Genética molecular I

Genética molecular I

Replicación y Transcripción del ADN

Genética molecular

Cepas S

vivas Cepas R

vivas

Cepas S muertas

Cepas S muertas y R vivas

Cepas S vivas

Conclusión: Las bacterias S muertas podían transmitir un

“factor transformante” a las R , convirtiéndolas en patógenas (sintetizan la cápsula polisacárida)

Dogma Central de la Biología Molecular (Crick, 1970)

Crick: Hipótesis de la colinealidad:

correspondencia entre la secuencia de

nucleótidos de un gen y la secuencia de aa de la enzima que el gen codifica.

Concepto moderno de gen

Cualquier secuencia de ADN que se transcribe como una unidad de ARN, incluyendo así todo tipo de ARN y la

posibilidad de que un mismo ARNm sirva para sintetizar varias proteínas

relacionadas en lugar de una sola.

Del gen a la proteína

3ª) El ADN se replica de manera dispersiva. Las cadenas progenitoras se rompen a intervalos y se combinan con los segmentos nuevos.

Esta controversia fue resuelta por Messelson y Sthal, gracias a unos experimentos que llevaron a cabo en E.coli

La replicación del ADN

3

Hipótesis para explicar la replicación del ADN.

Hipótesis semiconservativa

Hipótesis conservativa

Hipótesis dispersiva

Cadena antigua Cadena nueva

Replicación del ADN en bacterias

FASE DE INICIACIÓN: Desenrollamiento y apertura de la doble hélice

Punto de iniciación (oriC)

Horquilla de replicación Horquilla de

replicación



Topoisomerasa (girasa)



Helicasa



Proteína estabilizadora (SSB)



Burbuja u ojo de replicación

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

5’ 3’

3’

La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’

libre para iniciar la síntesis.

Una de las hebras se sintetiza de modo continuo.

Es la conductora o líder.

Fragmentos de Okazaki

La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.

 FASE DE ELONGACIÓN: Síntesis de nuevas hebras de ADN (5’-3’)

Hebra molde

Enzimas que

intervienen

- ARN polimerasa ^(primasa) - ADN polimerasa III

- ADN polimerasa I - ADN ligasa

Iniciación Origen de la replicación

Elongación Burbuja de

replicación ADN pol III

Proteínas estabilizadoras

Horquilla de replicación

Helicasa

Primasa

ADN pol III Hebra

retardada ADN pol I

ADN-ligasa Hebra conductora

Dirección general de la replicación

• La ARN primasa (ARN polimerasa ADN

dependiente) sintetiza el cebador (un pequeño fragmento de ARN)

• La ADN pol. III añade dnucleótidos complementarios en el sentido 5’→ 3’

• Al ser las cadenas antiparalelas, en una hebra la síntesis es continua pero en la otra es

discontinua (hebra retardada) y se forman los fragmentos de Okazaki. Se dice que la síntesis es semidiscontinua

• La ADN pol. I: tiene actividad exonucleasa y elimina los ARN cebadores

1 2

3 4

5 6

La primasa sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación.

Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador.

La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada.

La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.

Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN.

La ligasa une los fragmentos de ADN.

Nuevo cebador

Cebador

Ligasas Hebra retardada

Hebra retardada Primasas

Cebador

Nuevo cebador

FASE DE TERMINACIÓN

• La ADN ligasa une todos los fragmentos (se requiere ATP)

• Las hebras se vuelven a enrollar

CORRECCIÓN DE ERRORES

• La ADN pol. ll : actividad exonucleasa

Los errores son heredables (mutación puntual ó génica) variabilidad evolución de las especies.

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf

Replicación del ADN en células eucariotas

• Varios orígenes de replicación (varios ojos de replicación). Replicones.

• Fragmentos de Okazaki más pequeños (100 a 200 nucleótidos).

• Se produce de forma coordinada la síntesis de las proteínas histonas.

• Los nucleosomas ralentizan la actuación de las ADN polimerasas.

• Existen un total de cinco ADN polimerasas.

• El telómero se va acortando procesos de

envejecimiento y muerte celular.

Replicación del ADN en eucariotas

numerosos replicones

http://www.bioygeo.info/Animaciones/DNA_replication_3.swf

El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotas

Origen de la replicación

Horquilla de replicación Hebra

retardada

Hebra conductora Origen de la replicación

Burbujas de replicación

Hebra conductora Nucleosomas

Nuevos nucleosomas

Hebra retardada

La expresión de los genes

La expresión de los genes ocurre en dos etapas sucesivas: Transcripción y Traducción

• Transcripción

Es el proceso mediante el cual se copia la

información (secuencia de nucleótidos) de un

fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en el ARN.

• Por consiguiente mediante la transcripción se va a

sintetizar una molécula de ARN.

MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN

Intervienen

-ADN:

- cadena molde: se transcribe - cadena informativa:

- Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C, y U - ARN-polimerasas (Lee 3’-5’ y sintetiza 5’-3’) -Principio de complementariedad de bases.

- Cofactores sigma () y rho ().

(ARN_t, ARN_r)

Procariotas: Transcripción y Traducción a la vez y mismo lugar.

Eucariotas: Transcripción: en el núcleo.

Traducción: ribosomas.

CARACTERÍSTICAS

Proceso mediante el cual el ARNm copia la información del ADN

• Es selectivo: sólo se transcriben algunas regiones del ADN

• Es reiterativo: un gen puede transcribirse muchas veces

• Sólo se copia una de las cadenas del ADN. Las

enzimas son ARN polimerasas

Expresión génica en procariotas y eucariotas

PROCARIOTAS EUCARIOTAS Genes G. continuos G. Fragmentados

Exones, intrones

ADN Asociado a pocas

proteínas no histonas Densamente empaquetado.

