III. CONCEPTOS INTERDISCIPLINARIOS

6. Herencia: Fidelidad y mutabilidad. Genes y evolucin. Regulacin gentica y evolucin Interruptores genticos. Evolucin de los interruptores. Pseudogenes

El origen de la variabilidad hereditaria. Cambios en el cariotipo. Mutaciones gnicas. Tasas de mutacin. Efectos fenotpicos de la mutacin. Carcter de la mutacin. Recombinacin: amplificacin de la variabilidad

Revisin e introduccin de conceptos biolgicos-genticos en el marco del pensamiento evolutivo

Herencia

es la transmisin de rasgos de los padres a la descendencia, informacin codificada en forma de unidades hereditarias denominadas

unidades discretas de informacin hereditaria secuencias de nucletidos especficas en el DNA

(o en el RNA, en algunos virus)

GENES

Unidad funcional bsica de la herencia (responsable por la expresin de un rasgo en particular)

Versiones alternativas de un gen que produce efectos fenotpicos caractersticos y

diferentes.

ALELOS

Las decenas de miles de genes que heredamos de nuestros padres constituyen nuestro GENOMA.

Es la totalidad de la informacin gentica depositada en las molculas de ADN.

En animales y plantas, las clulas reproductorasllamadas son los vehculos que trasmiten genes

de una generacin a la siguiente

La fecundacin produce un nuevo individuo con una composicin gentica nica.

Variacin

GENOMA

GENOTIPO: conjunto de alelos de un organismo

Es una caracterstica fija del organismo; permanece constante a lo largo de la vida del animal y no es modificado

por el medio ambiente.

FENOTIPO: rasgos fsicos y psicolgicos de un organis. (determinados por su constitucin gentica)

Es lo que puede ser observado o medido.

Para todos los organismos vivos actualmente conocidos, el material gentico consiste casi exclusivamente en

ADN, con la excepcin de algunos virus y priones(formas infecciosas de protenas normales).

TIPOS DE GENOMAS

Genomas nucleares eucariontes

Genomas procariontes y de orgnulos

Genomas virales y los elementos genticos mviles

1. Los cromosomas circulares de clulas procariticas tienen por lo general un solo origen de replicacin (1 slo replicn).

2. Los cromosomas lineares de clulas eucariticas deben tener muchos orgenes de replicacin separados.

3. La replicacin es bidireccional 4. Es semiconservadora .

CONSIDERACIONES

El ADN es un material gentico mejor que el RNA para almacenar

informacin gentica

La desoxirribosa del DNA es el producto de una molcula

mucho menos susceptible a la rotura.

Tiene un hidroxilo en el carbono 2 del azcar (ribosa): es un agente para la catlisis del enlace fosfodister 3-5 adyacente que une los nucletidos del RNA.

Su ausencia en el DNA (desoxirribosa) elimina este mecanismo de rotura de la

cadena.

DNAADN

ARN

desoxirribosa

El uso de T en el DNA en lugar de U, como en el RNA, supone una proteccin contra el efecto de la desaminacin, una

forma comn de dao gentico.

El trabajo de la clula de reconocer las bases daadas es mucho ms sencillo cuando el dao produce una

base anormal.

La estructura en doble hlice del DNA aporta dos cadenas complementarias, esto permite que se reparar correctamente el dao producido (x que utiliza como

referencia la secuencia de la otra.

la desaminacin de la C producen uracilo.

El uso de T permite que cualquier desaminacin de C sea detectada inmediatamente.

La desaminacin de la citosina genera una base natural que el sistema de reparacin no podra reconocer con facilidad.

El trabajo de la clula de reconocer las bases daadas es mucho ms sencillo cuando el dao produce una base anormal.

El uso de T en el DNA en lugar de U, como en el RNA, supone una proteccin contra el efecto de la desaminacin, una forma comn de dao gentico

La aparente conservacin de los genes de las histonas durante la evolucin reflejara el papel crucial de estas protenas en la organizacin del DNA dentro de las clulas

8 mleculas de histonas

De dimetro (interfase)

Dominios en bucles Profase

Plegamiento de la profase

Se enrolle o pliega

Fibra de 10 nm de dimetro

nucleosoma : segmento de ADN alrededor de un ncleo proteico:histonas H1, (H2A, H2B, H3, H4(2M) y la no histonas

H1

La asociacin entre el DNA y las histonas en los nucleosomas permanece intacta a lo largo de todo el ciclo celular. Lo abandonan en la replicacin y No en la transcripcin

Forma de fibra de cromatina

metafase

Unidad bsica de empaquetamiento del ADN Cada cromosoma est

formado por una largusima molcula de ADN asociada a diversas protenas (histonas y no histonas).

Los aa- Cola(extrem./N-terminal)Accesibles a modfqumicas

Unidad de

empaquetamiento

Durante la mitosis y meiosis la cromatina se

condensa hastaformar

estructurasdiscretas

Cromatina

Cromosoma con compactacin mxima metafase)

Dominios en bucle: se enrollan y se pliegan a smismos

700nm adheridos a un armazn cromosmico formado por protenas No histonas

ADN se enrolla sobre s mismo y varia de acuerdo con el momento del ciclo en que se halla la clula.

