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BOLILLA 11: Metabolismo del DNA. Replicación. DNA-polimerasas. Fases de la replicación: inicio, elongación y terminación. Reparación del DNA. Metabolismo del RNA. Transcripción. Inicio. RNA-polimerasas. Terminación de la síntesis. Maduración del RNA. Transcriptasa inversa.
BOLILLA 12: Síntesis de Proteínas. Código genético. Características generales. Ribosomas. RNA transferencial.Aminoacil-tRNA sintetasa. Fases de la síntesis de proteínas: activación, inicio, elongación, terminación y maduración. Polisomas. Destino de las proteínas.
METABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS
GEN: es la UNIDAD DE INFORMACIÓN, es el segmento de ADN que codifica la información necesaria para producir un producto biológico funcional, como péptido, proteína o ARN.
GEN Cromosomas Genoma Individuo
ATGCCAGGCCCCCCACCAGCCACGTTGGGGCAGCCCCCACAGCTCCCGGCCTTCGGGCCAAGGTGTCGGGGTGCGTCTCCTGGCCCATCAATACAGATTACATATTTATATCAATCGCGGGCTCTGAGGGCGCCCTCGGAGAGCGGCCCCGCGCCTACGAAACCAAACTGGGAGTGGTCGCGCGGAAACTCTGGCTCGGGATTGGCTGCGGGCGCCCGCCGCGGTGCGGGGGGATTGCTAATCGTATTCAGCATGTTTTGCACAAGAAATGTCAGCCAGAAAGGGCTATCTGCTCCCTTCGCCAAATTATCCCACAACAATGTCATGCTCGGAGAGCCCCGCCGCGAACTCTTTTTTGGTCGACTCGCTCATCAGCTCGGGCAGAGGCGAGGCAGGCGGCGGTGGTGGTGGCGCGGGGGGCGGCGGCGGTGGCGGTTACTACGCCCACGGCGGGGTCTACCTGCCGCCCGCCGCCGACCTGCCATACGGGCTGCAGAGCTGCGGGCTCTTCCCCACGCTGGGCGGCAAGCGCAATGAGGCAGCGTCGCCGGGCAGCGGTGGCGGTGGCGGGGGTCTAGGTCCCGGGGCGCACGGCTACGGGCCCTCGCCCATAGACCTGTGGCTAGACGCGCCCCGGTCTTGCCGGATGGAGCCGCCTGACGGGCCGCCGCCGCCGCCCCAGCAGCAGCCGCCGCCCCCGCCGCAACCACCCCAGCCAGCGCCGCAGGCCACCTCGTGCTCTTTCGCGCAGAACATCAAAGAAGAGAGCTCCTACTGCCTCTACGACTCGGCGGACAAATGCCCCAAAGTCTCGGCCACCGCCGCCGAACTGGCTCCCTTCCCGCGGGGCCCGCCGCCCGACGGCTGCGCCCTGGGCACCTCCAGCGGGGTGCCAGTGCCTGGCTACTTCCGCCTTTCTCAGGCCTACGGCACCGCCAAGGGCTATGGCAGCGGCGGCGGCGGCGCGCAGCAACTCGGGGCTGGCCCGTTCCCCGCGCAGCCCCCGGGGCGCGGTTTCGATCTCCCGCCCGCGCTAGCCTCCGGCTCGGCCGATGCGGCCCGGAAGGAGCGAGCCCTCGATTCGCCGCCGCCCCCCACGCTGGCTTGCGGCAGCGGCGGGGGCTCGCAGGGCGACGAGGAGGCGCACGCGTCGTCCTCGGCCGCGGAGGAGCTCTCCCCGGCCCCTTCCGAGAGCAGCAAAGCCTCGCCGGAGAAGGATTCCCTGGGTAAGCAGGGCTGCAGAGGGCTGCAGTCAGGCGGGCAGACAGGCAGACACAAGGAGGAGAAGGATCAGAAAACTAGGAGCCCGCGCAGCAGCCGGCCGGCCTTGGCCCAAGCTGCAGGCAGGCTGACCTTGTGAACTTGCTTTTTAATATTTGGGCGTGGGGGCGCAGTAAAATTCATGTCCGGCTTAGCGCCCCACAGCAAGACGTCCTCGGCGCTGGCCTCAGCTCCCCCTGACTAGGGACGAGGACACCAGCGAGCAGGCCCCCTCCTGTGCGCTCTTTCCTGTGGCCGGGAGGACCCAGAGCCCTGGTCCCTGCCCAGCCTGCGCGGCGCGGCCCACGCGGGGGGAGGGGGAGGGAGGGAAAGTAGCTCGCCCGCAGATAGCGCGGATGTTTGTAAGGCATCCAAAATAAGCAGCCGCCAGCGCCAATAAATAAGCCCATTAACCGGCGAAGTTCGAGTGTACGATCCCCCATGCTTTTTTCAAAGTTGCTGAGGGGCGGGAATCTTCGTGGCGGGAAGAAGAAAAGGCAAATCCGGCCTGGAAGCGGGGGGCCCTGAGCTGAGAGCCAGAGAAGGGCCATTTCCCTTCCCCTGGACCTCGGAATCGCCCAGCTATGTATCCTGGCTCCTGGAGAAACTTGAGGGAGGGCCCTTGACCCCCGAATCGGTTTTTCCTGCCTTCCCCATTGGACCAATGATGCCCTTCTTTCTCCCCTTATCGAGTCTTGGGCAATCAGGGCCCTGGGGTGAGACAGCCAAGCTGCCTGGCCCATCTTCCAAGTAAGCACCCCGCGCTCCTAGCCTGGGGGCTACAGGAAATGCTTGTCTGCCATATGGCAAGAGGCAAAGAAAAGCGTTAAGTTCAAGATGTACAGCCTGCCCTCCCAGGCTCACAGCCAACTTTAATTTTTCCTGATGAATCTCCAGGCGAC
