Unidad XIV biologia molecular
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UNIDAD XIV. UNIDAD XIV. BIOLOGÍA MOLECULAR BIOLOGÍA MOLECULAR Universidad de Oriente Núcleo Bolívar Escuela de Ciencias de la Salud Departamento de Ciencias Fisiológicas Asignatura: Bioquímica Prof. Zulay Castillo Pérez Prof. Zulay Castillo Pérez
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UNIDAD XIV. UNIDAD XIV. BIOLOGÍA MOLECULARBIOLOGÍA MOLECULAR
Universidad de OrienteNúcleo Bolívar
Escuela de Ciencias de la SaludDepartamento de Ciencias Fisiológicas
Asignatura: Bioquímica
Prof. Zulay Castillo PérezProf. Zulay Castillo Pérez
ÁCIDOS NUCLEICOS
El DNA, es la base química de la herencia y
está organizada en genes, unidades
fundamentales de la información genética.
Los genes controlan la síntesis de varios
tipos de RNA, que en su mayor parte están
involucrados en la síntesis de proteínas.
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
Los genes no funcionan de manera
autónoma; su replicación y funcionamiento
se controlan por varios productos de gen, a
menudo en colaboración componentes de
varias vías de transducción de señales.
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
El conocimiento de la estructura y función
de los ácidos nucleicos es esencial para
comprender la genética y muchos aspectos
de la fisiopatología de la enfermedad, así
como los fundamentos genéticos de la
enfermedad.
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
Avery, MacLeod y McCarty
(1944): El DNA contiene la
información genética.
Determinación genética del
carácter (tipo) de la cápsula de
un neumococo específico
podía ser transmitida a otro
neumococo de un tipo
capsular diferente
introduciendo DNA purificado
del primer tipo en el segundo.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Reglas de Chargaff para ADN de Doble hélice, 1949
La información Genética reside en el orden de las La información Genética reside en el orden de las
unidades monoméricas en los polímeros, por lo que unidades monoméricas en los polímeros, por lo que
debe existir un mecanismo para reproducir o replicar debe existir un mecanismo para reproducir o replicar
esta información específica con un elevado grado de esta información específica con un elevado grado de
fidelidad. fidelidad.
Ese requerimiento, junto con los datos de Chargaff, Ese requerimiento, junto con los datos de Chargaff,
condujo a Watson, Crick (1953) a proponer el modelo condujo a Watson, Crick (1953) a proponer el modelo
de una molécula de doble tira del DNA.de una molécula de doble tira del DNA.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Estructura tridimensional de la molécula de ADNEstructura tridimensional de la molécula de ADN
Apareamiento entre bases nitrogenadas
El “inicio” se define como 5‘ y el “fin” como 3'
Los términos 5’ y 3’ indican la posición de los nucleótidos en el esqueleto de ADN en relación con la molécula de azúcar
Las dos cadenas de la doble hélice están orientadas en direcciones opuestas
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
Constituido por 4 desoxinucleótidos: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidinay desoxitimidina
Azúcar + fosfato + base nitrogenada
Parejas: A con T/G con C
Gobierno de la síntesis de proteínasInformación – código genético secuencia de nucleótidosNo todo el ADN está formado por genes
TIPOS DE ADNTIPOS DE ADN
ADN BADN B:: hélice orientada a la
derecha con una distancia de 3,4 Aº
entre pares de bases y 10,4 pares de
base por vuelta.
Forma predominante in vivo.
Dependen del enrollamiento de la cadena y su orientación:
TIPOS DE ADNTIPOS DE ADN
ADN AADN A:: predomina en los
híbridos ADN-ARN es similar a
la B pero mas compacta 2,3 Aº
entre pares de bases y 11 pares de
bases por vuelta.
TIPOS DE ADNTIPOS DE ADN
ADN ZADN Z:: las bases de las dos
cadenas se posicionan mas hacia la
periferia de una hélice orientada a
la izquierda. Hay una distancia de
38 Aº entre pares de bases y 12
bases por vuelta
TIPOS DE ADNTIPOS DE ADN
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
Una sola hebra.
Nucleótidos:
Uridina, Adenosina, Guanosina, Citdina
Azúcar + fosfato + base nitrogenada
5 a 10 veces más abundante que el ADN
TiposARNrARNmARNt
Formado por nucleótidos unidos por enlaces
fosfodiéster. Presenta una composición similar a la del
DNA.
Generalmente son de cadena sencilla.
