Replicación, transcripción y traducción del ADN en biología molecular

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Dogma Central de la Biología Molecular

REPLICACIÓN TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓNDogma Central de la Biología Molecular DNA replication 0000000000 DNA Single-stranded DNA Transcription Reverse transcription Transcription and replication RNA Translation N- -C Protein

Replicación

Complementary New Strand A A G Parent Strands V 5 D A Adenine A T Thymine G Guanine C Cytosine Complementary New Strand

Características principales de este proceso

• Semiconservativo (se mantiene una hebra hija y se copia)
• Bidirecccional (en cada burbuja de replicación ocurre el proceso en ambas horquillas)

Semiconservativo Una molécula de DNA Bidirecccional Duplicación del DNA replication forks_ Dos moléculas idénticas de DNA, cada una con una cadena parental y una cadena hija nueva. 1 μm▪

• Simultaneo: (ambas hebras se copian en el mismo momento)
• Semidiscontinuo: (hay una hebra continua y una hebra sintetizada en fragmentos de Okazaki)

Síntesis de la cadena líder

Simultáneo G A AT GC c < G A 1 Molécula de DNA parental G G IT A G 2 DNA parental desenrollado A A SC G SC A T T ( TC A T A IT G G c DNA sintetizadas con bases complementarias T ( A A C 0 G C G C G A A 1 G G A ) T T A A C G C C G TCA T(A nucleotidos libres G G Síntesis de la cadena líder Nucleótidos agregados de manera continua al extremo 3' L 3 5' 5' 3' Cadena líder Cadena retrasada 3' 5 Fragmento anterior Último fragmento Cadena individual DNA progenitor

Síntesis de la cadena retrasada

4 Nueva molécula de DNA compuesta de una cadena parental y una nueva cadena hija Semidiscontinuo 3 Nuevas cadenas C T ( G a las bases de las cadenas parentales TREPLICACIÓN

Replicación Paso a Paso

Complementary New Strand 7 Parent Strands A Adenine T Thymine G Guanine C Cytosine Complementary New Strand

1. Apertura de la doble hélice

1. La apertura de la doble hélice en las horquillas de replicación lo realiza la HELICASA burbujas de duplicación a) DNA M DNA helicasa b) DNA helicasa 15' 3' 1 horquillas de duplicación 5' 35' 3'

2. Síntesis del partidor

2. La síntesis del partidor lo realiza la PRIMASA (que es una RNA polimerasa) 3'HO- 5' 3' RNA primer DNA primase 3'HO- 5' 5' 3' Figure 5-11 Molecular Biology of the Cell 5/e (@ Garland Science 2008)

3. Copia de las cadenas

3. La copia de las cadenas lo realiza la DNA polimerasa DNA polymerase #1 3 c) 5 síntesis continua 3 síntesis discontinua DNA polimerasa #2 5 d) La DNA polimerasa #1 continúa a lo largo de la cadena DNA parental. 3' 5' 5' Sale DNA polimerasa #2 síntesis continua 3 síntesis discontinua 3 DNA polimerasa #3 5'

Síntesis de ácidos nucleicos

La síntesis de los ácidos nucleicos avanza de 5 a 3 El molde tiene un extremo 3'-OH libre 5' PPPPP OH3' P P P PPPPPPPP 3' 5' El nucleótido entrante tiene tres grupos fosfato en la posición 5' 5'PPP OH 3' 5' PPPPP OH3' PPP PPPPPPPP 3' 5' Un difosfato es liberado cuando se agrega el nucleótido a la cadena PP 5' P P P P P P . 3' OH P P P P P P P P P 3' 5' DNA polimerasa El DNA es sintetizado al agregar nucleótidos en el extremo 3'OH, siempre en sentido 5' -> 3'

Cadena Atrasada y Fragmentos de Okasaki

La cadena Atrasada se sintetiza en Fragmentos de Okasaki La DNA polimerasa continúa a lo largo de la cadena DNA parental. 3' 5' 5' síntesis continua 3' síntesis discontinua 3' DNA polimerasa 5'

4. Unión de fragmentos

4. La unión de fragmentos lo realiza la LIGASA 3' 3' 5' e) 5 Sale DNA polimerasa #3 3 5' 3' DNA polimerasa #4 5' La DNA ligasa liga cadenas DNA hijas.

