LA DUPLICACIÓ DEL DNA i LA BIOSÍNTESI DE PROTEÏNES

57  14 

(1)LA  DUPLICACIÓ  DEL  DNA  i LA     BIOSÍNTESI  DE PROTEÏNES.

(2) La  duplicació  del DNA i  la  biosíntesi  de  les proteïnes ●. ●. La  duplicació  del  DNA.  Investigacions     i propietats. Mecanismes  de  la  duplicació.    . ●. La  transcripció  del DNA.. ●. La  traducció  o  biosíntesi  de proteïnes.

(3) Introducció ●. L’ADN  durant  la  vida  de  la  cèl·lula  té  dues funcions: –. Transmetre  la  informació  que  conté  a  la  descendència.     (Replicació  o duplicació). –. Expressar  la  informació  que  conté  en  forma  de  proteïnes.     (Transcripció  i traducció). Dogma  central  de  la  biologia molecular.

(4) Flux  de  la  informació genètica.

(5) Flux  de  la  informació  genètica  en eucariotes.

(6) La duplicació  o  replicació  del DNA Procés mitjançant el qual a partir d'una molècula de DNA de doble hèlix se'n sintetitzen dues de idèntiques. La molècula “progenitora” serveix de “motlle” per a la síntesi de la seva còpia. La replicació té lloc necessàriament cada cop que es divideix una cèl·lula i constitueix una etapa del seu cicle de vida..

(7) Hipòtesis  sobre  la  duplicació  del DNA. ●. Hipòtesi conservadora. Hipòtesi  semiconservadora     (Watson  i Crick). ●. Hipòtesi dispersiva.. ●.

(8) Hipòtesi  replicació conservadora. ●. ●. Molècula DNA     progenitora. Molècules DNA     filles. Molècula amb els dos filaments parentals. La molècula parental es conserva.. Molècula  amb  els  dos     filaments  de  nova     síntesi.

(9) Hipòtesi  replicació semiconservadora. ●. ●. Molècula DNA     progenitora. Molècules DNA     filles. Cadascuna  de  les  molècules  filles  conté  un     filament  parental  i  un  filament  de  nova sítesi..

(10) Hipòtesi  replicació dispersiva ●. ●. Molècula DNA     progenitora. Molècules  de  DNA     després  d'un  cicle de     replicació. Les  molècules  filles  estan  formades  per  dos     filaments  cadascun  dels  quals  conté  segments     parentals  i  segments  de  nova síntesi..

(11) Hipòtesi     conservadora. Hipòtesi     semiconservadora. Hipòtesi     dispersiva. DNA parental. Molècules     filles després     d'un  cicle  de     replicació. Molècules     filles després     de  dos  cicle     de replicació.

(12) Experiments  que van portar  a coneixer   el mecanisme de replicació del DNA ●. 1957  Meselson  i Stahl    . ●. 1956 Kornerg. ●. 1963 Cairns. ●. 1968 Okazaki.

(13) ●. Experiment  que  demostra  la  hipòtesi correcta     sobre  la  duplicació  del  DNA:    1957  Meselson  i Stahl.. http://highered.mheducation.com/olc/dl/120076/bi o22.swf.

(14) Experiment  de  Meselson  i Stahl ●. ●. Cultiven bacteris d'Escherichia coli en un medi amb N15 (isòtop del nitrogen N14 amb un neutró més i per tant de major pes). Els bacteris incorporen el nitrogen pesat N15 en el seu DNA. Després passen aquests bacteris a un medi amb N 14, (isòtop comú del nitrogen i més lleuger). Qualsevol DNA nou que sintetitzin els bacteris a partir d'ara serà més lleuger que el parental..

(15) ●. Cada 20 minuts, extreuen bacteris del medi que conté N14, i procedeixen a la separació del DNA per un procés de centrifugació pel gradient de densitat..

(16) Centrifugació  per     gradient  de densitat. Meselson  i  Sthal  van  utilitzar  la  centrifugació  en  gradient  de  densitat  per  distingir  entre     el  DNA  pesat  carregat  amb  N15    del  DNA  lleuger  carregat  amb N14..

