iv.5. Ácidos nucleicos

Los bloques a partir de los cuales se construyen las biomoléculas

La era genómica

Bacteria, 4 Mb, ~4 mil

genes[Science 269: 1995]

1995

Primer genoma Eukariota,

13 Mb, ~6 mil genes[Nature 387: 1997]

1997

1998Primer genoma

Animal, ~100 Mb, ~20 mil genes [Science 282:

1998]

Humano, ~3 Gb, 25-30

mil genes[Science 291, 2001]

2001 Plasmodium ~23 Mb, ~5 mil genes

[Nature 419, 2002]

2002 Anopheles gambiae, ~270 Mb, ~15 mil

genes[Science 296, 2002]

2002

La secuencia como tal carece de significado, es crucial saber cómo está organizada y cómo funciona

ÁCIDOS NUCLEICOS

EXISTEN DOS TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN Y ARN

ADN: bicatenario, ATCG, desoxiribosa, núcleo

ADN: bicatenario, ATCG, desoxiribosa, núcleo

ARN: monocatenario, AUCG, ribosa, núcleo y citoplasma, tres tipos (ARNm, ARNt, ARNr)

ARN: monocatenario, AUCG, ribosa, núcleo y citoplasma, tres tipos (ARNm, ARNt, ARNr)

EXPERIMENTOS DE AVERYEXPERIMENTOS DE AVERY

DIFERENTES FORMAS

DE REPRESENTAR LOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son anisotrópicos, es decir, tienen dependencia direccional.

En ellos se puede distinguir un extremo 3’ y un extremo 5’, la información siempre se lee en dirección 5’ -> 3’.

Los ácidos nucleicos son anisotrópicos, es decir, tienen dependencia direccional.

En ellos se puede distinguir un extremo 3’ y un extremo 5’, la información siempre se lee en dirección 5’ -> 3’.

El código genético

Codón: unidad básica del código genético. Representa el conjunto de bases que codifica para un solo aminoácido.

Se dice que el código genético es degenerado porque existe más de un codón que codifica para algunos aminoácidos

El código genético

Existen 3 codones de paro (stop).

61 codones con sentido.

Solo triptofano y metionina están codificados por un solo codón.

Serina, arginina y leucina están codificados por seis codones c/u.

Codones de terminación: no codifican para ningún aminoácido, señalan el fin de la traducción. Ningún tRNA tiene un anticodón para ellos.

UAA

UAG

UGA

Región reguladora(Promotor)

Región codificante (ORF)

5’ 3’

Sitio de inicio de la transcripción

5’UTR 3’UTR

Región transcrita

ESTRUCTURA BÁSICA DE UN GENESTRUCTURA BÁSICA DE UN GEN

Sitio de inicio de la traducción

Elementos de respuesta

Definición y estructura del “Gen”• Definiciones:

– Un gen es la unidad básica de herencia de los seres vivos.

– Un gen es una secuencia de nucleótidos derivada de la molécula de ADN, que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica (proteína o RNA)

– Un gen es una región localizable de secuencia genómica, correspondiente a una unidad de herencia, la cual está asociada con regiones reguladoras, regiones transcritas y/o otras regiones de secuencia funcionales.

– Un gen es la secuencia completa de nucleótidos que es necesaria para la síntesis de un producto génico funcional (RNA o proteína)

El gen es considerado como la unidad de almacenamiento de información y unidad de herencia al transmitir esa información a la descendencia.

Los genes se disponen a lo largo de cada uno de los cromosomas.

Cada gen ocupa en el cromosoma una posición determinada llamada locus.

El conjunto de cromosomas de una especie se denomina genoma.

Existen genes en ambas cadenas de ADN genómico.

Definición y estructura del “Gen”• Estructura:

– MUY VARIABLE

– En general los genes eucariotas se organizan en exones e intrones

– Los genes procariotas carecen de intrones y exones, pero pueden ser policistrónicos

Gen de albúmina humana (15 exones)

Gen de defensina humana (2 exones)

Gen de D-SCAM de Drosophila (22 exones)

Definición y estructura del “Gen”• Los exones pueden o no contener información codificante

• Los exones pueden comportarse como intrones y viceversa

Transcritos de la albúmina humana

Definición y estructura del “Gen”• Puede haber genes localizados en lo que es un intrón de otro gen

• Puede haber genes traslapados

• Se pueden generar transcritos con segmentos fusionados de dos genes diferentes

Definición y estructura del “Gen”

• La densidad de genes varía entre organismos

Marco abierto de lectura

(ORF, Open Reading Frame)

Después del codón de inicio, los otros codones se leen en grupos sucesivos de tres nucleótidos.

