bases moleculares de_la_herencia
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PROCESOS GENETICOS BASICOS
2012
Crecimiento y Desarrollo
PARTE I
Genética en medicina: objetivos
• Conocer el riesgo de transmitir o no las enfermedades genéticas
• Orientar sobre acciones preventivas o de tratamiento
• A nivel comunitario se ocupan del diagnostico, seguimiento, recopilación de datos, y su evaluación.
• Para profesionales y publico en general debe ser un servicio educativo
CROMATINAADN
Proteínas Histónicas+ ARN
ADN ARN Ácidos NucleicosÁcidos Nucleicos
Cadenas POLINUCLEOTÍDICASAdenina ( A ), Timina ( T ) Adenina ( A ), Timina ( T )
Guanina ( G ), Citosina ( C ) Guanina ( G ), Citosina ( C ) Adenina ( A ), Adenina ( A ), Uracilo Uracilo ( U ), ( U ), Guanina ( G ), Citosina ( C ) Guanina ( G ), Citosina ( C )
DesoxirribosaRibosa
1’
2’H
5´…CAG...3´5´…CAG...3´
Orientación de las cadenas de ADNOrientación de las cadenas de ADN
Unión fosfodiester
Base
1’
Apareamiento de Bases Nitrogenadas
• ¿QUE ES COMPLEMENTARIEDAD?
ADENINA
GUANINACITOSINA
TIMINA
Estructura del ADNEstructura del ADN
Molécula bicatenariaMolécula bicatenaria
Antiparalela o Antiparalela o sentido contrario sentido contrario
ComplementariaComplementaria
¿Cuáles son las características de la estructura del ADN?
¿Como es la Organización del ADN en el Núcleo Celular?
H2AH2A
H2BH2B
H3H3H4H4
ADNADN ProteínasProteínasHistónicasHistónicas CromatinaCromatina++
Octámero Octámero
H1H1
2 H2A2 H2A2 H2B 2 H2B 2 H32 H32 H42 H4
Nucleosoma(8 moléculas de histonas + 146 a 200 bases de ADN)
ADN puente
ADN
H2A, H2B, H3 y H4 forman el cuerpo donde se enrolla 200 pb de ADNH1 es la histona ligante
Nucleosoma
Pequeña región del ADN doble hélice
Cromatina como cuentas de collar compuestas por los nucleosomas
Fibra de cromatina de 30 nm compuesta por los nucleosomas empaquetados en forma helicoidal
Sección de cromosoma en forma extendida
Sección condensada de cromosoma
Cromosoma metafásico entero
Solenoide
Loops o bucles
Super Hélice empieza la MITOSIS MITOSIS se condensa enormemente.
En interfase la cromatina se desenrolla y dispersa por el núcleo
cuando
Entre cada nucleosoma se encuentra un segmento separador de 20 a 60 pb
100.000 pb
Empaquetamiento del ADN
¿Cómo se define un gen?
Tradicionalmente, un gen se ha definido como un segmento de ADN que codifica para un polipéptido o para una molécula funcional de ARN.
Recientemente, los nuevos descubrimientos han alterado radicalmente esta visión, para adoptar una definición más vaga. De acuerdo con ello, “un gen es una secuencia de ADN que es esencial para especificar una función determinada”. Para llevar a cabo su función el gen no necesita ser traducido a proteína (genes de los ARNr, ARNt) y a veces ni siquiera necesita ser transcripto (regulan)
GEN
¿Cómo es la estructura modelo de un gen eucariota?
Región regula-
toria
ESQUEMATIZACION DEL GEN
Otra secuencia regulatoria fuera de la secuencia del gen
Otra secuencia regulatoria fuera de la secuencia del gen
ADNRegión regulatoria Región estructural
Región estructural
Sitio de inicio de la trascripción (nucleotido+1)
5´
3´
3´
5´
Detalle de la estructura de un gen eucariotaESQUEMATIZACION DEL GEN
caat tata intron intronexon exon exon
5´UTR 3´UTR
Sitio de inicio de la trascripción (nucleotido+1)
Promotor Región estructural
Región codificante
Primeras tres bases (ATG) que codificarán para el codón de
iniciación
Ultimas tres bases TGA ó TAA ó TAG que codificarán para uno de los 3 posibles codones de terminación o STOP.