Bucles de profase

No se transcribe.

La RNA polimerasa y las otras protenas necesarias para la transcripcin no tienen acceso al DNA en las regiones

de un cromosoma que estn empaquetadas de forma compacta.

Las histonas desempean un papel fundamental en el enrollamiento de la

cromatina

Protenas con alta proporcin de lisina y arginina(aa carg+), es decir, de aa

cargados positivamente

Esto contribuye a la unin de las histonas con las molculas de ADN

(grupos fosfato dan negatividad)

HISTONAS

Los cromosomas poseen secuencias de ADN nicas y secuencias de ADN repetidas

Por una parte el ADN se halla representado por secuencias singulares (copias nicas) de nucletidos y/o

secuencias pocas veces repetidas (En este sector del ADN se encuentran los genes (13%)

El % restante del ADN se halla representado por secuencias de nucletidos altamente repetidas. Sus

funciones se desconocen

MOLCULA PARENTAL

CADA UNA ACTA COMO MOLDE AL SEPARARSE

Mecanismo de replicacin del ADN es SEMICONSERVADOR

LA REPLICACIN DEL ADN ES UN PROCESO BIDIRECCIONAL

El apareamiento de bases complementarias garantiza que las 2 molculas hijas sean copias exactas de las molculas parentales.

G1

G2

S CCitocinesisMMitosis

Interfase

C

M

G2

S G1

Metafase

ProfaseAnafase

TelofasePrometafase

CIC

LO

CE

LU

LA

R

ADN se enrolla sobre s mismo y varia de acuerdo con el momento del ciclo en que se halla la clula.

Errores en los procesos celulares (conducen a la duplicacin del ADN) as s la citocinesis es defectuosa, las dos copias del genoma entero

pueden terminar en una nica clula. Tambin los errores en el entrecruzamiento durante la meiosis, etc.

El ADN, antes que las clulas somticas se dividan los genes se replican

Ciclo de condensacin-descondensacin de los

cromosomas

Si la citocinesis es defectuosa. Las dos copias del genoma entero pueden terminar en una nica clula.

El collar de nucleosomas se enrolla sobre s mismo para formar una fibra de

cromatina ( Estructura solenoide)

La cromatina se compacta ms y la fibra de 300 nm forma en bucle- Profase

Compactacin mxima de la cromatina

ADN se enrolla (nucleosomas) ( condensan), unidad bsica de enrollamiento cromatnicointerfasefibra

Niveles de empaquetamiento de la cromatina

361

El Genoma Bacteriano y su replicacin

El cromosoma bacteriano, es una molcula de ADN circular con pocas protenas asociadas.

Los plsmidos son molculas circulares de DNA ms pequeas que se pueden replicar de forma

independiente del cromosoma.

Las clula bacterianas se dividen por fisin binaria, que est precedida por la replicacin del cromosoma

bacteriano

Origin ofReplication(nico)

Horquilla de replicacin, progresa en ambas direcciones alrededor del cromosoma circular

Termination of replication

Replicacin del cromosoma bacteriano

La cadena hija en su totalidad (en gral), la mitad se sintetiza en forma continua (hebra adelantada) y la otra mitad (en el lado opuesto al origen) se sintetiza en fragmentos.

Cromosoma circular continuo cerrado y asociado a pocas protenas

108 bac. en 12hs

Fisin binaria (asexual)

Burbuja de rep.

Las bacterias se diferencian de los eucariotas en los mecanismos utilizados para unir el DNA de dos

individuos en un clula.

En los eucariotas, los procesos sexuales de la meiosis y de la fertilizacin combinan el ADN de

dos individuos en un solo cigoto

La meiosis y la fecundacin no se producen en los Procariontes

Tres procesos renen el DNA bacteriano de individuosdiferentes: Transformacin Transduccin Conjugacin

EL PROCESO DE LA TRANSFORMACIN

ES LA ALTERACIN DEL GENOTIPO Y FENOTIPO DE UNA CLULA BACTERIANA POR

LA CAPTACIN DE ADN EXTRAO Y DESNUDO DEL AMBIENTE CIRCUNDANTE

Mecanismos de transferencia de genes y recombinacin gentica en las bacterias

La rapidez de la reproduccin, la mutacin y la recombinacin gentica contribuyen a la diversidad gentica de las

bacterias.

VARIACIONPresentan mecanismos de recombinacin como reaccin a

factores ambientales de estrs.

Dao en el ADN,y/o alteraciones en su replicacin, inducen en las bacterias la respuesta SOS y por ende el aumento de la

escisin y/o movilizacin de algunos transposones, tambin el aumento de la frecuencia de la mutacin puntual

y de ciertos tipos de deleciones

Parece como si los genomas bacterianos se hubieran reducido a lo esencial: la mayora de las secuencias de

DNA codifica protenas, una pequea cantidad se dedica a la regulacin de la expresin gnica y quedan algunas

secuencias no funcionales.

