atlas biología molecular
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A NUESTRAS ADORABLES Y ENTRAÑABLES HIJITAS ANGELITA Y DANIELITA POR SU ALEGRIA Y SU MOTIVANTE INSPIRACION PARA ESTA OBRA
PREFACIO
Esta obra, denominada ATLAS ANIMADO DE BIOLOGIA MOLECULAR ha sido realizada para motivar de una manera gráfica, dinámica y amena a todo aquel que desea ampliar sus conocimientos básicos en Biología Molecular. Los temas de este trabajo digital, han sido organizados como Parte I y II. La Parte I, Estructura de los Genes, aborda los aspectos generales de los genes y los tipos de genes; y la Parte II, Mecanismos Moleculares del ADN, los procesos que suceden en la molécula de ADN. Los diagramas de una gran parte de esta obra han sido concebidos por los autores de la misma, como producto de años de docencia y de trabajo investigativo y formativo. Esperamos que esta modesta obra sea para el estudioso de la Biología Molecular un elemento motivante para la profundización en estos fascinantes modelos de mecanismos moleculares que suceden en la molécula de la herencia, el ADN, tanto como lo ha sido para nosotros!
La presente obra digital tiene todos los derechos reservados. Este Atlas o cualquiera de sus partes no podrá ser reproducido ni archivado en sistemas recuperables, ni transmitidos en ninguna forma o por ningún medio, ya sean mecánicos o electrónicos, fotocopiadoras, grabaciones, o cualquier otro sin el permiso previo de los autores. Este Atlas esta protegido por leyes de copyright y tratados internacionales. La reproducción o distribución no autorizada de este Atlas o parte del mismo dará lugar a graves penalizaciones tanto civiles como penales y será objeto de cuantas acciones judiciales correspondan en derecho.
Registro ISBN: 958-33-5618-2Agradecimientos: Esta obra permitió descubrir el talento de la estudiante de Ingeniería de Sistemas, Lorena Quenán, a quien queremos dar el reconocimiento por su trabajo.También queremos agradecer a la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad del Cauca el apoyo logístico para la realización de esta obra.
ATLAS ANIMADO DE BIOLOGIA MOLECULAR
Patricia Eugenia Velez V, M.Sc. Genética HumanaDocente Genética MolecularDepartamento de Biología
Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación Universidad del Cauca
Pedro A. Moreno T., Doctor en Biología Celular y MolecularDepartment of Biology & Biochemistry
University of Houston, Houston, TX, USA.
AUTORES:
NOCIONES GENERALES
Eucariota : Material Genéticoconfinado en una estructuracentral llamada Núcleo
Procariotas: Material Genético disperso en el citoplasma, no se encuentra confinado en una estructura.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
ADN
TRANSCRIPCION
ARNt
ARNm
ARNr
RIBOSOMA
TRADUCCION
PROTEÍNA
Núcleocelular
Citoplasmacelular
C NH
C
C
N
N
HC
NH2N
C
O
O
C
C
NO
NH
CH
CH3C
ESTRUCTURA QUIMICA DE LAS BASES NITROGENADAS
Adenina (A)
Citosina (C)
Guanina (G)
Timina (T)
NH2
CH
C
NO
N
CH
C
NH2
C CH
N N
HC
N
C
C
N
ESTRUCTURA GENERAL DE UN NUCLEOTIDO
N
C
N
C
N
C
C
N
C
N
O
HH H
OH OH
H
CH2
5'OPαO -
O -
O
1'
2'3'
4'
6
2 4
15
3
7
8
9
ADENINA
FOSFATOADENOSINA (1β-9)5’ MONOFOSFATO(AMP)
RIBOSA
H
HH
H
ESTRUCTURA DEL ADN
O
OH H
5'
1'
2'
3'
4'
OHH 2 COH
O
OH OH
H 2 COH5'
1'
2'
3'
4'
OH
SB
P
SB
P
P
SB
Forma esquemática de la unión de los fosfatos (P),los azúcares (S)y las bases (B) en el ADN.
Deoxirribosa
Ribosa
DEFINICIONES
DeoxitimidilatoDeoxicitidilatoDeoxiguanilatoDeoxiadenilatoLa combinación de un fosfato, una deoxirribosa y una base constituye un deoxinucleótido.
