PATRICIA E. VELEZ V. & PEDRO A. MORENO T.

A NUESTRAS ADORABLES Y ENTRAÑABLES HIJITAS ANGELITA Y DANIELITA POR SU ALEGRIA Y SU MOTIVANTE INSPIRACION PARA ESTA OBRA

  

PREFACIO

Esta obra, denominada ATLAS ANIMADO DE BIOLOGIA MOLECULAR ha sido realizada para motivar de una manera gráfica, dinámica y amena a todo aquel que desea ampliar sus conocimientos básicos en Biología Molecular. Los temas de este trabajo digital, han sido organizados como Parte I y II. La Parte I, Estructura de los Genes, aborda los aspectos generales de los genes y los tipos de genes; y la Parte II, Mecanismos Moleculares del ADN, los procesos que suceden en la molécula de ADN. Los diagramas de una gran parte de esta obra han sido concebidos por los autores de la misma, como producto de años de docencia y de trabajo investigativo y formativo. Esperamos que esta modesta obra sea para el estudioso de la Biología Molecular un elemento motivante para la profundización en estos fascinantes modelos de mecanismos moleculares que suceden en la molécula de la herencia, el ADN, tanto como lo ha sido para nosotros!

La presente obra digital tiene todos los derechos reservados. Este Atlas o cualquiera de sus partes no podrá ser reproducido ni archivado en sistemas recuperables, ni transmitidos en ninguna forma o por ningún medio, ya sean mecánicos o electrónicos, fotocopiadoras, grabaciones, o cualquier otro sin el permiso previo de los autores. Este Atlas esta protegido por leyes de copyright y tratados internacionales. La reproducción o distribución no autorizada de este Atlas o parte del mismo dará lugar a graves penalizaciones tanto civiles como penales y será objeto de cuantas acciones judiciales correspondan en derecho. 

Registro ISBN: 958-33-5618-2Agradecimientos: Esta obra permitió descubrir el talento de la estudiante de Ingeniería de Sistemas, Lorena Quenán, a quien queremos dar el reconocimiento por su trabajo.También queremos agradecer a la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad del Cauca el apoyo logístico para la realización de esta obra.

ATLAS ANIMADO DE BIOLOGIA MOLECULAR 

PARTE I

ESTRUCTURA DE LOS GENES

Patricia Eugenia Velez V, M.Sc. Genética HumanaDocente Genética MolecularDepartamento de Biología

Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación Universidad del Cauca

Pedro A. Moreno T., Doctor en Biología Celular y MolecularDepartment of Biology & Biochemistry

University of Houston, Houston, TX, USA.

AUTORES:

NOCIONES GENERALES

Eucariota : Material Genéticoconfinado en una estructuracentral llamada Núcleo

Procariotas: Material Genético disperso en el citoplasma, no se encuentra confinado en una estructura.

FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

ADN

TRANSCRIPCION

ARNt

ARNm

ARNr

RIBOSOMA

TRADUCCION

PROTEÍNA

Núcleocelular

Citoplasmacelular

C NH

C

C

N

N

HC

NH2N

C

O

O

C

C

NO

NH

CH

CH3C

ESTRUCTURA QUIMICA DE LAS BASES NITROGENADAS

Adenina (A)

Citosina (C)

Guanina (G)

Timina (T)

NH2

CH

C

NO

N

CH

C

NH2

C CH

N N

HC

N

C

C

N

ESTRUCTURA GENERAL DE UN NUCLEOTIDO

N

C

N

C

N

C

C

N

C

N

O

HH H

OH OH

H

CH2

5'

OPO -

O -

O

1'

2'3'

4'

6

2 4

15

3

7

8

9

ADENINA

FOSFATOADENOSINA (1-9)5’ MONOFOSFATO(AMP)

RIBOSA

H

HH

H

ESTRUCTURA DEL ADN

O

OH H

5'

1'

2'

3'

4'

OHH 2COH

O

OH OH

H 2COH5'

1'

2'

3'

4'

OH

SB

P

SB

P

P

SB

Forma esquemática de la unión de los fosfatos (P),los azúcares (S)y las bases (B) en el ADN.

Deoxirribosa

Ribosa

DEFINICIONES

Adenina (G) Guanina (G) Citosina (C) Timina (T)

La combinación de una deoxirribosa y una base constituye un deoxinucleósido

Deoxiadenosina Deoxiguanosina Deoxicitosina Deoxitimidina

La combinación de un fosfato, una deoxirribosa y una base constituye un deoxinucleótido.

