UNAN-Managua. Trabajo de bioquímica. Metabolismo regenerativo

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua UNAN-Managua Trabajo de bioquímica Metabolismo regenerativo Profesor(a) de conferencia: Msc.Marilu lira Profesor(a) de seminario: Dr. Marta Mendieta Nombre: Olman Trinidad Vivas Lopez Carnet: Año: II Grupo: 5 Subgrupo: 6 Managua, 2 de Junio de 2013

2 Objetivos: Describir los términos generales de las distintas etapas que conllevan a la síntesis del ADN, ARN y proteínas. Establecer las diferencias de estos procesos a nivel de los procariotas y eucariotas. Describir las características del código genético. Describir el mecanismo de acción de los antibióticos que afectan la sintesis de ARN y proteínas. Explicar y relacionar los mecanismos que regulan la expresión genética a nivel procariota y eucariota.

3 Terminación Elongación Iniciación 1. en que consiste el dogma central de la biología? Consiste en la explicación de la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ADN. Este proceso inicia con la replicación del ADN, seguido por la transcripción, translación que es donde se forma la cadena de aminoácidos (o proteína). 2. Mencione las enzimas que participan en el proceso de replicación en orden de acción y diga su papel en cada una de las etapas. Etapa Enzima Función Topoisomerasas I Alivia la tensión II torsional provocada por el desenrrollamiento. Helicasas Separación de las dos hebras del ADN por la escisión de los puentes de hidrógeno. Proteínas Evita la unión de la dos desestabilizadoras hebras del ADN, impidiendo la formación espontanea de los puentes de hidrogeno. DNA primasa Inicia la síntesis de RNA Iniciadores (ARN- Primer). DNA polimerasas DNA ligasa Polimerasa I III II Polimerización de desoxinucleótido en la terminal 3 de los ARN- Primer. Remueve el ARN cebador Y rellena los espacios adicionando desoxirribonucleótidos. Sella la muesca entre la cadena naciente y fragmentos de Okazaki, en la cadena retrasada. Reparación del ADN.

4 3. Explique la propiedad semiconservadora de la replicación. Durante la replicación las cadenas del ADN se separan sirviéndose de molde, así la información de las moléculas hijas contienen una de las hebras del ADN progenitor por esta razón se dice que es semiconservadora. De esta forma se asegura que la nueva célula tiene un ADN idéntico al de la madre. 4. Establezca las diferencias del proceso de replicación entre los organismos procariotas y eucariotas. La replicación en las células Procariotas tiene lugar en el nucleosoma, el ADN es poco y no se combina con proteínas, tiene un único punto de origen, las polimerasa actúan más rápido, con menos fragmentos de Okazaki los cuales son largos. Por otro lado en las Eucariotas la replicación se da en el núcleo el cual está bien definido por su membrana nuclear; el ADN se combina con proteínas formando la cromatina, por lo que hay más ADN que en la procariota; existen múltiples puntos de origen, las polimerasas tienen varias subunidades y su velocidad es más lenta que en las procariotas, los fragmentos de Okazaki son numerosos y cortos. 5. La azidotimidina (AZT) es un inhibidor competitivo de la replicación que se utiliza en infecciones por HTLV-I y II (virus Linfotrópico de células T Humanas) así como por el HIV (virus de Inmunodeficiencia Humana). Diga usted que enzima inhibe, y cuál es la función de esa enzima en la replicación. La azidotimidina (zidovudina) es un análogo de la timidina, requiere de fosforilación hasta trifosfato de AZT para estar activa y de esta forma inhibe a la enzima Transcriptasa Inversa, la cual sintetiza primero una molécula hibrida de DNA-RNA utilizando el genoma de RNA del virus como una plantilla. Una nucleasa codificada por virus específica, la RNasa H, degrada a la cadena de RNA plantilla hibridada y la cadena de DNA restante, a su vez, sirve como una plantilla para formar una molécula de DNA bicatenaria que contiene la información originalmente presente en el genoma RNA del virus. 6. Una deficiencia prolongada de ácido fólico en la dieta pude inhibir la regeneración celular. Explique el mecanismo indicando el papel de la replicación en esta situación. El ácido fólico es utilizado para la síntesis de novo de bases púrinicas, para el carbono 2 y 8 de la adenina y la guanina. El N 5, N 10 -metilen-h 4 folato proporciona el grupo metilo en la formación de timidilato, un precursor necesario para la síntesis de DNA. Por lo que una deficiencia de ácido fólico será causa de una inhibición de la replicación del ADN debido a que no habrá una disposición adecuada de bases nitrogenadas ya sean púrinicas o pirimidínica como la timina, y por ende no habrá desoxirribonucleósidos de los cuales requieren las polimerasas para producir la elongación o síntesis del ADN a partir del molde.