La estructura secundaria de las regiones de doble
cadena, se asemeja a la forma A del DNA, más que a la
forma B, la cual no puede ser adoptada debido a
impedimentos estéricos a causa del grupo OH del C2´ de
la ribosa.
ARNARN
Macromolécula sintetizada por las RNA polimerasas por
transcripción de una secuencia de nucleótidos de DNA que sirve
como molde.
A diferencia del DNA el RNA engloba a una familia muy
heterogénea.
La estructura primaria viene determinada por la secuencia de
nucleótidos y pueden presentar formas muy variadas de
estructuras secundarias, formadas por uniones intracatenarias.
También han sido observadas estructuras terciarias para ciertos
tRNAy rRNA.
ARN
RNA heterogéneo nuclear (hnRNA).
RNA mensajero (mRNA).
RNA ribosómico (rRNA).
RNA de transferencia (tRNA).
RNA citoplasmático pequeño (scRNA)
TIPOS DE RNA EN EUCARIOTAS
Representa las moléculas precursoras del
RNAm que son transcritas directamente del
DNA y que codifican para una proteína
determinada.
Incluyen secuencias codificantes (exones) y no
codificantes (intrones). Este RNA será
procesado.
ARN HETEROGÉNEO NUCLEAR ARN HETEROGÉNEO NUCLEAR (hnRNA)(hnRNA)
Representan las moléculas procesadas del hnRNA que
codifican para una proteína determinada. Su secuencia de
nucleótidos es traducida en una secuencia de aminoácidos en
el proceso de traducción para sintetizar una proteína .
Se incluyen formas muy heterogéneas tanto en tamaño como
en secuencia, existiendo, en general, una molécula de mRNA
para cada gen o grupo de genes que vayan a expresarse
RNA MENSAJERO (mRNA)RNA MENSAJERO (mRNA)
Es el más pequeño con unos 75 nucleótidos de medida. Su
función es transportar los aminoácidos en forma activada hasta
el ribosoma, durante el proceso de traducción del mRNA.
Existe al menos un tipo de tRNA para cada uno de los 20
aminoácidos.
Todos presentan en su extremo 3´ la secuencia de nucleótidos
CCA, independientemente del aminoácido que transporten. El
extremo 3´ constituye el extremo aceptor del aminoácido.
ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA) ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA)
ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA) ARN DE TRANSFERENCIA (tRNA)
Participa en el proceso de soldadura de los exones durante
la formación del mRNA.
Son pequeñas secuencias de unos 150 nucleótidos de
media: U1, U2, U3, U4, U5, U6,
Es un ARN de unos 300 nucleótidos es el RNA que forma
parte del SRP (Signal Recognition Particle) que ejerce una
función específica en el envío de proteínas recién sintetizadas
hacia compartimentos intra-o extracelulares.
ARN CITOPLASMÁTICO PEQUEÑO (scRNA)
1) El azúcar en el RNA al cual se adhieren los fosfatos y las 1) El azúcar en el RNA al cual se adhieren los fosfatos y las
bases purínicas y pirimidínicas es la ribosa en lugar de la bases purínicas y pirimidínicas es la ribosa en lugar de la
2'-desoxirribosa del DNA.2'-desoxirribosa del DNA.
2) Los componentes pirimidinicos del RNA difieren de los 2) Los componentes pirimidinicos del RNA difieren de los
del DNA. Aunque el RNA contiene los ribonucleótidos de del DNA. Aunque el RNA contiene los ribonucleótidos de
adenina, guanina y citosina, no posee timina. En lugar de adenina, guanina y citosina, no posee timina. En lugar de
la timina, el RNA contiene el ribonucleótido de uracilo.la timina, el RNA contiene el ribonucleótido de uracilo.
DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARNDIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN
3) El RNA existe como tira sencilla y no como molécula 3) El RNA existe como tira sencilla y no como molécula
helicoidal de doble tira, como el DNA. Sin embargo helicoidal de doble tira, como el DNA. Sin embargo
dada la secuencia de bases complementarias dada la secuencia de bases complementarias
apropiadas con polaridad opuesta, la tira sencilla de apropiadas con polaridad opuesta, la tira sencilla de
RNA, es capaz de doblarse sobre si misma, como una RNA, es capaz de doblarse sobre si misma, como una
horquilla y adquiere así características de tira doble.horquilla y adquiere así características de tira doble.
DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARNDIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN
EMPAQUETAMIENTO DEL ADNEMPAQUETAMIENTO DEL ADN
Histonas:
proteínas asociadas con la cromatina del DNA.