ADN
ARN
Péptido o proteína
Replicación
Transcripción
Traducción
DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA
El concepto: UN GEN-UNA CADENA POLIPEPTÍDICA se fue actualizando
Hoy se conoce que no todos los genes se expresan finalmente como proteínas
Algunos codifican diferentes clases de ARN (como rARN y tARN) GENES ESTRUCTURALES
Otros poseen función reguladora GENES REGULADORES
Estos últimos contienen señales que permiten identificar el comienzo y el final de los genes estructurales
O bien participan tanto en la activación como en la desactivación de la transcripción de genes estructurales.
La mayoría de los genes se encuentran formando parte de los cromosomas nucleares.
Las mitocondrias y los cloroplastos también poseen pequeñas cantidades de ADN y genes, que codifican para tARN y rARN mitocondriales y para un pequeño número de proteínas mitocondriales y cloroplásticas.
CODÓN
Niveles de Organización del ADN
Disposición del ADN en los cromosomas
Fragmento de ADN en doble hélice
Cromatina enrrollada sobre histonas
Cromatina empaquetada
en nucleosomas
Fragmento de cromosoma extendido
Fragmento de cromosoma condensado
Cromosoma
Cada molécula de ADN se encuentra empaquetada en los cromosomas en una
longitud 10.000 veces menor.
Gen
Ácidos Nucleicos: Estructura molecular del ADN
Acido desoxirribonucleico (ADN)
Uniones Puente Hidrógeno
Esqueleto Azúcar-Fosfato
Esqueleto Azúcar-FosfatoPares de Bases
3’5’
5’3’
F
AzT
F
Az
A
F
AzC
F
Az
G
F
AzC
F
Az
G
F
AzT
F
Az
A
F
AzC
F
Az
G
OH
HO Nucleótido
Representación esquemática de la estructura helicoidal del ADN
3’ 5’
Uniones PuenteHidrógeno
3’5’
1953. Watson, Crick y Wilkins
- hélice con giro a la derecha.- Cadenas complementarias y antiparalelas.- Desoxinucleótidos de A, T, G, y C.- G-C 50% más fuerte que A-T.
El Código genético esta dado por la secuencia de las bases
REPLICACIÓN
Proceso de Replicación del ADN
ADN de doble cadena original
Producto intermediario en la
replicación semiconservativa
Dos moléculas de ADN de doble cadena hijas
CARACTERISTICAS GENERALES DE LA REPLICACION
- Semiconservadora.- Dirección 5’→ 3’.- Hebras antiparalelas: rezagada y continua.- Se lleva a cabo en el núcleo y mitocondrias de células animales y en cloroplastos de células vegetales.