(17) Resultats  obtinguts  per  Meselson  i  Stahl  després  de  2  cicles  de replicació.

(18) Meselson  i  Stahl  arriben  a  la  conclusió  que  la  replicació  del  DNA     segueix  el  model  semiconservador  al  comparar  el  que  els  hi  va  sortir     amb  el  que  hauria  d'haver  sortit  si  les  hipòtesis  correctes  fossin  la     conservadora  o  la dispersiva..

(19)

(20) Clica  damunt     l'esquema  per     veure  una     explicació  de     l'experiment !!.

(21)

(22) ●. Resultat:.

(23) El  sentit  de  creixement  dels  nous filaments 1956, Kornberg: –. Comença  l’estudi  sobre  els     mecanismes  pels  quals  es     produeix  la  duplicació  del DNA.. –. Aïlla  l'enzim  DNA-­polimerasa  de     l’Escherichia coli. ●. Aquest  enzim  és  capaç  de     sintetitzar  DNA  in vitro..

(24) Com  pot  la  DNA-­polimerasa  sintetitzar DNA? ●. ●. ●. La  DNA  polimerasa  és  incapaç  de  sintetitzar  una  cadena de     DNA  de novo. L'enzim  l'únic  que  pot  fer  és  afegir  nucleòtids  a  l'extrem  3'     lliure  d'una  cadena  preexistent  (anomenada  DNA encebador). A  més  l'enzim  necessita  una  cadena  patró  (motlle)  a  la que     copiar  de  forma complementària.. DNA patró. DNA encebador.

(25) La  DNA-­polimerasa necessita: ●. Desoxiribonucleòtids  5'-­trifosfat  lliures  en  el  medi     (dATP,  dGTP,  dCTP  i dTTP). ●. Un  DNA  encebador (”primer”).. ●. Una  cadena  de  DNA  patró  o motlle..

(26) Nucleòtids lliures Mg2+. DNA polimerasa. DNApatró. DNAencebador.

(27) Cadena nova. Cadena motlle. Extrem 5'. Extrem 3'. Cadena nova Extrem 5'. Cadena motlle Extrem 3'. Desoxiribosa. Fosfat. DNA polimerasa. Extrem 3'. Extrem 3' Desoxinucleòtid trifosfat. Extrem 5'. Extrem 5'. Com que la DNA-­polimerasa només pot unir els nucleòtids al carboni 3’ lliure del “primer” la nova cadena sintetitzada només pot créixer en sentit 5’→3’, essent la cadena patró el filament 3’→5’. El  nou  filament  sintetizat  per  la  DNA  polimerasa  serà  complementari  i  antiparal·lel  al  filament 3’→5’.

(28) Experiment  de  Cairns (1963) Objectiu:  observar  la  duplicació  del  DNA  in vivo ●. ●. Cairns  deixa  creixer,  durant  dues  generacions,  bacteris     de Escherichia coli en un medi amb nucleòtids radiactius     (timina tritiada, TH3), els quals     emeten     partícules     β capaces d'impressionar una placa fotogràfica. Quan els bacteris es divideixen incorporen la timina marcada en el seu nou DNA, fet que permet localitzar les noves molècules de DNA sintetitzat..

(29) Cada 3 minuts es realitza una autoradiografia del DNA bacterià fins obtenir la seqüencia completa, primer d'una replicació del DNA, que dura aproximadament uns 30 minuts, i després d'una segona replicació.. ●. Formes  observades  en  les  fotografies  després  d'un  cicle  de replicació:. ●. Les  imatges  inicials  tenien  forma  de  V;;  les  posteriors,  de  mitja  lluna,  i  les  finals  semblaven  cercles   aixafats. –. Les  formes  en  V  Cairns  les  va  anomenar  forquetes  de  replicació,  formades  pels  dos  nous  filaments  de     DNA  tritiat  sintetitzats  sobre  la  doble  cadena  antiga  que  s'havia  escindit  en  dos  per  poder  servir  de motlle.. –. Les  formes  de  mitja  lluna  les  va  anomenar  bombolles  de replicació.. –. Les  formes  circulars  van  fer  possible  deduir  a  Cairns  que  el  DNA  d'Escherichia  coli  era circular..

