TÉCNICAS INTELIGENTES EN BIOINFORMÁTICA

Transcripción

1 TÉCNICAS INTELIGENTES EN BIOINFORMÁTICA Agustín Riscos Núñez (Coord.) Carmen Graciani Grupo de investigación en Computación Natural Dpto. Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial Universidad de Sevilla Máster Universitario en Lógica, Computación e Inteligencia Artificial

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3 Síntesis de una proteína a partir de un gen Consta de dos procesos: Transcripción (proteína encargada: ARN-polimerasa). Traducción (macromolécula compuesta por proteínas y ARN encargada: Ribosoma). 3 / 15

4 Estructura de un gen Región promotora, unidad de transcripción y cola. Exones: zonas del gen que codifican la proteína. Intrones: zonas del gen que no codifican la proteína ( separan exones). Zona RBS. Un lugar de inicio de la transcripcción y otro de finalización. Un codón de inicio (suele ser ATG) de la traducción y otro de finalización (suele ser TAA, TAG o TGA). 4 / 15

5 El proceso de transcripción (I) ARN-polimerasa: se mueve por el medio y, a veces, se une al promotor de un gen ( abrazándose a la doble hebra), dando comienzo a la transcripción. En un gen: La hebra de la dirección 3-5 se denomina hebra molde. 5 / 15

6 El proceso de transcripción (II) Dentro del núcleo de la célula, la ARN-polimerasa: Se mueve en la dirección 5-3. Lee los nucleótidos de la hebra molde (de uno en uno), iniciando el proceso con la zona RBS, y formando una hebra simple por complementariedad : A U; T A; C G ; G C. Así se obtiene una hebra simple que es similar a la hebra no molde del gen, cambiando T por U. 6 / 15

7 El proceso de transcripción (III) Dentro del núcleo de la célula, la ARN-polimerasa: El proceso se realiza para todos los nucleótidos de la unidad transcipcional; por tanto, se han traducido los exones e intrones formándose el ARN primario. Tras una fase de maduración, los intrones se eliminan del ARN primario dando lugar al ARN mensajero que pasa al citoplasma, donde tendrá lugar el proceso de traducción. 7 / 15

8 El proceso de traducción (I) Comienza cuando un ribosoma se une a la zona RBS del ARN mensajero. 8 / 15

9 El proceso de traducción (II) Se mueve en la dirección 5-3 y lee de tres en tres Cada terna/codón se traduce a un aminoácido. Así se obtiene una sucesión de aminoácidos: la proteína codificada por el gen Cuando el ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, otros ribosomas se pueden adosar al RBS sintetizando la misma proteína. 9 / 15

10 Lista de aminoácidos 10 / 15

11 Transcripción + Traducción 11 / 15

12 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

13 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

14 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

15 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

16 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

17 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

18 El código genético AMINOÁCIDOS: Número de ternas posibles con los nucleótidos A, C, G y U: 4 3 = 64. Sólo hay 20 aminoácidos: varios tripletes codificarán el mismo El código genético es degenerado: esto es ventajoso para el organismo vivo. Algunos no se pueden sintetizar: aminoácidos esenciales. PROTEÍNAS: Sucesión de aminoácidos (estructura primaria). Funciones variadas: estructural, inmunológica, homeostática, enzimática, etc. Una célula hepática puede sintetizar unas proteínas diferentes. 12 / 15

19 Regulación génica (I) El nivel de expresión de los genes (se suele medir a través de la cantidad de proteínas que produce por unidad de tiempo) varia según las condiciones ambientales, las necesidades de la célula. La síntesis de proteínas tiene un alto coste energético (hay que regular este proceso). La regulación se puede dar a nivel de la transcripción o de la traducción Lo más directo es regular su tasa de transcripción del gen en moléculas de ARNm, por parte de la ARN-polimerasa. Diferencias importantes entre los sistemas de regulación de genes: En células procariotas varios genes pueden codificar un único ARNm (policistrónicos). En células eucariotas un gen sólo puede codificar un ARNm (monocistrónicos). 13 / 15

20 Regulación génica (II) Puede suceder que la proteína (prot i ) generado por un gen (gen i ) se una al promotor de otro gen (gen j ). Si prot i aumenta la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación positiva. Si prot i disminuye la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación negativa. En el caso de que i = j, hablaremos de autoregulación. 14 / 15

21 Regulación génica (II) Puede suceder que la proteína (prot i ) generado por un gen (gen i ) se una al promotor de otro gen (gen j ). Si prot i aumenta la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación positiva. Si prot i disminuye la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación negativa. En el caso de que i = j, hablaremos de autoregulación. 14 / 15

22 Regulación génica (II) Puede suceder que la proteína (prot i ) generado por un gen (gen i ) se una al promotor de otro gen (gen j ). Si prot i aumenta la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación positiva. Si prot i disminuye la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación negativa. En el caso de que i = j, hablaremos de autoregulación. 14 / 15

23 Regulación génica (II) Puede suceder que la proteína (prot i ) generado por un gen (gen i ) se una al promotor de otro gen (gen j ). Si prot i aumenta la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación positiva. Si prot i disminuye la probabilidad de que una RNA-polimerasa se una al promotor de gen j : regulación negativa. En el caso de que i = j, hablaremos de autoregulación. 14 / 15

24 Práctica Nociones básicas sobre la regulación de genes en bacterias usando modelos desarrollados utilizando una herramienta informática intuitiva, sencilla, bien conocida y documentada: NetLogo Material sobre NetLogo elaborado por el profesor Fernando Sancho Caparrini Curso sobre la Modelización de la Regulación Génica en Bacterias usando Netlogo impartido por el profesor Francisco J. Romero Campero 1 expresión génica en un único gen. 2 auto-regulación génica 3 generador de pulsos 4 reloj molecular 15 / 15