Replicación del ADN

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN Chromosomal proteins (histones in eukaryotes and archea) removed DNA polymerase III 3 Replication fork DNA helicase Stabilizing proteins (a) Initial processes Primase 3 U T Replication fork 2 Leading strand P+ P RNA primer (b) Synthesis of leading strand Replication fork Triphosphate nucleotide - Okazaki fragment Lagging strand RNA primer 2 3' 3 5 4 DNA ligase (c) Synthesis of lagging strand Primase DNA polymerase III DNA polymerase I Copyright 2006 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Revisemos el siguiente video: https://youtu.be/WtRA-NsERKY?si=xzjRn88ubhl9S-4C https://app.jove.com/embe d/player?id=11546&acces s=23a3f7e20d&t=1&s=1 &fpv=1 1 3' 5' Triphosphate nucleotide 5' DNA polymerase III

Enzimas y proteínas en la replicación

Enzima o proteína	Acción
Helicasa	Separa la doble hélice para usar cada hebra como molde
Proteínas SSB	Estabilizan las hebras separadas del DNA
Primasa	Sintetiza el partidor (RNA) que requiere la DNA polimerasa
Topoisomerasa	Relaja el superenrrollamiento del DNA generado por la helicasa
DNA pol III	Realiza la síntesis del DNA usando una hebra como molde
DNA pol I	Remueve el partidor de RNA de las hebras recién sintetizadas
Ligasa	Une los fragmentos de Okazaki

Actividad: Unir enzimas con su función

ACTIVIDAD:Unir las siguientes enzimas con su respectiva función: PRIMASA LIGASA HELICASA ADN POLIMERASA Unión de los fragmentos de Okasaki. Evitar el superenrollamiento. Apertura de la doble hélice. Copia de las cadenas de AND. Impide la unión de la doble hélice. Síntesis del partidor.

Transcripción

gen DNA (núcleo) (citoplasma) a) Transcripción La transcripción de un gen produce un RNAm con una secuencia de nucleótidos complementaria a una de las cadenas de DNA. RNA mensajero (RNAm) La traducción del RNAm produce una molécula proteica con una secuencia de aminoácidos determinada por la secuencia de nucleótidos en el RNAm. b) Traducción ribosoma proteína

Proceso de transcripción

Como ocurre la transcripción La transcripción es realizada por la enzima RNA polimerasa que lee el molde de ADN de 3' a 5' y polimeriza de 5' a 3' No tiene lectura de prueba, comete 1 error / 10.000 nucleótidos copiados No necesita partidores (primers) 3' 5' RNA polimerasa DNA de doble hebra Configuración cerrada 1 Dirección de la transcripción Ribonucleosido trip La hidrólisis de los NTP aporta la energía necesaria para la reacción Canal de salida Sitio activo Túnel ribonucleosido trip 5' Transcrito de RNA recién sintetizado Corta región de hélice DNA/RNA Figure 7-7 Essential Cell Biology 3/e (@ Garland Science 2010)

Mecanismo de la transcripción

Como ocurre la transcripción Caja TATA Sitios de reconocimiento Región transcrita 5' 3º 3ª Promotor - 1 ARN polimerasa Cadena templado 5 G DNA‹ A 3' 5' 00 0 A C G U Desenrollando G G C A mRNA RNA polymerase 5' Híbrido RNA - DNA 1 5' 3ª 3ª 5ª ADN Molde de cadena sencilla Cadena codificante C A T C G T 3' A T C G G 3 Reenrollando 5' -3º 3 -5' ADN La doble hebra de ADN se desenrolla dejando entrar al complejo de la RNA polimerasa y se vuelve a enrollar cuando se aleja. Una de las hebras del ADN funciona como molde, y el mRNA se va construyendo a partir de este molde. Sólo una de las cadenas del ADN (templado) es transcrita. La secuencia del transcrito de RNA es complementaria a la cadena templado. La cadena de ADN que no es transcrita se denomina cadena codificante. Esta cadena tiene la misma secuencia del transcrito del ARN, excepto que las T ocupan el lugar de las U 5 ADN

