Célula genes y organismoCélula genes y organismo

Prof.: Andrea Soto GarcíaProf.: Andrea Soto García

NUCLEO CELULAR

Lugar de Síntesis y Localización Citoplasmática del ARN

Estructura del ADN

Estructura Primaria del ADN

Esquema tridimensional del Esqueleto de ADN

Estructura secundaria: Configuración de la molécula de ADN

GENES

“REPLICACIÓN”

TRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓN

• Se estima que la información genética del ser humano comprende entre 50000 y 100000 genes. Conceptualmente, se puede definir a un gen como un trozo discreto de ADN que codifica una determinada proteína.

• Dentro de los genes existen trozos de ADN (denominados intrones) que después de efectuada la transcripción son eliminados durante el procesamiento del ARN y no se encuentran en el ARN mensajero maduro. Las secuencias que finalmente codifican la información para sintetizar una determinada proteína se denominan exones. Existen además zonas regulatorias que no codifican información sino que corresponden a sitios de unión de proteínas capaces de modificar positiva o negativamente la transcripción del gen. Estas zonas se encuentran generalmente antes del sitio de inicio de la transcripción y se conocen genéricamente con el nombre de promotor. El inicio de la transcripción está generalmente dado por una secuencia de bases nitrogenadas estándar a la cual le siguen secuencias no codificantes que no son finalmente traducidas y que son importantes en la estabilidad del ARN mensajero. Del mismo modo existen zonas no traducidas en el extremo distal del ADN que codifican para una señal de poliadenilación que corresponde a una secuencia continua de adeninas que facilitan la maduración del ADN y el término de la transcripción.

• Los procesos de transcripción y traducción están regulados de un modo complejo. La información disponible a este respecto es abundante pero sin duda parcial e incompleta. De la totalidad de los genes existentes la mayoría de ellos están destinados a la regulación de la expresión de otros genes y sólo el 10 o 20% están destinados a la síntesis de proteínas estructurales y/o funcionales.

• La transcripción de un gen es probablemente el proceso más crítico y regulado. La existencia de proteínas con la capacidad de unirse a secuencias específicas del ADN e influir en la velocidad con que los genes son transcritos es uno de los factores más relevantes en este sentido. Estas proteínas reciben el nombre genérico de factores de transcripción y pueden actuar como activadores o represores de la transcripción de un gen determinado. La mayoría de los sitios de unión para factores de transcripción se encuentran ubicados en la región del promotor de los genes.

Modelos de Replicación del ADN

Estructura básica de un gen. Las zonas regulatorias (promotor) y no traducidas (RNT) así como los intrones contienen señales importantes para el procesamiento, transporte y degradación del ARN.

Requerimientos para la replicación

La actividad de la polimerasas requiere:

1.- Presencia de ADN patrón o molde.

2.- Un cebador o primer: ADN ó ARN (5-15 pb)

3.- Desoxirribonucleótidos: dATP, dCTP, dTTP, dGTP

Otros requerimientos:

1.- Enzimas:

-ADN polimeraras III y I (Polimerasa II ??), telomerasa.

- Topoisomerasas I y II (girasa)

- Proteínas estabilizadoras

- Helicasa

- Primasa

- Ligasa

2.- Iones: Mg++

Subunidad Funcion

Polimerizacion 5’....3’

Exonucleasa 3’......5’

Desconocida

, , ’ , ,

Carga de enzima en el molde {abrazadera de carga)

Abrazadera corrediza {factor de continuidad)

Dimeriza el complejo nuclear

Subunidades constiituyentes de la holoenzima de la ADN polimerasa III

Replicones y origen de la replicación

245 pb

bidireccional

Procariontes:

- ADN circular

- No asociado a proteínas (histonas)

5`

3`

5`

3`5`3`

3`

5`

5`

3`

Exactitud en la replicación del ADN

-Alta fidelidad en el copiado de la hebra templado Mantiene constante el genoma.

Apareamiento de bases: G - C y T-A

Errores teóricos:

* 1 pb cada 109 pb replicadas.

Tamaño genoma mamíferos: 3x109 pb, o sea 3 mutaciones por cada ciclo de replicación.

Errores reales polimerasas: 1 pb cada 105 pb Propiedades correctoras de la ADN pol

-Errores generan mutaciones en el ADN.

Mecanismos de reparación del ADN

Mutaciones en el ADN

Flujo de la Información Genética

- Proteína Estructural

- Enzimas Metabolismo Fenotipo

E

x

p

re

s

i

ó

n

G

é

n

i

c

a

Transcripción

Tres etapas

1.- Inicio de la cadena mediante unión de la ARNpol al sitio promotor:

Promotor o señal de inicio: TATAAG, CAAT y Estimulador en ADN codificante

2.- Alargamiento: adición de ribonucleótidos 5` 3`OH.

3.- Terminación:

Señal de término: 4-8 U……(ARN)

AA…(en cadena de ADN de codificacion)

Requerimientos para la transcripción

Materia prima:

- ADN de codificacion (Una hebra)

- Ribonucleótidos: rUTP, rATP, rGTP, rCTP.