(30)

(31)

(32) • Les autoradiografies obtingudes després de la 1a generació presenten  imatges  de  punts  formant  un cercle. • En les autoradiografies corresponents a la 2a generació s'observen imatges de punts en forma de lletra θ (theta) que mostraven una zona interior amb doble quantitat de punts..

(33) Cairns interpreta que el DNA de Escherichia coli és circular, que es replica de forma semiconservativa i que existeix un únic origen de replicació..

(34) • Posteriorment als experiments de Cairns es confirma que la replicació en E. coli té un unic origen de replicació i que a més és bidireccional: a partir de l'origen de replicació (OriC) avança en els dos sentits..

(35)

(36)

(37) • En eucariotes la replicació del DNA també és bidireccional però a diferencia dels bacteris té lloc a partir de molts orígens de replicació..

(38)

(39) Propietats  de  la replicació ●. ●. És  semiconservadora:  les  dues  cadenes  de  DNA     inicials  se  separen  i  cadascuna  serveix  de  motlle  per  a  la     síntesi,  segons  la  complementarietat  de  bases,  d'una     nova  cadena antiparal·lela. Comença  en  uns  llocs  concrets  anomenats  orígens  de     replicació: – –. ●. En  bacteris,  hi  ha  un  únic  origen  de  replicació:  es  diu     que  la  replicació  és monofocal.. En  eucariotes,  hi  ha  molts  orígens  de  replicació:  és     diu  que  la  replicació  és multifocal. És  bidireccional:  és  a  dir,  a  partir  de  l'origen  de     replicació  avança  en  els  dos sentits..

(40) Tots  aquests  descobriments  fets  van  plantejar  en  el  seu     moment  dos dilemes.... Dilema 1:. Si la DNA-­polimerasa necessita un “primer” o “DNA encebador”, de quina manera es sintetitza aquest “primer”?.

(41) Dilema 2: Si la DNA polimerasa només pot unir nucleòtids a l'extrem 3' del “DNA primer”, de quina manera és pot sintetitzar la cadena 3’→5’ a partir de la cadena patró 5’→3’ ?.

(42) Els  fragments d'Okazaki 1968 Okazaki. Descobreix  uns  fragments     (anomenats  fragments     d'Okazaki)  constituïts  per  uns  50     nucleòtids  de  RNA  i  entre  1000  i     2000  nucleòtids  de  DNA  que  van     donar  solució  als  dilemes     plantejats. 5'. RNA. 3'. DNA.

(43) ●. Els fragments d'Okazaki són sintetitzats per una RNA-­polimerasa (també anomenada primasa), que no necessita encebador, i per una DNA-­ polimerasa, en direcció 5’→3’ sobre diferents regions d'una cadena patró 3’→5’. Fragment d'Okazaki DNA patró 3'. 5'. (cadena líder). (Cadena retardada).

(44) DNA patró. Inici  síntesi RNA. Síntesi  RNA «primer». Allargament  del RNA «primer»  per  una  DNA     polimerasa. Fragment d'Okazaki.

(45)

(46) Bombolla de replicació (2  forquetes  de replicació).

(47) Bombolla  de  replicació     (2  forquetes  de replicació).

(48) La síntesi de DNA es produeix en les dues cadenes simultàniament, però en direccions oposades. La replicació del DNA en una forqueta de replicació comença quan la molecula de DNA de cadena doble es desenrotlla per proporcionar dos motlles de cadena simple..

(49) La  síntesi  de  DNA  es  continua  en  una  cadena  motlle  i  discontínua  en l'altra..

(50) ●. ●. Solució  al  dilema 1. “Primer”  o  encebador  de  RNA:  és  sintetitzat     per  la  RNA-­polimerasa  (primasa)  la  qual  no     necessita  cap  encebador  per  poder  sintetitzar     fragments  de  RNA.  Després  el  RNA  serà     eliminat  i  substituït  per DNA. Solució  al  dilema 2. Els  fragments d’Okazaki..

