Tema 10 Transmisión de la información genética. Ácidos nucleicos. • ADN, principales características estructurales.

Replicación del ADN: etapas, enzimas que intervienen. Concepto de intrones y exones. Concepto de mutaciones y mutágenos.

• Flujo de la información genética, tipos de ARN, mensajeros, ribosomales y de transferencia, estructuras y funciones. Transcripción: etapas, enzimas que intervienen, maduración del ARN mensajero.

• Traducción: biosíntesis de proteínas, etapas. Nociones sobre alimentos transgénicos.

Química Biológica Lic en Nutrición- 2015

Composición del ADN (Chargaff)

La composición de bases del ADN varía con la especie.

Miembros de una misma especie contienen la misma composición de bases

La composición de bases del individuo no varía con la edad, el estado nutricional, o el estado ambiental.

En todas las especies el número de Adeninas es igual al de Timinas y el de Guaninas es igual al de Citosinas.

Modelo de Watson y Crick (1953)El ADN está formado por dos cadenas

polinucleotídicas enrolladas alrededor de un eje común: doble hélice.

Las dos cadenas son antiparalelas.Las bases ocupan el centro, los azúcares y

fosfatos se sitúan hacia el exterior. Presenta dos hendiduras: surco mayor y menor.

Cada base se une por puentes de hidrógeno a otra base de la hebra opuesta: A=T, GΞC, esto se llama apareamiento de bases complementarias

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

ADN

ARN

Péptido o proteína

Replicación

Transcripción

Traducción

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.

ORIGEN DE LA REPLICACIÓNToda molécula de ADN a ser replicada tiene

un origen de replicación, desde donde se inicia el proceso en ambas direcciones hasta terminar de copiar toda la molécula.

Los ADN bacterianos son circulares y tienen un origen de replicación.

Los ADN eucariotas son lineales y la replicación iniciará en varios sitios simultáneamente.

Los sitios de inicio de replicación se llaman burbujas de replicación, cada una tendrá dos horquillas de replicación que irán desenrollando la hélice.

ADN eucariota

ADN bacteriano

Dirección de síntesis de las cadenas

La síntesis de nuevas cadenas se realiza por unión de un nuevo nucleótido complementario al de la cadena molde, en la posición 3´-OH de la desoxirribosa, siempre se agregan en la dirección 5´ 3´.

La cadena molde es la cadena 3´ 5´: cadena líder o hebra continua.

La otra cadena está en sentido contrario: se sintetiza en forma discontinua: fragmentos de Okazaki. (cadena retrasada)

Etapas de la replicación Apertura de la hélice: luego de la unión de proteínas

al origen de replicación, actúan las ADN helicasas separando las uniones puente hidrógeno. Se unen las proteínas de unión a cadena simple (SSB) para evitar que se formen nuevamente. Una girasa relaja la tensión generada por la apertura de la horquilla.

Inicio de la síntesis: la primasa agrega un cebador de ARN sobre el que actuará la ADN polimerasa

Síntesis de ADN: una ADN polimerasa comenzará agregar nucleótidos en sentido 5´- 3´.

Los cebadores, son eliminados al término de la replicación por otra ADN polimerasa 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.

Características de las polimerasaSintetizan una secuencia complementaria y

antiparalela a partir de un molde.Sintetizan la nueva hebra en sentido 5´-3´.Requieren un cebador o de ARN para añadir el

primer desoxirribonucleótido a la cadena.Realizan el enlace fosfodiéster entre un extremo 3

´-OH del último nucleótido de la cadena recién sintetizada y el 5´-P del nuevo nucleótido trifosfato, liberando PPi.

Se asocian a proteínas para realizar su función.Algunas tienen capacidad correctora (vuelven y

corrigen errores), por lo que su fidelidad es alta: menos de un error cada 10 millones de nucleótidos.

Diferencias con ADN eucariotaLas moléculas son lineales y de

gran longitud: presentan varios orígenes de replicación.

Requieren de procesos de control para que inicien todos al mismo tiempo y no se produzcan copias extra de algunos sectores.

Requiere la acción de telomerasas para rellenar los extremos lineales

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.

MutacionesUna mutación es un cambio heredable en la

información genética. Puede ocurrir por errores en la replicación o por daños sufridos por el material genético.

Se pueden clasificar en: sustituciones de bases, inserciones y deleciones.

Causas: mutaciones espontáneas (despurinación, desaminación), mutaciones inducidas por agentes ambientales o mutágenos.

La mayoría de los daños al ADN se corrigen mediante mecanismos de reparación: reparación de errores de apareamiento, reparación directa, por escisión de bases o de nucleótidos

Mutágenos Análogos de bases: sustancias químicas con

estructuras similares a las bases que son incluidos por error por la ADN polimerasa. Ejs: 5- bromo uracilo

Reacciones oxidativas: formas reactivas del oxígeno dañan al ADN e inducen mutaciones

Agentes intercalantes: como proflavina, naranja de acridina, bromuro de etidio. Se intercalan entre bases adyacentes distorsionando la hélice y provocando inserciones y deleciones

Radiaciones ionizantes: Rx, o gamma, actúan desplazando electrones y provocando ruptura de las cadenas. Rayos UV: provocan uníones químicas entre bases pirimidínicas adyacentes, estos dímeros distorsionan la hélice, bloquean la replicación y como consecuencia inhiben la división celular y pueden provocar la muerte celular.

