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III UNIDAD
INFORMACIÓN
GENÉTICA
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FLUJO DE
INFORMACIÓN A
PARTIR DEL DNA
El dogma central postula un flujo deinformación normalmente
unidireccional
con origen en el ADN y resultado final enlas proteínas.
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REPLICACIÓN: del DNA seobtienen nuevas moléculas,permite
la transmisión de lainformación
TRANSCRIPCIÓN: se obtienenmoléculas de RNAm, quecontiene la
información delDNA. RNA polimerasa
TRADUCCIÓN del RNAm, quedetermina la síntesis de
unaproteína
El dogma contempla:
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El ADN, macromolécula ,constituyente del conjunto de
material genético, o genoma, de un organismo,.
Gen. Secuencia de DNA que contiene la informaciónrequerida para
fabricar una molécula de RNA.
Cada gen se ubica en un sitio determinado del cromosomallamado
locus
Los genes constituyen las entidades biológicas a través de
lascuales se transmiten los caracteres físicos de padres a
hijos.
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La larga cadena de ADN está
compuesta por una doblecadena de nucleótidos, en lasque se
encuentran unidas porenlaces de hidrógeno:
un nucléotido A con uno T, yun C con un G.
El ADN tiene una estructura
espiral, o de escalera decaracol.
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REPLICACIÓN EN EUCARIONTES El ADN es capaz de duplicarse para
obtener dos moléculas
iguales a partir de la molécula inicial y permitir latransmisión
de información
La replicación o duplicación del DNA ocurre durante la
etapa S de la interfase.
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En este proceso son necesarios:
1.- Unidades de construcción:
Desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y
timina2.- Fuente de energía:
La energía es aportada por desoxirribonucleótidos
tri-fosfato:dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
El proceso es anabólico y endergónico
3.- Información: El DNA sirve de molde para su propia
síntesisLa información que posee el DNA es capaz de ordenar 2
nuevas moléculas de DNA idénticas a él.
4. Asiento celular del proceso:Ocurre en el núcleo, cuando el
material genético se encuentracomo cromatina
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Enzimas específicas:
1.- La helicasa
R ompe los puentes de hidrógenode la doble hélice
permitiendo elavance de la horquilla dereplicación.
2.-La topoisomerasa y girasas:Impide que el ADN se
enrededebido al superenrollamientoproducido por la separación
de
la doble hélice. y Adaptan la estructura espacial dela
doble hélice a las necesidadesdel proceso de síntesis
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3.- La DNA polimerasa
Catalizan la unión de nucleótidos (enlace fosfodiéster) en
la
cadena de DNA
Sintetiza la cadena complementaria de forma continua en
lahebra adelantada y de forma discontínua en la hebra
rezagada.
4.-La RNA polimerasa
Sintetiza el cebador de ARN ( 10 nucleótidos) necesario
para
la síntesis de la cadena complementaria a la cadena
rezagada.
5.- La DNA ligasa
Sellan las uniones entre los fragmentos de cadenas o
fragmentos de Okazaki.
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La replicación es de manera semiconservativa:
la nueva cadena se sintetiza utilizando una de lashebras
preexistentes como molde.
Las moléculas de ADN “hijas” están formadas por
una cadena nueva y una original que sirve comomolde.
Cada una de sus cadenas pasa a las células hijas sin
cambiar y actúan de molde o patrón para formaruna segunda
hebra y completar así las dos doblecadenas.
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Para que esto ocurra, la doblecadena de ADN se debe
separar(horquilla de replicación) y
cada cadena (materna) sirvecomo templada (de molde)para ordenar
losdesoxirribonucleótidos del
medio de acuerdo a lacomplementaridad
La ADN polimerasa cataliza la
polimerización de losnucleótidos sintetizándose unanueva cadena
de ADN.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/DNA_replication_split.svg
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REPLICACIÓN DEL DNA
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Recuerde que las 2 cadenasdel ADN son antiparalelas
En cada horquilla:
los nucleótidos de unacadena corren en dirección
3’–5’ al copiarse debe generaruna cadena 5’
- 3’, agregandonucleótidos en el
extremo 3’ amedida que se desplaza lahorquilla.
