2 estructura y replicacion del dna 1 (1)

Estructura del DNAEstructura del DNA

AdeninaAdenina se aparea con TiminaTiminaGuaninaGuanina se aparea con CitosinaCitosina

Estructura del DNAEstructura del DNA

Implicaciones del Diámetro Implicaciones del Diámetro constanteconstante

Uniones entre basesUniones entre bases

Bases Físicas de la HerenciaBases Físicas de la Herencia

ProcariotesHU y H

Eucariotes• Histonas• No histonas


Cromatina

Eucromatina

Heterocromatina

Constitutiva

Facultativa

Bases Físicas de la HerenciaBases Físicas de la HerenciaDNAAltamenteRepetitivo5%

DNA Moderadam.Repetitivo30%

Centrómeros

Telómeros

Sec dispersas

Sec repetidas

Flia alfoide170 pb-106 pb

Tandem

SINELINE

RNArVNTRSTR

Replicación del DNAReplicación del DNA

Cumple el DNA las condiciones del material hereditario?

Condiciones Componente del DNA

Tiene información biológica para las proteínas

Código Genético: 3 bases codifican para 1 aminoácido (proteína)

Replicarse fielmente y transmitirse a la descendencia

Las bases complementarias son fieles; se encuentran en las células germinales

Debe ser estable en un organismo vivo

Uniones covalentes; puentes de hidrógeno

Capaz de incorporar cambios estables

Las bases pueden cambiar por mecanismos conocidos

La Helicasa desenrolla la molécula

Las proteínas de unión a cadena sencilla estabilizan el

ssDNA

La Primasa inicia la replicación con RNA

La DNA polimerasa extiende el nuevo DNA

La segunda DNA polimerasa remueve el RNA

La DNA ligasa une todos los fragmentos

La Replicación del DNA es simple, pero requiere un

gran grupo de enzimas y proteínas:


•Enzimas que sintetizan (replican) el DNA

•E. coli

•DNA polimerasa I (rellena huecos y repara)

•DNA polimerasa II y III (función principal en la síntesis)

•Añade bases en ambas cadenas en la dirección 5’ → 3’

•Requiere un 3’ OH final

•Eucariotes

•5 polimerasas∀α y β principal en replicación∀δ, ε y γ exonucleasas

•Corrección de pruebas: actividad 3’ → 5’ exonucleotídica.

Sustituye bases mal emparejadas por correctas


Acción Autocatalítica Acción Autocatalítica del DNAdel DNA

Proteínas principales replicación• Topoisomerasas: rompen una hebra y la tensión del

enrrollamiento de la hélice se relaja

• Helicasas: completan el desenrrollamiento

• ADN polimerasas: complejos agregados de diferentes proteínas.

• Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN que se necesitan para iniciar la replicación

• Ligasas: sellan las lagunas dejadas por las ribonucleasas cuando remueven los primers, catalizan la unión fosfodiester entre nucleótidos adyacentes.

• Proteinas de unión a la hebra sencilla del ADN: estabilizan la horquilla de replicación.

•Replicación: continua (cadena adelantada) y discontinua (cadena retrasada)

•Discontinua•Cebador (pequeño RNA 2-60 nucleótidos añadido por la primasa o RNA pol que provee 3’ OH)•Fragmento de Okazaki por DNA pol III (1500 bp en procariotas y 150 en eucariotas)•Pol I elimina cebador 3’ -> 5’ y llena huecos (gap)•Ligación (DNA ligasa, enlace fosfodiéster)


Existen las dos formas de replicación:

En general, es Bidireccional:• genomas bacterianos• cromosomas de células eucariotas

En algunos casos es Unidireccional, ej: • en el ADN mitocondrial• en algunos virus

•Enzimas que sintetizan (replican) el DNA

•E. coli

•DNA polimerasa I (rellena huecos y repara)

•DNA polimerasa II y III (función principal en la síntesis)

•Añade bases en ambas cadenas en la dirección 5’ → 3’

•Requiere un 3’ OH final

•Eucariotes

•5 polimerasas∀α y β principal en replicación∀δ, ε y γ exonucleasas

•Corrección de pruebas: actividad 3’ → 5’ exonucleotídica.

Sustituye bases mal emparejadas por correctas


Telomerasa • Ribonucleoproteína específica de los telómeros

• Tiene actividad transcriptasa reversa

• Añade unidades sencillas de la repetición a los extremos de los telómeros previniendo el acortamiento de los cromosomas

• Contiene un molde de ARN que sirve para sintetizar el ADN y la subunidad catalítica que actúa como transcriptasa reversa.