ADN

Replicacin

Recombinacin Recombinacin transposicional

Est mediada por vectores (transposones)

Segmentos de ADN que pueden insertarse en sitios mltiples en el DNA de una clula.

Se pueden mover de una localizacin gentica a otra. (contribuyen a la recombinacin gentica)

Elementos transponibles, no existen nunca en forma independiente.

Recombinacin gnicaRecombinacin gamtica

Recombinacin cromosmica

De donde viene los genes nuevos?

La duplicacin gnica (fenmeno entrecruzamiento desigual)

El entrecruzamiento desigual es un error aleatorio ocasionado por las protenas implicadas en dirigir la recombinacin (entrecruzamiento) durante la meiosis

La familia gnica de las globinas muestra como la duplicacin gnica y la divergencia, conducen a la evolucin

de la familia.

En muchos genomas la transcripcin inversa mRNA y la insercin del DNA resultante en una localizacin nueva

ReplicacinADN ARN

transcripcin traduccinProtena

FLUJO

DE

INFORMACIN

GENTICA

El genoma es un depsito de informacin biolgica, pero por s mismo es incapaz de liberar esa

informacin a la clula

La informacin biolgica contenida en el genoma requiere la actividad coordinada de enzimas y otras protenas, que participan en una compleja serie de reacciones bioqumicas

Expresin del Genoma

GENOMA

TRANSCRIPTOMAcopias RNA de los genes activos

que codifican protenas

transcripcin

traduccin

PROTEOMARepertorio de protenas de la

clula

Productos de expresin del genoma:

-Variaciones del medio extra o intracelular Necesidadesproteicas diferentes.

- Morfognesis: Diferenciacin de tejidos, desarrollo embrionario

-Ciclo celular: diferentes etapas diferentes necesidades

Las condiciones ambientales cambiantes determinan distintas necesidades celulares y en

consecuencia la expresin o no de ciertos genes.

NECESIDAD DE REGULACIN DE LA EXPRESIN GENTICA

Mecanismos de Regulacin de la Expresin gentica

Metilacin Acetilacin Fosforilacin Splicing Alternativo

propician la actividad gnica independiente de la secuencia de bases del ADN

PUNTOS DONDE ES POSIBLE REGULAR LA EXPRESIN GENTICA

transcripcin, maduracin de ARNm transporte de ARNm, traduccin, etc.

los mecanismos reguladores pueden intervenir en cualquier paso entre la transcripcin y la traduccin o sea a nivel de:

LA REGULACIN A NIVEL DE TRANSCRIPCIN

Regulacin en procariotas

El modelo opern en procariotas constituye un buen ejemplo de este mecanismo regulador

genes reguladoresque codifican para protenas represoras

A partir de esto se dan mecanismo de control positivo (inducible) (Control +) o negativo (reprimible) (Control -) ?

al unirse a un gen operador impiden el avance de la RNA-polimerasa.

Opern: unidad

gentica funcionalformada por un grupo o complejo de genes capaces de ejercer una regulacin de su propia expresin

Las bacterias individuales responden a cambios ambientales por medio:

de la regulacin de su expresin gnica

A MODO DE EJEMPLO, una clula de E. coli vive en un ambiente cambiante como el colon humano, para su

nutricin depende de los hbitos alimenticios de su husped

Si el ambiente carece del aa triptfano (necesario para su vida) la clula responde

activando una va metablica

La inhibicin de la sntesis de una enzima inducible, en condiciones bajo las cuales esta no es utilizable, resulta un mecanismo valioso para evitar el gasto innecesario

de materiales y energa.

El mecanismo bsico para este control de la expresin gnica de los genes en las bacterias fue descrito como el

modelo opern.

Regulation of enzymeactivity

Regulation of enzymeproduction

Enzyme 1

Regulation of gene expression

Enzyme 2

Enzyme 3

Enzyme 4

Enzyme 5

Gene 2

Gene 1

Gene 3

Gene 4

Gene 5

Tryptophan

PrecursorFeedbackinhibition

Regulacin de una va

metablica

Se produce en dos niveles

Las clulas controlan el metabolismo

regulando la actividad enzimtica o la

expresin de genes que codifican enzimas.

Inhibicin porretroalimentacin

b) Reprimir la expresin de los genes para todas las enzimas

Resp. A ms largo plazo

En la va de sntesis del triptfano, la abundancia de este puede:

a) inhibir la actividad de la 1 enzima en la va (inhibicin por retroalimentacin)

Resp. rpida

Control a nivel transcripcional

En Gral, muchos genes del genoma bacteriano se encienden o se apagan por cambios en el estado metablico de la clula

E. Coli sintetiza triptfano a partir de una molcula precursora en una serie de pasos y cada reaccin estcatalizada por una enzima especfica. Los cinco genes

que codifican esas enzimas estn agrupados en el cromosoma bacteriano.