5 7. En qué consiste el proceso de transcripción? (dirección, lugar de síntesis, importancia, enzimas y etapas). Consiste en la síntesis de ARN-mensajero a partir del ADN, es decir es la transferencia de la información genética contenida en el ADN al ARN. Este proceso tiene lugar en el núcleo de la célula eucariota y en el nucleosoma de la procariota. Los pasos de la transcripción incluyen Inicio, Elongación y Terminación. La enzima responsable se llama ARN polimerasa. Cuya polaridad (dirección) es de 5 a 3 ; es decir que adiciona nuevos ribonucleótidos en el extremo 3. Este proceso es de gran importancia debido a que dará lugar a la translación y sucesivamente a la síntesis de proteínas, pondrá a disposición la información del ADN en forma de ARNm. 8. Establezca las diferencias entre las procariotas y eucariotas a nivel del proceso de transcripción. La traducción en las procariotas tiene lugar en el nucleosoma en contacto con el citosol; existe solo un tipo de polimerasa, la cual se une directamente al promotor; el ARNm es policistrónico (la copia es producto de la transcripción de varios genes); la transcripción y translación se dan simultáneamente. En cambio en las células Eucariotas tiene lugar en el núcleo desde donde será transportado; existen 3 tipos de polimerasas (I, II, II), cuya unión al promotor esta mediado por el factor de iniciación; el ARN es monocistrónico (producto de la transcripción de un solo gen); la transcripción y translación se dan por separado. 9. Mencione las etapas posttranscripcionales a nivel de las eucariotas (que enzimas participan ) Formación del casquete: El extremo 5' está "rematado" por un trifosfato de 7- metilguanosina. La guanililtransferasa es la enzima que transfiere un GTP y la metiltransferasa produce la metilación en presencia de S-adenosilmetionina. Este proceso se da en el nucleo. Formación de la Cola-Poli-A: en el extremo 3 por la acción de la Poli-A-Polimerasa se adicionan bloques Poli-A con 2oo pares de bases de ATP. Tiene lugar en el nucleo, luego en el citoplasma es eliminada. 10. Análogos son un grupo de compuestos derivados de las bases nitrogenadas normales, que son capaces de inhibir competitivamente a las polimerasas. Diga usted a partir de que base debería crear un análogo para inhibir de forma específica la transcripción, pero no la replicación. Fundamente.

6 Del uracilo ya que este es parte de la estructura del ARN, pero no forma parte delas bases nitrogenadas del ADN. Por ejemplo: 5-fluorouridina-5'-trifosfato (FUTP) el cual luego se incorpora en el ARN, donde interfiere en el procesamiento del ARN y la traducción de ARNm. Derivada de la 5- fluorouracilo. 11. Diga que es el código genético y describa sus características. Es la secuencia de nucleótidos del ARNm que forman una serie de tripletes que especifican la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada. Características: Universal: es decir un codón especifica el mismo aminoácido en cualquier organismo, excepto algunos codones en las mitocondrias (ejemplo AGA y AGG se leen como stop en vez de arginina). Degenerado: es decir, varios codones codifican el mismo aminoácido. Salvo el triptófano, la metionina y los 3 stop (de terminación). No es ambiguo: ya que un codón es específico para codificar un aminoácido. No se traslapa: es decir un mismo nucleótido no forma parte de otro triplete. No hay puntuación: entre los codones el mensaje es leído en una secuencia continua de tripletas de nucleótidos hasta que se alcanza un codón de terminación. 12. en qué consiste el `proceso de traslación? (dirección, lugar de síntesis, importancia, activación del ARNt y etapas). Es el proceso de decodificación del ARNm, donde la información de este es transmitida a la secuencia de aminoácidos de las proteínas, mediante la intervención del ARNt. La dirección es siempre de 5 a 3. Tiene lugar en el citoplasma. Este proceso es de vital importancia ya que lleva a cabo la síntesis de proteínas, las cuales tienen a cargo funciones importantes tanto dentro como fuera de la célula. Entre las reacciones está la activación de los aminoácidos uniéndolos a un ARNt mediante una aminoacil-arnt sintetasa específica, que en presencia de ATP forma aa-amp, luego este transfiere el aminoácido ARNt formando el complejo ARNt-aminoacil, el cual hace contacto con el ARNm por medio de su anticodón. Etapas: 13. Cuáles son las condiciones necesarias para que se dé la síntesis de proteínas?