Región regula-
toriaRegión estructural
• Proceso Semiconservativo (conserva 1 cadena madre)
• Bidireccional ( síntesis a partir de cada origen apertura y para cada lado)
• El ADN se debe desenrrollar
REPLICACIÓN DEL ADN: Características
Enzimas de la Replicación del ADN
Helicasa: separa la doble hélice parental, rompe puentes de hidrogeno
Proteínas de union que estabilizan el ADN simple cadena
ADN polimerasa III o delta Agrega los nucleótidos para formar la cadena nueva
Ligasa: une los Fragmentos de Okazaki
Primasa: ADN POLIMERASA I ALFA PRIMASA agrega un cebador corto polimeriza una corta cadena de ribonucleótidos llamado cebador o primer para que actúe luego la ADN POLIMERASA III DELTA
Exonucleasa: remueve el cebador de ARN e inserta las bases correctas
ENZIMAS QUE PARTICIPAN
Las ADN polimerasas solo pueden agregar nuevos nucleótidos en los extremos 3’ del polinucleotido y las
cadenas son antiparalelas
Esto determina que una se sintetice de manera continua o adelantada y la otra de manera discontinua o retardada ya
que su síntesis es en tramos llamados FRAGMENTOS DE OKAZAKI
ADN POLIMERASA III O DELTA agrega desoxinucleotidos, realiza la unión fosfodiester entre el oxidrilo (OH-) del carbono 3’ del nucleótido preexistente y el grupo trifosfato del nucleótido entrante, de manera que cuando queda unido a la cadena esta en condición monofosfato
• Proceso Semiconservativo• Bidireccional• El ADN se debe
desenrrollar• Existen múltiples orígenes
de replicación
REPLICACIÓN DEL ADN: Características
Cadena nacienteCadena nacienteCebadorCebador
ADN moldeADN molde
Progresión de laProgresión de lahorquilla moviéndosehorquilla moviéndoseen las dos direccionesen las dos direcciones
Horquilla de Horquilla de replicaciónreplicación
Horquilla de Horquilla de replicaciónreplicación
Orígenes de Replicación
Las PROTEINAS DE UNION previenen que se vuelvan a unir las hebras.
Replicación
La HELICASA se une a secuencias de ADN llamadas Orígenes de Replicación y separa las cadenas de ADN.
5’ 3’
5’
3’
La PRIMASA agrega fragmentos cortos de ARN complementarios al ADN, un cebador.
3’ 5’
5’ 3’Helicasa
Proteínas de unión PRIMASA
ReplicaciónDirección de Replicación
5’ 3’5’
3’
5’
3’
3’ 5’
La ADN polimerasa agrega nucleótidos
ADN polimerasa
Chequea las bases que agrega y corrige los errores.
La síntesis de la cadena conductora se realiza en dirección 5’ a 3’.
Replicación
3’ 5’ 5’
5’ 3’
5’ 3’
3’ 5’
3’Dirección de Replicación
Okazaki fragment
La síntesis de la cadena conductora se realiza en dirección 5’ a 3’.
La síntesis de la cadena retrasada produce segmentos de ADN en dirección 5’ a 3’ llamados Fragmentos de Okazaki.
Cadena conductora
Cadena retrasada
3’
5’
3’
5` 5’
5’ 3’
3’
Replicación
5’
5’
3’ 3’ 5’
3’
5’ 3’
5’ 3’
3’
5’
La EXONUCLEASA remueve los cebadores de ARN.
EXONUCLEASA
HELICASA
DNA Polimerasa
Cebador o primer
Cebador
Replicación
La Polimerasa I rellena el espacio vacío donde habia nucleotidos de ARN, luego que el cebador es degradado
La Ligasa realiza las uniones entre el azucar y los fosfatos de los fragmentos adyacentes.
3’ 5’
3’
5’ 3’
5’ 3’
3’
5’
La LIGASA realiza las uniones entre el azucar y los fosfatos de los fragmentos adyacentes.
DNA pol I y LIGASA
REPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS
• ADN Circular
• Orígen de replicación único (Ori C)
• Fragmentos de Okazaki de 1000-2000 pb
REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS
• ADN lineal y mayor tamaño
• Múltiples orígenes de replicación (tiempo mas breve)
• Apertura de la doble hélice por acción de la Helicasa (=)
• Bidireccional (=)
• ARN Primasa: cebador (=)
• Fragmentos de Okazaki más cortos: 40-300 pb
• ADN unido a Histonas
• Telómeros
TRANSCRIPCION
• La ARN polimerasa: cataliza la adición de ribonucleotidos, al extremo 3” OH. Se mueve en dirección 3” 5” a lo largo de la cadena molde de ADN.
• La ARN pol NO necesita de un cebador para iniciar la síntesis
• La ARN pol NO corrige errores, pero los errores no son heredables porque solo afectan la síntesis de proteínas
Es un proceso en el que utilizando ADN como molde la ARN pol sintetiza una hebra de ARN
ARN polimerasas• En eucariontes hay 3 RNA pol que catalizan
la síntesis:• La ARN pol I sintetiza los RNAr (excepto 5s)• La ARN pol II los RNAm y los que forman las
pequeñas ribonucleoproteinas nucleares (snRNP).
• La ARN pol III de RNA transfer, RNAr (5s) y RNA pequeños.
Sintetizan una nueva cadena de ribonucleótidos con dirección 5” 3”. La cadena ARNm es antiparalela
Factores que participan en la transcripción
Son moléculas criticas porque aseguran que los genes se expresen en la célula correcta, en el tiempo y cantidad apropiada, dependiendo de los requerimientos del organismo.
El TFIID con la TBP se une a las secuencias TATA, luego se une TFIIB seguido de la ARN polimerasa II unida a TFIIF. TFIIE y TFIIH se unen al complejo.