Un solo promotor (sitio donde la RNA pol se puede unir al DNA y transcribir) sirve para los cinco, lo que constituye

una unidad de transcripcin (opern trp)La ventaja clave de agrupar los genes de funciones relacionadas

en una unidad de transcripcin es que con un simple interruptor (segmento de ADN llamado operador) de encendidoapagado puede controlar el grupo

de genes relacionados funcionalmente.

El operador localizado dentro del promotor o entre el promotor ylos genes, controla el acceso de la RNA pol a los genes

DNA

Protein se sintetiza enforma inactiva

Tryptophan(correpressor)

Tryptophan present, repressor active, operon off

mRNA

Activerepressor

No se sintetiza RNA

a medida que se acumula el triptfano, inhibe su propia produccin por medio de la activacin de la protena represora

El represor se activa cuando est unido a un correpresor, por lo general, el producto final de una va anablica

Represor

trp

Protena reguladora alostrica

Triptf. ausente, represor inact.(elemento control negativo) y opern encendidoel opern trp es un operon reprimible

Gen regulador trpR

La organizacin comprimida en bacterias seguramente apareci en respuesta a presiones evolutivas para mantener

un genoma compacto.

la mayora de las secuencias de DNA codifican protenas.

una pequea cantidad de DNA se dedica a la regulacin de la expresin gnica

y quedan algunas secuencias no funcionales.

Genomas eucariontes: regulacin y evolucin

La informacin hereditaria fluye desde el DNA al RNA y

de aqu a la protena.

Etapas:

Transcripcin

Traduccin

Razones evolutivas la presencia del ARN como intermediario

permite que se hagan mas copias de una protena de forma simultnea

(muchos transcritos de RNA a partir de un gen)

La expresin gnica: puede regularse en cualquier etapa, pero la etapa clave es la

transcripcin

Todos los organismos deben regular qu genes se expresan en un momento determinado

Tanto los organismos unicelulares como lo multicelulares deben activar y desactivar genes de forma continua en

respuesta a los estmulos del medio

Durante el desarrollo de un organismos, sus clulas sufren un proceso de especializacin denominado

Diferenciacin celular

Diferenciacin celular: resultado es la presencia de

clulas diferenciadas

Cuerpo humano ms o menos 200 tipos de clulas diferentes

Una clula humana tpica probablemente expresa cerca de un 20% de sus genes en un momento dado, una pequea

cantidad de ADN (1,5%) codifica protena

Las ms especializadas expresan una fraccin menor

Hoy se dispone de la secuencia completa del genoma humano.

El ADN repetitivo sin relacin con transposones se origina por errores que se producen durante la replicacin o recombinacin.

Exons (regions of genes codingfor protein, rRNA, or tRNA) (1.5%)

Alu elements (10%)

DNA de secuencia Simple (3%)

Duplicaciones de Segmento largo (5-6%)

DNA NO codificantenico (15%)Genes mutadosNo funcionales

Intrones ysecuenciasreguladoas

24%

DNARepetitivo queincluyeelementosTransponibles y secuencias

relacionadas(44%)

DNA repetitivo noRelacionadocon elementostransponibles(about 15%)

En los seres humanos y otros primates, una gran proporcin de elementos transponibles y el ADN relacionado con ellos integra una familia de secuencias similares

llamada elementos alu

Tipos de secuencias de DNA en el genoma Humano

Evolucin del genoma

Duplicaciones (accidentes en la celular)

reordenamientos,

combinacin de exones ,

mutaciones,

elementos transponibles

La duplicacin de segmentos cromosmicos, que pueden incluir uno o ms genes, permite

que con el tiempo uno de los dos genes pueda divergir para adquirir una funcin

relacionada pero diferente.

Parece que el proceso de duplicacin de genes y divergencia ha desempeado un papel fundamental en la evolucin

de la complejidad biolgica

Varias tendencias son evidentes cuando comparamos los genomas de los procariotas y los de los eucariontes,

incluidos los grupos ms complejos, como los mamferos

Los seres humanos tienen de 500 a 1500 veces ms pares de bases en su genoma que la mayora de los

procariontes, pero, en promedio, solo de 5 a 15 veces ms genes.

EVOLUCION DEL GENOMA

CONTRIBUCIONES A LA EVOLUCION DEL GENOMA (cambios en el tiempo que van

transformando el conjunto completo de genes de los organismos)

Duplicaciones (como accidentes de la divisin celular)

Los reordenamientos de partes de genes (duplicacin y combinacin de exones, etc.)

Las mutaciones

Los elementos transponibles

Los elementos transponibles homlogos diseminados por todo el genoma crean sitios que posibilitan la recombinacin entre cromosomas diferentes.

Pueden modificar la expresin gnica con su movimiento hacia secuencias reguladoras. Tambin transportar genes con ellos y conducir a su dispersin, en algunos casos a patrones diferentes de expresin.

Transportando exones, durante la transposicin hacia un gen puede agregar un nuevo dominio funcional al codificado en la protena original original una forma de combinacin de exones.