• Las mayoría de las células somáticas normales del ser humano son TELOMERASA-NEGATIVAS

• Se ha detectado actividad telomerasa en:

1. Células hematopoyéticas: estimulación de los linfocitos T con algún mitógeno eleva los niveles de telomerasa 500-1000 veces.

2. Queratinocitos basales

3. Células epiteliales del endometrio, mamas, esófago, próstata y páncreas.

• La actividad telomerasa es mayor en mujeres con ciclo menstrual activo y es casi nula en la menopausia

• El epitelio lobular de las mamas tiene más actividad telomerasa durante el embarazo

• La actividad telomerasa baja cuando las células se especializan y dejan de dividirse.

TRANSCRIPCION

• El proceso mediante el cual la información almacenada en el DNA se recupera mediante la síntesis de RNA dependiente de un molde.

REPLICACION Y TRANSCRIPCION

SIMILITUDES• Se utilizan nucleótidos trifosfatados

• El crecimiento de la cadena va en dirección 5’3’

DIFERENCIAS• Solo se transcribe una hebra de DNA

• Solo una pequeña fracción del genoma es transcito

RNA (Acido Ribonucleico)

• Tipos mas importantes:

– mRNA Se sintetiza a partir de DNA y se utiliza como molde para la síntesis proteica en ribosomas

– rRNA Compone los ribosomas que se encargan de la síntesis de proteínas

– tRNA Se une a los aminoácidos y los transporta al ribosoma para la síntesis de proteínas

RNA POLIMERASA

• Es la enzima que cataliza el proceso de trascripción:

n(ATP+CTP+GTP+UTP) ═ (AMP-CMP-GMP-UMP)n + nPPi

• El producto de la rxn es una copia complementaria del DNA molde

Mg2+

DNA

RNA POLIMERASA

• En procariotes una sola RNA pol cataliza la síntesis de las tres clases de RNA

• La RNA pol cataliza la reacción de transcripción a una velocidad aprox. 50 nucleótidos/s

• En E. coli hay aprox. 3000 moléculas de RNA pol

• Una vez la RNA pol se une a un molde de DNA e inicia la transcripción rara vez se disocia hasta que llega a una señal de terminación

RNA POLIMERASA

MECANISMO DE LA TRANSCRIPCION

• INICIACION Interacción con los promotores

• ELONGACION Incorporación de los ribonucleótidos

• TERMINACION Finalización de la trascripción dependiente o independiente del factor

La Estructura del La Estructura del RNARNA

Transcripción

• Se abre una pequeña sección de DNA

• Solo se usa una de las hebras de DNA para la transcripción (3’ - 5’).

• Esta sirve de molde para formar el mRNA

• El mRNA se sintetiza de nucleótidos libres en la célula

• E. coli: TTGACA (–35) y TATAAT (–10).

•Terminación directa debida a la formacion de bucle the RNA.

•In some cases, termination depends on the rho (ρ) termination factor

Transcripción

TERMINACION INDEPENDIENTE DEL FACTOR

TERMINACION DEPENDIENTE DEL FACTOR

DIFERENCIAS IMPORTANTES ENTRE PROCARIOTES Y EUCARIOTES

PROCARIOTES EUCARIOTES

Todo el DNA contenido en una única molécula

Genoma dividido en varios o muchos cromosomas (1-190)

El cromosoma bacteriano se encuentra libre en el citosol

Los cromosomas se encuentran dentro del núcleo formando la cromatina (DNA-proteína)

Haploides (una sola copia del material genético)

Mayoría diploides (dos copias de un cromosoma)

Transcripción y traducción acopladas

Transcripción dentro del núcleo y traducción en el citoplasma

No tienen intrones Intrones y exones

Que son los genes

Los genes son secuencias de nucleótidos que codifican información para crear proteínas.

Su tamaño varia desde menos de 100 pares de bases hasta varios millones de pares de bases.

• Todos los organismos eucariotes (organismo con células nucleadas, contrario a las bacterias que no poseen núcleo y se llaman procariotes) poseen genes que están divididos en exones e intrones. El significado biológico de esta segmentación no se conoce claramente.

• La mayoría de los genes humanos están divididos en exones e intrones, excepto los genes mitocondriales y algunos genes del núcleo.

• Durante la expresión génica tanto los exones como los intrones son transcritos para formar el pre-ARNm.

• El proceso de “splicing” del ARN elimina los intrones y produce una molécula de ARNm madura que codifica por un polipéptido.