TFIID
TFIIB
ARNpol lITFIIF +TBP
TFIIA
ATP+
FTIIH
En presencia de ATP, el factor TFIIH fosforila la ARN pol para que inicie la transcripción.
TRANSCRIPCION (T)
• El PROMOTOR en eucariontes es una región de 30 nucleótidos “río abajo” del nucleótido en el que comienza la transcripción y hay una secuencia conocida como 5’TATAAAA3’ que determina en forma precisa donde se inicia la Transcripción
• Al codón de inicio (ATG) se unen ciertos factores de transcripción denominados TATA binding protein (TBP o proteina de union al TATA)
• La transcripción comienza en el sitio de inicio localizado al comienzo de la región 5’UTR (Unidad Transcripcional no traducible) continua por los exones e intrones y finaliza en el 3’ UTR. Es decir se realiza en sentido 5’ a 3’, en este proceso la T se reemplaza por U.
En cada evento de transcripción solo 1 de las 2 cadenas del ADN se transcribe, nunca las 2
PROCESAMIENTO del ARNm• Los Transcriptos primarios son modificados antes de salir al
citoplasma
1- Adicion del CAP: que es un nucleótido modificado (la G es metilada o capping) y se añade al extremo 5’. Este casquete es imprescindible para la unión del mRNA al ribosoma y protege al mRNA de la degradación.
Secuencia río arriba
Procesamiento de ARNm
• Luego otra polimerasa agrega RIBONUCLEOTIDOS de A entre 200 a 250 que dan estabilidad hacia 3’ (son los que permanecen luego del splicing porque son necesarios para la interacción con los ribosomas durante la traducción)
2- POLIADENILACION: en el extremo 3’ del mRNA hay una SECUENCIA SEÑAL (AAUAAA) a la que se unen factores específicos y la poli A polimerasa estimula la escisión en un sitio ubicado 10 a 35 nucleótidos hacia el extremo 3’ de la señal
Procesamiento del ARNm
Al ARNm inmaduro se le unen pequeñas partículas de rnRNA nucleares asociadas con proteínas snRNPs(Particulas-proteinas ribonucleares pequeñas). Estas se unen a secuencias cortas entre los intrones y los exones. Luego se unen mas proteínas y forman un gran complejo con el RNA que se llama SPLICEOSOMA (solo en eucariotas)
3- Corte y empalme o Splicing
Los rnRNP contienen ARN de unos 250 nt y que se asemejan a pequeños ribosomas. Se van formando partículas de 20 nm en las que unos 500 nt envuelven un complejo proteico de unas 8 proteínas diferentes.
Estos complejos asemejan a los nucleosomas del ADN.
Tipos de splicing de los ARNs
EMPALME ALTERNATIVO
Un transcripto primario puede ser procesado por splicing en mas de 1 forma porque 1 o varios exones son eliminados junto con intrones en forma alternativa
Permite obtener RNAm diferentes a partir de un RNAm inmaduro original
Que dan
Polipéptidos con distintas funciones
Participantes en la Traducción• RIBOSOMAS son partículas de ARNr asociado a 50 proteínas • RNAt (80 nucleótidos)La unión de cada molécula de ARNt a su aa depende de las aminoacil-ARNt sintetasas
(existen 20) y siempre termina en 5’-CCA-3’ al que se une el aa especifico.
Asa anticodón
Asa T interactua con subUmayor
Asa D
A) INICIACION DE LA SINTESIS• La Subunidad menor se acopla al ARNm cerca de su
extremo 5’, luego el ARN t aparea su anticodón UAC con el codón de inicio AUG del ARNm
• Se agregan FACTORES DE INICIACION y la energía para este paso la suministra la hidrólisis del GTP
GTP con factor de elongación
Subuniidad menor del ribosoma
A) Iniciación
Ribosoma entero
Disociación de los factores de iniciación
Disociación de los FI
B) ELONGACION del polipéptido• El sitio P esta ocupado por un RNAt con una cadena polipeptídica
en crecimiento y el sitio A será ocupado transitoriamente por aminoacil-ARNt unido previamente con Factor de elongación que en su forma activa esta unida al GTP y al aparearse el con el ARNm se dispara la hidrólisis del GTP por lo cual están unidos un periodo corto.
. . Peptidiltransferasa
El ribosoma se trasloca un codón a lo largo de la cadena de mRNA y el 2do ARNt se transfiere de la posición A a P
El primer RNAt se desplaza hacia el sitio E y se libera.
La PEPTIDILTRANSFERASA se encuentra en la subunidad mayor del ribosoma cataliza un enlace peptídico ente los 2 aa. Por eso el ribosoma es una gran Ribozima
C) TERMINACION DE LA SINTESIS• Al final de ARNm se encuentran 1 CODONES DE
TERMINACION UAG, UAA o UGA para los cuales no existe ningún ARNt que tenga el anticodón para aparearlos de manera que no entra ninguno al sitio A
• Existen FACTORES DE LIBERACION que se unen a los codones de terminación• Tiene actividad peptidiltransferasa: hace que el polipéptido se separe del RNAt• La CADENA POLIPEPTIDICA se desprende • Las dos subunidades se separan.