Cromatina

ARN

polimerasa

1 tipo 3 tipos: síntesis de ARNr, ARNm y

ARNt

Expresión génica en

procariotas y eucariotas

PROCARIOTAS EUCARIOTAS Localización

transcripción y traducción

Citoplasma y procesos

simultáneos Transcripción:

núcleo. Traducción:

citoplasma

Tipos de genes

Policistrónicos Monocistrónicos

Maduración Sólo para ARNt y

ARNm Para los tres tipos:

ARNr, ARNm y

ARNt

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS

• Precursor: nucleósido trisfosfato

• ARN pol.: varias subunidades. La subunidad σ reconoce el promotor como señal de inicio (una secuencia específica de nucleótidos)

• ARN pol. : añade ribonucleótidos 5´ 3´

• Fin de la síntesis: una secuencia específica.

Transcripción en procariotas

Promotor

5’

3’

5’

3’

5’3’

5’

3’

ARN-polimerasa

ARN

Iniciación

Elongación

Finalización

ARN transcrito completo

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

Características:

- Tres tipos de ARN pol.

- Genes fragmentados: maduración (eliminación de intrones y unión de exones).

- ADN asociado a histonas:

nucleosomas.

Transcripción en

eucariotas.

Elementos que intervienen en la TRANSCRIPCION

• En este proceso intervienen unas enzimas llamadas ARN-polimerasas o ARN-pol que tienen las siguientes características:

• Utilizan como molde una de las cadenas del fragmento de ADN y la van leyendo en sentido 3’5’ y van uniendo ribonucleótidos en sentido 5'3', teniendo en cuenta su complementariedad con los nucleótidos de la cadena del segmento de ADN que se utiliza como molde (hay que tener presente que en el ARN la base complementaria de la adenina es el uracilo).

• En el proceso para formar el ARN se utilizan ribonucleótidos trifosfatos (ATP, GTP, CTP y UTP). La energía necesaria para crear el enlace que une a los ribonucleótidos se obtiene de la hidrólisis de los mismos. Cada ribonucleótido trifosfato se hidroliza dando un grupo P-P, energía y un ribonucleótido monofosfato que se unirá mediante un enlace éster a la cadena de ARN en formación.

ARNpolimerasa

3’

3’

5’

5’

ARN ADN

Etapas de la Transcripción de ARNm en eucariotas.

4 FASES: Iniciación, elongación, finalización y maduración

T A C A C G C C G A C G

U G U G C G G C U G C

A

(i)

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

1. Iniciación

Una ARN polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de ‑ unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN.

ARNpolimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

2. Alargamiento o elongación

La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil GTP en el extremo 5‘ ‑ con función protectora.

m-GTP

ARNpolimerasa

A U G C U C G U G

3. Finalización:

Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA polimerasa añade una serie de ‑ nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm

precursor, se libera.

m-GTP

poliA-polimerasa

U A G A A A A A

ARNm precursor

ARNm _AAAAAA

AUG UAG

cola

4. Maduración

El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático (Varias RNPpn: espliceosoma) reconoce, corta y retira los intrones y las ARN ligasas unen los exones, formándose el ‑ ARNm maduro.

Cabeza maduro

5’ 3’

Maduración :

5’ 3’

Exón 1 Intrón Exón 2

RNPpn

Ribonucleoproteína pqña nuclear.

Proteína

Espliceosoma

5’ 3’

Intrón

ARNm

Exón 1 Exón 2

Región codificadora del gen

Promotor E1 I1 E2 I2 E3 Terminador

ADN

ARNmprecursor

maduroARNm

AAAAAA

AAAAAA

AUG UAG

AUG UAG

TAC ATC

Cabeza

Cabeza E1 I1 E2 I2 E3 cola

cola Maduración del ARNm (Visión de conjunto).

Maduración. Comparación entre eucariotas y procariotas

ORGANISMOS PROCARIONTES

ORGANISMOS EUCARIONTES

Transcrito primario

ARNasa

ARNt ARNr

RNPpn

Exón Intrón

Exón

Intrón

Exón

Bucle

Punto de unión entre exones Bucle

Los ARNm no sufren proceso de maduración.

Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contiene muchas copias del ARNt y ARNr.

El ARN transcrito primario sufre un proceso llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.

Un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, según como se eliminen los intrones y exones A partir de un solo gen se pueden obtener

diferentes proteínas. Splicing alternativo

DIFERENCIAS en la TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS PROCARIOTAS

• Tiene lugar en el núcleo

• Tres ARN polimerasas

• ARN pol. I: transcribe ARNr

• ARN pol. lI: transcribe genes estructurales. ARNm

• ARN pol. III: transcribe ARNt y un ARNr

• ARN monocistrónico

• Procesado del ARNm

• Los nucleosomas intervienen en el proceso.

• Señal de terminación: TTATTT

• Región nucleoide

• Una ARN polimerasa

• ARN policistrónico

• No se procesa ARNm

• No hay nucleosomas.

• Señal de terminación: Palíndromo:

GGGCCCTTCCCGGG

Ejemplo de secuencia palindrómica:

“dábale arroz a la zorra el abad”

http://www-class.unl.edu/biochem/gp2/m_biology/animation/m_animations/gene2.swf