Gentica molecular I Replicacin y Transcripcin del ADN

Genética molecular I Replicación y Transcripción del ADN

Genética molecular

Cepas S vivas Cepas R vivas

Cepas S muertas y R vivas Cepas S vivas

Conclusión: Las bacterias S muertas podían transmitir un “factor transformante” a las R , convirtiéndolas en patógenas (sintetizan la cápsula polisacárida)

Del gen a la proteína Dogma Central de la Biología Molecular (Crick, 1970) Crick: Hipótesis de la colinealidad: correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aa de la enzima que el gen codifica. Concepto moderno de gen Cualquier secuencia de ADN que se transcribe como una unidad de ARN, incluyendo así todo tipo de ARN y la posibilidad de que un mismo ARNm sirva para sintetizar varias proteínas relacionadas en lugar de una sola.

La replicación del ADN 3 3ª) El ADN se replica de manera dispersiva. Las cadenas progenitoras se rompen a intervalos y se combinan con los segmentos nuevos. Esta controversia fue resuelta por Messelson y Sthal, gracias a unos experimentos que llevaron a cabo en E. coli

Hipótesis para explicar la replicación del ADN. Hipótesis semiconservativa Cadena antigua Hipótesis conservativa Cadena nueva Hipótesis dispersiva

Replicación del ADN en bacterias FASE DE INICIACIÓN: Desenrollamiento y apertura de la doble hélice Horquilla de replicación Punto de iniciación (ori. C) Horquilla de replicación Topoisomerasa (girasa) Helicasa Burbuja u ojo de replicación Proteína estabilizadora (SSB)

FASE DE ELONGACIÓN: Síntesis de nuevas hebras de ADN (5’-3’) Hebra molde 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ Fragmentos de Okazaki 5’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. Enzimas que intervienen - ARN polimerasa (primasa) - ADN polimerasa III - ADN polimerasa I - ADN ligasa Una de las hebras se sintetiza de modo continuo. Es la conductora o líder. 3’ 3’ 5’ La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.

• • Iniciación Origen de la replicación • • Burbuja de replicación Elongación La ARN primasa (ARN polimerasa ADN dependiente) sintetiza el cebador (un pequeño fragmento de ARN) La ADN pol. III añade dnucleótidos complementarios en el sentido 5’→ 3’ Al ser las cadenas antiparalelas, en una hebra la síntesis es continua pero en la otra es discontinua (hebra retardada) y se forman los fragmentos de Okazaki. Se dice que la síntesis es semidiscontinua La ADN pol. I: tiene actividad exonucleasa y elimina los ARN cebadores Proteínas estabilizadoras ADN pol III Hebra conductora Hebra retardada ADN pol I ADN-ligasa Helicasa Primasa ADN pol III Dirección general de la replicación Horquilla de replicación

1 La primasa sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación. 2 Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. 4 La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. 6 La ligasa une los fragmentos de ADN. Cebador Primasas Cebador 3 La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. Hebra retardada 5 Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. Nuevo cebador Ligasas Nuevo cebador

FASE DE TERMINACIÓN • La ADN ligasa une todos los fragmentos (se requiere ATP) • Las hebras se vuelven a enrollar CORRECCIÓN DE ERRORES • La ADN pol. ll : actividad exonucleasa Los errores son heredables (mutación puntual ó génica) variabilidad evolución de las especies.

http: //highered. mcgraw-hill. com/olc/dl/120076/micro 04. swf

Replicación del ADN en células eucariotas • Varios orígenes de replicación (varios ojos de replicación). Replicones. • Fragmentos de Okazaki más pequeños (100 a 200 nucleótidos). • Se produce de forma coordinada la síntesis de las proteínas histonas. • Los nucleosomas ralentizan la actuación de las ADN polimerasas. • Existen un total de cinco ADN polimerasas. • El telómero se va acortando procesos de relacionado envejecimiento y muerte celular.

Replicación del ADN en eucariotas http: //www. bioygeo. info/Animaciones/DNA_replication_3. swf numerosos replicones

El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotas Hebra conductora Origen de la replicación Hebra retardada Horquilla de replicación Hebra retardada Burbujas de replicación Nucleosomas Hebra conductora Nuevos nucleosomas

La expresión de los genes ocurre en dos etapas sucesivas: Transcripción y Traducción • Transcripción Es el proceso mediante el cual se copia la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en el ARN. • Por consiguiente mediante la transcripción se va a sintetizar una molécula de ARN.

MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN Intervienen -ADN: - cadena molde: se transcribe - cadena informativa: - Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C, y U (ARNt, ARNr) - ARN-polimerasas (Lee 3’-5’ y sintetiza 5’-3’) -Principio de complementariedad de bases. - Cofactores sigma ( ) y rho ( ). Procariotas: Transcripción y Traducción a la vez y mismo lugar. Eucariotas: Transcripción: en el núcleo. Traducción: ribosomas.