Se denomina síntesis continua
o adelantada
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/DNA_replication_split.svg
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Cada cadena nueva de DNA crece desde el extremo 5´ hacia
elextremo 3´.-
Base nitrogenada
H. de carbono
Fosfato
Cadena moldeCadena en crecimientoextremo
3 extremo 5
3 end
5 end
5 end
3 end
El DNA ól f i i t lé l b d ( i )
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El DNA sólo se forma si existe una molécula cebadora (primer)de
RNA que proporciona el extremo 3`libre para la acción de la
DNA polimerasa
Cadena nueva
Cadena molde
RNA cebador (primer)DNA
polimerasa
3 5
3 5
3 5
3
5 3
5
Primasa
5 3
-
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Cadena nueva
Cadena molde
RNA cebador (primer)DNApolimerasa
3 5
3
5
3 5
3
5 3
5
Primasa
5 3
Una vez iniciada la síntesis de DNA
El cebador es removido por acción enzimática
Es reemplazado por DNA por acción de la DNA polimerasa Luego la
DNA ligasa une este segmento a la cadena
continua en formación
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Numerosas proteí nas y enzimas participan en el complejo
dereplicación
Cadena líder
DNA parental
RNA
cebador
fragmento deOkazaki
Cadena molde
Cadena molde
Cadena retrasada
3 5
3
5
3
5
Proteínas de unióna cadena simpleDNA polimerasa
DNA girasa
DNA helicasa
Primasa
L d d i t ti d di ti t
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Las dos cadenas nuevas se sintetizan de distintasmaneras
3
3
3 5
3
5
3
3
5
5
3
5
fragmentos de Okazaki
5
5
3
3
3
3
3
3
3
5
5
5
5
5
5
-
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y en la otra cadena endirección 5’ - 3’, debe
copiarseen sentido contrario, en
sentido 3’ -5’.
Se logra de maneradiscontinua o retrasada, loque significa que
seconstruyen pequeños tramosde DNA, llamadosfragmentos de
Okasaki
(DNA polimerasaresponsable de su síntesis)que se ligan entre
síconforme se van formando
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Mecanismo de sí ntesis de la cadena retrasada (1)
3 5 3
5
3
5
3 5
5
3
3
5
DNA polimerasa I
Cadenaretrasada
RNA cebador Primasa RNA cebador
DNA polimerasa III
fragmento de Okazaki
3
5
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3
5
3
5
3
5
3
5
DNA ligasa
DNA nick (mella)
Mecanismo de sí ntesis de la cadena retrasada (2)
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ESQUEMA GENERAL DE REPLICACIÓN
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En la síntesis de la cadena continua o adelantadade DNA,
La DNA polimerasa necesita además de la cadena molde(3’-5’), un
extremo 3’ para el primer desoxirribonucleótido.
El extremo lo da un RNA de unos 10 nucleótidos llamadocebador La
formación del cebador es catalizada por una RNA
polimerasa especifica: la DNA primasa
El cebador: son pequeñas unidades de RNA que se unena los
fragmentos de DNA, para que la ADN polimerasareconozca donde debe
unirse.
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Luego la ADN polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3’de
la cadena en crecimiento.
Catalizan las uniones fosfodiéster (entre el OH del C3 de
la desoxirribosa de un nucleótido y el fosfato ligado al C5
delnucleótido recién arribado)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/DNA_replication_es.svg
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En cambio la cadenadiscontinua oretrasada requiere
quela DNA primasa fabrique
múltiples cebadores,uno para cada fragmentode Okazaki
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TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS
Una vez que se conforman las dos cadenas nuevas de ADN,lo
que sigue es pasar la información contenida en estascadenas a una
cadena de ARN, proceso que se conoce
comotranscripción.
Aquí la enzima responsable es la ARN polimerasa, la
cualse une a una secuencia específica en el ADN
denominadapromotor y sintetiza ARN a partir de ADN.
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El ácido ribonucleico essimilar al ADN (por eso elproceso se
denominatranscripción), peroposeen algunas diferencias
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Para la síntesis de ARN se requiere:
1.- Unidades de construcción: ribonucleótidos deadenina
– guanina – citosina y uracilo
2.- Fuente de energía: la energía es aportada porlos
ribonucleótidos tri fosfato: ATP – GTP – CTP yUT
Es un proceso anabólico y endergónico
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3.- Información: los ARN copian la información
del ADN que funciona como molde
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4.- Enzima especifica: la polimerización de los
ribonucleótidos para formar los distintos ARN escatalizada por
la Transcriptasa o ARN polimerasa
5.- Asiento celular del proceso: la trascripción serealiza en el
núcleo, durante los periodos G1 y G2 dela interfase, cuando el ADN
se encuentra comocromatina
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La transcripción consta de 3 etapas
1.- INICIO:
En la cadena de DNA(3-5!) se encuentran secuenciasespeciales
denominadas Promotor, que se sitúan a unos 25nucleótidos del
lugar de inicio de síntesis de RNA.