Transposones

contribuyen a la evolucin del genoma

DNA of genome

Transposonis copied

Mobile transposon

Transposon

Insertion

New copy oftransposon

Transposon movement (copy-and-paste mechanism)

Retrotransposon movement

DNA of genome

Insertion

RNA intermedio

Reversetranscriptase

RetrotransposonNew copy of

retrotransposon

RNA cortar y pegar

u

De donde viene los genes nuevos?

La duplicacin gnica (fenmeno entrecruzamiento desigual)

El entrecruzamiento desigual es un error aleatorio ocasionado por las protenas implicadas en dirigir la recombinacin (entrecruzamiento) durante la meiosis

La familia gnica de las globinas muestra como la duplicacin gnica y la divergencia por mutacin, conducen a

la evolucin de la familia.

En muchos genomas la transcripcin inversa mRNAy la insercin del DNA resultante en una localizacin

nueva

Expresin de genes distintos por parte de clulas que

contienen el mismo genoma

Expresin gnica diferencial

Cada clula de un eucariota multicelular expresa solo una parte de sus genes. En

cada tipo de clula diferenciada se expresa un nico subconjunto de genes.

Etapa clave la TRANSCRIPCION para la regulacin de la expresin gnicas

Proceso completo

Cada etapa representa un control potencial en el que la expresin gnica se puede activar, desactivar, acelerar o retrasar

ETAPAS DE LA EXPRESIN GNICA QUE PUEDEN SER REGULADAS

(EUCARIONTE)

ADN muy condensado genes que no se expresan (regulacin de la expresin gnica)

Modificacin de las Histonas: Acetilacin, Metilacin y Fosforilacin.

Metilacin del DNA

Ciertas modificaciones qumicas de las histonas y del ADN de la cromatina influyen en la estructura de sta

como en la expresin gnica

HERENCIA EPIGENTICA

La herencia de rasgos transmitidos por mecanismos que no implican directamente a la secuencia de nucletidos se llama

Herencia epigentica

Las modificaciones de la cromatina (acetilacin, metilacin de histonas y de ADN ) no implican un cambio en la secuencia de ADN y aun as pueden

pasarse a generaciones futuras de clulas

Herencia EPIGENTICA

Herencia de rasgos transmitidos por mecanismos que no implican

directamente a la secuencia de nucletidos

La herencia de los modelos de expresin gnica, cuando no hay ni mutacin ni seal

de iniciacin.

Regulacin de la estructura de la cromatina

Determinadas modificaciones qumicas de las

Histonas y del DNA,desempean un

papel importante.

Permiten regular la transcripcin gnica como su estructura

Las colas de histonas(extremo N-terminal) se proyectan hacia

afuera del nucleosoma. Protruye

y forma una cola accesible a diversas

enzimas modificadoras que

catalizan la adicin o eliminacin de grupos qumicos especficos:

acetilo, metilo y fosfato

Nucleosomas muy acetilados, cromatina menos compacta, el DNA

se hace accesible para la transcripcin(favorece el acceso de

los factores de transcripcin basales al promotor del gen).

los grupos acetilo (-COCH3) se adhieren a las (lisinas+) en las colas de histonas (H3 y H4,neutralizan sus cargas + y no se pueden unir a los nucleosomas vecinos).

La desacetilacin incrementa la carga positiva de las colas de las histonas . El incremento de la carga tiende a estabilizar la estructura de la cromatina, quizs al permitir que las colas interaccionen ms fuerte con

el ADN.

ACETILACIN DE LAS HISTONAS

Desacetilacin: provoca el efecto contrario, ya que incrementa el enrrollamiento de la cromatina.

METILACIN DEL ADNAdicin de grupos metilo a ciertas bases del DNA

despus de haberse sintetizado. Generalmente (citosina), en plantas y animales provoca el

silenciamiento de los genes

METILACIN DE HISTONAS: el metilo (-CH3). Se adiciona a las histonas, provoca la

condensacin de la cromatina.

El metilo se une a una de las lisinas de la histona H3 aumenta el enrollamiento de la

cromatina, (su remocin lo disminuye)

En determinadas especies la metilacin del ADN es esencial para inactivar a los genes.

Se produce durante la diferenciacin celular en el embrin y es esencial para la inactivacin a

largo plazo de ciertos genes

Los investigadores descubrieron que cierta protenas que se unen al DNA metilado reclutan enzimas de

desacetilacin de histonas

LA METILACIN DEL ADN INFLUYE SOBRE

LA ACTIVIDAD GNICA: se halla restringida a la citosina

seguida por guanina

Existe una estrecha correlacin entre el grado de metilacin de los genes y su inactividad

transcripcional.

Silenciamiento de genes diferenciacin

En sitios del ADN donde ya se encuentra metilada una cadena, las enzimas metilan la cadena hija despus de

cada ciclo de replicacin del ADN.

Los patrones de metilacin se traspasan de esta maneray las clulas que integran los tejidos especializados llevan un registro qumico de lo que sucede durante el desarrollo

embrionario.