• Los exones se definen como secuencias que están representadas en el ARNm maduro.

• Estos pueden o no codificar una proteína: algunos exones localizados en los extremos 3’ y 5’ del ARNm pueden no ser traducidos a proteínas.

• Exón: secuencia codificante• Intrón: secuencia no codificante entre dos exones

Estructura del gen eucariotico

TRANSCRIPCION EN EUCARIOTAS• Es un proceso de mucha discriminación (según el tejido

o etapa del desarrollo serán los genes que se van a transcribir)

• La maquinaria de la transcripción debe tener en cuenta la compleja estructura de la cromatina eucariota

• Requiere de varios tipos de RNA polimerasas

• La RNA polimerasa requiere de factores adicionales llamados factores de transcripción para iniciar la transcripción

• Tiene que haber un procesamiento complejo del mRNA que permita escindir los intrones del mensaje y transportar la molécula al citoplasma

RNA POLIMERASAS

POLIMERASA LOCALIZACION RNA SINTETIZADOS

I Núcleo pre – rRNA (excepto la subunidad 5S)

II Núcleo pre – mRNA, RNA nucleares pequeños (snRNA)

III Núcleo pre – tRNA, rRNA 5S, otros snRNA

Mitocondrial Mitocondria Mitocondrial

Cloroplástica Cloroplasto Cloroplástico

RNA POLIMERA III

• TRANSCRIBE LOS PRINCIPALES GENES DE RNA DE TRANSFERENCIA, RNA RIBOSOMAL 5S Y RNA PEQUEÑOS

• Contiene 14 subunidades

• Requiere varios tipos de factores de transcripción como TFIIIA, TFIIIB y TFIIIC

RNA POLIMERASA I

• TRANSCRIBE LOS PRINCIPALES GENES DE RNA RIBOSOMICO

• Contiene 13 subunidades

• Necesita al menos 2 factores de transcripción para iniciar el proceso

• El ribosoma eucariota contiene 4 moleculas de rRNA– Subunidad pequeña: 18S– Subunidad grande: 28S, 5.8S y 5S (no transcrito por esta

RNApol)

RNA POLIMERASA II

• TRANCRIBE LOS GENES ESTRUCTURALES, ES DECIR, LOS QUE SE TRADUCEN A PROTEINAS

• Contiene múltiples subunidades

• Intervienen al menos 7 factores de transcripción: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH y TFIIJ

• El factor critico es TFIID que se une a la caja TATA que es el equivalente eucariota a la región -10

FACTOR DE TRANSCRIPCION

FUNCION

TFIID Reconoce la caja TATA

TFIIA Estabiliza el complejo entre TFIID y el DNA

TFIIB Recluta a la RNApol II y TFIIF

TFIIF Ayuda a que la pol II reconozca el promotor

RNA pol II Cataliza la síntesis de RNA, recluta a TFIIE

TFIIE Recluta a TFIIH y regula la actividad helicasa de TFIIH

TFIIH Desenrolla la región promotora

•

Transcripción

Procesamiento del RNA

Transcripción Procariotes

Procesamiento del RNA

Transcripción Eucariotes

FORMACION COMPLEJO TRANSCRIPCION RNA pol II

•La caja TATA se une al factor de transcripción TFIID, determina el sitio de inicio (aprox 10 subunidades)

•Incluye una prot de union a TATA (TBP) se une especificamente a TATA y a otros factores asociados a TBP (TAFs)

•El TBP se une a un segundo factor transcripcional (TFIIB) formando complejo TBP – TFIIB en el promotor.

• EL TFIIB sirve de puente para que la RNA pol II se una al complejo TBP – TFIIB en asociacion con un tercer factor TFIIF.

• Luego se requiere la union de dos factores adicionales para iniciar la transcripción: TFIIE, TFIIH.

• TFIIH multisubunidad: 2 subunidades tienen funcion helicasa, otra subunudad tiene funcion quinasa

•

• Potenciadores: rio arriba, dentro o rio abajo del gen y modulan la transcripción

• Terminacion• hnRNA es procesado: 5' cap, poli-A y

splicing

Transcripción

TranscripciónTipos de RNA

• mRNA (mensajero)

• tRNA (transferencia)

• rRNA (ribosomal)

• miRNA (micro RNA)

mRNA

• Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.

• Se llama mensajero porque transporta la información para síntesis proteica.

• La información de cada mRNA sintetiza una proteína determinada.

• Su vida media es corta.