DNA POLIMERASAS (I,II, III)La polimerización del ADN debe cumplir con dos requisitos: 1)Todas las polimerasas requieren un cadena molde de ADN 2)Según las reglas de apareamiento de bases: guanina (G) se une con citosina (C) y adenina (A) se une a timina (T). 3)Se requiere un cebador. El cebador es un segmento de secuencia complementaria a la hebra molde, de unos pocos nucleótidos y con un grupo -OH en posición 3´ al que se pueden añadir nucleótidos. Dicho extremo 3´ se denomina extremo cebador.
El mecanismo de replicación o síntesis de ADN sería el siguiente:
1)- Para tener acceso a las cadenas de ADN que servirán de molde, éstas deben separarse, esto se consigue por medio de enzimas denominadas HELICASAS. Estas enzimas se trasladan a lo largo del ADN y separan las cadenas requiriendo ATP.
2)- La separación de las cadenas genera tensiones en la estructura helicoidal del ADN, que se eliminan por acción de las TOPOISOMERASAS.
3)- Las cadenas separadas se estabilizan por medio de las PROTEÍNAS DE UNIÓN AL ADN.
4)- Para que las polimerasas puedan actuar, deben estar presentes los CEBADORES. Estos son fragmentos cortos de ARN, sintetizados por las PRIMASAS que deben estar unidas al ADN antes que las ADN polimerasas comiencen la síntesis.
5)- Los cebadores, son eliminados al término de la replicación por la ADN polimerasa I y reemplazados por ADN (dNTP). Después que esto sucede, quedan puntos donde el enlace fosfodiéster no se ha constituido. Estos cortes son sellados por enzimas llamadas ADN LIGASAS.
Sistema ADN replicasa o Replisoma
proteínas de unión al ADN
Cadena adelantada
ADN Polimerasa
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
ADN Polimerasa
Fragmentos de Okazaki
• Cada una de las hebras del ADN bicatenario sirve de molde para la síntesis de una cadena nueva
• Por lo tanto, las moléculas nuevas de ADN estarán constituidas por una cadena nueva y una vieja
• De allí que este proceso se defina como REPLICACIÓN SEMICONSERVADORA
Complejo de reconocimiento del origen (ORC)
Representación esquemática de la replicación del ADN
1-Iniciación. Desenrollamiento de la doble hélice por acción de la HELICASA, separación de las hebras y síntesis de la nueva cadena conductora en dirección 5’---3’, por la POLIMERASA III .
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
3’
2-Iniciación. Síntesis del ARN cebador por la PRIMASA.
5’
3’
3’
3’
5’
5’
ARN cebador
3-Elongación. Síntesis de la cadena retardada corta (fragmento de Okazaki) por acción de la Polimerasa III a partir del ARN cebador.
Fragmento de Okazaki
3’
3’
3’
5’
5’
5’
5’
5’
5’
3’
3’
3’
4-Elongación. Eliminación del ARN cebador por la POLIMERASA I y unión del fragmento de Okazaki al ADN de la cadena retardada sintetizada previamente mediante la ADN LIGASA.
o 5-Elongación. La continuación de la síntesis de la hebra conductora, expone otra zona de cadena única en la mólecula original para la síntesis de un nuevo fragmento de Okazaki de la hebra retardada, repitiéndose el proceso hasta la replicación de toda la molécula de ADN original.
5’
5’
5’
3’
3’
3’
Fragmento de Okazaki
6-Terminación. la horquilla de replicación se encuentra en una determinada región con múltiples copias de una secuencia de bases llamadas Ter (por terminal). Allí la horquilla de replicación se detiene y culmina la replicación.
Reparación del ADN
•Una célula generalmente posee una, o a lo sumo dos, copias de ADN genómico.
•Mientras que las proteínas y el ARN son reemplazados rápidamente si son dañados, (usando la información contenida en el ADN), éste es prácticamente irreemplazable.
•El mantenimiento de la información contenida en el ADN es vital y requiere que cada célula mantenga un complicado sistema de reparación.
•El ADN puede ser dañado por diversos agentes ambientales o por procesos espontáneos.
•Una lesión no reparada del ADN, puede transmitirse a generaciones futuras y se denomina, en general, mutación.
•La presencia de defectos en genes que codifican las enzimas de reparación del ADN tienen graves efectos.
• Una célula típica de mamífero suele acumular varios miles de lesiones a lo largo de cada día, pero gracias a los mecanismos de reparación, menos de 1 lesión sobre cada 1000, se transforma en una mutación.
