3Replicación,trascripciónytraduccióndelmaterialgenético.

Objetivo:DescribircomounacéluladuplicasumaterialgenéticoprecisamenteapartirdelADNyexplicarcomodecodificayutilizalainformacióncontenidaensugenoma.

3.1ReplicaciónyreparacióndelADN.

Dogma Central de la Biología Molecular

Transcripción

Traducción

Replicación

• Procesoextremadamentecomplicadoenelqueparticipangrancantidaddeenzimas.

• Debeasegurarsequelascélulashijasseanidénticasalacélulamadreyqueestasnoseandefectuosas.

UnodelosmecanismosmasimportantesdetodacélulaeslaReplicación delDNA® continuacióndelavida.

Tresetapasfundamentalesdelareplicación:

IIniciaciónIIElongaciónIIITerminación

IIniciación:• Reconocimientodelsitiodeorigen.• Separaryestabilizarcadenasparentales(Helicasa).• IniciarsíntesisdelDNAenhorquilladereplicaciónporcomplejo

protéicollamadoPrimosoma.

IIElongación:• FormacióndelcomplejodesíntesisdecadenashijasoReplisoma

(complejoactivoDNApolimerasaIII).

IIITerminación:• Uniónoreaccióndeterminacióndelasíntesisalfinaldelreplicón.

Bloqueoinhibiendohelicasa,Metilación(Hemimetilación).

Lareplicación tienelassiguientescaracterísticas:

1) Ocurreenelcitoplasmaenprocariotasyenelnúcleoeneucariotas.

2) Essemiconservativa,esdecirqueconservaunacadenadelADNoriginal.

3) Bidireccionalysimultánea.

4) NecesitacebadoresdeARN.

5) Laadicióndenucleótidossóloocurreendirección5’-3’.

6) Ocurresólounavezporciclocelular.

7) Sereplicaelgenomacompleto.

1)Ocurreenelcitoplasmaenprocariotasyenelnúcleoeneucariotas.

Replicón

2) Essemiconservativa,esdecirqueconservaunacadenadelDNAoriginal.

ExperimentodeMeselson–Stahl

FormacióndelcomplejodesíntesisdecadenashijasoReplisoma.Unadelascadenasesreplicadadiscontinuamente:FragmentosOkazaki

3)Lareplicaciónesbidireccionalyocurresimultáneamente enambascadenas,porloquelahorquillaoburbujadeiniciaciónsevahaciendomáslargaconformeavanzalareplicaciónalsintetizarnuevoADN.

Cadaextremodelahorquillarepresentaunacuñacrecientedondeambascadenassesintetizan,sinembargo,unacadenaessintetizadadeformacontinuaylaotradiscontinua.Lacadenaquevaendirección5’– 3’creceenlamismadirecciónenlaquecrecelahorquillayporelloseledenominalacadenalíder.

4)NecesitacebadoresdeARNLacadenasintetizadadeformacontinuanecesitaunsolocebadordeRNAlacadenaretrasadanecesitamúltiplescebadores.

II.Elongación.

Cadenalíder

Cadenaretrasada

Cadenamolde

Direccióndelmovimientodelahorquilla

• LasíntesisdelaotracadenasecomplicamuchoyaqueladirecciónglobaldesucrecimientodebeserendireccióncontrariaalaquetrabajalaADNpolimerasa.

• EsterequerimientoincompatibleconlasfuncionesdelaenzimaquepolimerizaelADN,essolucionadomedianteunprocesoqueinvolucrauncopiadodiscontinuodelacadenaretrasadamedianteelusodemuchoscebadoresdeARN.

<15 nucleótidos

Unadelascadenasesreplicadadiscontinuamente:FragmentosOkazaki

5) Laadicióndenucleótidossóloocurreendirección5’-3’

Hay varias familias de ADN Polimerasas:

Familia Función Taxón

A Replicaciónyreparación Eucariotasy procariotas

B Replicaciónyreparación Eucariotasy procariotas

C Replicación Procariotas

D Replicación Archaea

X Replicaciónyreparación Eucariotas

Y Replicaciónyreparación Eucariotasy procariotas

RT Replicaciónyreparación Virus,retrovirusyeucariotas

Polimerasa Familia Función

α B Síntesisdecadena deretraso

β X ReparacióndeambascadenasdeADN

γ A ReplicacióndelADN mitocodrial

δ B Síntesisdecadenalider,llenadodehuecosdespuésderemovercebadores.

ε B ReparacióndeambascadenasdeADN

Principales DNA polimerasas en Eucariota:

1)LasADNpolimerasasnopuedendesenrollarladoblehélicedelADN.

2)Lascadenassonantiparalelas ylasADNpolimerasassolopuedenañadirnucleótidosendirección5’- 3’.

