El ADN y la expresión génica: la transcripción, Presentación

TEMA 7: EL ADN Y LA EXPRESIÓN GÉNICA

BLOQUE 2: GENÉTICA MOLECULAR

N A N H N H ...... CH O H N-H N O H N O H -N G N ... H -N N - I ... ..... .............. ............... ........ .... .... .... ... ...................... TÍNDICE

1. El flujo de la información genética
2. La replicación del ADN
3. La transcripción
4. El código genético
5. La traducción
6. Regulación génica

CH O H- T N-H N O H N H O H -N G N H H -N N - I

1. EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

El ADN contiene información para que los aminoácidos se unan y formen las proteínas. Pero, dado que la síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas y el ADN se halla en el núcleo, es necesaria la existencia de una molécula que actúe como intermediaria entre el ADN y los ribosomas citoplasmáticos: el ARNm. El dogma central de la biología molecular postula que la información genética del ADN pasa al ARNm en la TRANSCRIPCIÓN, este ARNm sale del núcleo y lleva la información a los ribosomas, donde se produce la TRADUCCIÓN (síntesis de proteínas); en este proceso también intervienen el ARNt que transporta los aminoácidos y el ARNr, que forma los ribosomas.

1. EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Dogma Central de la Biologia Molecular Replicación ADN Transcripción Traducción + ARN + Proteina Descubrimiento de los retrovirus. Replicación Replicación Tr cnpción ADM AREN Traducción - - Proteina Transcripción inversa

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

¿EN QUÉ CONSISTE EL PROCESO?

La replicación o duplicación es el proceso mediante el cual se sintetiza una nueva molécula de ADN a partir de otra ya preexistente, que sirve como molde. Es un proceso clave dentro del ciclo celular. Tiene lugar en la fase S de la interfase y tras ella, la división de la célula se produce en un breve espacio de tiempo. El mecanismo general de la replicación lo intuyeron Watson y Crick cuando establecieron la estructura de doble hélice del ADN y la complementariedad de las bases. Este mecanismo, conocido como replicación semiconservativa, propone que la doble hélice del ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan; a partir de cada una de las dos cadenas se forma una nueva, que es complementaria de la que ha servido como molde.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

¿EN QUÉ CONSISTE EL PROCESO?

Se demostró que el modelo correcto es el semiconservativo: cada doble hélice hija está formada por una de las dos cadenas del original y por otra cadena nueva que se sintetiza tomando aquella como molde.

Teoría Semiconservativa Teoría Conservativa Teoría Dispersiva Cinta vieja Cinta nueva C Conservativo: una doble hélice hija conserva intactas las dos cadenas originales a lo largo de sucesivas generaciones y la otra doble hélice hija está formada por cadenas de nueva síntesis. 2000 X Dispersivo: la doble hélice original se rompe en fragmentos. Cada una de las cadenas de la doble hélice hija contiene fragmentos de la cadena original y otros fragmentos de nueva síntesis.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

PROCARIOTAS: FASE DE INICIACIÓN

Se produce el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. En el cromosoma bacteriano, la replicación tiene un origen único en un lugar del cromosoma llamado oriC en el que predominan nucleótidos de A y T. En el origen oriC se producen múltiples copias de unas proteínas (ADN A) específicas que enrollan el ADN para formar un complejo. Estas proteínas reconocen el origen de replicación, provocan la apertura y facilitan la entrada al resto de moléculas implicadas. El complejo ADN-proteína se une a una helicasa, que rompe los p. de H. entre las bases nitrogenadas para que la doble hélice se abra. Cuando la doble hélice se desenrolla las girasas y topoisomerasas evitan las tensiones en áreas próximas, rompiendo y soldando la hélice en esos puntos. Las proteínas SSB se unen a las hebras molde, impidiendo que se vuelvan a enrollar.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

PROCARIOTAS: FASE DE INICIACIÓN

En las células procariotas burbuja de replicación origen de replicación horquillas de replicación

• En el lugar de origen de replicación (oriC) se forma una burbuja de replicación, en la que hay dos zonas con forma de Y denominadas horquillas de replicación.
• Este proceso se va extendiendo en los dos sentidos de la cadena, por lo que decimos que la replicación es bidireccional.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

PROCARIOTAS: FASE DE ELONGACIÓN

En esta fase se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Además de las enzimas que actúan en la fase de iniciación intervienen las ADN polimerasas (I, II y III) que desarrollan una doble actividad:

• Actividad polimerasa: unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN. Reconocen la hebra molde, seleccionan el nucleótido cuya base es complementaria a la de la hebra molde y lo unen.
• Actividad exonucleasa: eliminan nucleótidos cuyas bases están mal apareadas y lo sustituye por el correcto, es decir, ayuda a corregir errores. Posteriormente una ADN ligasa une los fragmentos.