DeoxitimidinaDeoxicitosinaDeoxiguanosinaDeoxiadenosinaLa combinación de una deoxirribosa y una base constituye un deoxinucleósido
Timina (T)Citosina (C)Guanina (G)Adenina (G)
A Acido: Solamente 2 de los tres grupos ácidos del ácido fosfórico son usados para formar la cadena del ADN. El tercero dá el enlace para la cadena-fosforribo, una propiedad acídica.
NN Nucleico: Estas moléculas se encontraron primero en el núcleo de la célula, antes habían sido encontradas en la mitocondria, los cloroplastos (en las células de las plantas), y en el citoplasma de las procariotes.
DD Deoxirribo: La pentosa no tiene un oxígeno en la posición 2. Compare una deoxirribosa con una ribosa
BASES
BASES NITROGENADAS
CORTA EFEMERIDES DE LA ESTRUCTURA DEL GEN
En Procariotes:
Concepto del Gen:
1857: Carácter hereditario. Recesivo y Dominante. Mendel1865: Johansen: Gen: DNA1944: Identificación del Gen con una enzima de la Neurospora crassa: siguiendo las vias metabolicas de la enzima. Codifican para proteínas estructurales.1953: Watson y Crick: Descubrimiento de la estructura molecular del ADN.1965: Genes se organizan en cistrones u operones1966: Holley: ARNt, ARNr, ARNnp, ARNm1972: Baltimore: Genes ARN (retrovirus) Genes virales
GENES CONTINUOS1977: Philipp y Richards: Genes discontinuos o interrumpidos (Eucariotes)
¿Qué es un Gen? Es un ácido nucleico (ADN y ARN) que codifica para una proteína (enzima o proteína estructural) o un ARN (ARNt; ARNr, ARNnp, ARNm).
ESTRUCTURA DEL GEN PROCARIOTE
3’
5’ 3’
5’
UT
3’
5’ 3’
5’5’ UTR 3’ UTR
Región Promotora
( RP )
Región Terminadora
( RT ) Región Codificante
( RC )
+1SIT
CI (ATG) CT STT ≈ TTS
Región no traducida
Convenciones:
UT: Unidad de transcripciónSIT: Sitio de iniciación de la transcripciónUTR: Región no traducida ( 5´o 3´)CI: Codón de iniciaciónCT: Codón de terminaciónSTT: Sitio de terminación de la transcripciónTTS: Transcription termina- tion site.
ESTRUCTURA DEL PROMOTOR PROCARIOTE
3’
5’
Control positivo
CajaCRP
CajaCAT Control negativo
Caja Prinow
+1 SP
-65 -35 -10 -2 -1 + 1
CRP CRSProteína Represora del Catabolito
• Región O (operadora): Se pega al 7-8 nucleot. Represor (Impide que se abra el ADN, se una la RNA pol y por ende, que se Transcriba el gen)
• + 1SP: “Punto de arranque” También se llama sitio SIT (Sitio de Inicio de la Transcripción): Sitio en el cual entra el primer nucleotido en el RNAm.
• Se abre el ojal de transcripción para la transcripción del gen.
• Caja Prinow: tetranucleótido rico en AT.