Nucleosomas:
unidad estructural construida con ocho
moléculas de histona y DNA superenrollado
con giro a la izquierda.
EMPAQUETAMIENTO DEL ADNEMPAQUETAMIENTO DEL ADN
EMPAQUETAMIENTO DEL ADN
1 Bucle son 50x106pb
1 Roseton son 6 bucles
1 Vuelta de espiral son
30 rosetones
2 Cromatidas con 2x10
vueltas de espiral
EMPAQUETAMIENTO DEL ADN
Transportar Información
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADNDEL ADN
• Proceso por el cual se sintetiza el ADN. Proceso por el cual se sintetiza el ADN.
• Es semiconservativa porque las cadenas de ADN Es semiconservativa porque las cadenas de ADN
parental sirven como moldes para las dos cadenas parental sirven como moldes para las dos cadenas
complementariascomplementarias
• Cada molécula generada por el proceso de replicación Cada molécula generada por el proceso de replicación
contiene una cadena parenteral intacta y una nueva de contiene una cadena parenteral intacta y una nueva de
síntesis.síntesis.
REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADNREPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADN
SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASSÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS
Las características principales en este proceso de
replicación fueron estudiadas en E. coli.
Es bidireccional, se inicia con la unión de
aproximada de 30 moléculas de proteína ADN A, a
un único punto de origen llamado Ori C.
Con ayuda de otras proteínas; las hebras
parentales se separan en esa región y copian se
generan dos horquillas de replicación que se
mueven en ambos sentidos alejándose del origen.
SÍNTESIS DEL ADN EN SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASPROCARIOTAS
Desenrrollamiento de las cadenas parentales:
Es necesario que la hélice se desenrrolle por delante de la
horquilla de replicación para esto actúan las siguientes enzimas:
1) 1) Helicasas:Helicasas:
separan las cadenas de ADN y desenrrollan la doble hélice
parental, las proteínas de unión de cadena sencilla impiden que
las cadenas se reasocien y las protegen del ataque de enzimas
que escinden los enlaces fosfodiéster en el ADN de cadena
única.
SÍNTESIS DEL ADN EN SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASPROCARIOTAS
2) Topoisomerasas:
alivian el superenrrollamiento en la cadena doble parental
producido por el desenrrollamiento la más importante es la
ADN girasa
3) Polimerasas del ADN:
catalizan la síntesis del ADN, E. coli posee 3 ADN polimerasas,
la principal es Pol III todas copian una cadena molde en sentido
3’-5’ para producir una en sentido 5’-3’ sus sustrato son los
desoxirribonucleótidos fosfato (dATP, dTTP, dGTP, dCTP) para
adición de nucleótidos a la cadena en crecimiento.
SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASSÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS
Eliminación de errores en el apareamiento
de bases:
el primer punto de control es ejercido por la Pol III
en su función exonucleasa y tras la replicación otros
mecanismos reparan apareamientos erróneos que
escapan a la primera corrección de errores.
SÍNTESIS DEL ADN EN SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTASPROCARIOTAS
Cebadores:
Para que la ADN polimerasa pueda dar inicio a la síntesis es
necesario un extremo 3’-OH libre que es aportado por el
cebador (oligonucleótido de ARN) y se sintetiza en dirección
5’ 3’ por una primasa (ARN polimerasa) que añade
inicialmente un desoxirribonucleótido al grupo 3’-OH y luego
continúa añadiendo al extremo 3’ de la cadena en crecimiento.
SÍNTESIS DEL ADN EN PROCARIOTAS
REPLICACIÓN DEL ADN EN E. COLI
ORIGEN DE LA REPLICACIÓN EN CÉLULAS PROCARIOTAS
REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS
El proceso es similar que en procariotas las
diferencias principales radican en el tamaño
del ADN eucariota y la asociación del ADN
eucariota con las histonas en los nucleosomas.
Hay muchos puntos de origen para la
replicación de este ADN.
REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS
Polimerasas en eucariotas: existen al
menos 9 clases de ADN polimerasas (α, β, γ, δ,
ζ, ε, κ, η, ι) la δ es la principal enzima
replicativa las polimerasas α, β y ε participan
en la reparación del ADN, la polimerasa γ en
la replicación del ADN mitocondrial.
Una horquilla de replicación consiste en cuatro componentes que se forman en la secuencia siguiente:
1)La DNA helicasa escinde un segmento corto de la dupleta de DNA progenitor.
2) La primasa inicia la síntesis de una molécula de RNA para iniciar la síntesis de DNA.