- ARN primer.

Enzimas ARN polimerasas:

ARNpol I: ARNr

ARNpol II: ARNm y ARNsn

ARNpolIII: ARNt ARNsc

Factor Rho (ATPasa)

Esquema general de la transcripción

Promotor

Procesamiento del ARN:

1.- Clivaje de un gran precursor en ARN más pequeños por extracción de segmentos de comienzo o fin del precursor.

2.- Empalme (splicing) en el cual se escinden secuencias intercaladas o intrones (segmentos insertados) y se vuelve a ligar la molécula.

3.- Agregado terminal de nucleótidos como segmentos POLI-A (200-300 pb) en el extremo 3`y nucleótidos CAP (7-metil-G) en el extremo 5`de ARN eucariótico.

4.- Modificaciones de los nucleótidos como las metilaciones que son comunes en los ARNt y ARNr.

Procariontes:

- ARNm policistrónicos.

- Traducción acoplada a la transcripción.

Eucariontes:

- ARNm monocistrónicos.

- Traducción separada en el citoplasma.

Procesamiento del ARNhn: corte y empalme

5’ 7MG 3’ Poli A

Mecanismos de regulación de la expresión génica

Niveles de regulación

Mecanismos de regulación en bacterias: Operón lac

Gen represor Promotor Operador

Tipos de regulación: negativo/positivo; inducible/reprimible

Mecanismos regulación eucariotas pluricelulares

Conformaciones ARNr

Conformaciones ARNt

Concepto de GEN

Secuencia de ADN que codifica informacion para un polipeptido

Estructura

En base a tripletes o codones

1 triplete = 3 nucleotidos en secuencia

1 triplete................ 1 aminoacido

1 GEN..................1 peptido

Efecto de las mutaciones en la secuencia del ARNm

Marcadores Moleculares

-Marcador Molecular: biomoléculas que se pueden relacionar con un rasgo genético.

Ejemplo:

- Proteínas: antígenos, isoenzimas, alozimas.

- DNA: * genes conocidos:

nucleares, mitocondriales, cloroplastos.

* fragmentos de secuencia y función desconocida (secuencias anonimas)

RAPD, Fragmentos de restricción, fragmentos amplificados.

QTL (loci de rasgos cuantitativos o cuantificables): Cuando varios marcadores moleculares se asocian inequívocamente con un rasgo genético.

Propiedades de los marcadores:

Monomórfico: marcador molecular que es invariable en todos los organismos estudiados. Polimórfico: cuando presenta diferencias en el peso molecular, actividad enzimática, estructura o sitios de restricción.

Hipervariable: Cuando el grado de variación es muy alto.

Genes ribosomales humanos

Secuencias marcadoras:

- Genes 5.8s, 18s, 28s

- Secuencias ITS, ETS (Espaciadores)

Genoma mitocondrial humano

Técnicas de Marcadores Moleculares

Dos tipos:

1) RFLP (Polimorfismo en la longitud de los fragmentos de restricción)

- Detección de fragmentos de DNA de distinto peso molecular, mediante digestión con la misma enzima de restricción en diferentes organismos.

* Genoma de mitocondrias y cloroplastos.

* Genoma nuclear.

2) MAAP (Múltiples perfiles arbitrarios de amplificación) Técnicas que emplean oligonucleótidos arbitrarios para generar huellas dactilares complejas.

Ejemplo:

- RAPD (DNA polimórfico amplificado al azar).

- AFLP (Polimorfismo de la longitud de los fragmentos amplificados).

- Otros.

Secuencias Palíndroma en el ADN

Enzimas de restricción

RFLP: Polimorfismo en la longitud de fragmentos de restricción

Reacción en cadena de la polimerasa

Primers

5`

5`3`

3`

3`

3`5`

5`5`

5`3`

5`

5`

5`

5`

5`

5`

5`

3`

3`

3`

3`

3`

3`

5`3`

3`

RAPD: DNA polimórfico amplificado al azar

Separación por electroforesis

Construcción de bibliotecas

de ADN humano:

uso de enzimas de restricción

Sintesis de proteinas

Proceso en el cual se traduce el mensaje genetico, codificado en el ARNm, en una secuencia lineal de aminoacidos

3 etapas

1. Iniciacion

2. Elongacion

3. Terminacion

Materia prima:

-Aminoacil-ARNt (ARNt cargado) Enzima aminoacil sintetasa, ATP

- ARNm (templado o molde)

Enzimas:

- Peptidil transferasa: genera enlace peptidico

Factores de iniciacion, elongacion y terminacion

Subunidades ribosomales mayor y menor

GTP: energia

Concepto de GEN

Secuencia de ADN que codifica informacion para un polipeptido

Secuencia nucleotidica

Estructura

En base a tripletes o codones

1 triplete = 3 nucleotidos en secuencia

1 triplete................ 1 aminoacido

1 GEN..................1 peptido

Como se llego a este ordenamiento en tripletes?

Como se determino que triplete codifica para cada aminoacido?

Sintesis de proteinas

Identificación de genes: uso de sondas radiactivas de ADN complementario.