ADN. Nucleótido. Molécula orgánica formada por tres componentes: Estructura primaria del ADN

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 Nucleótido. Molécula orgánica formada por tres componentes: azúcar tipo pentosa (en el caso de ADN, desoxirribosa) Grupo fosfato base nitrogenada

4 Bases nitrogenadas Son compuestos cíclicos con nitrógeno (ANILLOS NITROGENADOS) que forman parte de los nucleótidos Hay dos grupos de bases nitrogenadas: Púricas (purinas). Compuestas por dos anillos nitrogenados, uno hexagonal y otro pentagonal. Son la Adenina (A) y la Guanina (G) Pirimidínicas (pirimidinas). Un único anillo hexagonal. Son la Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U) Los nucleótidos que conforman el ADN sólo presentan 4 tipos de bases nitrogenadas; ADENINA (A), GUANINA (G), CITOSINA (C) Y TIMINA (T)

5 ADN. Bases nitrogenadas

6 ADN. Bases nitrogenadas Timina sólo en ADN Uracilo sólo en ARN

7 ADN. Nucleótidos

8 ADN. Ácidos nucleicos

9 Enlaces fosfodiéster

10 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.

11

12 Enlace de puente de Hidrógeno Adenina - Timina

13

14

15

16 ADN Estructura primaria del ADN

17 Estructura secundaria ADN

18 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)

19 Estructura terciaria del ADN

20 Estructura terciaria del ADN

21 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))

22 Estructura cuaternaria del ADN SOLENOIDE

23 Estructura cuaternaria del ADN SOLENOIDE

24 ARN - ESTRUCTURA

25 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

26

27 (Nucleótido)

28

29 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)

30 ARN

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

32 ARN - TIPOS

33 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)

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

35 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

36 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

37 ARN-m (ARN mensajero) Tipos de ARN

38 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

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

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

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

42

43 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)

44 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

45 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

46 ARN-r (ARN ribosómico) Tipos de ARN

47 DUPLICACIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (REPLICACIÓN)

48 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

49 Duplicación del ADN Duplicación semiconservativa

50 Duplicación del ADN Duplicación semiconservativa

51 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.

52 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

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

54

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

56 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

57

58 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.

59 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

60 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 )

61 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

62 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

63 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

64 Hebra adelantada o conductora Hebra retardada

65 Hebra retardada

66 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

67 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)

68 Mecanismo de duplicación Recursos web biosfera

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

70 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

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

72 Significado de la expresión de información genética

73 Significado de la expresión de información genética

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

75

76

77 TRANSCRIPCIÓN

78 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

79

80 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

81 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.

82 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

83 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

84 Mecanismo de transcripción 2. Iniciación y desarrollo.

85 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

86

87 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.

88 4. Maduración Pre-ARNm

89 4. Maduración

90 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

91

92

93 TRADUCCIÓN

94 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

95 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

96 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

97 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

98 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

99 2. Iniciación de la cadena proteica

100 2. Iniciación de la cadena proteica

101 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

102 3. Elongación de la cadena proteica

103 3. Elongación de la cadena proteica

104 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

105 4. Terminación de la cadena proteica

106 4. Terminación de la cadena proteica Codón de terminación

107 RESUMEN TRADUCCIÓN

108

109 Codón de terminación

110 Codón de terminación

111 RESUMEN TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN

112

113

114

115

116

117

118

119 (UAG si le damos la vuelta al ribosoma )

120 (UAG si le damos la vuelta al ribosoma )

121 EL CÓDIGO GENÉTICO

122 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

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

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

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

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