El promotor se une a la RNA polimerasa y hace que
estainteractúe con el DNA en el sitio en que debe iniciarse
latranscripción
La secuencia de elevadacoincidencia es TATA,
se denomina caja TATA.
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Se inicia la síntesis de RNA
Existen 3 tipos de RNA polimerasa especializadas en lasíntesis
de diferentes tipos de RNA
RNA I: interviene en la síntesis de las subunidades
grandes de los ribosomas
RNA II: responsables de la síntesis de los precursoresdel
RNAm
RNA III: controla la síntesis de RNAt y lassubunidades
pequeñas de los ribosomas
Ó
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2.- ELONGACIÓN: La doble hélice se escindetemporalmente
La RNA polimerasa II varecorriendo la doble hélice delDNA y
utiliza como molde unade las 2 cadenas
Esta cadena se va leyendodesde el extremo 3’ hacia el
5’
Al mismo tiempo se vanuniendo los ribonucleóticos yla
cadena crece en sentido 5’— 3’
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Los ribonucleótidos se vansituando siguiendo la leyde la
complementaridad
de bases nitrogenadas: A-U
G-C
A medida que se va
desprendiendo la cadenade RNAm recién
sintetizada, el DNA
recupera su
estructura espacial
normal(doble hélice)
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3.- TERMINACIÓN: Al término de la transcripción,
existen secuencias en el DNA,
denominadas Regiones de terminación, en el
extremo 3! ,
donde las RNA polimerasa y el RNA en transcripción seseparan del
DNA.
Parece que está relacionado con la secuencia TTATTT.
Se obtiene un pre RNAm
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La transcripción de genes puede dar lugar a:
ARN mensajero (ARNm):
Se sintetiza sobre un molde de DNA,
Molécula que sirve como molde de la traducción ,transporta la
información del DNA a los ribosomas
Tamaños variables - depende de la longitud de la
proteína que codifican
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Contienen codificada la secuencia de una proteína,tiene:
señales para la iniciación (codón AUG,
quecodifica al aminoácido metionina) y
terminación de la síntesis (codones UAA, UAG
oUGA).
ARN d f i (ARN )
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ARN de transferencia (ARNt):
Pequeños: 75 a 90 nucleótidos
Se conocen unos 60 RNAt distintos, y se encuentran en todas
las células.
Su estructura presenta un plegamiento complejo,
estructurallamada “hoja de trèbol”
Intervienen en la síntesis de proteínas
Transporta y ubica a cada aminoácidos en su lugar, de acuerdoa
la información del RNAm
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Su estructura presenta regiones que contienen 3
nucleótidos(triplete) complementarios de un codón,
denominadoanticodón.
Esta secuencia es especifica para cada aminoácido
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ARN ribosomal (ARNr):
Forma parte de los ribosomas, donde se realiza el proceso
de traducciónFilamentos muy plegados, asociados a proteínas
Forman las subunidades
mayor y menor de los ribosoma
Las subunidades ribosómicas salen por los poros de lamembrana
nuclear
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Luego de la síntesis, las moléculas de ARNr, ARNt y ARNmsufren
en el núcleo modificaciones y adquieren suestructura
definitiva
El RNA experimenta un proceso postranscripcional
Estos pasos básicos son los mismos para la mayoría de los
organismos, Hay diferencias entre los distintos seres vivos
tanto en la
replicación, la transcripción y la traducción
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FENÓMENOS POSTRANSCRIPCIÓN
En organismos PROCARIONTES:
El ARNm se une a los ribosomas y puede ser traducido tal ycomo
es liberado de la ARN polimerasa, ya que se encuentraen el
citoplasma celular y no sufre ninguna modificación.
Incluso, puede ser traducido a medida que es transcrito.
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En los EUCARIONTES:
La traducción y transcripción ocurren en formaseparada.