Deoxiadenilato Deoxiguanilato Deoxicitidilato Deoxitimidilato

DD Deoxirribo: La pentosa no tiene un oxígeno en la posición 2. Compare una deoxirribosa con una ribosa

NN Nucleico: Estas moléculas se encontraron primero en el núcleo de la célula, antes habían sido encontradas en la mitocondria, los cloroplastos (en las células de las plantas), y en el citoplasma de las procariotes.

A Acido: Solamente 2 de los tres grupos ácidos del ácido fosfórico son usados para formar la cadena del ADN. El tercero dá el enlace para la cadena-fosforribo, una propiedad acídica.

BASES

BASES NITROGENADAS

CORTA EFEMERIDES DE LA ESTRUCTURA DEL GEN

En Procariotes:

Concepto del Gen:

1857: Carácter hereditario. Recesivo y Dominante. Mendel1865: Johansen: Gen: DNA1944: Identificación del Gen con una enzima de la Neurospora crassa: siguiendo las vias metabolicas de la enzima. Codifican para proteínas estructurales.1953: Watson y Crick: Descubrimiento de la estructura molecular del ADN.1965: Genes se organizan en cistrones u operones1966: Holley: ARNt, ARNr, ARNnp, ARNm1972: Baltimore: Genes ARN (retrovirus) Genes virales

GENES CONTINUOS1977: Philipp y Richards: Genes discontinuos o interrumpidos (Eucariotes)

¿Qué es un Gen? Es un ácido nucleico (ADN y ARN) que codifica para una proteína (enzima o proteína estructural) o un ARN (ARNt; ARNr, ARNnp, ARNm).

ESTRUCTURA DEL GEN PROCARIOTE

3’

5’ 3’

5’

UT

3’

5’ 3’

5’5’ UTR 3’ UTR

Región Promotora

( RP )

Región Terminadora

( RT ) Región Codificante

( RC )

+1SIT

CI (ATG) CT STT TTS

Región no traducida

Convenciones:

UT: Unidad de transcripciónSIT: Sitio de iniciación de la transcripciónUTR: Región no traducida ( 5´o 3´)CI: Codón de iniciaciónCT: Codón de terminaciónSTT: Sitio de terminación de la transcripciónTTS: Transcription termina- tion site.

ESTRUCTURA DEL PROMOTOR PROCARIOTE

3’

5’

Control positivo

CajaCRP

CajaCAT Control negativo

Caja Prinow

+1 SP

-65 -35 -10 -2 -1 + 1

CRP CRSProteína Represora del Catabolito

• Región O (operadora): Se pega al 7-8 nucleot. Represor (Impide que se abra el ADN, se una la RNA pol y por ende, que se Transcriba el gen)

• + 1SP: “Punto de arranque” También se llama sitio SIT (Sitio de Inicio de la Transcripción): Sitio en el cual entra el primer nucleotido en el RNAm.

• Se abre el ojal de transcripción para la transcripción del gen.

• Caja Prinow: tetranucleótido rico en AT.

Región O

Secuencia Represora del Catabolito

ESTRUCTURA DEL PROMOTOR PROCARIOTE

Un gen Procariote yace en una región que se llama la UT (Unidad de Transcripción. La que se transcribe)

Tiene 2 regiones

Región codificante: Donde se codifica el gen

Región Promotora: sitio a partir del cual se transcribe y se regula el gen

SIT: +1 Sitio de Inicio de la Transcripción. Punto limitante entre la región codificante y la región promotora

(Start point = sp)

ESTRUCTURA DE LA REGION UTR

5’UTR

20 - 60 pb

CI

* *

+1 CI (AUG)

+110 pb

RBS

5’ UTR 3’UTR

“Se transcribe pero no se traduce”

* Espacios conectores

ARNr + proteína

RibosomaSitio de Unión al Ribosoma

Poly - Purinas A - G

S/DSecuencia Shine/Dalgarne

Se une al 3’ARNr 16s (subunidad menor)

RBS: (Del inglés RibosomalBinding Site)

ESTRUCTURA DEL GEN PROCARIOTE

CI CT

Cuerpo del Gen

CI CI CICT CT CT

Región Intercistrónicalarga = diferentes ribosomas

Región Intercistrónica corta = el mismo Ribosoma

> 1 gen: - Policistrónico - Se vuelven operones

E. Coli: tiende a tener 3 genes

“En procariotas es Continua”

