad pequeña del ribosoma, el ARNm y el primer aminoacil ARNt forman el complejo de iniciación al que después se une la subunidad grande del ribosoma Elongación Terminación

Elongación Un segundo aminoacil ARNt entra al ribosoma y ocupa el lugar A Se forma un enlace peptídico entre el aminoácido del sitio P y el del A (catalizado por la peptidil-transferasa ) Ahora ocurre la translocación del ribosoma. Se desplaza el ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5´ 3´ una longitud de 3 bases exactamente. El dipéptido pasa a ocupar el sitio P quedando el A libre El siguiente aminoacil ARNt sólo podrá entrar por el sitio A y el alargamiento de la cadena podrá continuar repitiéndose el ciclo

Terminación La terminación se da cuando el ribosoma llega a un punto del ARNm donde existe un codón de terminación (UAA, UAG, UGA) que no es conocido por ningún ARNt pero sí por factores de liberación que hacen que la peptidil-transferasa separe, por hidrólisis, la cadena peptídica

ADN Estructura del collar de perlas (Los gránulos se corresponden con los nucleosomas)

Regulación de la expresión génica Existen diferencias en eucariotas y procariotas Procariotas. Mediante operones , que son grupos de genes estructurales cuya expresión está regulada por distintos elementos de control y por genes reguladores Genes estructurales. Codifican para proteínas implicadas en un mismo proceso. El ARNm lleva información para varias proteínas y se denomina policistrónico Promotor. Región a la que se une la ARN polimerasa e inicia la transcripción Operador. Secuencia de NT situada entre promotor y genes estructurales Gen regulador. Codifica una proteína que actúa como represor que se asocia al operador e impide la unión de la ARN polimerasa al ADN Eucariotas. Todas tienen el mismo genoma pero son distintas. Esto se debe a que no todas sintetizan las mismas proteínas. Hay una expresión génica dferencial. En concreto se traducen sólo un 20% de los genes transcritos

Regulación de la expresión génica en eucariotas Antes de la transcripción. La condensación de la cromatina sirve para regular la expresión génica. Los genes de la heterocromatina no se expresan Control transcripcional. Hay factores de transcripción específicos que permiten o no, unirse la ARN polimerasa al promotor Control postranscripcional Corte y empalme del ARN. Según que segmentos actúen como exone sy cuales como intrones Degradación del ARNm. Según cuandos e degrade puede producir cambios en la expresión Procesamiento postraduccional.. La escisión del polipéptido inicial de proinsulina, activa la insulina activa

Control expresión génica eucariota

Genetica Molecular

Más contenido relacionado

La actualidad más candente (20)

Destacado (20)

Similar a Genetica Molecular (20)

Más de sirkoky (20)

Último (20)

Genetica Molecular