Biología Molecular

Química. Bioquímica. Material genético. Ácidos nucleicos. Proteínas Cromosómicas. Genoma

  • Enviado por: David Morán
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 14 páginas
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1.Estructuras

1.1Naturaleza del material genético

En 1944 Avery, Mc Lead y Mc Carthy, experimentaron con neumococos en ratones. Existen dos tipos de neumococos:

  • Neumococos S o lisos: Provocan la muerte.

  • Neumococos R o rugosos: No provocan la muerte.

Lo que hicieron fue mezclar R con S inactivos y se comprobó que los ratones morían, esto se debía a que los S habían traspasado su capacidad de infección a los R, a este hecho se le llamo principio transformante.

Como resultado del experimento se dedujo que el material genético era el ADN.

De forma más general se sabe que existen otras moléculas que contiene información genética:

Procariotas

  • ADN

Eucariotas

  • ARN: Virus

  • Proteinas: Priones

1.2Estructura de los ácidos nucleicos

El ADN y el ARN Son una cadenas lineales de Nucleótidos no ramificadas.

Un nucleótido esta compuesto de:

-D-Ribosa(ARN)

  • Azúcar(Pentosa)

-D-Desoxirribosa(ADN)

Púricas(Bases grandes)=Adenina y Guanina

  • Base nitrogenada

Pirimidinicas(Bases pequeñas)=Citosina y Timina(o Uracilo en ARN)

  • Ácido fosforico

Nucleosido:Azucar+Base nitrogenada

Nucleotido:Azucar+Base nitrogenada+Acido fosforico(Monómero de los Ac.nucleicos)

1.3Estructura del ADN

Diferentes ordenes:

1Estructura: Es la secuencia lineal de nucleótidos del ADN.

2Estructura La estructura en doble hélice propuesta por Watson y Crick en 1953 basándose en los siguientes datos:

  • Datos de difracción de rayos X: Los cuales revelaban una estructura helicoidal del ADN.

  • Datos bioquimicos: Comprobaron experimentalmente que la regla de Chargaff se cumplía en el modelo que ellos proponían(%A"%T y %G"%C)

Esta doble hélice se caracteriza por:

  • Está compuesta por dos hebras antiparalelas de ADN enrolladas entre sí.

  • Las bases nitrogenadas están ene el interior del esqueleto, para su mayor protección

  • La hélice es dextrógira

  • Cada base purica encaja con una pirimidinica, de la siguiente forma: A-T y G-C

De lo contrario la hélice se desestabilizaría.

  • Las bases A-T establecen dos puentes de H y las G-C tres. Esto ayuda a estabilizar la hélice.

Existen varios tipos de hélices: A, B(Watson-Crick), C y Z(levógira, se da cuando se acumulan muchas bases puricas o pirimidinicas seguidas).Estas hélices se asemejan en el enlace entre bases, el antiparalelismo de las hebras , la distribución interior de las bases y en la presencia de surcos; y se diferencian en él numero de bases por vuelta y en su paso de rosca.(Consultar la lámina: Modelo de la doble hélice del ADN y emparejamiento de bases)

Las fuerzas que estabilizan la hélice son:

  • Fuerzas hidrofobias

  • Puentes de H

  • Fuerzas iónicas

3Estructura: Es lo que se denomina súper enrollamiento.

La molécula de ADN debe ser enrollada para que ocupe menos espacio y este mas protegida.

El primero en descubrir los superenrollamientos fue Vinograndal descubrir en el ADN:

  • ADN superenrrollado(habitual)

  • ADN relajado

Para que un ADN este superenrollado deben existir dominios topológicos cerrados, que los generan las topoisomerasas(tipo I para una hebra y tipo II para 2 hebras).

(Consultar los distintos ordenes de empaquetamiento del ADN en la lamina “distintos niveles de organización del ADN”)

1.4.Propiedades derivadas de la estructura del ADN

1.Desnaturalizacion: Es el proceso de perdida de la estructura en doble hélice ,por cambios de Tª, pH...etc.

2.Renaturalización: Es el proceso opuesto llevado a cabo de forma lenta y controlada.

3.Hibridación: Consiste en hibridar pedazos de ADN o ARN de diferentes organismos. Existen dos métodos:

  • Souther-blot (ADN) y Norther-blot(ARN)

  • Método FISH

4.Hidrólisis del ARN y del ADN: Se realizan mediante las nucleasas

De ADN

Especificas

Según especificidad De ARN

Inespecíficas

Nucleasas

Inespecíficas

Interior de la cadena

Según el lugar de ruptura ( Endonucleasas ) Especificas

Exterior de la cadena

(Exonucleasas)

1.5.Proteínas Cromosómicas

Estas proteínas tienen dos funciones:

  • Estructural(Histonas)

  • Reguladora(Factores de trascripción)

Estas proteínas pueden unirse temporal o permanentemente al ADN

A.Histonas

Características:

  • Pequeño tamaño

  • Carácter básico(contrarresta el ácido del ADN)

  • Conservadas evolutivamente

  • Sufren modificación postraduccionales.

