El dogma central en Biología: DNA mrna proteina

Transcripción

1 El dogma cetral e Biología: DNA mrna proteia De DNA a mrna: trascripció Escala temporal: U ge promedio ~ 1500 ucleótidos ~ 50 s Diferetes gees tiee diferete eficiecia trascripcioal (varias polimerasas puede trascribir u mismo ge a la vez) Fidelidad d trascripcioal: i 1 error cada ucleótidos. (fidelidad replicació DNA: 1 error cada ucleótidos). Existe mecaismos de correcció de errores muy fiables tato e DNA como RNA polimerasas.

2 Procesado de RNA: splicig g( (cut ad paste) )para separar la parte codificate de la o codificate (itroes) e eucariotas(e procariotas la traducció empieza directamete). De mrna a proteia: traducció. Código geético: 3 ucleótidos (codo) 1 amioácido Combiacioes posibles: 4 3 = 64 (sólo 4 ucleótidos diferetes, A G C U) el código geético es redudate. (sólo hay 20 amioácidos). Adaptor molecules: l trna match thcodos ito amioacids id at ribosomes Escala temporal: 2 20 amioácidos por segudo e el ribosoma Diferetes mrnas tiee diferete eficiecia traduccioal (la traducció se puede realizar e muchos ribosomas simultáeamete). Fidelidad traduccioal: 1 error cada ucleótidos.

3 Pero ésta o es toda la historia. U mismo orgaismo puede coteer células de muy diferete tipo, auque el material geético es el mismo e todas las células. euroa Miocito(músculo liso) lifocito Célula epitelial Icluso u mismo tipo de célula debe respoder de forma adecuada a los estímulos y cambios exteros

4 La expresió geética (qué gees produce proteia e cada mometo) está estrechamete cotrolada. Cotrol trascripcioal: El DNA se ecuetra plegado, la RNA polimerasa o siempre es capaz de uirse a la zoa promotora del ge: hace falta moléculas adicioales para iiciar la trascripció Cotrol posttrascripcioal: La estructura del mrna o siempre es la adecuada para iiciar la traducció, o el mrna puede ser aulado por otros factores (mirnas, o codig RNAs Cotrol traduccioal: La proteia resultate se puede iactivar, degradar por otras proteias

5 Redes de regulació: los sigos sobre las rayas Promotor Ge DNA mrna RNA polimerasa Trascripció Traducció Proteia E ua red regulatoria los odos (variables diámicas de iterés) so las proteias: Producció de proteia (reacció básica) φ Pero algias proteias regula la expresió de otras proteias (p.ej., actuado como factores de trascripció) Activators Repressors

6 Sigal * * bidig site Sigal * Icreased trascriptio Icreased traslatio Boud repressor * No trascriptio Uboud repressor

7 Asigado úmeros a las flechas: cómo podemos modelizar estas iteraccioes geéticas básicas? 1) Escribe las reaccioes básicas para cada ua de las especies cosideradas: (factor de trascripció iactivo), *(factor de trascripció activo), P (promotor libre del ge ), P M (mrna), (proteia) *(promotor co * uido) Habitualmete los factores de trascripció está activos cuado forma oligómeros (dos o más moléculas de se asocia formado u complejo). 1a.- Asociació/disciació de moléculas de. Kas Kdis

8 1b.- Uió/desuió del factor de trascripció activo al promotor del ge P + ( ) Kb P Ku ( P ) P + 1c.- Trascripció desde el promotor libre y desde el promotor co el factor uido: 1d.- Traducció: P β P + M ρ ( P ) ( P) + M M α M +

9 1d.- Degradació de mrna y proteias: δ M M φ δ φ 2) Cosidera ligaduras: T + P P ( costate ) P = Número de promotores es costate (copy umber) 3) Escribe la evolució temporal para cada especie (variable) usado la ley de acció de masas. Ley de acció de masas: las tasas o velocidades de reacció so proporcioales a los productos de las cocetracioes de los reactivos.

10 La ley de acció de masas tiee u orige microscópico riguroso: Las moléculas reaccioa porque se difude y colisioa e la direcció adecuada. Las velocidades de reacció so proporcioales a la velocidad de colisió, ió que depede d del producto de las cocetracioes. t i velocidad de reacció Volume celular V coll R V [ M ][ M ] 1 2 Factor limitado por la difusió Volume de colisió

11 Gai/loss equatios dx = producció - degradació d = =α M δ dm = β P + ρ P M ( ) δ M δ M 3) Cosidera las diferetes escalas temporales de las reaccioes: Escalas temporales típicas e E. coli (orde de magitud) Activació de u factor de trascripció ~ 1 msec Uió de u factor activo a su lugar e el DNA ~1 sec Trascripció+traducció del ge ~ 5 mi. Degradació de proteia ~ 1h (u ciclo de vida celular)

12 Asumimos que las reaccioes rápidas está e equilibrio co respecto a las letas, y o las cosideramos como variables diámicas. i d as = kdis kas 0 = K act kdis k Defiiedo de esta forma costates de equilibrio para todas las variables rápidas podemos elimiarlas. Activadores Asumamos que la trascripció del ge sólo es posible cuado u factor de trascripció activo está uido al promotor. dm ( P ) M = ρ δ M

13 Podemos usar los equilibrios de las reaccioes rápidas y las ligaduras para expresar la velocidad de producció de mrna e térmios de y las costates de equilibrio: dm = ρ δ K + x M M Fució de Hill K x Umbral Coeficiet e de Hill

14 4) Último paso: aproximació cuasi-estacioaria para mrna dm 0 Esto requiere que la velocidad de degradació de mrna << velocidad de degradació de proteia (se suele cumplir). d = σ act K x + δ Represores Asume que la trascripció del ge sólo es posible co el promotor libre d 1 = σ rep δ 1+ K x Fució de Hill represora

15 Iteraccioes etre gees se puede cuatificar co fucioes sigmoidales (Hill) co sólo dos parámetros (umbral lde activació/represió ió ió y cooperatividad) Este es el caso más secillo, pero i mucho meos el úico. R l ió bi t i f t Regulació combiatoria por factores de trascripció

16 Especialmete e eucariotas, varios factores de trascripció puede regular la expresió geética, dado lugar a puertas lógicas complejas. L. Bitu et al., Trascriptio regulatio by the umbers: models. Curret Opiio i Geetics ad Developmet (2005) 15: N. E. Buchler et al. O schemes of combiatorial trascriptio N. E. Buchler et al. O schemes of combiatorial trascriptio logic. PNAS (2003) 100: 5136.

17 Pero tambié e procariotas: A. Mayo et al., Plasticity of the cis Regulatory Iput Fuctio of a Gee, PLoS Biology (2006) E. Coli usual (wild type) E. Coli mutada (puerta OR) E. Coli mutada (puerta AND)