La transcripción ocurre en el núcleo y latraducción, en el
citoplasma, puede ocurrirminutos, horas o incluso días más
tarde.
Antes de salir del núcleo para ser traducido,
el ARNm sufre dos modificaciones, por lo que esllamado
pre-ARNm
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PRIMERA MODIFICACIÓN:
Incorporación de una capucha: Por su extremo 5’ , el RNAm
incorpora un nucleótido
de guanina metilado que actúa como protecciónpara evitar que el
RNA sea degradado por enzimas
especificas
Incorporación de una cola: En el extremo 3’ se añade una cadena
entre 100 y 200
nucleótidos de adenina que se denomina cola depoli-A
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Esta cola tiene como finalidad proteger esteextremo de la
molécula de degradación
enzimática y es posible que intervenga en elpaso del RNA hacia
el citoplasma
Estas modificaciones tienen por objetoaumentar la vida media de
estas moléculasen el citoplasma.
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SEGUNDA MODIFICACIÓN: Corte y Empalme:
El RNAm recién transcrito contienen secuencias de losexones y
las intrones.
Para que el mensaje que contiene el RNAm puedatransformarse en
la proteína correcta, deben eliminarse:
las secuencias no codificantes o INTRONES y
se unen las secuencias codificantes o EXONES.
Diversas enzimas producen el corte y empalme de
lassecuencias
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Exones: secuencias de nucleótidos codificadas quedarán lugar a
la incorporación de aminoácidos durante la
síntesis de proteínas
Intrones: secuencias no codificadoras que no llegan atraducirse
en aminoácidos.
Luego el RNAm maduro pasa al citoplasma a través de
losporos de la carioteca, para la síntesis de la proteína
Los RNAr y RNAt en su maduración adquieren suconfiguración
espacial correcta y pasan al citoplasmapara intervenir en la
síntesis proteíca
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TRADUCCIÓN:SÍNTESIS
PROTEICA
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La información hereditaria se encuentra en el
ADN en forma de secuencia de nucleótidos
La secuencia de nucleótidos determinan la
secuencia de aminoácidos en las proteínas
La secuencia de aminoácidos en las proteínas
determinan la forma de plegamiento hastaquedar con su forma
tridimensional
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La forma tridimensional determina la función de laproteína:
sea una enzima, un transportador, unreceptor, un mensajero..
La función de la proteína determina el fenotipo dela célula y,
así el del organismo
El mensaje escrito en el RNAm a
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CÓDIGO GENÉTICO
El mensaje escrito en el RNAm apartir del DNA se traduce en
unasecuencia de aminoácidos.
El código genético es la claveque permite interpreta
elmensaje.
Mediante el código se estableceuna correspondencia entre:cada 3
nucleótidos consecutivos del RNAm y 1aminoácido
Los 3 nucleótidos o tripletes sedenominan Codon
S 6 bi i ibl 6
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Se generan 64 combinaciones posibles: 43= 64
El conjunto de 64 codones y sus equivalencias recibe el
nombre de código genético
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De los 64 codones posibles, 61 indican aminoácidos
Los 3 restantes NO corresponden a ninguno. Se denominancodones
sin sentido o de terminación de la cadena
REQUISITOS PARA LA SÍNTESIS PROTEICA
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REQUISITOS PARA LA SÍNTESIS PROTEICA :1.- Unidades de
construcción: aminoácidos
2.- Fuente de energía: ATP y GTP
3.- Información: contenida en el RNAm
4.- Enzimas
5.- Factores de iniciación, alargamiento y
terminación:proteínas
6.-Traductor o adaptador: las instrucciones del RNAm
soninterpretadas por el RNAt
7.- Asiento celular: ribosomas libres o asociados a membrana
del REG
LA SÍNTESIS PROTEICA
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LA SÍNTESIS PROTEICA
1.- INICIACIÓN: Comienza con la formación
de un complejo entre elRNAm, la subunidad menordel ribosoma y el
primer
RNAt correspondiente alprimer aminoácido.