• La cantidad y diversidad de los sistemas de reparación del ADN refleja la importancia del proceso para asegurar la supervivencia de las células.
• La reparación del ADN es posible en gran parte a que está constituido por dos cadenas complementarias y, por lo tanto, siguiendo las instrucciones del molde en la cadena complementaria no dañada, es posible reparar de manera precisa la lesión del ADN en la otra cadena.
• Como detalle importante cabe señalar que la reparación del ADN es energéticamente muy costosa.
• El primer agente de control de calidad es la ADN polimerasa .
• Hay otras polimerasas y que tiene actividad exonucleasa (3’- 5’), que les permite eliminar la última base incorporada si no esta correctamente apareada.
• Agentes que producen lesiones agentes físicos y químicos luz UV: forma enlaces covalentes entre T, bloqueando la replicación. (Radicales libres, radiación)
• Mecanismos de reparación: a) errores de apareamiento, b) escisión de base, c) escisión de nucleótidos, d) ruptura de las 2 cadenas.
• Participan: - endo y exonucleasas.
- incorporación de las bases o nucleótidos correctos
- unión de los trozos nuevos por la ligasa.
Fases del Ciclo Celular en células eucariotas
Acido Ribonucleico (ARN)
•La transferencia de la información genética exige la síntesis de una molécula de ácido ribonucleico (ARN), transcripta a partir de un molde de ADN, por una ARN polimerasa.
•A primera vista, parece ser una molécula similar, pero presenta algunas características que la distinguen del ADN:
1) un –OH en el C2 de ribosa, 2) sustitución de timina por uracilo, 3) la molécula está constituida por una única hebra y 4) éstas moléculas se pliegan sobre sí mismas dando lugar a
una diversidad estructural más amplia que la observada para el ADN.
•El ARN es la única molécula conocida que tiene funciones tanto informativas como catalíticas.
•Con la excepción de ciertos ARN virales, todas las moléculas de ARN se forman a partir de información almacenada en el ADN.
•En un proceso denominado TRANSCRIPCIÓN, la información contenida en un segmento del ADN de doble cadena pasa a una cadena de ARN con una secuencia de bases complementarias a las de la hebra del ADN.
• Una molécula de ARN recién sintetizada se denomina TRANSCRIPTO PRIMARIO.
• Un transcripto primario de ARNm contiene la secuencia presente en un gen.
• En ella hay fragmentos codificantes (EXONES) y no codificantes (INTRONES).
Existen tres clases principales de ARN: -el ARN MENSAJERO (ARNm), codifica la secuencia de aminoácidos de uno o más polipéptidos especificados por un gen o por un conjunto de genes. (ARN polimerasa II)-el ARN DE TRANSFERENCIA (tARN), que actúa como un adaptador, lee la información contenida en el ARNm y transfiere el aminoácido adecuado a la cadena polipeptídica en formación durante la síntesis proteica. (ARN polimerasa III)-el ARN RIBOSÓMICO (rARN) está asociado con proteínas formando el ribosoma. (ARN polimerasa I)
Existen además otros ARN especializados que poseen funciones reguladoras o catalíticas.
TRANSCRIPCIÓN-Es similar a la replicación del ADN desde el punto de vista químico, por la polaridad y el empleo de una hebra molde.
-También presenta fases de iniciación, elongación y terminación.
-Las diferencias residen en que la transcripción no requiere de cebador, afecta sólo a cortos segmentos de una molécula de ADN y sólo una de las cadenas sirve de molde.
Splicing espliciosoma
Factores de transcripción:
•Se unen al ADN y a la ARN polimerasa
•Ubican a la polimerasa en la posición correcta en
el promotor
•Colaboran en la separación de las 2 hebras
•Promueven la iniciación de la transcripción.
Secuencia de inicio: Promotor
7-metil-guanosina
Transcripción y traducción de un gen eucariota
preARNm:
3'UTR5'UTR
Exon 1 Exon 2 Exon 3Intron 1 Intron 2
AAAAAAAAAARNm:
5´ CAP
polyAAUG UAA
proteína
Traducción
MPLTW ..............GFL
MPLTW ..............PJC
Modificaciones post-traduccionales
MPLTW ..............LAC
AUG UAA
Corte y empalme Poliadenilación