Efectos fenotípicos de las mutacionesLas sustituciones pueden dar lugar a la

incorporación de un aminoácido erróneo: mutación de cambio de sentido.

Mutación sin sentido: origina un codón de terminación.

Mutación silenciosa: altera el codón pero sigue codificando al mismo aminoácido

Mutación neutral: altera la secuencia de aminoácidos pero no cambia la función de la proteína.

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.

Tipos de ARN: ARNrConstituyen

moléculas de gran tamaño: ribosomas

Tienen función catalítica y estructural en la síntesis de proteínas.

Están formados por dos subunidades de distinto tamaño

ARN tARN transferencial: son

moléculas pequeñas, de una sola cadena.

Transportan los aminoácidos activados al ribosoma para formar el enlace peptídico a partir de la secuencia codificada por el ARN m molde.

Existe un ARNt para cada aminoácido

ARNmARN mensajero es el molde para la síntesis

de proteínas o traducción.La secuencia de nucleótidos es

complementaria al mensaje genético contenido en un segmento del ADN o gen.

Una molécula de ARN recién sintetizada se denomina TRANSCRIPTO PRIMARIO.

Un transcripto primario de ARNm contiene la secuencia presente en un gen.

En eucariotas , el transcripto primario contiene fragmentos codificantes (EXONES) y no codificantes (INTRONES).

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.

RNA polimerasasEn procariotas hay una RNA

polimerasa.En eucariotas existen distintas

polimerasas según el producto transcripto.

Las RNA polimerasas no tienen función correctora.

Agregan ribonucleótidos.Requieren de factores de transcripción

(proteínas) para su actividad.

• 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.

Factores de transcripción

Diferencias entre genes procariotas y eucariotas

Modificaciones post-transcripcionales del ARN eucariotaLos ARN eucariotas recién transcriptos

necesitan modificarse para poder cumplir sus funciones.

Adición del cap: a medida que va transcribiéndose y separándose del ADN se le añade un nucleótido modificado en el extremo 5´. Esta modificación es importante para iniciar la síntesis de proteínas.

Poliadenilación: en el extremo 3´se agrega un gran número de poliadeninas o cola poliA.

Splicing: eliminación de las secuencias no codificantes (intrones), dejando los exones unidos.

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

TRADUCCIÓN: Síntesis de Proteínas

ComponentesmRNA tRNARibosomasChaperonasEnzimasFactores de regulaciónHidrólisis de ATP o GTP

Es la decodificación del lenguaje de cuatro letras A;C;G;T en el lenguaje de 20 aminoácidos de las proteínas

Código genéticoCodón: triplete de nucleótidos que

codifica un aminoácido específico.Durante la traducción los tripletes son

leídos sucesivamente (no hay signos de puntuación) y sin solapamiento

El primer codón dentro de la secuencia determina el MARCO DE LECTURA.

En una secuencia de DNA de cadena simple hay tres posibles marcos de lectura.

Código genético

AUGCAGUGGAAACUAUAG ARNm

codón

Met- Gln–Trp--

-Universal: es idéntico para las distintas especies animales y vegetales

-Degenerado: más de un codón codifica para el mismo aminoácido.

Lys Leu stop

20 aac. 4 bases combinadas en codones o tripletes 43 = 64Sobran 44 codones iniciación, elongación, stop

ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS: FORMACIÓN DE AMINOACIL-tRNA

Papel adaptador del ARNtLa secuencia del ARNm es complementaria a la secuencia del anticodón presente en el transferencial, que es específico para cada aminoácido.

Etapas de la síntesis de proteínasActivación de los aminoácidos: cada aminoácidos

se activa por unión al tRNA correspondientes, esto ocurre en citosol con gasto de ATP, requiere Mg2+, catalizada por las aminoacil tRNA sintetasas específicas.

Aminoácido + tRNA +ATP AA-tRNA + AMP + PPi

Inicio: El mRNA se une a la subunidad menor del ribosoma, al aminoacil tRNA iniciador (metionina) y por último, a la subunidad mayor para dar el complejo de inicio. El proceso requiere GTP y proteínas.

Elongación: El tRNA que transporta al aminoácidos se une al codón complementario. Se forma la unión peptídica y se libera el tRNA. Esta unión y el desplazamiento del ribosoma requieren hidrólisis de GTP.

Terminación: señalada por codón de stop. Requiere proteínas o factores de liberación.

Plegamiento y modificación postraduccional

Etapas de la síntesis de proteínas

Síntesis de ProteínasTraducción

◦ Tres partes Iniciación

Unidad menor del ribosoma

tRNA inicial Codón Inicial

Extensión Incorporan los

amino ácidos. Enlace peptídico

Terminación Culmina el proceso

de traducción.