3)Requierendelapresenciadeun“cebador”deARNparaadicionarnucleótidos.Esdecirdependendelapreexistenciadeunfragmentopatrónparainiciarelcopiadodelascadenasmolde.

5’

3’ 5’

3’

Cadenalíder

Cadenaretrasada3’ 5’

5’ 3’

Helicasa:estimulalaseparacióndelasdoscadena

Topoisomerasa(DNAgirasa):encargadadelenrollamientoydesenrollamientodeladoblehélice

ProteínasSSBoestabilizadoras:estabilizanlaestructuradecadenasimple

DNAprimasa:sintetizanlos

cebadoresdeARNenlossitiosde

iniciación

DNAligasa:formaenlacesreparandoloscortesenlamolécula

deDNAreplicada

Enzimas involucradas enlareplicación

DNApolimerasa:añadenucleótidos

complementariosalacadenamolde

• LaADNpolimerasaprocesahasta500,000nucleótidossindesprenderse,actividadindispensableparaelcrecimientodelacadenalíder.

VelocidadnaturalàProcariotas:500-1000nucleótidosporsegundo(4x106)Eucariotas:50nucleótidosporsegundo(150x106)

ReparacióndelADN

Reparación y Protección à Trabajo correcto y eficiente de la célula

Células envejecidas à 1- Senescencia2- Suicidio celular (apoptosis)3- Carcinogénesis

1- REPARACIÓN DIRECTA: enzimas especialistas que detectan bases con errores.

Ejemplos: - metil-guanina-metil transferasa- Fotoliasa

2- REPARACIÓN SOBRE LA MARCHA: La polimerasa que sintetiza la nueva cadena de ADN detecta el error y lo repara.

polimerasa - exonucleasa

Reparación

A A T T A

T T A A T T

G

ReparacióndelADNREPARACIÓN POR MALAPAREAMIENTO

4- REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE BASES

5- REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE NUCLEÓTIDOS

6- RESPUESTA SOS (emergencia)

7- PROTEÍNA p53 (suicidio)

Replicación delADNhttps://www.youtube.com/watch?v=TNKWgcFPHqw

Reparación delANDWhat happens when your DNA is damaged?https://www.youtube.com/watch?v=vP8-5Bhd2ag

3 Replicación,transcripciónytraduccióndelmaterialgenético.

Objetivo:DescribircomounacéluladuplicasumaterialgenéticoprecisamenteapartirdelADNyexplicarcomodecodificayutilizalainformacióncontenidaensugenoma.

3.2Mecanismosdetranscripción.

Dogma Central de la Biología MolecularReplicación

Transcripción

TraducciónADN ARN Proteína

LaexpresióngénicaseconcretizaporlatransformacióndelainformacióngenéticadesdemoléculasdeADNamoléculasdeARNydesdeéstashastalospolipéptidoscorrespondientes.

expresióngénica

SíntesisdeARN

LatranscripcióneselprocesodeobtencióndeunARNmensajero(ARNm)apartirdelADNcorrespondienteaungen.

• LacadenadeARNcreceendirección5’– 3’.EstadireccióncoincideconlasíntesisdeADN.

• LaARNpolimerasa,adiferenciadelaADNpolimerasa,escapazdeiniciarsusíntesissinlapresenciadeningúntipodemoléculacebadora.

• Eneucariotas,losnucelosomasdebenserremovidosyreestablecidosunavezquelalecturaseharealizado.

SíntesisdeARN

LosprecursoresenlasíntesisdeARN(unidadesestructurales)soncuatroribonucleótidostrifosfatados:rATP;rCTP;rGTP;rUTP.

LasecuenciadebasesdelARNapolimerizarestádeterminadaporlasecuenciadebasesdelamoléculadeADNutilizadacomomoldeparasusíntesis.

HeahíqueseladenomineCadenaMoldedeADN(ocadenatemplada).

LasmoléculasdeARNsonsintetizadasusandocomomoldeasegmentosespecíficosdeADN,enlareaccióndepolimerizaciónqueescatalizadaporlaARNpolimerasa.

SíntesisdeARN

Ribonucleótidostrifosfatados

Cadena codificante

Síntesis de ARN

LaburbujadesíntesissemuevealolargodelacadenadeADNy,simultáneamente,unacadenadeARNsevaformando.

ARNpolimerasa

CadenadeARN

CadenaMoldedeADN

CadenadecodificacióndeADN

1.etapa- UNIÓNdelaARNpolimerasaalADNeINICIACIÓNdelasíntesis.

2.etapa- ELONGACIÓN delacadenadeARNmensajero

3.etapa- TERMINACIÓN delasíntesisyliberacióndelacadenadeARN

SíntesisdeARN

CadenacodificanteCadenamolde

Archea– factorBEucariota– factordetranscripciónIIB

CaracterísticasdelaARNpolimerasaLaARNpolimerasaesunadelasenzimasmásgrandesqueseconoce.Constadevariassubunidades:dosalfa(a),beta(b),betaprima(b’)yomega(ω).