3) La DNA polimerasa inicia la síntesis de la tira hija naciente.
4) Las Proteínas de Unión al ADN de hebra simple (SSB) se
enlazan a DNA y evitan la conversión prematura de ssDNA a dsDNA.
REPLICACIÓN DEL ADNREPLICACIÓN DEL ADN
En 1968, Reiji Okazaki demostró que la síntesis de
una de las cadenas (conductora) en dirección 5’-3’
hacia la horquilla es continua y la otra cadena
(retrasada) es discontinua y se sintetiza en
fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki) en
sentido 5’-3’ alejándose de la horquilla para
posteriormente unirse pero e conjunto el proceso
avanza hacia la horquilla de replicación.
REPLICACIÓN DEL ADNREPLICACIÓN DEL ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
Modelo de acción de la
helicasa
REPLICACIÓN DEL ADN
Modelo de acción de la topoisomerasa
Desenrollamiento del ADN parental
Enrollamiento de las hebras de ADN en la cabeza de la horquilla de replicación
Rotura transitoria que sirve como eslabón giratorio para permitirla rotación libre de las hebras de ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
Proceso de síntesis de ARN. Mecanismo celular por
el cual la información genética contenida en el ADN
es transferida a una molécula de ARN
TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN
Durante la transcripción la información genética del Durante la transcripción la información genética del
ADN es copiada al ARN mensajero (ARNm):ADN es copiada al ARN mensajero (ARNm):
La transcripción comienza al inicio del gen, en 5' La transcripción comienza al inicio del gen, en 5'
(región del promotor) y continua hasta el fin del gen (región del promotor) y continua hasta el fin del gen
en 3‘.en 3‘.
La secuencia del ARNm es complementaria a la del La secuencia del ARNm es complementaria a la del
molde de ADN usada para la transcripción, excepto molde de ADN usada para la transcripción, excepto
que las bases de uracilo sustituyen a las timinas.que las bases de uracilo sustituyen a las timinas.
TRANSCRIPCIÓN
La nueva molécula de ARN es procesada a través
de:
“Splicing”: escisión de los intrones.
“Capping”: modificación del extremo 5’.
Poli-adenilación: adición de adeninas en el
extremo 3’.
Utiliza el molde de ADN para polimerizar
ribonucleótidos 5´trifosfato (NTPs).
El crecimiento es en dirección 5´-3´
No requiere un cebador
Solo se trascribe un fragmento del ADN utilizando
una sola hebra, denominada sin sentido y la otra es
la hebra con sentido.
TRANSCRIPCIÓNARN Polimerasa
ADN
ARN Síntesis de ARN (transcripción)
intrón intrón
Escisión de intrones (splicing)
Síntesis de proteínas
(traducción)
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
Fases:
1)Iniciación: tiene lugar en secuencia promotora
o promotores
2)Elongación: por acción de la ARN Polimerasa
(ARNP)
3)Terminación:
a) Independiente del factor
b) Dependiente del factor
1) Iniciación: Aumento de la afinidad de la enzima ARNP con el
ADN mediante el factor σ en la interacción con el
promotor. Formación de un complejo promotor cerrado
(Hemivida de 10 seg. aprox.). Desenrrollamiento de aprox 12 pb del ADN (-9 a
+3, +1 primer nucleótido que se lee). Presente un sitio, que une ATP y GTP con
semisaturación de 100μM, Purina en el extremo 5´
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
2) Elongación:
Sitio para los rNTP, semisaturación de 10μM.
Ataque nucleofílico por el hidróxilo 3’.
Las primeras reacciones de formación de enlaces
fosfodiester tienen eficiencia baja. Aborto de 2 a 9
residuos.
Disociación de la subunidad σ y se continua por
la polimerasa “core”.
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
Modelos de elongación del ADN transcrito:
a) Modelo de burbuja
TRANSCRIPCIÓNb) Modelo de gusano:
3) Terminación:
a)Independiente del factor (características):
Dos segmentos simétricos ricos en GC, que en el
trasncrito forman un bucle troncal.
Trayecto posterior de 4 a 8 residuos de A.
La ARNP reduce la velocidad o realiza una pausa. La
estabilidad de los pbde GC hace que el molde sea
difícil de desenrollar.
TRANSCRIPCIÓN
b) Dependiente del factor:
Características:
Se lleva a cabo por una proteína con actividad
ADN-ARN helicasa. La proteína ρ (rho) se une al
transcrito en formación cuando la ARNP realiza una
pausa.