• Contiene codones (grupo de 3 nucleótidos

que codifica para un a.a. en la cadena de polipéptidos). Señala el comienzo y el final de la cadena polipéptida.

• En procariotas el extremo 5’ posee un grupo trifosfato

• En eucariotas el extremo 5’ posee un grupo metil-guanosina (cap) unido al trifosfato, y el extremo 3´posee una cola de poli-A

mRNA

tRNA• Tiene forma de hoja de

trébol

• Tiene una cola C-C-A 3’, donde se pega el A.A.

• Contiene el anticodón (grupos de 3 nucleótidos complementarios al codón.)

• Su misión es unirse a un aminoácidos y transportarlo hasta el ARNm para sintetizar proteínas.

rRNA

• Es más estable.

• Se divide en sub-unidades

Propiedades del código genético

• Unidireccional – lee 5’ - 3’• No es superponible - codón

independiente, (lee de tres en tres)• Colineal – la secuencia de a.a.

corresponde a una ubicación de la secuencia de cada tres nucleótidos.

• Redundante – la mayoría de los a.a. pueden ser codificados por varios codones.

• Universal – el mismo código se cumple para todos los seres vivos.

• Señal iniciadora – AUG corresponde a formil-metionina.

• Señal de terminación – UAA, UAG, UGA, tripletes sin sentido.

Propiedades del código genético

Síntesis de proteínas

• Transcripción

• TraducciónIniciaciónElongaciónTerminación

Traducción: (iniciación)

• Envuelve la unión entre el tRNA con el primer codón del mRNA.

• El primer codón es AUG (metionina)

• El primer tRNA que llega se coloca en el lugar P (peptidil) del ribosoma.

INICIACION EN EUCARIOTES

• El eIF1, y eIF3: Subunidad 40 s• eIF2 (GTP): RNAT met a la sub 40s • La cap 5’ reconocida eIF4F, eIF4A, eIF4B

acoplan RNAm y ribosoma• La sub 40s + RNAT met y el eIF5 dirigen

mensajero para identificar AUG de inicio• Al ser reconocido el eIF5 produce

hidrólisis de GTP, los IF salen y sub 60s (eIF6) se une a 40s

Traducción: (elongación)

• Formación de la cadena de a.a. para formar la proteína

• Llega el segundo tRNA cargado y se coloca en el lugar A (aceptador) para formar el enlace péptidico, mediante la enzima peptidyltransferasa, esto se conoce como transpeptidación.

Traducción: (elongación)• La translocación se lleva a cabo cuando

el primer tRNA (met) se mueve del lugar P al lugar E (“exit”).

• El tRNA que estaba en el lugar A se mueve al P

• El mRNA se mueve al siguiente codón para ser reconocido por el tRNA en el lugar A.

ELONGACION EUCARIOTES

• eEF1α (GTP) = EF-Tu de bacterias

• eEF2 (GTP) = EF- G de bacterias

• eEF1β (GTP) recicla (GTP) eEF1α

Traducción: (terminación)

• Luego de haberse formado la cadena de polipéptidos (elongación), se va colocar un codón de terminación (UAA, UAG, UGA)

• Cuando el tRNA llega no reconoce el codón y detiene el proceso de elongación y se termina con la síntesis de proteína

TERMINACION EN EUCARIOTES

• Solo un factor de liberación (RF)• 10 millones ribosomas /célula • 18 residuos de aa/ seg (20 aa

diferentes)• DNA pol 10 N/seg.• RNA pol 55 N/seg• Síntesis proteínas 200M/ enlaces/ seg

1865 Beadle & Tatum - 1941

La hipótesis un gen – una enzima

A BEnz 1 Enz 2 Enz 3Precursor Producto final

Gen 1 Gen 2 Gen 3

¿Cómo funciona el genomapara manifestar sus

características?



Neurospora crassa



Neurospora crassa

Rayos X

Ascosporas en medio completo

medio mínimo

No crecen los mutantes

Todos crecen

Mínimo +amino ácidos

Cys Glu Arg Lys His

Mutantes deficientes en la síntesis de arginina.


Tipo normal

Mutantesclase I

Mutantes clase II

Mutantes clase III

Min

imal

Med

ium

+ O

rnit

hin

e

+ A

rgin

ine

+ C

itru

lin

ePrecursor Ornithine Citruline ArginineEnz A

Gene A Gene B Gene C

Enz B Enz C

Precursor Ornithine Citruline ArginineEnz B Enz C

Precursor Ornithine Citruline ArginineEnz A Enz C

Precursor Ornithine Citruline ArginineEnz A Enz B

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