La ADN polimerasa actúa igual en las dos hebras del ADN. Recorre las hebras molde en sentido 3'-5' y va uniendo los nucleótidos en el extremo 3', por lo que la nueva hebra se forma en dirección 5'-3'. Como el ADN tiene dos hebras antiparalelas, la de sentido 5'-3' se sintetiza de manera continua, mientras que la 3'-5' lo hace de forma discontinua mediante los fragmentos de Okazaki.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

PROCARIOTAS: FASE DE ELONGACIÓN

1. Cuando se forma la burbuja de replicación, la ADN polimerasa une nucleótidos solo en uno de los dos sentidos, ya que las dos hebras son antiparalelas. La síntesis de una de las nuevas hebras se realiza sin interrupciones en sentido 5'-3' y se requiere un solo cebador. Esta hebra sintetizada de manera continua es la conductora o líder.
2. La ADN polimerasa necesita un fragmento de unos 10 nucleótidos de ARN llamado cebador o primer con un extremo hidroxilo 3' libre al que añadir los nuevos nucleótidos. Este cebador lo sintetiza una ARN polimerasa llamada primasa y está formado por una secuencia de nucleótidos complementaria de la cadena molde en el lugar concreto donde se va a iniciar la replicación.
3. En la hebra retardada se forman pequeños fragmentos de ADN llamados fragmentos de Okazaki. Cada uno requiere un cebador. Posteriormente, la ADN polimerasa I elimina el cebador y rellena los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, la ligasa suelda los fragmentos obtenidos hasta completar la síntesis de la hebra retardada.
4. La síntesis de las nuevas hebras es bidireccional y semidiscontinua, y se realiza en sentido 5'-3. La hebra conductora se hace de forma continua y requiere un único cebador y la hebra retardada se hace de manera discontinua y requieren muchos ARN cebadores. La síntesis de ambas hebras se realiza de manera simultánea hasta que se termina totalmente la duplicación.

Replicación del DNA parte 3: Replicación de la hebra conductora Replicación de ADN C Share T G Echemos un vistazo más de cerca a la construcción de la nueva cadena de DNA C A C G T G G A C 5' A T G C A C G A T G c A G T c G Watch on YouTube 1 £

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

PROCARIOTAS: FASE DE TERMINACIÓN

• La replicación tiene lugar en ambos sentidos de las cadenas hasta llegar a un punto del cromosoma bacteriano llamado Ter, situado en posición opuesta al de iniciación. Este punto está formado por una secuencia de nucleótidos a la que se fija una proteína (Tus) que bloquea el avance de las enzimas y la replicación termina.
• El resultado final son dos concatenados ligados en el espacio y que se separan por la acción de una topoisomerasa.

Horquilla de replicación ADN circular bicatenario OO

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

EUCARIOTAS

• Los cromosomas de eucariotas tienen muchos orígenes de replicación debido a la gran longitud de la cadena.
• Varía el tamaño de los fragmentos de Okazaki: de 1000-2000 nucleótidos en procariotas a 100-200 en eucariotas.
• Existen 5 tipos de ADN polimerasas en lugar de 3 (a, B, y, 6, ε). La y interviene en la replicación del ADN mitocondrial.
• Simultáneamente a la replicación, se van sintetizando las histonas y formando los nucleosomas.

2. LA REPLICACIÓN DEL ADN

EUCARIOTAS

• La replicación del ADN se va completando hasta llegar al extremo del cromosoma: el telómero, formado por secuencias cortas de nucleótidos ricas en G (GGGTTA). Cuando se elimina el último ARN cebador, la hebra retardada queda incompleta, ya que la ADN polimerasa no puede rellenar el hueco, al ser incapaz de sintetizar en dirección 3'-5'. Esto hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, lo que puede suponer una pérdida de información genética importante, relacionada con los procesos de senescencia (envejecimiento) y muerte celular.
• Para paliar el acortamiento de los cromosomas, las telomerasas reconocen la secuencia rica en G e los telómeros y la alarga en el extremo 3'.

DE PASTOR Replicación del ADN Share 1 11 Helicase Watch on C YouTube

3. LA TRANSCRIPCIÓN

La síntesis del ARN (TRANSCRIPCIÓN) necesita los siguientes elementos:

• Una cadena de ADN que actúe como molde. De las dos cadenas de nucleótidos solo la de sentido 3'-5' (cadena molde) se transcribe, mientras que la otra (cadena informativa o codificante) no lo hace.
• Del proceso se encargan las ARN polimerasas (una en procariotas, tres en eucariotas: I, II, III).
• Nucleótidos de A, G, C y U se unen mediante un enlace éster entre el ácido fosfórico del extremo 5' de un nucleótido y el grupo -OH ubicado en el extremo 3' del siguiente.

ARN polimerasa Cadena codificante 5' T3' 3' -5' Cadena molde ARN 5 Cadena codificante 51 ATGAT CTCGTAA '3' ARN 5' A U GAUC ' 3' - 1 Cadena molde 3' T A C T A G A G C A T T 5' ADN 3'

3. LA TRANSCRIPCIÓN

INICIACIÓN

• Comienza cuando la ARN polimerasa reconoce una señal en el ADN que indica el inicio del proceso. Esta señal se llama promotor, e indica dónde debe iniciar la síntesis y cuál de las dos cadenas de ADN se usa como molde.
• La ARN polimerasa hace que la doble hélice se abra y se forme la burbuja de transcripción, quedando expuesta para que se vayan formando los nucleótidos que se van a unir para constituir el ARN.
• En procariotas solo hay una ARN polimerasa, que reconoce por sí misma al promotor y se une a él.
• En eucariotas hay tres polimerasas (I, II, III). En la etapa de iniciación se necesita la presencia de unas proteínas llamadas factores de transcripción, que se fijan en el promotor y la ARN polimerasa comienza entonces la transcripción.