La pausa de la ARNP en lugares de terminación
dependiente de ρ posiblemente por acción de la
proteína NusA.
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
Síntesis de proteínas guiada por un molde de
ARNm.
No es más que la etapa final de la expresión génica.
Es sólo el primer paso en la constitución de una
proteína funcional.
Todos los ARNm se leen en dirección 5´- 3´.
Las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde el
extremo amino terminal al carboxilo terminal.
TRADUCCIÓN
Cada aminoácido viene codificado por tres bases
(codón) en el ARNm.
Tiene lugar en los ribosomas.
Implica la interacción de tres tipos de moléculas de
ARN (ARNm, ARNt y ARNr).
El ARNt sirve de adaptador entre el ARNm y los
aminoácidos de la proteína.
TRADUCCIÓN
TRADUCCIÓN
TRADUCCIÓN
UTR: regiones que no codifican
TRADUCCIÓN
Etapas:
1)Iniciación: unión del ARNt iniciador y del
ARNm a la subunidad pequeña del ribosoma.
2)Elongación: unión de varios aminoácidos a la
cadena polipeptídica creciente.
3)Terminación: se encuentra el codón de
terminación y se disocia el ribosoma liberando la
cadena polipeptídica sintetizada.
TRADUCCIÓN
TRADUCCIÓN
IF: factor de iniciación.EF: factor de elongación.RF: factor de liberación.
Factores de traducción. Proteínas que intervienen en cada una de las etapas de la traducción.
TRADUCCIÓNInicio de la traducción en células
procariotas.
1)Unión de tres factores de iniciación
(IF-1, 2 y 3) a la subunidad pequeña
ribosómica.
2)Unión a la subunidad ribosómica
pequeña del ARNm y del ARNt
iniciador (fMet), que se reconoce en
IF-2 unido a GTP. Liberación de IF-3 y
unión de la subunidad ribosómica
grande.
3)Unión de la subunidad ribosómica
grande al complejo por hidrólisis del
GTP, con liberación de IF-1 e IF-2
unido a GDP.
1)
3)
2)
Inicio de la traducción en células
eucariotas.
1)Unión de tres factores de iniciación
(eIF-3, 1 y 1A) a la subunidad pequeña
ribosómica.
2)Llegada al ribosoma del ARNt
iniciador (fMet) por el eIF-2
(formando complejo con GTP) y del
ARNm por varios IF.
3)Reconocimiento del codón de
iniciación (AUG) con hidrólisis de ATP.
4)Liberación de eIF-2 y otros IF por
hidrólisis de GTP.
5)Unión de la subunidad ribosómica
grande al complejo.
TRADUCCIÓN
Etapas de la elongación de
la traducción.
1)Unión del ARNt iniciador
(fMet) al sitio P (peptidil) del
ribosoma.
2)Llegada de un segundo
aminoacil al sitio A (aminoacil)
del ribosoma dirigido por EF-
Tu (unido a GTP) que se libera
luego de la hidrólisis del GTP.
1)
2)
TRADUCCIÓN
TRADUCCIÓNEtapas de la elongación de la
traducción.
3)Formación del enlace peptídico y
transferencia del fMet al aminoacil
ARNt ubicado en el sitio A.
4) Translocación del peptidil ala-met
al sitio P y la del ARNt libre al sitio E
(liberación), dejando el sitio A vacío,
ocasionada por el desplazamiento del
ribosoma tres nucleótidos a través del
ARNm mediado por EF-G por
hidrólisis de GTP.
3)
4)
TRADUCCIÓNTerminación de la
traducción.
1) Reconocimiento de
un codón de
terminación (ej: UAA)
por un factor de
liberación y no por un
ARNt.
2) Liberación de la
cadena polipeptídica
completa y disociación
del ARNt y ARNm del
ribosoma
1) 2)
Con 3 bases hay 64 Con 3 bases hay 64 combinaciones posiblescombinaciones posibles
Parada y arranqueParada y arranqueRedundanciaRedundancia
¿Cuál es la secuencia de ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos que se aminoácidos que se traduce de esta traduce de esta secuencia de ARN?secuencia de ARN?
CCA CAA GAC UAGCCA CAA GAC UAGa) Pro GIn Asp Stopa) Pro GIn Asp Stopb) Pro His Asp Trpb) Pro His Asp Trpc) His GIn Asp Stopc) His GIn Asp Stopd) Pro GIn His Stopd) Pro GIn His Stop
CÓDIGO GENÉTICO