Tipos:

  • H2A

  • 2B

  • 3

  • 4

  • H1(no nucleosomica)

B.Factores de transcripción

Establecen puentes de H entre el ADN y las proteínas , acomodando la estructura de la hélice.

Los más importantes son:

  • Estructuras en dedos de Zn

  • Estructuras en cremalleras de Leucina

(Consultar dibujos en los apuntes)

1.6.Organización de los genes: El Genoma

Se denomina gen a un trozo de ADN que codifica para un rasgo (color de ojos , síntesis de una proteína , etc...)

El genoma es el conjunto de genes de un organismo.

El genoma Humano se caracteriza por:

Genoma mitocondrial(circular)

  • Se divide en

Genoma nuclear(lineal)

Exones(lo que se expresara finalmente)

  • Genes interrumpidos en

Intrones(lo que no se expresara)

  • Solapamiento mínimo(una región solo codifica para un gen)

El genoma nuclear se puede dividir en :

  • Genoma codificante("5%)

  • 1.1Codificacion de proteínas

    1.1.1De copia única

    1.1.2De copia duplicada

    1.1.3En familia

    1.2Codificacion de ARN

    2.Genoma no codificante("95%)

    2.1Parte relaciona con genes ("15%)

    2.1.1Pseudogenes:Son genes que ya no se usan.

    2.1.2Intrones

    2.2Parte no relacionada con genes ("80%)

    2.2.1ADN repetido

    2.2.1.1Con repeticiones simples: Son repeticiones en tanteen.

    2.2.1.1.1Microsatelites:1 unidad(1-3 pb)

    2.2.1.1.2Minisatelites:1 unidad(6-8 pb)

    2.2.1.1.3Satelites:1 unidad(60-170pb)

    2.2.1.2Con repeticiones dispersas: No son repeticiones en tanteen

    2.2.1.2.1Alv

    2.2.1.2.2Transposones:Son secuencias móviles de ADN

    2.2.2ADN espaciador

    2.Procesos

    2.1Replicación del ADN

    El sistema de replicación del ADN viene sugerido por la propia estructura en doble hélice.

    La replicación es semiconservativa(es decir una hebra antigua se aparear con una nueva).

    De forma resumida la replicación funciona de la siguiente manera:

    • Las dos cadenas se desenrollan y se separan, gracias a la acción de la ADN-Helicasa, formando lo que se denominan horquillas de replicación (varias en eucariotas y única en procariotas).

    • Empieza la sinterización de la nueva cadena complementaria, gracias a la ADN-Polimerasa. Hay diferentes tipos de ADN-Polimerasa:

    TIPO DE ADN-POLIMERASA

    FUNCION BASICA

    ADN-Polimerasa I

    Corregir errores, eliminar el iniciador y rellenar huecos(actividad exo 3'-5' y exo 5'-3')

    ADN-Polimerasa II

    Replica en condiciones “SOS”

    ADN-Polimerasa III

    Copia la mayoría del ADN

    Biología Molecular

    *La ADN-Polimerasa solo es capaz de leer la hebra de ADN de 5' a 3', luego la ADN-Polimerasa de cada hebra va en sentido opuesto al de la otra hebra.

    *La actividad polimerizante de este enzima se da por el reconocimiento de las bases nitrogenadas de la hebra molde , y la colocación de las bases complementarias en la cadena que se esta sintetizando. Este proceso re realiza a través de la siguiente reacción:

    *Para que una molécula de ADN-Polimerasa funcione, necesita:

    Dinucleotido trifosfato(dNTP)

    Mg++

    Iniciador 3'-OH(secuencia pequeña de ARN)

    Un molde

    • Dado que la ADN-Polimerasa solo sintetiza de 3' a 5', se van a generar dos cadenas una cadena que sintetiza según va abriendo la Helicasa y otra que la llamaremos cadena rezagada y que va en sentido contrario a la Helicasa , dando lugar a trozos muy pequeños de ADN sintetizados llamados fragmentos de Okazaki.

    • Los fragmentos de Okazaki se unen gracias a la acción de las ADN-Ligasas.

    • Finalmente las dos hebras sintetizadas se unen con su hebra molde volviendo a adquirir la estructura en doble hélice.