5’ 3’RNAm

21 3

ESTRUCTURA DE LA REGION TERMINAL

Región TerminalCT STT

5’ 3’3’ UTR

SDR: Señal de degradación del RNA m = Ribonucleasa o RNasa

Se descompone en sus partes

Factor de terminación de la transcripción:

STT: dependiente

STT: independiente

AT: independiente

GC: dependiente

Figura hexamérica de proteínas

Terminalesintrínsecos

ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE:TRES TIPOS DE GENES

Existen 3 clases de genes transcritos por 3 ARN pol diferentes: ARN pol I, II y II

ARN pol I: Nucleolo ARNr Clase I

ARN pol II Nucleoplasma ARNm ClaseII

ARN pol III Nucleoplasma ARNr 5S (excepción)Clase III ARNnp ARNt

Genes

ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE

RPRC

UT

CI CT IRE ARE

5’ UFR UCR UCE

5’ UTR

3’ UTR

3’ DFR DCR DCESP

+1

SI + 10 cap

7 metil guanosina

AAUAAA

Depende del hierro Para degradadar el RNAm

Elemento rico en hierro

50 pb Rico en AU Elemento rico en AU

Secuencia consensoDesestabiliza el poly A

CI

IRE ARE

+1

Secuencia Líder:Proteínas que atraviesan la membrana y aa hidrofóbico

3’

5’

Asa 5’

RP

ESTRUCTURA DEL PROMOTOR - CLASE II

3’

5’

5’

3’

sp+1

-65 -35

RP = Región Promotora

RR = Región Reguladora

Caja TATA

Hexapleta rica en AT

Se regulan lo genes caseros(“House Keeping genes”)

Existen: - Elementos de respuesta a estrógenos, corticoides, glucocorticoide

- Dependientes del tejido

- Se pegan factores inducibles a esta región promotora o fuera de ella. Puede haber otras cajas dependiendo del tipo de gen y también los genes especializados como los morfogenes o como los genes homeóticos (desarrollo) o de diferenciación

Caja CAAT

Caja TATA

Elementos derespuesta

CajaGC

Exón 1 Intrón Exón 2

GT

5’BD’

AG

3’BA’

GU AG GU AG GU AG

T A C T A A C

SITIO DE RAMIFICACION

BD: brazo dador BA: brazo aceptor

Empalmar Exones

Regla GU - AG:

Secuencia Consenso: al inicio y al fin del intron

X: 5 intrones (mamíferos)

X: 2 intrones (Otros organismos)

Siempre presente

Se localiza a 2/3 longitud del intron

BS: - Consenso

- Rica en pirimidinas (T y C)

ESTRUCTURA DE LA REGION CODIFICANTECLASE II

SR: Sitio de ramificación(Branch site)

AMPLIFICADORES Y SILENCIADORES (ENHANCERS – SILENCERS)

Amplificador

Silenciador

Amplificador

Silencian a los enhancerso amplificadores de expresión

Regulación temporal y tejido especifica en los Genes Clase I y Clase II

RP SP

+1

Amplificador: - Secuencia consenso - Región amplificadora del gen - Ubicua: Puede estar hasta dentro de los intrones excepto en los exones

Ejemplo:

*: Hígado : Glucogenasa

*

-110 -40 -10 SP

Core del promotor

-170 GC

-70 pb

Región espaciadora entre core promotor y la región UCE (elementos de codificación no traducidos)

Se transcriben en tandem

En procariotas están organizados los genes para ribosomas de igual manera que los eucariotas con la excepción de que hay 1000 y 2000 copias en

tandem del mismo gen

28 S 5.8 S 18 S

Ribonucleasas

ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE - CLASE I

+1

SP

+1

Octámero

PSE TATA

RP RCUT

Box A Box C

Se pega la RNA pol III

90 pb

3’

5’

5’

3’

ARNtala ARNtmet

ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTE - CLASE III

ARNt ala

ARNr 5S ARNt met

Ribonucleasa

PROCESAMIENTO DEL GEN EUCARIOTE - CLASE III

BIBLIOGRAFIA

Lodish, H; Baltimore, D; Zipursky, L.; Matsudara, P.; Darrell, J. Molecular Cell Biology. Third Edition. Scientific American Books New York, 1997.

Lewin, Benjamin. Genes VII. International Student Edition. Oxford University. Press, Inc. Nex York, 1999