CAPÍTULO 2 FLUJO DE LA INFORMACIÓN BIOLÓGICA FACULTAD DE AGRONOMÍA CURSO DE BIOQUÍMICA
Contenido 2.1 Información biológica e interacciones no covalentes. 2.2 Almacenamiento de la información biológica en el ADN. 2.3 Transferencia de la información biológica al ARN. 2.4 Síntesis de la proteína 2.5 Errores en el procesamiento del ADN 2.6 Transducción de señales a través de las membranas celulares 2.7 Enfermedades de la comunicación celular
INTRODUCCIÓN La transferencia de información biológica puede ser descrita con las leyes básicas de la química y la física El ADN, ARN, proteínas y algunos carbohidratos son moléculas que llevan información para realizar procesos celulares. La lectura de esa información depende de interacciones específicas no covalentes
INTRODUCCIÓN La información genética se almacena en el ADN. Esa información pasa a la siguiente generación por duplicación de ADN La información almacenada en el ADN puede ser transferida al ARN celular
INTRODUCCIÓN Sistema de transducción de señales: medio de comunicación a través de la membrana, en el que una molécula externa a la célula transmite instrucciones a un componente celular interno
2.1 Información biológica e interacciones no covalentes El ADN, ARN, las proteínas y algunos carbohidratos se consideran moléculas de información biológica. Estos biopolímeros constan de unidades monoméricas unidas por enlaces covalentes. La lectura de la información que llevan las macromoléculas depende de la formación de enlaces no covalentes débiles.
2.1 Información biológica e interacciones no covalentes Existen cuatro tipos de enlaces no covalentes : Fuerzas de Van der Waals Enlaces iónicos Puentes de hidrógeno Interacciones hidrofóbicas
Reconocimiento molecular Las moléculas tienen la capacidad de reconocer e interaccionar (unirse) de manera específica con otras moléculas; este fenómeno se describe con el término de reconocimiento molecular. Muchas de las interacciones para el reconocimiento molecular suceden entre una molécula pequeña (ligando L) y una macromolécula (M) para dar como resultado un complejo LM unido por interacciones no covalentes.
Propiedades comunes de los enlaces no covalentes Las fuerzas de estas interacciones son relativamente débiles y no covalentes. Entre 1 a 30 kj/mol C-C (enlace covalente): 350 kj/mol Las interacciones no covalentes son reversibles. La unión entre moléculas es específica.
2.2 Almacenamiento de la información biológica en el ADN Genoma Toda la información genética contenida en cada célula. El ADN es el depositario molecular de toda la información genética. El mensaje que lleva la información se procesa de dos maneras: Duplicación exacta de ADN Fabricación de ARN y luego de proteínas
La molécula de ADN La cadena de ADN es un heteropolímero, construida por cuatro subunidades de nucleótidos. Cada nucleótido consta de: una base nitrogenada orgánica, un carbohidrato y un fosfato. La molécula de ADN está constituida por dos hebras entretejidas en una estructura helicoidal: doble hélice (Watson y Crick, 1952).
La molécula de ADN Las subunidades de nucleótido se unen entre sí por enlaces covalentes fosfodiéster entre grupos fosfato y carbohidratos (exterior de la molécula). Las bases orgánica en el interior. Las bases adyacentes de la misma hebra se apilan unas sobre otras, lo que permite la formación de interacciones hidrofóbicas y de van der Waals.
La molécula de ADN Las bases orgánicas de las hebras opuestas también están cerca, permitiendo que se formen pares de bases complementarias mediante puentes de hidrógeno específicos. El arreglo óptimo de bases complementarias es: Adenina (A) --- Timina (T) Guanina (G) --- Citocina (C)
Duplicación de ADN ADN ADN La duplicación de ADN es un proceso autodirigido. Replicación proceso de copiado de ADN. ADN polimerasa Enzima que dirige la biosíntesis de ADN. Al proceso de duplicación se le conoce como replicación semicoservadora.
Por qué se eligió el ADN para la función de almacenar toda la información genética? La molécula de ADN es particularmente estable en condiciones tanto intra como extracelulares. Los enlaces covalentes que unen a cada unidad de nucléotido son químicamente estables y no son susceptibles de experimentar ruptura hidrolítca en el medio acuoso de la célula.
2.3 Transferencia de la información biológica al ARN Transcripción Transformación del mensaje del ADN en ARN. La transferencia de rasgos característicos a la progenie podía explicarse mejor si el genoma se dividía en segmentos específicos de codificación o unidades denominadas genes.
El proceso de transcripción Es semejante al proceso de replicación de ADN con excepción de: Se utilizan ribonucleótidos como monómeros. La base timina (T) se cambia por uracilo (U), la cual también forma base conjugada con adenina (A). El producto híbrido ARN:ADN se desenreda La enzima que une los nucléotidos en el nuevo ARN es la ARN polimerasa.
Tres tipos de ARN La transcripción de ADN celular da origen a tres tipos de ARN: Ribosómico (ARNr) De transferencia (ARNt) Mensajero (ARNm) Características comunes Todos son productos de la transcripción del ADN por las ARN polimerasas. Son de una sola hebra Todos tienen una función en la síntesis de proteínas
2.4 Síntesis de proteínas Las proteínas son los productos finales de la expresión del ADN en la célula. La información que reside en el ADN se emplea para construir ARNm, que a su vez retransmite el mensaje para sintetizar proteínas. Las proteínas son secuencias de aminoácidos, por lo que la información que pase del ADN y ARN a las proteínas está en lenguajes distintos traducción.
El código genético La secuencia de bases de nucléotidos de un gen está dispuesta en un orden que se corresponde con el de los aminoácidos de la proteína formada son colineales. Conjunto de reglas de codificación código genético.
El código genético Conjunto de tres nucléotidos por aminoácido el código es de tripletes (codones). Los tres nucléotidos en el ADN son adyacentes tratados como un conjunto y se utilizan sólo una vez en cada etapa de traducción el código no es solapante. Los conjuntos de tres nucléotidos se leen secuencialmente
El código genético Cada aminoácido puede tener más de un código de tripletes (codones) el código es redundante. El código es casi universal. El código también contiene señales de interrupción e inicio.
Exones e intrones En 1977 se descubrió que las regiones codificantes se interrumpen en el ADN eucariótico por regiones no codificantes, de ahí se dice que los genes son discontinuos. Las regiones codificantes se denominan exones y las no codificantes, secuencias intermedias o intrones. Los intrones no se encuentran e procariotas, son raros en eucariotas inferiores y muy comunes en vertebrados.
2.5 Errores en el procesamiento del ADN La proporción promedio de error en la replicación es de menos de un nucléotido incorrecto insertado, por cada 10^9 nucleótidos incorporados. Cambios en la secuencia de nucléotidos mutaciones.
2.6 Transducción de señales a través de las membranas celulares Transducción de señal proceso por el cual se transmite un mensaje químico extracelular a través de la membrana plasmática para producir un cambio en la actividad metabólica dentro de la célula.
2.7 Enfermedades de la comunicación celular Muchas enfermedades son resultado de genes que acarrean mensajes equivocados (mutaciones) o de un mal funcionamiento en la transmisión del mensaje (transducción de señal celular). Solución bloquear el flujo de información errónea.
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