Laenzimacompletaesdenominadaholoenzimaysedivideendoscomponentesprincipales:

1. Laenzimacentral,denominadaCore,formadaporlassubunidades2a,b, b’yω.

2. ElFactorSigma(elpolipéptidos)

b

b’

aasω

b

b’

aaω s

ARN polimerasa

LaRNApolimerasa es una enzima crucialpara lasintesis denuevas moléculas deRNA.

Enbacterias existe solountipo deARNpolimerasa yconsta decuatro subunidades.

Eneucariotas haytres diferentes tipos deRNApolimerasa.

ARNPolI:TranscribeARNdelosribosomas

ARNPolII:TranscribeARNmensajero

ARNPolIII:TranscribetARN,5srARN,snARN

Inicio de la transcripción

Promotor

Exon 1 Exon 2 Exon 3Intron 1 Intron 2

Señal de Poli-A Región de

terminación

Inicio de la traducciónATG

Codon de terminación de traducción

TGA, TTA, TAG

EstructurabásicadeungenEucariota

Splicing

5’ 3’ARNtranscrito primario

Transcripción

MaduraciónCodón de inicioAUG

Codón de terminaciónUGA, UUA, UAG

AAAAA 3’

Estructura CAP 5’

PP PG –

CH3

RNAmensajero

maduroPoliadenilación

• LascélulaseucariotasposeentresclasesdeARNpolimerasas(I,IIyIII),lascualesseutilizanparasintetizarlosdistintostiposdeARNexistentes.

• LasmoléculasdeARNm,luegodesersintetizas,sonmodificadas.Los“transcritosprimarios”eucariotassufrenunprocesoporelcuallosintronessoneliminados.

• Losextremos3’y5’delosARNmestánmodificados.Enelcasodelextremo5’encontraremosunaestructuradenominadaCAPy,enelcorrespondienteextremo3’,seencuentraadheridounalargasecuenciadenucleótidoscuyabasenitrogenadaeslaAdenina(ColaPolyA).

• LosARNmeucariotasson Monocistrónicos - codificaparaunacadenapolipeptídicasimple.

ESTRUCTURADELARNmensajeroenEUCARIOTAS

ESTRUCTURADELARNmensajeroenPROCARIOTASEncélulasProcariotasescomúnhallarARNmquecodificanparavariascadenaspolipeptídicasdiferentes,enestecasoestamoléculasedenominaARNmpolicistrónico.

• TodoARNmProcariotacontienedostiposderegiones:

• Nocodificante:segmentosLíderyTrailer• Codificante: cistronesosegmentosconcodonesquedeterminanlaseriede

aminoácidosdelaproteína.Estaregiónseextiendedesdeuncodóndeinicio(usualmenteAUG)hastauncodónstop(UAA,UAG,UGA).

• CadaCistrónposeeuncodóndeinicioyunstop.

• Regionesespaciadoras:secuenciasdelongitudvariable(∼ 10pb)queseparanlasregionescodificantesocistrones.

Inicio StopInicio InicioStopARNmpolicistrónico

Terminación de la transcripción

Secuencia terminadora

Todas contienen secuencias complementarias justo antes del

punto de terminación.

Esta zona está caracterizada por poseer repeticiones inversas

conteniendo un segmento central no repetido.

La secuencia del ADN continúa con una secuencia de pares A-T, las cuales producen, en el RNA

mensajero, una secuencia de 6 a 8 Uracilos en el extremo

transcrito.

1. Dependiente del factor Rho2. Independiente del factor Rho

La secuencia de uracilos suministra la señal que permite a la RNA polimerasa

disociarse del DNA molde.

Principales Diferencias en la Transcripción y Traducción entre Procariotas y Eucariotas

3Replicación,trascripciónytraduccióndelmaterialgenético.

Objetivo:DescribircomounacéluladuplicasumaterialgenéticoprecisamenteapartirdelADNyexplicarcomodecodificayutilizalainformacióncontenidaensugenoma.

3.3Síntesisdeproteínas.

Dogma Central de la Biología MolecularReplicación

Transcripción

TraducciónADN ARN Proteína

LaexpresióngénicaseconcretizaporlatransformacióndelainformacióngenéticadesdemoléculasdeADNamoléculasdeARNydesdeéstashastalospolipéptidoscorrespondientes.

expresióngénica

Traducción

EslasíntesisdeproteínasapartirdelARNmensajero(ARNm)

Constade3etapas:

1- Iniciación2- Elongación3- Terminación

LainformacióndelADNtranscritaaARNm esinterpretadaporelARNr,loquepermiteeltransporte(ARNt)eincorporacióndelosaa’s específicosdelaproteínacodificada.