CARACTERÍSTICAS Proceso mediante el cual el ARNm copia la información del ADN • Es selectivo: sólo se transcriben algunas regiones del ADN • Es reiterativo: un gen puede transcribirse muchas veces • Sólo se copia una de las cadenas del ADN. Las enzimas son ARN polimerasas

Expresión génica en procariotas y eucariotas PROCARIOTAS EUCARIOTAS Genes G. continuos G. Fragmentados Exones, intrones ADN Asociado a pocas proteínas no histonas ARN polimerasa 1 tipo Densamente empaquetado. Cromatina 3 tipos: síntesis de ARNr, ARNm y ARNt

Expresión génica en procariotas y eucariotas PROCARIOTAS EUCARIOTAS Localización Citoplasma y procesos Transcripción: núcleo. Traducción: transcripción simultáneos citoplasma y traducción Tipos de genes Policistrónicos Monocistrónicos Maduración Sólo para ARNt y ARNm Para los tres tipos: ARNr, ARNm y ARNt

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS • Precursor: nucleósido trisfosfato • ARN pol. : varias subunidades. La subunidad σ reconoce el promotor como señal de inicio (una secuencia específica de nucleótidos) • ARN pol. : añade ribonucleótidos 5´ 3´ • Fin de la síntesis: una secuencia específica.

Transcripción en procariotas Promotor ARN-polimerasa 5’ 3’ 3’ 5’ Iniciación 3’ 5’ 5’ 3’ ARN Elongación 5’ 3’ 3’ 5’ Finalización 3’ 5’ 5’ 3’ ARN transcrito completo

Transcripción en eucariotas. Características: - Tres tipos de ARN pol. - Genes fragmentados: maduración (eliminación de intrones y unión de exones). - ADN asociado a histonas: nucleosomas.

Elementos que intervienen en la TRANSCRIPCION • En este proceso intervienen unas enzimas llamadas ARN-polimerasas o ARN-pol que tienen las siguientes características: • Utilizan como molde una de las cadenas del fragmento de ADN y la van leyendo en sentido 3’ 5’ y van uniendo ribonucleótidos en sentido 5' 3', teniendo en cuenta su complementariedad con los nucleótidos de la cadena del segmento de ADN que se utiliza como molde (hay que tener presente que en el ARN la base complementaria de la adenina es el uracilo). • En el proceso para formar el ARN se utilizan ribonucleótidos trifosfatos (ATP, GTP, CTP y UTP). La energía necesaria para crear el enlace que une a los ribonucleótidos se obtiene de la hidrólisis de los mismos. Cada ribonucleótido trifosfato se hidroliza dando un grupo P-P, energía y un ribonucleótido monofosfato que se unirá mediante un enlace éster a la cadena de ARN en formación.

Etapas de la Transcripción de ARNm en eucariotas. 4 FASES: Iniciación, elongación, finalización y maduración 5’ 3’ ARNpolimerasa 5’ 3’ A T (i) U G U A C A G C C G G G C C C U G C G ARN ADN

1. Iniciación: Una ARN‑polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN. ARNpolimerasa T A C G A A C A U G C U U G C G T T G G C A A C C G A U C G A T C

2. Alargamiento o elongación: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5' 3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil‑GTP en el extremo 5‘ con función protectora. ARNpolimerasa m-GTP T A C G A A C A U G C U U G C G T T G G C A A C C G A U C G A T C

3. Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poli. A‑polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poli. A, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera. poli. A-polimerasa m-GTP A U ARNm precursor G C U C G U A G A A A

4. Maduración: El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático (Varias RNPpn: espliceosoma) reconoce, corta y retira los intrones y las ARN‑ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro cola Cabeza AUG AAAAAA UAG

Maduración: 5’ Exón 1 Intrón Exón 2 3’ Proteína RNPpn Ribonucleoproteína pqña nuclear. Espliceosoma 3’ 5’ Intrón Exón 1 ARNm 5’ Exón 2 3’

Maduración del ARNm (Visión de conjunto). Región codificadora del gen ADN Promotor E 1 I 1 E 2 I 2 E 3 Terminador TAC ATC Cabeza E 1 ARNm precursor ARNm maduro I 1 E 2 I 2 cola E 3 AAAAAA AUG UAG Cabeza cola AAAAAA AUG UAG

Maduración. Comparación entre eucariotas y procariotas ORGANISMOS PROCARIONTES Transcrito primario Los ARNm no sufren proceso de maduración. ARNasa Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contiene muchas copias del ARNt y ARNr. ARNt ORGANISMOS EUCARIONTES Exón ARNr Intrón Exón RNPpn Bucle Intrón Exón Bucle Un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, según como se Punto de unión eliminen los intrones y exones A partir entre exones de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas. Splicing alternativo El ARN transcrito primario sufre un proceso llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.

DIFERENCIAS en la TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS • Tiene lugar en el núcleo • Tres ARN polimerasas PROCARIOTAS • Región nucleoide • Una ARN polimerasa • ARN pol. I: transcribe ARNr • ARN pol. l. I: transcribe genes estructurales. ARNm • ARN pol. III: transcribe ARNt y un ARNr • ARN monocistrónico • Procesado del ARNm • Los nucleosomas intervienen en el proceso. • Señal de terminación: TTATTT • ARN policistrónico • No se procesa ARNm • No hay nucleosomas. • Señal de terminación: Palíndromo: GGGCCCTTCCCGGG Ejemplo de secuencia palindrómica: “dábale arroz a la zorra el abad” http: //www-class. unl. edu/biochem/gp 2/m_biology/animation/m_animations/gene 2. swf