Un patrn de metilacin mantenido de esta manera tambin es responsable de la

IMPRONTA GENMICA

IMPRONTA GENMICA est representada por alrededor de 80 genes agrupados en regiones.

La impronta es un tipo de regulacin gentica del desarrollo

caracterizado por silenciacin monoallica, ya sea de los genes heredados por la madre o el padre.

En los mamferos, la metilacin regula en forma permanente la expresin de los alelos

maternos o paternos de ciertos genes al comienzo del desarrollo

La fosforilacin y la desfosforilacin como modificaciones epigenticas.

Ciertas protenas capaces de fosforilar varios aminocidos en residuos de ciertas serinas y treoninas localizadas en la

cola de las histona2A, se las vinculan con la condensacin de la cromatina.

Producen efectos opuestos a los de la acetilacin y desacetilacin respectivamente.

LA ACETILACIN, LA DEMETILACIN Y LA DESFOSFORILACIN DE

DISTINTAS HISTONAS DISMINUYEN EL ENROLLAMIENTO DE LA CROMATINA Y PROPICIAN LA ACTIVIDAD DE LOS

GENES.

Regulacin de la transcripcin

La expresin del gen puede ser regulada en varios niveles

La transcripcin gnica diferencial, regula cul de los genes nucleares son transcriptos en RNA.

El procesamiento nuclear selectivo de RNA, regula cules de los RNAs transcriptos (o qu partes de estos RNA nucleares) entran al citoplasma para convertirse en RNA mensajeros.

La traduccin selectiva de RNA mensajero, regula cules de los mRNA del citoplasma llega a ser traducido en protena.

La modificacin diferencial de protenas, regula a cules protenas se les permite permancer o funcionar en la clula.

Algunos genes (como los que codifican para las protenas de la globina de la hemoglobina) estn regulados en cada uno de estos niveles.

GEN EUCARIONTE TPICO:Iniciacin; corte y empalme

Elementos de control

casquete

ENSAMBLAN

Poliadenilacin (250nucletidos de adeninas)

7-metilguanosina

Amplificadores o Potenc

F.T.Especficos: activadores o represoresFACTORES DE TRANSCRIPCION

Reg. de la inici

La sntesis de un ARNm se produce cuando el gen respectivo, (promotor y lassecuencias reguladoras), se activan por protenas especiales, llamadas factores de

transcripcin.

En procariotas como eucariotas, al comienzo de la secuencia codificante de un gen aparece una seccin de ADN denominada promotor, que es capaz de

activar o desactivar la transcripcin del gen, proceso que suele estar mediado por protenas especficas llamadas factores de transcripcin.

Los interruptores genticos(son estructuras distintas a los promotores).

Estn constituidos por dos elementos: LOS POTENCIADORES, fragmento de ADN, NO codificante, que puede encontrarse cerca del

gen o alejado de ste, con lugares especficos de unin para los factores de transcripcin, (que son un tipo determinado de

protenas).

y los FACTORES DE TRANSCRIPCIN

Los interruptores genticos: mecanismo de control

factores de transcripcin unin al potenciador: gen activado

(transcripcin)

Elementos decontrol Distal

Activadores protein (Fact.de transcrip.Espec.)

amplificadorpotenciador

DNA

TATAbox

Promoter

Gen

Factores detranscripcinGrals

RNApolymerase II

RNApolymerase II

RNA synthesisTranscriptionInitiation complejo

Un activador es una protena que se une a un potenciador y estimula la transcripcin de un gen

Protena que pliega el ADN (acerca los activadores al promoto)r

Modelo para la accin de los amplificadores y los activadores (protenas) de la transcripcin, la interaccin entre ambos es importante para

controlar la expresin gnica

Grupo de protenas mediadoras

Complejo de iniciacin

El plegdel ADN producida por una protena

Algunos factores de transcripcin funcionar como represores, inhibiendo la expresin de un gen particular

(por ej. bloquear la unin de los activadores o sus elementos control)

Algunos activadores y represores actuan indirectamente al influir en la modificacin de la estructura de la

cromatina. Por ej, algunos activadores reclutan protenas que acetilan histonas cerca de los promotores de un

genes para facilitar o permitir la transcripcin

Protenas de regulacin gnica provocan el pliegue del ADN, es comn en eucariotas.

En procariota estos ejemplos de sitios de regulacin lejanos son pocos, sugieren que la organizacin comprimida comn en bacterias

seguramente apareci en respuesta a presiones evolutivas para mantener un genoma compacto.

Muchos genes tienen ms de un potenciador y, por lo tanto, ms de un interruptor.

Por esto, un mismo gen puede expresarse en momentos diferentes y tejidos diferentes, dependiendo del

interruptor activado en cada uno de ellos.

Esto permite, que un nico gen juegue su papel en distintos momentos y lugares del desarrollo del

organismo, existiendo un control independiente para cada uno de ellos.

Estos tipos de descubrimientos de cmo se produce la variabilidad permiten comprender .. Algo de la evolucin de los

organismos

Procesamiento del RNA: corte y empalme del RNA

En la elaboracin de un transcripto primario a partir de un gen la RNA polimerasa II transcribe tanto intrones como exones del DNA

Cmo se lleva a cabo el corte y empalme del pre-mRNA?