7 Que las subunidades del ribosoma estén disueltas. Que la molécula de ARNm posea su casquete formado en la post-transcripción. Se requiere de un grupo formil unido a la Met-ARNt en el caso de las procariotas. Finalmente se necesita la modificación del polipéptido para convertirlo en proteína. 14. Describa cada una de las etapas de las síntesis de proteínas. Iniciación: l La subunidad pequeña (30s) del ribosoma se une al extremo 5 de una molécula de ARNm en presencia del factor de inicio, FI3. El ARNt que lleva el aminoácido modificado formil-metionina se acopla con el codón de inicio AUG por intervención del factor de inicio 2, FI2-GTP. La subunidad grande (50s) se ubica en su lugar en presencia del factor de inicio, el complejo ARNt-FMet ocupa el sitio peptídico (P), se vacía el sitio aminoacil(a), el complejo de iniciación de 70s, ya que libera GDP, Pi, FI2 y FI1 esta funcional. Elongación: La fijación del ARNt-aminoacil apropiado en el sitio A, requiere el reconocimiento del codón correcto en el ribosoma 70s completo formado durante el proceso de inicio. El factor de elongación, FE-1 alfa forma un complejo con GTP y el ARNt-aminoacil entrante, de esta forma compleja, el ARNt-aminoacil puede entrar a sitio A con liberación de FE-1-alfa-GDP y fosfato. Luego se forma un enlace peptídico entre el grupo alfa amino de ARNt-aminoacil nuevo y el grupo carboxilo del ARNt-aminoacil que ocupa el sitio P, esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa de la subunidad grande. La fase final de la elongación es la translocación en la cual el FE-2 usa energía en forma de GTP para mover el ARNt-peptidil recién formado al sitio P. Terminación: Se da cuando aparece un codón de terminación luego que se ha polimerizado una proteína. El factor liberador junto con el GTP y la peptidiltransferasa promueven la hidrolisis del enlace existente entre el péptido y el ARNt que ocupa el sitio P. además se disocia las subunidades ribosomales. Post-terminación: El ARNm puede continuar siendo objeto de translación o no, ya que la subunidad 30s se desliza buscando un nuevo codón de inicio o puede buscar otro ARNm. Post-translación: La proproteina (polipéptido inactivo) debe ser modificado de forma covalente (glucosilación, hidroxilación, acilación ) o por factores físicos (desaminación o transaminación) para pasar a una forma activa biológimente. 15. Cuál es el gasto energético en la síntesis de una proteína de 200 aminoácidos. Es de 800 ATP, ya se gastan dos en la activación del aminoácido, dos en forma de GTP uno para la entrada de ARNt-aminoacil al sitio A y el otro durante la translocación.

8 16. Establezca las diferencias entre organismos procariotas y eucariotas a nivel del proceso de translación. El ribosoma funcional en la procariota es de 70s, se necesitan menos factores de proteínas para la formación del complejo de inicio, se requiere de un grupo formil para la Met-ARNt, requiere de factores de liberación FI y F2 para reconocer los codones de terminación. Por otro lado el ribosoma funcional en la eucariota es de80s, se necesitan más factores de proteínas para la formación del complejo de inicio, el Met-ARNt no está unido a un grupo formil, requiere solo de un factor de liberación que puede reconocer los tres codones de terminación. 17. La deficiencia prolongada de hierro dietario puede conllevar a la inhibición de la etapa de post-traslación de algunas proteínas y enzimas. Explique e ilustre. Si debido a que el hierro es un modificador para polipeptidos convirtiéndolos en proteinas como la Hemoglobina 18. Para los siguientes 4 antibióticos indique la etapa de la síntesis proteica que afecta, así como su mecanismos de acción: a) Tetraciclina: inhibe la elongación, ya que impide la unión de los ARNt-aminoacil subunidad pequeña delos procariotas. b) Cloranfenicol: inhibe a la peptidiltransferasa de la unidad grande del ribosoma procariota. Afectando la elongación. c) Gentamicina: La síntesis de proteínas es inhibida por al menos tres formas: interferencia con el inicio complejo de la formación de péptidos; 2) lectura errónea del ARNm que causa la incorporación de aminoácidos incorrectos al péptido y da origen a una proteína no funcional o tóxica, y disgregación de polisomas en monosomas no funcionales. a) Eritromicina: impide la translocación, inhibiendo a la en la subunidad grande del procariota. 19. Mencione los mecanismos de acción de regulación a nivel de los procariotas y eucariotas. Procariotas A nivel transcripcional: Regulacion Negativa en el operon lactosa Regulacion Positiva en el operon lactosa Regulacion Negativa en el operon triptófano Nivel Translacional