Estaestrechamenteacopladoalatrascripción

1- Iniciación representatodoslosprocesosrequeridosparaensamblarelribosomaconelcodóndeinicio.

2- Durantelaelongación sellevaacabolasíntesisdepolipéptidosenlasub-unidadribosomalgrande.

3- Laterminación sedacuandoelribosomaalcanzalaseñalde“stop”seliberaconelpéptido.

DurantetodoelprocesoelribosomarequierefactoresdetraducciónqueleauxilianaenlazarsealmRNA,aseleccionarlosaayamediarlaterminación.

Procesoparticularmentecomplejoeneucariotas.

Traducción

CaracterísticasdeunARNmensajero

ü El ARN mensajero es una cadena sencilla de ARN.

ü Lleva la información genética del ADN al ribosoma y es usado como molde para la síntesis de polipéptidos.

ü Lleva la información genética codificada (mensaje) como una secuencia de codones.

ü Cada codón consiste en un triplete de bases nitrogenadas.

ü El mensaje del ARNm se lee de forma consecutiva en dirección 5’ – 3’. Cada aa es reconocido por un codón específico.

Región codificanteCodón de inicioAUG

Codón de terminación

UGA, UUA, UAG

poly APP PG –

CH3RNA mensajero maduro

-5’

-3’

1. UnióndelasubunidadpequeñaribosomalalARNm.

2. Unióndelcomplejoaminoácido/ARNtalribosoma.

3. Establecerelcomplejodeiniciaciónconsubunidadgrande.

4. Iniciafasedeelongación.

IniciaciónRepresentatodoslosprocesosrequeridosparaensamblarelribosomaconelcodóndeinicio.

Estructura delribosoma

•Componente de los ribosomas (ARNr 60-65%, proteínas 35-40%)

1. Unióndelasubunidadpequeñaribosomalalcodóndeinicio.

ReconocimientoSecuenciadeShine-Dalgarno:

5 a 10 primeros nucleótidos antes del codón deinicio complementaria a los nucleótidos cerca delextremo 3’ de la subunidad.

Secuencias complementarias que permiten quellegue la subunidad y se pegue.

• Reunirloselementosnecesarios• Reconocerelsitiodeinicio(AUG)• Proveersitiosparaqueseinicielaelongación

ElongaciónSellevaacabolasíntesisdepolipéptidosenlasubunidadribosomalgrande.

Etapas:

4.Seleccióndelaminoacil-ARNt.

5.Formacióndelenlacepeptídico.

6.TranslocaciónyliberacióndeltRNAdeacilado.

Terminación

• 3 codones è terminación de la adición de aa

• UAA, UAG o UGA è detener la elongación y liberar el polipéptido asociado al último ARNt.

• Factores de liberación (RF:releasefactors)

– RF1: UAA y UAG– RF2: UAA y UGA– RF3: no específico, incrementa la

actividad de RF1 y RF2.

• RF è sitio A. – Tripéptido interactúa con el codón

STOP, hidroliza el enlace éster del ARNt y libera el aa.

Reconoce que aquí ha terminado la proteína

1. Complejo covalente con el codón.

2. Cambio en la conformación del ribosoma, se une al RF.

3. Hidrólisis

Elribosomaalcanzalaseñalde“stop”seliberaconelpéptido

Terminación

Terminación

El proceso de terminación es de crítica importancia en la síntesis de proteínas.

Mala interpretación del STOP èadición no funcional e incluso dañina a la cadena de polipéptidos è pérdida de la función real de la proteína.

Diferencia entre la traducción de procariotas y eucariotas

EnPROCARIOTAS:•Lametioninainicial(AUG)presentaelgrupoformil (formilmetionil-tRNA).•Latraducciónylatrascripciónestánacopladas.•Genespolicistrónicos

PRIMEREXAMENPARCIALLunes25demarzo

UNIDAD1.Historiadelacienciaydelagenética

UNIDAD2.Lacélulayelmaterialgenético

UNIDAD3.Replicación,transcripciónytraducción

Entrega:títulodeltrabajofinal

Primerexamenparcial:LUNES25deMARZO

Entregartítulodeltrabajoyunabrevedescripción(mediacuartilla).Formatoelectrónicoalcorreoaabadia@uabc.edu.mx

Eltrabajoesenequiposde3-4personas.

Ejemplosdetemasparatrabajofinal:

• Variabilidadgenética• Triploides• Híbridos• Reversiónsexual• SúpermachosYY• Transgénesis• Selecciónasistida

ProhibidocopiarypegarlostextosíntegrosUsensuspropiaspalabrasCitencorrectamente(veranexo1delmanualdelab)Cadafaltasdeortografía=-1punto