Blocs de continguts avaluables a partir del curs
Blocs de continguts avaluables a partir del curs 2009 -2010 Metabolisme (Bloc 1) Immunologia (Bloc 2) Genètica mendeliana i evolució (Bloc 3) Disseny experimental (Bloc 4) Biotecnologia (2 a part del Bloc 5) Biotecnologia. Idees bàsiques sobre els processos de transcripció, traducció i replicació del DNA, i sobre l’estructura del DNA i les proteïnes. Concepte de biotecnologia. El DNA recombinant. Caracterització del procés de transgènesi. Aplicacions de la biotecnologia alimentària (aliments funcionals i transgènics). Ús de microorganismes en processos industrials (agricultura, farmàcia, alimentació i bioremediació).
ESTRUCTURA I COMPOSICIÓ DELS ÀCIDS NUCLÈICS Nucleòsid=sucre+base nitrogenada Nucleòtid=sucre+base nitrogenada +grup fosfat Bases nitrogenades: Púriniques (més grans): A, G Pirimidíniques (més petites): C, T, U ENLLAÇ N-glicosídic (C 1 glúcid i N 9 puríniques o N 1 en pirimidíniques ENLLAÇ fosfoéster (al C 5 del glúcid)
ADN • • Desoxiribosa A, T, G, C Cadenes llargues Dues cadenes complementàries (normalment) • Molt estable ARN • • Ribosa A, U, G, C Cadenes més curtes Una sola cadena (normalment) • Poc estable • Tipus: ARN ribosòmic ARN transferència ARN nucleic ARN missatger
Xargaff estudia l’ADN de diverses espècies i conclou que a totes elles es compleix que: - Proporció de bases púriques = pirimidíniques - Proporció d'adenina = timina - Proporció de guanina = citosina - La proporció relativa de les 4 bases presenta una gran variabilitat entre les espècies i és més similar entre indv. de la mateixa espècie A+G=T+C Aquestes dades s'indiquen a la TAULA DE XARGAFF:
Característiques de la doble-hèlix de Watson o Crick (1953): l’ADN està format per dues cadenes de nucleòtids que -- són antiparal·leles: si una és 5'-3', l'altra és 3'-5' -- són complementàries: una A comporta una T, una C comporta una G i viceversa. -- Enrotllament dextrògir -- Les bases estan a l’interior i la pentosa i el fosfor formen l’esquelet extern. -- Plans de les bases perpendiculars a l’eix de l’hèlix -- Les dos cadenes esten unides per ponts d’hidrogen. -- Tenen un plegament plectonímic: com el d'una trena. -- Tenen capacitat autoreplicativa: poden fer còpies d'ella mateixa. -- No varia ni amb l'edat ni amb l'alimentació, però pot mutar Diari d’ahir: 15 cigarros una mutació
Ponts d’H
ADN ARN
34Ǻ 3, 4 Ǻ 20 Ǻ
Nivells estructurals i empaquetament -- estructura primària: seqüència de nucleòtids. Aquesta seqüència determina el missatge biològic o informació genètica Dins de cada espècie el percentatge bases és gairebé igual per a tots els individus ja que el missatge és molt semblant -- estructura secundària: doble hèlix. Amb tres models -- forma B la de Watson i Crick -- forma A dextrògira i plans de les bases inclinats. Apareix en assecar-se la forma B. No existeix a la natura. -- forma Z levògira, enrotllament irregular, Moltes C i G -- estructura terciària i empaquetament: amb histones i protamines, per aconseguir que càpiga dins el nucli de la cèl·lula i per a formar cromosomes. Una característica interessant: a 100ºC l’ADN es desnaturalitza, es trenquen ponts H, i torna a renaturalitzar si es disminueix la Tº. Permet la hibridació si es parteix de diferents filaments d’ADN
Tipus ADN • bicatenari i lineal: nucli de les cèl·lules eucariotes i en virus • bicatenari i circular: A les cèl·lules procariotes i en mitocondris i cloroplasts i en virus. • Unicatenari i lineal: en virus • Unicatenari i circular: en virus
Longitud de l’ADN • • Virus polioma 1, 7 micres Escherichia coli 1, 36 mm Drosophila 11, 2 cm Eriçó de mar 0, 57 m Gall 0, 93 m Gos 1, 89 m Nosaltres 2, 36 m dels 46 cromosomes
Funcions dels àcids nuclèics transcripc ADN ió transcripc ió inversa ARNm traducció Proteïnes replicació L’ADN porta la informació de com serà i com funcionarà un organisme: aquesta informació en diem informació genètica o hereditària. En alguns virus la informació biològica de com és l'organisme es troba dins d'una molècula d'ARN en lloc d'ADN.