Transcripción en eucariontes

Transcripción en eucariontes Existen 3 RNA polimerasas En el inicio de la transcripción participan generales una serie de proteínas llamadas factores de transcripción La transcripción es dependiente del grado de empaquetamiento del DNA (eucromatina o heterocromatina) donde se encuentra el gen a transcribir

TABLE 7-2 THE THREE RNA POLYMERASES IN EUCARYOTIC CELLS
TYPE OF POLYMERASE	GENES TRANSCRIBED
RNA polymerase I	most rRNA genes
RNA polymerase II	protein-coding genes, miRNA genes, plus genes for some small RNAs (e.g., those in spliceosomes)
J
RNA polymerase III	tRNA genes 5S rRNA gene genes for many other small RNAs

La RNA polimerasa II produce los RNAs mensajeros que codifican para proteínas Table 7-2 Essential Cell Biology 3/e (@ Garland Science 2010)

Tipos de RNA y sus funciones

Todos los tipos de RNA de la célula se producen por el proceso de transcripción

Tabla 7-1 Tipos de RNA producidos en las células
Tipos de RNA	Función
mRNA	codifica proteínas
rRNA	forma parte de la estructura del ribosoma y participa en la síntesis de proteínas
tRNA	utilizado en la síntesis de proteínas como un adaptador entre el RNA y los aminoácidos
RNA pequeños	participa en la maduración del pre-mRNA, el transporte de las proteínas hacia el ER, y en otros procesos celulares

Transcripción procarionte vs eucarionte

Transcripción procarionte v /s eucarionte CÉLULA HUMANA BACTERIA Núcleo ADN Transcripción Procesamiento ARNm Polipéptido Traducción Citosol Ribosoma Transcripción ADN Polipéptido C Traducción ARNm Ribosoma Citosol

Etapas de la transcripción

Etapas de la transcripción: Iniciación ocurre cuando al enzima ARN polimerasa se une a una región de un gen llamada promotor. Esto le indica al ADN que se desenrolle para que la enzima pueda "leer" las bases en una de las hebras de ADN. La enzima está ahora lista para crear una hebra de ARNm con una base complementaria de bases. - activator protein TATA box start of enhancer (binding site for activator protein) BINDING OF transcription GENERAL TRANSCRIPTION FACTORS, RNA POLYMERASE, MEDIATOR, CHROMATIN REMODELING COMPLEXES, AND HISTONE ACETYLASES chromatin remodeling complex mediator histone-modifying enzyme TRANSCRIPTION BEGINS Elongación es la adición de nucleótidos a la hebra de ARNm. La ARN polimerasa lee la hebra desenrollada de ADN y construye la molécula de ARNm, usando pares de bases complementarias. Hay un breve momento durante este proceso en que la nueva molécula de ARN esta unida al ADN desenrollado. Durante este proceso, una adenina (A) en el ADN se une a un uracilo (U) en el ARN. Terminación es el término de la transcripción, y ocurre cuando la ARN polimerasa cruza una secuencia de terminación en el gen. La hebra de ARNm esta completa y se separa del ADN.

Señales de inicio y fin de transcripción

Señales en el DNA indican donde comienza y termina la transcripción La RNA polimerasa se une al DNA en sitios específicos de la cadena molde llamados promotores. Un promotor es una secuencia corta que no es transcrita por la polimerasa, pero a la cual ella se une para iniciar la transcripción. Hay evidentes similitudes en las secuencias de diferentes promotores. Los promotores difieren en la eficiencia: los promotores fuertes causan frecuentes inicios de la transcripción (cada 2 seg en algunas bacterias); los promotores débiles pueden transcribir sólo cada 10 min. La transcripción comienza en un sitio llamado +1 Una secuencia llamada terminador indica el sitio donde se detiene la transcripción - activator protein enhancer (binding site for activator protein) TATA box start of transcription BINDING OF GENERAL TRANSCRIPTION FACTORS, RNA POLYMERASE, MEDIATOR, CHROMATIN REMODELING COMPLEXES, AND HISTONE ACETYLASES chromatin remodeling complex mediator histone-modifying enzyme TRANSCRIPTION BEGINS