ADN. Estructura primaria del ADN. Cadena lineal de nucleótidos que se unen por enlace fosfodiéster en sentido carbono 5 3 Nucleótidos

Transcripción

1 GENÉTICA MOLECULAR

2 ADN ESTRUCTURA

3 ADN Estructura primaria del ADN Cadena lineal de nucleótidos que se unen por enlace fosfodiéster en sentido carbono 5 3 Nucleótidos Azúcar; desoxirribosa Bases nitrogenadas; A, T, G, C Grupo fosfato

4 ADN Estructura primaria del ADN

5 Estructura secundaria ADN Se unen 2 cadenas de nucleótidos formado una doble hélice Características: Cadenas antiparalelas. El extremo 3`de una cadena coincide con el extremo 5 de la otra cadena Cadenas complementarias. Cada cadena se une a la otra mediante enlace de puente de hidrógeno entre A y T (2 enlaces de puente de H) y G C (3 enlaces) Cadenas enrolladas en doble hélice, en sentido contrario a las agujas del reloj.

6 Estructura secundaria ADN

7 ADN Estructura terciaria. Modelo collar de perlas La doble cadena de ADN se asocia a proteínas (histonas) para compactar la estructura Nucleosoma; estructura formada por un octámero de histonas asociadas a la cadena de ADN Resultado; fibra de cromatina de espesor 10 nm (100 Å)

8 Estructura terciaria del ADN

9 Estructura terciaria del ADN

10 ADN Estructura cuaternaria. Modelo solenoide Nucleosomas de la fibra de cromatina se enrollan helicoidalmente dando lugar a una estructura llamada solenoide Resultado; fibra de cromatina se condensa y compacta más, aumentando de espesor (pasa de 10 nm (100Å) a 30 nm (300Å))

11 Estructura cuaternaria del ADN SOLENOIDE

12 Estructura cuaternaria del ADN SOLENOIDE

13 ARN - ESTRUCTURA

14 ARN Cadena sencilla (no es doble cadena) formada por la unión de nucleótidos Nucleótidos del ARN Azúcar; ribosa Bases nitrogenadas; A, G, C y Uracilo (en lugar de Timina) Grupo fosfato Cadena más corta que la cadena de ADN Función; dirige la síntesis proteica y regula la expresión génica

15

16 (Nucleótido)

17

18 ARN Aunque no forma hélices, la cadena de ARN se puede plegar en algunos tipos de ARN (p.ej. ARN-t) Este plegamiento se mantiene por el apareamiento de bases nitrogenadas mediante enlace de puente de H (A-U y G-C)

19 ARN

20 ARN En ocasiones, la estructura se vuelve a plegar formado bucles (est. Terciaria ARN)

21 ARN - TIPOS

22 Tipos de ARN ARN-m (ARN mensajero) Estructura lineal Realiza una copia de un fragmento de ADN Su secuencia de nucleótidos es complementaria al segmento (tránscrito) de la cadena patrón de ADN copiada (pero en lugar de Timina, ahora Uracilo) Se forma en el núcleo y sale al citoplasma para ser utilizada en el ribosoma para traducir la información genética En la molécula de ARN-m, cada 3 bases nitrogenadas codifican 1 aminoácido distinto (codon)

23 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN V CODÓN

24 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

25 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

26 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

27 Tipos de ARN ARN-t (ARN transferente o de transferencia) Estructura plegada y con bucles Transporta ( transfiere ) los aminoácidos a los ribosomas; cada ARN-t solo transporta 1 tipo de aminoácido Contiene el anticodon; secuencia específica de 3 bases nitrogenadas complementarias al codon del ARN-m

28 Tipos de ARN ARN-t (ARN transferente o de transferencia)

29 ARN-t (ARN transferente o de transferencia) Anticodon

30 ARN-t (ARN transferente o de transferencia) Anticodon

31

32 Tipos de ARN ARN-r (ARN ribosómico) Forma parte de la estructura de los ribosomas Ribosomas; orgánulo celular donde tiene lugar la traducción de la información genética y la síntesis de proteínas Presenta 2 subunidades: Mayor (coeficiente de sedimentación 50S) Menor (coeficiente de sedimentación 30S)