La seal para el corte y empalme del RNA es una sec. corta de nucletidos en cada extremo de un intrn

Varias snRNP diferentes se unen con otras protenas para formar un conjunto aun ms

grande llamado ESPLICEOSOMA

Las partculas llamadas ribonucleoprotenas nucleares pequeas (snRNP), reconocen estos sitios. El RNA en una partcula snRNP se llama RNA nuclear pequeo (snRNA)

Interacta con ciertos sitios a lo largo de un intrn, liberndolo y uniendo los dos exones que lo flanquean

estn involucrados en:

La formacin de los espliceosomas

El reconocimiento de los sitios de corte y empalme

El proceso de catlisis

sobre un pre-mRNA que contiene exones e intrones

Ensamble de molculas de RNA y protenas:snRNP)

ribonucleoprotenas nucleares pequeas (snRNP) y otras

protenas forman un complejo molecular (espliceosoma)

Dentro del espliceosoma, las snRNP aparean sus bases con nucletidos en sitios especficos a lo lago del intrn

y empalma los exones

Funcin de las (snRNP) y los espliceosomas, en el corte y empalme del pre-mRNA

ARNpn

Mecanismo de regulacin postranscripcional (procesamiento del mRNA)

Los genes eucariotas tienen intrones intercalados con exones

En el corte y empalme se eliminan los intrones y se unen los exones

El corte y empalme lo realiza los espliceosomas, a veces, el RNA slo cataliza el proceso. (ribozimas)

La presencia de intrones permite el corte y empalme alternativo del RNA

Importancia funcional y evolutiva de los intrones

Cules son las funciones biolgicas de los intrones y

del corte y empalme del RNA?

Una idea es que los intrones cumplen un papel regulador en la clula; al menos algunos intrones contienen

secuencias que de alguna manera controlan la actividad de los genes

El proceso de corte y empalme, en s mismo es necesario para el paso del mRNA desde el ncleo al

hasta el citoplasma

CORTE Y EMPALME ALTERNATIVO

Se producen molculas diferentes de ARNm a partir del mismo transcripto (pre-mRNA)

Los genes pueden dar origen a dos o ms protenas diferentes,

Genoma humano: un nmero de genes relativamente pequeo

Dependiendo de qu exones estn incluidos en el mRNA y cules no. Al dar origen a ms de una versin

del mRNA, un solo gen puede codificar ms de un polipptido

CORTE Y EMPALME ALTERNATIVOdel pre-mRNA

Regulacin a nivel del procesamiento del RNA

Produce molculas diferentes de RNA a partir del mismo transcripto primario dependiendo de qu segmentos de RNA se trata como exones y cules como intrones

Protenas reguladoras especficas de un tipo de clula controlan las elecciones intrn-exon, unindose a secuencias reguladoras dentro del transcripto primario

molculas diferentes a partir de una molcula de pre-mRNA:

dependiendo de qu exones estn incluidos en el mRNA y cules no.

Al dar origen a ms de una versin del mRNA:

un solo gen puede codificar ms de un polipptidos

Evolucin La presencia de intrones en un gen puede facilitar

la evolucin de protenas nuevas y potencialmente tiles (combinacin de exones)

Los intrones aumentan la probabilidad de entrecruzamientos potencialmente beneficiosos entre los exones

La combinacin de exones de cualquier clase podra producir nuevas protenas con combinaciones novedosas de funciones

Procesamiento del RNA: adicin del casquete 5(forma modificada del nucletido de G) y de la coli poliA

Funciones:facilitan la exportacin del mRNA del ncleo, evitan que sea degradado por enzimas hidrolticas y facilitan su fijacin a los ribosomas al extremo 5-

Oportunidad para regular la expresin gnica (procesamiento del RNA en el ncleo)

Traduccin

Es la sntesis de un polipptido dirigida por el RNA

La regulacin se produce con mayor

frecuencia en la etapa de iniciacin

Protenas reguladoras que se unen a secuencias o estructuras

del ARNm pueden bloquear la iniciacin de la traduccin, o

pueden evitar la fijacin al ribosoma

Control en la iniciacin de la traduccin por medio de los factores de iniciacin

Por otra parte, la traduccin de todos los ARNm en una clula puede estar regulado al mismo tiempo

Mecanismos de regulacin de la cantidad de protena activa:La degradacin del mRNA, (siRNA)La interferencia del RNA por los miRNAde cadena nica pueden inducir la degradacin de un mRNA o bloquear su traduccin-Se puede controlar la iniciacin de la traduccin por medio de la regulacin de los factores de iniciacin (protenas reguladoras), bloqueando la traduccin.

tiene un tiempo de vida , determinado en parte por las sec. en las regiones inicial y final.