Región O
Secuencia Represora del Catabolito
ESTRUCTURA DEL PROMOTOR PROCARIOTE
Un gen Procariote yace en una región que se llama la UT (Unidad de Transcripción. La que se transcribe)
Tiene 2 regiones
Región codificante: Donde se codifica el gen
Región Promotora: sitio a partir del cual se transcribe y se regula el gen
SIT: +1 Sitio de Inicio de la Transcripción. Punto limitante entre la región codificante y la región promotora
(Start point = sp)
ESTRUCTURA DE LA REGION UTR
5’UTR
20 - 60 pb
CI
* *
+1 CI (AUG)
+110 pb
RBS
5’ UTR 3’UTR
“Se transcribe pero no se traduce”
* Espacios conectores
ARNr + proteína
RibosomaSitio de Unión al Ribosoma
Poly - Purinas A - G
S/DSecuencia Shine/Dalgarne
Se une al 3’ARNr 16s (subunidad menor)
RBS: (Del inglés RibosomalBinding Site)
ESTRUCTURA DEL GEN PROCARIOTE
CI CT
Cuerpo del Gen
CI CI CICT CT CT
Región Intercistrónicalarga = diferentes ribosomas
Región Intercistrónica corta = el mismo Ribosoma
> 1 gen: - Policistrónico - Se vuelven operones
E. Coli: tiende a tener 3 genes
“En procariotas es Continua”
5’ 3’RNAm
21 3
ESTRUCTURA DE LA REGION TERMINAL
Región TerminalCT STT
5’ 3’3’ UTR
SDR: Señal de degradación del RNA m = Ribonucleasa o RNasa
Se descompone en sus partes
Factor de terminación de la transcripción:
STT: ρ dependiente
STT: ρ independiente
AT: ρ independiente
GC: ρ dependiente
Figura hexamérica de proteínas
Terminalesintrínsecos
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE:TRES TIPOS DE GENES
Existen 3 clases de genes transcritos por 3 ARN pol diferentes: ARN pol I, II y II
ARN pol I: Nucleolo ARNr Clase I
ARN pol II Nucleoplasma ARNm ClaseII
ARN pol III Nucleoplasma ARNr 5S (excepción)Clase III
ARNnp ARNt
Genes
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE
RPRC
UT
CI CT IRE ARE
5’ UFR UCR UCE
5’ UTR
3’ UTR
3’ DFR DCR DCESP
+1
SI + 10 cap
7 metil guanosina
AAUAAA
Depende del hierro Para degradadar el RNAm
Elemento rico en hierro
50 pb Rico en AU Elemento rico en AU
Secuencia consensoDesestabiliza el poly A
CI
IRE ARE
+1
Secuencia Líder:Proteínas que atraviesan la membrana y aa hidrofóbico
3’
5’
Asa 5’
RP
ESTRUCTURA DEL PROMOTOR - CLASE II
3’
5’
5’
3’
sp+1
-65 -35
RP = Región Promotora
RR = Región Reguladora
Caja TATA
Hexapleta rica en AT
Se regulan lo genes caseros(“House Keeping genes”)
Existen: - Elementos de respuesta a estrógenos, corticoides, glucocorticoide
- Dependientes del tejido
- Se pegan factores inducibles a esta región promotora o fuera de ella. Puede haber otras cajas dependiendo del tipo de gen y también los genes especializados como los morfogenes o como los genes homeóticos (desarrollo) o de diferenciación
Caja CAAT
Caja TATA
Elementos derespuesta
CajaGC
Exón 1 Intrón Exón 2
GT
5’BD’
AG
3’BA’
GU AG GU AG GU AG
T A C T A A C
SITIO DE RAMIFICACION
BD: brazo dador BA: brazo aceptor
Empalmar Exones
Regla GU - AG:
Secuencia Consenso: al inicio y al fin del intron
X: 5 intrones (mamíferos)
X: 2 intrones (Otros organismos)
Siempre presente
Se localiza a 2/3 longitud del intron
BS: - Consenso
- Rica en pirimidinas (T y C)
ESTRUCTURA DE LA REGION CODIFICANTECLASE II
SR: Sitio de ramificación(Branch site)
AMPLIFICADORES Y SILENCIADORES (ENHANCERS – SILENCERS)
Amplificador
Silenciador
Amplificador
Silencian a los enhancerso amplificadores de expresión
Regulación temporal y tejido especifica en los Genes Clase I y Clase II
RP SP
+1
Amplificador: - Secuencia consenso - Región amplificadora del gen - Ubicua: Puede estar hasta dentro de los intrones excepto en los exones
Ejemplo:
*: Hígado : Glucogenasa
*
-110 -40 -10 SP
Core del promotor
-170 GC
-70 pb
Región espaciadora entre core promotor y la región UCE (elementos de codificación no traducidos)
Se transcriben en tandem
En procariotas están organizados los genes para ribosomas de igual manera que los eucariotas con la excepción de que hay 1000 y 2000 copias en
tandem del mismo gen
28 S 5.8 S 18 S
Ribonucleasas
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE - CLASE I
+1
SP
+1
Octámero
PSE TATA
RP RCUT
Box A Box C
Se pega la RNA pol III
90 pb ≅
3’
5’
5’
3’
ARNtala ARNtmet
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE - CLASE III