Replicació La replicació o duplicació de l'ADN. Per originar nous individus cal la formació de còpies de l'ADN del seu progenitor o dels seus progenitors.
BIOSÍNTESI DE L’ADN La replicació de l’ADN en eucariotes es fa en la fase S del cicle cel·lular La duplicació de l’ADN és un procés multienzimàtic on les dues cadenes es separen i es sintetitzen dues de noves. La replicació és semiconservativa segons va proposar ja Watson i Crick
Mecanisme de replicació
ENZIMS • Helicasa: trenca ponts d’H • Topoisomerasa: regira la molècula • Primasa o ARN polimerasa: inicia amb ARN encebador • ADN pol III allarga per l’extrem 3’ • ADN pol I o nucleasa: treu els ARN i posa ADN • Ligasa uneix els fragments
L’ADN-polimerasa III: l’enzim principal Enzim d’uns 1000 aa Sintetitza ADN Treballa a 1000 nucleòtids per minut (16, 6 per seg) No sap iniciar la síntesi, necessita un encebador Només sap afegir a l’extrem 3’ Col·loca els nucleòtids antiparal·lels i complementaris
REPLICACIÓ SEMICONSERVATIVA 1. Desenrotllament i obertura de la cadena: 1. 1. La cadena perd la seva estructura secundària (es trenquen els ponts d’hidrogen) 1. 2. Es formen bombolles de replicació. Les cadenes s’han d’obrir i en els costats, en les forquetes de replicació es permet que els enzims que han de llegir l’ADN ho puguin fer
2. Síntesis de les noves cadenes d’ADN 2. 1 Una primasa (ARN polimerasa) inicia la síntesi i fa un encebador o primer, que és una petita seqüència de nucleòtids d’ARN complementària a la cadena d’ADN 2. 2 l’ADN polimerasa III segueix la síntesi amb nucleòtids d’ADN per l’extrem 3’. 2. 3. Més endavant, l’ADN polimerasa I o nucleasa hidrolitza el tros d’ARN i substitueix els nucleòtids d’ARN per nucleòtids d’ADN 2. 4. A mesura que la forqueta de replicació avança, la cadena 5’ a 3’ resta sense duplicar. Okazaki proposà que la cadena 5’ a 3’ es duplicava “a salts”. Aquests salts feien aparèixer fragments nous d’ADN denominats fragments d’Okazaki 2. 5. Més endavant, els fragments s’uneixen gràcies a ligases
Replicació Eucariotes: en el nucli, en Procariotes: en el mitocòndries i cloroplasts citoplasma Origen replicació molts un Presència d’histones Les histones queden associades al fil conductor. I apareixen nous polímers en la cadena retardada ADN sense histones (actualment sembla que hi ha algunes proteïnes associades) fragments d’Okazaki Petits (100 -200) Llargs (1000 -2000) velocitat lent Ràpid, unes 100 vegades més enzims ADN polimerasa a, d, e (en nucli) ADN polimerasa g (en mitocondris) ADN polimerasa III ADN polimerasa I
ARN El sucre: Ribosa. Les bases nitrogenades: A, U, G, C Cadenes més curtes (5’-3’) Monocatenari (bicatenari en reovirus) Menys estable i més abundant que l’ADN Tipus: ARN transferència ARN missatger ARN ribosòmic ARN nucleolar
L’ou o la gallina • L’ARN en algun cas té funció biocatalitzadora, per això s’ha suggerit que en l’origen de la vida l’ARN van poder ser les primeres molècules en autoduplicar-se i després seria l’ADN l’encarregat de guardar la informació genètica, ja que té la cadena més estable
Tipus d’ARN
ARN transferència • 70 -90 nucleòtids • Està al citoplasma, uns 50 tipus diferents • Transporta o transfereix aa de forma específica • Monocatenari, amb zones d’estruc. 2ària (en doble hèlix) i zones 1ària: estructura de trèvol • Té algunes bases derivades (10%) Braç T Braç D, unió amb l’enzim Aminoacilsintetasa
• lineal, monocatenari • Té poques zones estruc. 2ària • Va del nucli on es sintetitza al citoplasma • transporta la informació de l’ADN als ribosomes • Està associat a proteïnes • Dura uns quants minuts • És monocistrònic en eucariotes (duu informació per a 1 proteïna) • Estructura d'un ARNm madur eucariota inclou una caputxa al 5‘ (una guanosina trifosfat invertida), 5'UTR, regió codificant, 3'UTR i la cua poli-A ARN missatger ARNm en procariotes • No té exons i introns • No té caputxa • No té cua poli. A • És policistrònic