    En los extremos surge un problema no existe extremo 3'-OH, esto se soluciona con la acción de la Telomerasa la cual forma un bucle en los extremos, de tal manera que la Polimerasa puede actuar.(Consultar dibujo en los apuntes).

    2.2Mutaciones y reparación del ADN

    Una mutación es cualquier alteración en la estructura del ADN. Las mutaciones pueden ser:

    Espontáneas: Despurinaciones o desaminaciones

    • Naturales:

    Errores en la replicación :Forzados o Naturales

    Productos químicos

    • Inducidos(agentes mutagénicos)

    Radiaciones

    Las mutaciones Génicas pueden ser:

    Transiciones: Base purica por base purica.

    • Por sustitución de bases

    Transversiones: Base purica por base pirimidinica.

    Delecciones

    • Por adicción o perdida de bases

    Inserciones

    Las consecuencias de las mutaciones pueden ser beneficiosas ,perjudiciales o silenciosas.

    El ADN puede corregir los errores en la duplicación por acción exo 3'-5' y por la exo 5'-3'.

    Los mecanismos de reparación distinguen lo correcto de lo incorrecto mediante los siguientes métodos:

    Específicos: Reconocen bases alteradas

    • Mecanismos escisión-restauración

    Inespecíficos: Reconocen huecos y distorsiones

    • Mecanismos activados por la luz

    • Mecanismos de recombinación genética.

    2.3Tipos de ARN

    El ARN es monocatenario, excepto en algunos virus, y presenta U en lugar de T.

    Existen diferentes tipos de ARN:

  • Ribosómico: Esta en los ribosomas, y esta asociado a algunas proteínas.

  • Mensajero: es el encargado de llevar la información genética del núcleo al citoplasma.

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    Transferente: Existen 60 diferentes y presentan dobleces en lugares determinados, producidos por el enlace de alguna de alguna de sus bases. Presenta un sitio de unión para los aminoácidos. El aminoácido que se unirá viene determinado por la secuencia de tres bases del anticodón.

  • Heteronuclear:Es el ARN mensajero que esta en el nucleo en fase de maduracion.

  • Mitocondrial:Es el ARN de las mitocondrias.

  • Citoplasmatico

  • Catalitico(Ribozimas):Con actividad catalitica , dan lugar a ARN-r

  • 2.4.Proceso de transcripcion del ARN

    Es el proceso por el cual obtenemos ARN-m , formado por complementación de un trozo de una hebra de ADN y el cual transmite de forma directa la informacion para la construcción de proteinas.

    En el proceso de traduccion se distingue cuatro fases:

    • Reconocimiento del promotor

    • Inicio de la trascripción

    • Elongación

    • Terminación.

    De forma simplificada la traducción se da así:

    1ºSeparación de las dos hebras de ADN gracias a la acción de la ARN-Helicasa.

    2ºEn eucariotas hay tres ARN-Polimerasas, cada una con una función distinta, y que reaccionan ante activadores e inhibidores.

    La ARN-Polimerasa II se une a un cofactor, para formar los denominados complejos de iniciación, imprescindibles para que se inicie la trascripción.

    La trascripción empieza en unos sitios determinados del ADN llamados Promotores.

    3ºSe empieza a sintetizar una nueva cadena con U en lugar de T

    4ºLa trascripción se detiene cuando se llega a un lugar del ADN llamado terminador.

    NOTAS

    *El ARN en Procariotas es policistronico; esto es que cada gen tiene codificado para mas de una proteína. En Eucariotas es monocistronico .

    Biología Molecular

    *Para que la ARN-Polimerasa, realiza la siguiente reacción:

    Para que la ARN-Polimerasa funcione necesita:

    • rNTP(ribonucleótido trifosfato)

    • Mg++

    • Molde

    2.5.Modificaciones postranscripcionales

    En Procariotas solo se dan en ARN-r y ARN-t, en Eucariotas en todos los ARNs.

    Cortes por nucleasas para formar varias moléculas de ARN a partir de una(ARN-r y ARN-t)

    Tipos de modificaciones Adicción de bases

    Modificaciones en la estructura de las bases

    La principal es la denominada maduración del ADN-m en el núcleo la cual se da en tres fases:

  • Eliminación de los intrones gracias a la acción de las endonucleasas de restricción.

  • Al extremo 5' se le añade una “cap” de metil-guanosin-trifosfato.

  • Al extremo 3' se le añade una cola de poli A.

  • Este sistema de maduración en el núcleo ofrece una serie de ventajas:

    • Permite la creación de nuevas proteínas,por la mezcla de exones

    • Protege contra mutaciones, gracias a la existencia de intrones.

    2.6.Código Genético

    Es el conjunto de ordenes que rigen la traducción de una secuencia de nucleótidos a otra de aminoácidos.