(51) ●. Nou dilema: Si  el  DNA  d’una  cèl·lula  no  té  fragments  de     RNA  en  la  seva  estructura,  què  passa  amb  el     RNA  dels  fragments d'Okazaki?. Enllaç animació forquetes  de replicació   (molt recomanable !!!).

(52) Activitat  exonucleasa  5’→3’  de  la  DNA polimerasa. La  DNA  polimerasa  elimina  el  «primer»  en  direcció  5’→3’  i  omple  el  buit  deixat  amb     nucleòtids  nous  complementaris  mitjançant  la  seva  activitat  polimerasa 5’→3’. Activitat de la DNA lligasa. L'enzim estableix un enllaç covalent entre el 3'-­OH de l'últim nucleòtid afegit per la DNA polimerasa i el 5'-­P del fragment d'Okazaki següent. L'ATP aporta l'energia necessària per aquesta unió..

(53)

(54) Síntesis  continua  de  la  cadena  5’→ 3’. A U. T A. C. G G. C. A A. C. C. G. T. T. T. G. G. C. T A. G A. C. A C. C G. C. G. T. G. T. T. G. C. A. C. Síntesis continua de la cadena en dirección 5'®3'. La síntesis de esta cadena no plantea ningún problema. Así, una vez separadas ambas cadenas, se sintetiza el primer y la ADN pol. III (una de las enzimas que unen los nucleótidos) va a elongar la cadena en dirección 5 ' 3 ' ..

(55) Síntesis  discontinua  de  la  cadena  3’  → 5’. A T. T A. C G. G C. A A. C. C. G. T. T. U T. G. G. C. T A. G A. C. A C. C G. C T. G. T. G. C. T C. G A. C A. Síntesis  discontinua.  La  cadena  complementaria  no  se  va  a  replicar  en  sentido  3 ' 5 '   sino  que  se  replica     discontinuamente  en  dirección  5' 3'.  Primero  se  sintetiza  el  primer  (ARN)  y  posteriormente  este  se     elonga  con  ADN.  El  ARN  es  posteriormente  eliminado  y  los  diferentes  fragmentos  sintetizados,  llamados     fragmentos  de  Okazaki,  son  unidos  entre sí..

(56)

(57) Enllaç d'interès:. DNA replication.

(58)

Nuevo documento

OBJECTIVES The first aim of this project is to study the place occupied by cultural contents in the learning of a foreign language in Preschool Education and to analyze didactic

AUSENCIA DE CONTROL, PROBLEMAS DERIVADOS Y NIVEL DE DEPENDENCIA MEDIA Y ALTA Ausencia de control y problemas derivados: hace referencia a la dificultad propia del sujeto que tiene para

RECOMENDACIONES ❖ Implementar las estrategias del manejo y conservación de suelos como la rotación de cultivos en áreas permanentes de producción agrícola, la siembra en contornos o en

Salvatore is compelled to acknowledge near the end that when he was with his wife and cofighter, Dunka, he never suspected there were any other roles men could play: “You [Hortensia]

El propósito se refirió a la interpretación ecotoxicológica ambiental con sustento sobre uso de biomarcadores en la especie Gambusia punctata Poeciliidae utilizada como organismo

La interacción temperatura-Humedad Relativa AB; no proporciona efecto significativo puesto que el grafico tiene un comportamiento con tendencia paralela, que indica la no existe

Durante el análisis de las actividades de perforación del año 2017 se identificó un problema; el rendimiento de las brocas tricónicas no correspondía a un desempeño óptimo, para el

Para el caso de nuestra investigación de utilizo los métodos de análisis de estabilidad de taludes en roca: estereográfico o cinemático, de lo cual se definió el modo de falla para cada

La tabla 7 y la figura 7 muestran, el promedio que fue de 8.60 ± 1.13 Kg de leche por vaca/día para todos los años que se investigó, siendo menor en el año 2015 con 7.69 Kg de leche por

Si bien se han descrito múltiples conceptos de calidad a lo largo de décadas, existe el reconocimiento de que los servicios de salud tienen que ser eficaces, seguro, centrado en las