ARNr ESTRUCTURA DEL r. RNA: molt llarg, molt plegat per complementarietat de bases intracatenària. El r. RNA s'uneix a proteïnes per formar els ribosomes i té també una certa activitat catalítica a la traducció: TOT I NO SER UNA PROTEÏNA!! Ribosomes 70 s (procariotes) Ribosomes 80 s (eucariotes) Subunitat gran 50 S ARN 5 S + ARN 23 S + proteïnes Subunitat gran 60 S ARN 28 S + ARN 5, 8 S + ARN 5 S + proteïnes Subunitat petita 30 S ARN 16 S + + proteïnes Subunitat petita 40 S ARN 18 S + proteïnes
ARNn • L’ARN nucleolar associat a proteïnes • Està al nuclèol • Proporciona els diferents ARN que formaran els ribosomes
Les funcions dels ARN: Rep la informació de l’ADN en la transcripció Fer la traducció Emmagatzemar informació genètica en alguns virus
Transcripció
Transcripció en procariotes -iniciació: l’ARNpol reconeix un promotor (seqüència d’ADN). I a certa distància s’inicia la síntesi d’ARN -elongació: es copia de la cadena d’ADN (3’-5’) a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’) -finalització quan es troba una seqüència rica en G i C -Maduració: només maduren els ARNt i ARNr i no ho fan els ARNm Transcripció en eucariotes Hi ha 3 ARNpol. Té lloc al nucli -iniciació: l’ARNpol II reconeix un promotor (seqüència de l’ADN). I a certa distància s’inicia la síntesi d’ARN -elongació: es copia una cadena d’ARN (5’-3’) de la cadena d’ADN (3’-5’) a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’). Es posa la caputxa. -finalització quan es troba una seqüència TTATTT. Es posa la cua poli. A -Maduració: en el nucli, maduren tots els ARNt i ARNr i els ARNm en els quals cal eliminar els introns
A l’extrem 5’ s’hi afegeix la caputxa, una guanosina trifosfat invertida que impedeix l’acció de les exonucleases i que serà reconeguda pel ribosoma Els UTRs (untranslated regions) són seqüències no codificants que flanquegen la regió gènica pròpiament dita. Aquestes regions contenen seqüències senyal que seran necessàries per la correcta traducció proteica. Els UTRs són presents a l'm. RNA, i per tant també es trobaran en la seqüència genòmica inicial. addició de la cua poli. A a l'extrem 3'. Maduració al nucli
Transcripció procariotes ADN ARN eucariotes Té lloc al citoplasma al nucli enzims Una ARN pol Hi ha 3 ARNpol iniciació l’ARNpol reconeix un promotor. I a certa distància separa les cadenes d’ADN i s’inicia la síntesi d’ARN elongació 40 nucleòtids /seg a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’). Es posa la caputxa als ARNm. finalització quan es troba una seqüència rica en G i C quan es troba una seqüència TTATTT. Es posa la cua poli. A maduració només maduren els ARNt i maduren tots els ARNt i ARNr i no ho fan els ARNm en els quals cal eliminar els introns
Traducció
La clau genètica o codi genètic Per passar informació de la seqüència de l’ARNm a la seqüència d’aa de les proteïnes es podia fer: 1 nuc-1 aa= 4 aa 2 nuc-1 aa= 16 aa 3 nuc-1 aa= 64 aa És un codi que es llegeix cada 3 nucleòtids o codó de l’ARNm És universal Degenerat: triplets sinònims Senyals: inici i STOP
Traducció • Primer s’activen els aa per unir-los als ARNt corresponents aa+ATP Aa-AMP + ARNt aa-AMP + PP aa-ARN + AMP
En segon lloc passa tot això:
Un exemple de m. RNA: el de l'ovoalbúmina de pollastre: Les lletres que hi a sobre dels codons representen els aminoàcids que es col·locaran a la proteïna. Observa a partir de quin codó comença a col·locar-se aminoàcid i amb quin codó s'acaba:
La traducció s’inicia abans d’acabar la transcripció La traducció es fa al citoplasma. L’ARNm ha d’anar del nucli al citosol Els ribosomes reconeixen els ARNm per la regió lider complementària als ARNr Els ribosomes reconeixen els ARNm per la caputxa La traducció s’inicia al primer AUG amb un ARNt amb formilmetionina un ARNt amb metionina
Estructura de les proteïnes
- Slides: 43