33 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

34 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

35 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

36 DUPLICACIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (REPLICACIÓN)

37 Duplicación del ADN En división celular, cada célula hija debe recibir la misma información genética Para ello, es necesario duplicar (=replicar) la molécula de ADN La duplicación de la molécula de ADN es de tipo semiconservativa

38 Duplicación del ADN Duplicación semiconservativa

39 Duplicación del ADN Duplicación semiconservativa

40 Mecanismo de duplicación 1. Doble hélice de ADN se abre y se desenrolla La enzima helicasa abre la doble cadena de ADN en el punto de replicación. Para abrir la doble cadena, rompe los enlaces de puente de H entre bases nitrogenadas También es necesario desenrollar la doble hélice (se encarga la enzima topoisomerasa) La molécula de ADN se abre como una cremallera

41 Mecanismo de duplicación 1. Doble hélice de ADN se abre y se desenrolla El punto donde se inicia la replicación se denomina origen de replicación y da lugar a una burbuja de replicación con dos horquillas de replicación En eucariotas, aparecen múltiples horquillas de replicación. En procariotas, aparecen dos horquillas de replicación

42 Mecanismo de duplicación 1. Doble hélice de ADN se abre y se desenrolla Burbuja de replicación

43

44 Mecanismo de duplicación 1. Doble hélice de ADN se abre y se desenrolla

45 Mecanismo de duplicación 2. A cada hebra separada de ADN se acoplan nucleótidos libres cuyas bases son complementarias a las bases nitrogenadas existentes en esa hebra En esta fase interviene la enzima ADN polimerasa, que recorre la hebra molde (hebra paterna) y va formando la nueva hebra complementaria en sentido 5` 3 Esta enzima también corrige errores; elimina nucleótidos mal apareados y rellena el hueco con los nucleótidos correctos

46

47 2. A cada hebra separada de ADN se acoplan nucleótidos libres cuyas bases son complementarias a las bases nitrogenadas existentes en esa hebra Problema 1; ADN polimerasa no puede iniciar de cero la síntesis de una nueva hebra de ADN. Necesita de un fragmento inicial de 10 nucleótidos de ARN, que recibe el nombre de cebador o primer. Este fragmento se sintetiza por una primasa (un tipo de ARN polimerasa). El motivo es que la ADN polimerasa sólo puede añadir nucleótidos a un extremo 3 libre, no puede empezar una síntesis por sí misma.

48 2. A cada hebra separada de ADN se acoplan nucleótidos libres cuyas bases son complementarias a las bases nitrogenadas existentes en esa hebra separa Cebador o primer

49 2. A cada hebra separada de ADN se acoplan nucleótidos libres cuyas bases son complementarias a las bases nitrogenadas existentes en esa hebra Problema 2; ADN polimerasa sólo puede sintetizar en sentido 5 3. Esto significa que según se van separando las dos hebras, en una hebra la síntesis es continua ( hebra adelantada o conductora ), mientras que en la otra hebra la síntesis será discontinua ( hebra retardada )

50 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

51 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

52 Síntesis hebra adelantada o conductora - Síntesis continua en sentido Se necesita solo 1 cebador Síntesis hebra retardada - Síntesis discontinua en sentido Se van sintetizando pequeños fragmentos de ADN de nucleótidos (fragmentos de Okazaki) - Cada uno de estos fragmentos necesita de forma previa un cebador (se necesitan varios cebadores en este caso) - Finalmente, la ADN-ligasa une los fragmentos de Okazaki obtenidos y da lugar a una cadena continua - Se llama hebra retardada porque su síntesis es algo más lenta que la hebra conductora

53 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

54 Hebra retardada

55 Mecanismo de duplicación Paso final La ADN-ligasa, además de unir los fragmentos discontinuos de Okazaki en la hebra retardada, sustituye los fragmentos de ribonucleótidos de los cebadores

56 Diferencias fundamentales en el proceso de duplicación en eucariotas y procariotas Procariotas Proceso inicial de apertura más sencillo debido a que el ADN está menos replegado Participan 3 ADN polimerasas distintas Un punto de inicio de la replicación (origen de la replicación ) y dos horquillas de replicación Eucariotas Proceso previo de apertura es más complejo Participan más tipos de ADN polimerasas Numerosos puntos de inicio de replicación y con múltiples horquillas de replicación (para acelerar el proceso)