9 Eucariotas Division celular asimétrica Transcripcion celular selectiva Tranlacion celular selectiva Interanccioncon el medio 20. Diga el sentido biológico del operón lactosa (Lac) y operón Triptófano (Trp) Sentido biológico del Operón Lactosa: La E. Coli metaboliza preferencialmente la glucosa como fuente de carbono, pero al agotarse la glucosa, ella puede usar otro tipo de substrato, la lactosa, sintetizando las enzimas que la pueden catabolizar. 21. Explica la regulación negativa y positiva del operón-lac. Regulación Negativa en el operón Lactosa: El operón de lactosa está formado por los genes estructurales galactosidasa (LacZ), que convierte lactosa en glucosa y galactosa, esta enzima es inducible: solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, está presente; la permeasa (LacY), que es la responsable de la penetración de la galactosa al interior de la célula; y la transacetilasa (laca), cuya función aun no se conoce. Todas ellas se transcriben en una molécula de ARNm policistrónico, a partir de un promotor. Existe también un gen regulador gen i que no es parte del operón pero cuyo producto proteico es un represor que se une al operador, esto influye en el sitio promotor(p), de manera que cuando el represor está unido al operador la ARN-polimerasa no puede unirse al promotor y por lo tanto no se da la transcripción de los genes estructurales. Cuando hay lactosa presente, la bacteria toma unas pocas moléculas de ella y las convierte en alolactosa que es capaz de unirse al represor impidiendo que éste se una al operador. La subsecuente unión de la ARN polimerasa al promotor ocasiona la trascripción de los genes estructurales y la posterior translación de las enzimas necesarias para la utilización de lactosa como fuente de carbono y energía. Cuando se termina la lactosa, el represor se une al operador bloqueando la expresión de los genes estructurales. Regulación positiva en el operón Lactosa: La expresión de los genes estructurales también puede estar mediada por un control positivo en el que participa indirectamente la glucosa; si la célula tiene una fuente de glucosa suficiente para sus requerimientos energéticos, no necesita metabolizar lactosa aún cuando ésta esté presente.

10 Este control positivo esta mediado por una proteína llamada CRP (proteína activadora de genes catabólicos), la cual es codificada de forma inactiva por el gen CRP, esta proteína sólo se une al sitio CRP, que se encuentra junto al promotor, en presencia de AMPc (el cual se encuentra en concentraciones elevadas cuando hay baja concentración de glucosa) formándose el complejo CRP-AMPc que estimula la unión de la ARN-polimerasa al sitio promotor y se dé el proceso de trascripción, ya que la presencia de lactosa no es suficiente para que se dé la trascripción de este operón. 22. Bajo condición de diabetes se libera cortisol, el cual induce la transcripción de los genes que codifican las enzimas gluconeogénicas. Bajo condiciones de ayuno prolongado se inhibe la transcripción de los genes que codifican las enzimas digestivas. Usando estos dos ejemplos diga en qué consiste la importancia de la regulación genética. En base a los ejemplos se puede deducir que la importancia de la regulación genética radica en que se debe mantener un control de síntesis de proteínas para que se produzcan las proteínas necesarias y útiles al estar el cuerpo en un estado determinado ya sea por interaccion con el ambiente o en el medio interno. Posibles funciones de histonas modificadas 1. La acetilación de histonas H3 y H4 se relaciona con Ia activación o desactivación de Ia transcripción de gen. 2. La acetilación de histonas centrales muestra vínculo con el ensamble cromosómico durante Ia replicación de DNA. 3. La fosforilación de histona H l se relaciona con Ia condensación de cromosomas durante el ciclo de replicación. 4. La ADP-ribosilación de histonas muestra vínculo con reparación de DNA. 5. La metilación de histonas se correlaciona con activación y represión de Ia transcripción génica. 6. La monoubiquitilación se relaciona con activación de gen, represión y silenciamiento de gen heterocromático. 7. La sumoilación de histonas (SUMO; modificador vinculado con ubiquitina pequeño ísmall ubiauitin-related modifier1) se relaciona con represión de Ia transcripción