Degradacin: Cada mRNA tiene un tiempo de vida (determinado por las secuencias inicial y final)

La interferencia de RNAm por los micro-RNA de cadena nica pueden (A) inducir la degradacin de un mRNA o (B) bloquear la traduccin

La degradacin del mRNA

Regulacin de la expresin gnica por los microRNA(miRNA)

El precursor del micro(miRNA) (plegamiento)

Enzima Dicer

La enzima se mueve a lo largo de la cadena y lo secciona

Se degrada una cadena, la otra cadena de (miRNA)

Se asocia a un compl.de proteinas

Complejo de protenas

El miRNA se aparea con el mRNA

B

A

Regulacin de la expresin gnica por los microRNA(miRNA)

El complejo miRNA-protena evita la expresin gnica

degradacin

Bloqueo de la traduccin

Control de la expresin gnica despus de la traduccin

en general los Polipptidos eucariotas deben procesarse para obtener molculas proteicas funcionales

Estn sujetos a control, hay diversos tipos de procesamientos: escisin, modificaciones

qumicas, protenas reguladoras se activan o inactivan por la adiccin reversible de grupos qumicos, como la est la degradacin de las

protenas por los proteosomas.

Protoasomas (complejos proteicos): reconocen las molculas proteicas marcadas ubiquitinas y las degradan

Finalmente, la duracin de las funciones de cada protena en la clula se regula de

manera estricta por la degradacin selectiva

Para marcar una protena destinada a su destruccin, la clula le aade molculas de una

protena pequea llamada ubiquitina.

Ubiquitinadaprotena

Protoasoma

Proteina entrando en unprotoasoma

Protein fragments(peptides)

Protoasomay ubiquitina para reciclar

MolculasUbiquitina (protenaMarcadora)

Procesamiento y degradacin de las protenas por un protoasoma

Protoasomas son complejos gigantes de protenas que unen las molculas de protenas y las degradan

Degradacin de una protena por un protoasoma (enorme complejo proteico)

enzimas

La protena marcada con ubiquitina es reconocida por el protoasoma

ltima oportunidad para controlar la expresin gnica (despus de la traduccin)

Protena para degradar

Los componentes enzimticos del protoasoma cortan a la protena

mRNA: codifica protenas

rRNA: componente del ribosoma

tRNA: Adaptador en la sntesis de protenas (traslada aa)

siRNA: bloquea la traduccin del mRNA seleccionados

miRNA: dirige la degradacin de mRNA seleccionados

snRNA: maduracin de transcriptos de RNA

snoRNA: modificacin y procesamiento del rRNA

scaRNA: modificacion de snoRNA y snRNA

RNA

La expresin gnica puede regularse en cualquier etapa ( la etapa clave es la TRANSCRIPCIN)

los cambios en la estructura de la cromatina la iniciacin de la transcripcin el procesamiento del RNA (corte y empalme alternativo) la degradacin del mRNA o bloquear su traduccin

(miRNA y siRNA)

la traduccin (controlar la iniciacin) el procesamiento y la degradacin proteica.

LA ACETILACIN, LA DEMETILACIN Y LA DESFOSFORILACIN DE DISTINTAS HISTONAS

DISMINUYEN EL ENROLLAMIENTO DE LA CROMATINA Y PROPICIAN LA ACTIVIDAD DE LOS

GENES.

No existen genes diferentes, sino una

EXPRESIN GNICA DIFERENCIAL

Expresin de genes distintos por parte de clulas que contienen el mismo genoma

Casi todas las clulas tienen un genoma idntico, sin embargo el subgrupo de genes expresados en las

clulas de cada tipo es nico

Uno de los resultados del proyecto Genoma Humano que ms contrast con lo que se

pensaba, fue la pequea cantidad de genes funcionales encontrados.

Estimaciones que en ciertas pocas alcanzaron los 150.000 o 250.000 genes, se ha pasado a comprobar que el nmero de genes

codificantes en el ser humano parece encontrarse entre 15.000 y 20.000, (diez veces

menos).

Comprender como se pude producir variacin y de que tipo cuando una mutacin afecta a un regulador es mucho ms complejo que hacerlo

sobre genes codificadores de protenas.

Ah la alteracin de la secuencia de ADN se traduce directamente en una alteracin de la

secuencia de aminocidos de la protena para la que codifica.

Es indiscutible que las mutaciones en el ADN regulador han jugado un papel

importantsimo en la evolucin, pudiendo adems explicar fenmenos que resultan

muy difciles de comprender mediante modificaciones graduales de los genes

estructurales.

Se crea que en la regulacin de los genes de los organismos complejos slo intervenan protenas.

100 billones de clulas con localizaciones y funciones caractersticas

Patrn de expresin gnica

transformacin

Modificacin de la cromatina, el corte y empalme alternativo del ARNm y la metilacin del ADN

Totipotente

Esquemas de la separata trabajada en clase (Separata fotocopia entregada en clase. Entendiendo la Evolucin)

Figura 1. Proceso de splicing en un ARNm

Figura 2. Ilustracin del proceso de splicing alternativo

Figura 3: La maquinaria transcripcional de levaduras. Tomado de Cramer (2006)