57 Mecanismo de duplicación Recursos web biosfera

58 EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA 1. TRANSCRIPCIÓN 2. TRADUCCIÓN

59 Significado de la expresión de información genética Gen; fragmento de ADN con información necesaria para la síntesis de una proteína Proteína; biomolécula compleja (polipéptido) formada por la unión de biomoléculas más simples, los aminoácidos, por enlace peptídico. Hay 20 aminoácidos diferentes que dan lugar a multitud de distintas proteínas Funciones de las prot; estructural, fisiológica, enzimática, etc. Enzima; proteína que permite la realización de las reacciones bioquímicas en el organismo. Las características anatómicas y funcionales de cada individuo (ej; carácter color del pelo) son consecuencia de las reacciones controladas por las enzimas

60 Significado de la expresión de información genética Aminoácido Aminoácido Enlace peptídico Polipéptido

61 Significado de la expresión de información genética

62 Significado de la expresión de información genética

63 Significado de la expresión de información genética Etapas en la expresión de la información genética 1. Transcripción 2. Traducción

64

65

66 TRANSCRIPCIÓN

67 Transcripción Objetivo; copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a ARNm (ARNm) ADN ARNm Se lleva a cabo por las enzimas ARN polimerasas (primasas) En el caso de eucariotas, el proceso se realiza en el núcleo. El ADN no puede atravesar el núcleo, pero el ARNm sí puede. Solamente se copia un fragmento de una de las dos cadenas de ADN

68

69 Etapas: Mecanismo de transcripción 1. Preiniciación. Factores de transcripción se unen a secuencias específicas del ADN para indicar dónde debe empezar la transcripción. Estas secuencias se denominan regiones promotoras y son secuencias muy definidas de bases. La región promotora más conocida se conoce como la caja TATA (TATAAA) La acción previa de estos factores de transcripción permitirán el acceso de la enzima ARN polimerasa a la región promotora para el inicio de la transcripción

70 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo. La enzima ARN polimerasa reconoce la región promotora y comienza a añadir ribonucleótidos con bases nitrogenadas complementarios a la cadena molde en sentido 5 3 (pero en lugar de T, U) Permite la formación de enlaces de puentes de H entre bases nitrogenadas, siendo más lenta la velocidad de síntesis en la pareja G-C por tener que llevar 3 enlaces de puente de hidrógeno. Esta enzima también permite la unión de enlace fosfodiéster entre nucleótidos Según se abre la cadena (burbuja de replicación) y se copia la información, se va cerrando por la acción de la misma enzima ARN polimerasa

71 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

72 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

73 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

74 Mecanismo de transcripción 3. Finalización. Al llegar la ARN polimerasa al terminador, zona que indica el final de la transcripción, se desestabiliza y cesa su función. Como consecuencia la cadena de ARN-m copiada se libera

75

76 4. Maduración. Tras la transcripción tiene lugar el proceso de maduración (exclusivo de eucariotas) en el que se eliminan fragmentos denominados intrones y se mantienen las regiones que codifican para una determinada proteína (exones) Este proceso también se conoce como splicing de ARN, del que se obtiene ya el ARNm maduro, definitivo.

77 4. Maduración Pre-ARNm

78 4. Maduración

79 RESULTADO DE LA TRANSCRIPCIÓN Información copiada en forma de ARN idéntica a la que se encuentra en el ADN (con la salvedad de que posee U en lugar de T) ARN obtenido tras maduración es una molécula de cadena sencilla y lineal (ARNm) que puede salir del núcleo para ir a ribosomas donde tiene lugar la traducción

80

81

82 TRADUCCIÓN

83 Significado de la traducción Objetivo; decodificar la información del ARNm, y así convertir la secuencia de nucleótidos (de bases) del ARNm en una cadena de aminoácidos para formar una proteína Para que se dé la traducción o síntesis de proteínas se necesita: Ribosomas, orgánulo donde se realiza la síntesis proteica (libres en el citoplasma o asociados al retículo endoplasmático) ARN-m, que lleva la información para sintetizar la proteína Aminoácidos, que son los componentes de las proteínas ARN-t, que aporta los aminoácidos en el orden preciso Enzimas y energía para todo el proceso