    Este código presenta las siguientes características:

    • La relación de codificación es tres nucleótidos un aminoácido(simple relación matemática), lo cual implica que el código este degenerado(distintos codones codifican para el mismo aminoácido y existen secuencias de paro e iniciación).

    • El código no es solapado

    • El código no es ambiguo(Un codón solo codifica para un aminoácido).

    • El código es prácticamente universal.

    2.7.Proceso de Traducción del ARN

    Es el proceso de obtención de proteínas a partir del ARN-m.

    Sigue los siguientes pasos:

    1ºActivacion de los ',gracias a la Aminoacil ARN-t sintetasa, según la reacción:

    '+GTP=GMP-'+2P

    Gracias a este proceso el ' puede ser reconocido por el ARN-t.

    Biología Molecular

    2ºLlega ARN-m

    3ºLlega ARN-t se asocia con una subunidad pequeña del ribosona(40s), tras reconocer la señal de iniciación(Met) y coloca su anticodón coincidiendo con el codón más cercano a 5' del ARN-m.

    4ºLlega la subunidad grande del ribosoma, la cual presenta dos sitios: sitio P(Polipéptido) y sitio A(aminoácido).El sitio P esta ahora ocupado por el ARN-t

    5ºLlega un nuevo ARN-t al sitio A encajando su anticodón en el codón correspondiente del ARN-m.

    6ºSe establece un enlace peptídico entre los ' gracias a la acion de la peptil transferasa y se hidroliza el enlace entre el primer ' y su ARN-t , el cual sale del ribosoma.

    7ºLa cadena de ARN-m se desplaza un codon pasando a estar el segundo ARN-t en el sitio P.

    8ºLlega el tercer ARN-t y ocupa el sitio P.

    9ºSe repite sucesivamente la operación en 6.

    10ºLa traducción finaliza cuando un codon codifica para un factor liberador(finalización),entonces se hidroliza el enlace del ARN-t y se separan todos los componentes de la traducción.

    (Consultar fotocopias de la facultad y la lamina”La traducción del ARN mensajero”)

    2.7.Modificaciones postraduccionales.

    Hay diferentes tipos:

    Formación de puentes disulfuro

    Que afectan al grupo R Modificaciones del tipo fosforilación

    Modificaciones del tipo glucoxilación

    Modificaciones

    Postraduccionales

    Por act. de precursores

    Modificaciones en la cadena peptidica Eliminación de la 1ª Met

    Por act. de Poliproteinas

    3.Regulación y Aplicaciones

    3.1Regulacion de la expresión genética

    Es el proceso de la regulación de los genes.

    Todas las células tienen el mismo ADN, pero se diferencian entre si debido a que cada célula utiliza solo una parte de su ADN.Los genes que utilizan todas las células se llaman genes “house weeping”.

    Existen varios modelos de regulación genética:

    1.Procariotas

    Utilizan los sistemas de Operon. Los sistemas Operon son una serie de genes colocados en cadena en el ADN, que codifican para enzimas de la misma ruta metabólica y que son sensibles a la acción de represores.(Ej:El sistema Operon Lac en la E.coli).

    (Consultar fotocopia de la facultad y apuntes 2ºBach)

    2.Eucariotas

    Se da mediante dos señales:

    • Descondensación de la cromatina, como consecuencia de una modificación postraduccional de las Histonas.

    • Mediante la acción de las proteínas reguladoras.

    Los genes que toman las decisiones en la regulación genética, tanto en Procariotas como en Eucariotas son los denominados “genes homeoticos”.

    3.2Aplicaciones de la biología molecular.

    CUADRO RESUMEN

    Método

    Características/Variantes

    1.Por enzimas de restricción

    Ruptura del ADN

    En lugares determinados(Secuencias Palintropicas)

    Unión de los pedazos de ADN

    2.Hibridación de Ac.Nucleicos

    Norther-Blot

    Sourther-Blot

    In situ

    3.Clonación del ADN

    Técnica del PCR

    Técnica convencional

    4.Secuenciación de bases

    Método de Sanger

    5.Nuevas técnicas

    Transgenesis

    Eliminación dirigida de genes

    Chips genéticos

    *La técnica del PCR ó reacción en cadena de la Polimerasa

    Esta técnica consiste en crear trozos de ADN iguales a partir de un solo pedazo de ADN, que sirva como molde.

    Requerimientos

    Aplicaciones

    Material biológico

    Investigación

    2 oligonucleotidos(que servirán como extremos de empiece y terminación de la Polimerasa)

    Diagnostico molecular

    Taq Polimerasa(capaz de replicar a altas temperaturas)

    Termiociclador

    Los cuatro dNTP(A,G,C,T)