Luego se agrega la subunidadmayor
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El RNAt posee elanticodón UAC que
transporta el aminoácidometionina, el que se uneal subunidad
menor delribosoma
El extremo 5’ del RNAm que contienen el
codóncorrespondiente a
metionina (AUG) se unetambién a la subunidadmenor
Ambos tripletes deben ser complementarios: UAC en el
http://1.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPNXKvMI/AAAAAAAAAKs/3JQEQ067aT8/s1600-h/dna+14-31a.jpg
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Ambos tripletes deben ser complementarios: UAC en
elanticodón de RNAt y AUG en el codón del RNAm
A este complejo se unela subunidad
mayor delribosoma
Queda constituido el complejo de iniciación
Las interacciones moleculares durante la formación de
estecomplejo participan proteínas denominadas factores de
iniciación
ELONGACIÓN DE LA CADENA
http://1.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPNXKvMI/AAAAAAAAAKs/3JQEQ067aT8/s1600-h/dna+14-31a.jpg
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ELONGACIÓN DE LA CADENAPOLIPÉPTIDICA
Una vez formado el complejo de
iniciación se distinguen 2 zonas en el ribosoma: el sitio
P o sitio de unión del
metionil- RNAt yel sitio A o sitio de unión del
aminoacil-RNAt
Cuando llega el segundoaminoácido al sitio A
lapeptidiltransferasa cataliza la
unión del grupo COOH delprimer aminoácido con el grupo NH2
del segundo aminoácido.
S b i á id é
http://4.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPceEOUI/AAAAAAAAAK0/aUWiceniEJg/s1600-h/dna+14-31b.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPceEOUI/AAAAAAAAAK0/aUWiceniEJg/s1600-h/dna+14-31b.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPceEOUI/AAAAAAAAAK0/aUWiceniEJg/s1600-h/dna+14-31b.jpghttp://4.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPceEOUI/AAAAAAAAAK0/aUWiceniEJg/s1600-h/dna+14-31b.jpg
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Se unen ambos aminoácidos a travésde enlace péptidico
Quedan unidos al RNAt localizadoen el sitio A.(
dipeptidil-RNAt)
El ribosoma se desplaza con ayuda
de la translocasa y el dipeptidil-RNAt queda ahora en el
sitio P
El RNAt queda libre en el citosol
Queda libre el sitio A para lainteracción del triplete siguiente
conel aminoacil-RNAt que corresponde.
http://4.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPceEOUI/AAAAAAAAAK0/aUWiceniEJg/s1600-h/dna+14-31b.jpg
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La cadena continúaalargándose de unaminoácido por
vez,repitiéndose estemecanismo
Esto ocurre hasta que enel sitio A se ubica unode los tripletes
o codonde terminación
Ó
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TERMINACIÓN OFINALIZACIÓN DE LASÍNTESIS.
Se ubica en el sitio A el codón determinación del RNAm, que
noespecifica la incorporación deningún aminoácido
Este codón puede ser: UAA,UGA, UAG y sobre el no se uneningún
RNAt
Cuando esto ocurre con ayuda de
proteínas denominadasFactores de liberación (RF) yuna
enzima hidrolítica sesepara la proteína terminada delúltimo
RNAt
http://3.bp.blogspot.com/_FZe5zyi_mHA/SfynPcWTMvI/AAAAAAAAAK8/hAeFL54aFZ4/s1600-h/dna+14-31c.jpg
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La proteína puede ir plegándose cuando se estásintetizando o
adquirir su estructura secundaria,
terciaria o cuaternaria una vez liberada. Se separa el RNAm
Las subunidades el ribosoma se disocian
Todos estos elementos pueden ser reutilizados
http://www.whfreeman.com/life/update/
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Lectura del RNAm:
Comienza a traducirse en un lugar determinado
Continúa sin interrupción
En un solo sentido hasta llegar al codón de terminaciónde la
cadena polipéptidica
Las bases nitrogenadas ( o los nucleótidos) se leen de a
3 y sin superposiciones Ej: AUGAAAUUCGGA indica la secuencia
metionina
.lisina – fenilalanina - glicina
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Un mismo RNAm puede ser traducido al mismo
tiempo por varios ribosomas situados en diferentesposiciones a
lo largo de la cadena, estructurasdenominadas polirribosomas.
Sintetizando variascopias de la misma proteína.
Las proteínas:
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Las proteínas:
Sintetizadas por polisomas asociados al retículonecesitan
de secuencias señales y receptores de
reconocimiento para ingresar al interior del retículo através de
su membrana una vez terminada latraducción y seguir
su destino.
Sintetizadas en
polisomas libres