84 FASES de la traducción Fases de la Traducción 1. Activación de los aminoácidos 2. Iniciación de la cadena proteica 3. Elongación de la cadena proteica 4. Terminación de la cadena proteica

85 Fases de la Traducción 1. Activación de los aminoácidos - Unión de un aminoácido con el ARNt - El complejo aminoácido+arnt se denomina Aminoacil-ARNt ARNt Aminoacil-ARNt

86 Fases de la Traducción 2. Iniciación de la cadena proteica - La subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto localizado cerca del codón AUG del ARN-m (codón iniciador). Este punto coincide con el sitio P del ribosoma Subunidad pequeña del ribosoma ARNm Codón iniciador ubicado en el sitio P de la subunidad mayor del ribosoma

87 Fases de la Traducción 2. Iniciación de la cadena proteica - A continuación, en este codón AUG del ARNm se une un aminoacil-arnt que presente un anticodon formado por las 3 bases UAC, complementarias a las del codón iniciador AUG -Este primer ARNt lleva unido el aminoácido metionina (Met) en eucariotas. (ARNt-Met) -Todas las proteínas en eucariotas inician su síntesis con este aminoácido, Metionina Unión del anticodón del aminoacil-arnt con el codón iniciador del ARNm

88 2. Iniciación de la cadena proteica

89 2. Iniciación de la cadena proteica

90 Fases de la Traducción 3. Elongación de la cadena proteica - Consiste en el alargamiento de la cadena proteica - Se inicia cuando entra un segundo aminoacil-arnt, cuyo anticodón es complementario al codón del ARNm situado en el sitio A del ribosoma - Posteriormente se forma un enlace peptídico entre el aminoácido del sitio P (Metionina en eucariotas) y el nuevo aminoácido del sitio A - El nuevo dipéptido (dos aminoácidos unidos) pasa a ocupar el sitio A y el primer ARNt abandona - Continua este proceso según se desplaza el ribosoma en sentido 5 3

91 3. Elongación de la cadena proteica

92 3. Elongación de la cadena proteica

93 Fases de la Traducción 4. Terminación de la cadena proteica - La cadena proteica (polipeptídica) finaliza cuando el ribosoma llega al codón de terminación (finalización) del ARNm - Codón de terminación; pueden ser UAA, UGA ó UAG - Estos codones de terminación no son reconocidos por ningún ARN-t pero si por unos factores de liberación, que hacen que la proteína se separe del ARN-t - RESULTADO TRADUCCIÓN; PROTEINA

94 4. Terminación de la cadena proteica

95 4. Terminación de la cadena proteica Codón de terminación

96 RESUMEN TRADUCCIÓN

97

98 Codón de terminación

99 Codón de terminación

100 RESUMEN TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN

101

102

103

104

105

106

107

108 (UAG si le damos la vuelta al ribosoma )

109 (UAG si le damos la vuelta al ribosoma )

110 ANIMACIÓN - SÍNTESIS PROTEÍNAS

111 EL CÓDIGO GENÉTICO

112 El código genético El código genético nos indica qué aminoácido corresponde a cada triplete o codón del ARN mensajero. Características del código genético: Cada aminoácido está codificado por 1 triplete de bases del codón del ARNm 1 mismo aminoácido (p.ej. Serina) puede estar codificado por más de un triplete Cada triplete (p.ej. UCU) sólo codifica para 1 aminoácido (en el caso de UC, sólo codifica para Serina) Codón Aminoácido

113 Segunda base del codón Primera base del codón Tercera letra (base) del codón

114 En lugar de escribir el nombre completo del aminoácido, se suele usar su abreviatura

115 Ejercicio; Indica la secuencia de aminoácidos codificada por el siguiente fragmento de ARNm; AUGCCAGUAUGCUUAUGA

116 Ejercicio; Indica la secuencia de aminoácidos codificada por el siguiente fragmento de ARNm; AUGCCAGUAUGCUUAUGA Solución; Met-Pro-Val-Cys(-Final) Metionina Prolina Valina Cisteína

117 INGENIERÍA GENÉTICA. APLICACIONES LIBRO, PÁGS