Ninguna base es “saltada” durante la traducción.

Marco abierto de lectura

(ORF, Open Reading Frame)En un segmento cualquiera de RNAm se pueden identificar 3 posibles marcos de lectura.

Un marco de lectura traslapado es aquél en el que un nucleótido está incluido en más de un codón.

Un marco de lectura NO traslapado es aquél en el que un nucleótido pertenece a un solo codón.

Con los marcos de lectura traslapados, se pueden generar proteínas diferentes a partir de la misma secuencia de RNAm.

Marco abierto de lectura

(ORF, Open Reading Frame)En un segmento cualquiera de DNA se pueden identificar 6 posibles marcos de lectura, 3 en cada cadena.

Cada marco de lectura generará un secuencia de aminoácidos diferente.

TRADUCCIÓNINICIACIÓN

– En PROCARIOTAS, la a secuencia Shine-Dalgarno posiciona el ARNm y su codón de inicio. Es complementaria a una secuenca del RNAr 16S (componente de la subunidad pequeña)

TRADUCCIÓNINICIACIÓN• Diferencias entre procariotas y eucariotas:

1. En eucariotas NO hay una secuencia homóloga a la secuencia Shine-Dalgarno, en su lugar el cap es reconocido por la subunidad pequeña del ribosoma, la que escanea al ARNm hasta localizar el codón AUG.

2. En eucariotas, la identificación del codón de inicio se facilita por la secuencia Kozak que rodea al codón de inicio

EL PROCESO DE EXPRESIÓN GENÉTICAEL PROCESO DE EXPRESIÓN GENÉTICA

Tiene la misma secuencia que el RNAm

Tiene la secuencia complementaria al RNAm

GENES PROCARIOTAS

GENES EUCARIOTAS

GENES EUCARIOTAS

Marco abierto de lectura

(ORF, Open Reading Frame)

Es la región del RNAm que contiene la información para sintetizar una proteína.

Empalme alternativo

REGIÓN REGULADORA: elemento clave en la expresión genética

REGIÓN REGULADORA

5’ 3’

Región transcrita

PROMOTOR

5’ 3’

Región transcrita

Definición y estructura del “Gen”

EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

TRANSCRIPCIÓN

• Síntesis de RNA a partir de DNA.

• La transcripción es el principal punto de control de la expresión genética

• Principales tipos de RNA que se generan durante la transcripción:– RNAm– RNAr– RNAt– microRNAs

• Se pueden transcribir genes codificantes (protein-coding) y no codificantes (RNAt, RNAr, microRNAs)

TRANSCRIPCIÓN• Es catalizada por la enzima RNA polimerasa

• La bioquímica de las síntesis de RNA es común para procariotas y eucariotas, pero la regulación de la transcripción es más compleja en eucariotas.

• La síntesis siempre ocurre en dirección 5’ → 3’

• Ocurre en tres fases – Iniciación– Elongación – Terminación

TRANSCRIPCIÓN• Durante la transcripción, la RNA polimerasa realiza las siguientes funciones:

– Busca en el DNA los sitios de inicio de la transcripción (SITs), señalados por el promotor (elementos con actividad en cis).

– Separa un segmento de ADN de doble cadena para generar el molde monocatenario del cual recibe instrucciones para la síntesis

– Selecciona el dNTP correcto y cataliza la formación del enlace fosfodiéster Este proceso lo repite varias veces conforme se mueve unidireccionalmente a lo largo del molde de ADN.

– Es completamente procesiva: un transcrito se sintetiza de principio a fin por la misma RNA polimerasa.

– Detecta señales de terminación que especifican donde termina el transcrito

– INTERACTÚA con proteínas co-activadoras y represoras que modulan la transcripción (factores de transripción o elementos con actividad en trans)

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTASINICIACIÓN:

Las regiones -10 y -35 varían ligeramente en su secuencias y esto se asocia con la “fuerza” del promotor.

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTASINICIACIÓN:

Las regiones -10 y -35 varían ligeramente en su secuencias y esto se asocia con la “fuerza” del promotor.

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTASPROMOTOR BASAL :

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

Los factores de transcripción y co-activadores pueden ser vistos como llaves que cooperativamente abren diferentes tipos de candados, dando a la RNA pol II acceso a tipos específicos de genes.

RNA de transferencia (tRNA)Existen de 30 a 50 diferentes tRNAs.

Cada uno se une a un solo tipo de aminoácido.

Funcionan como moléculas adaptadoras que llevan y liberan los aminoácidos en ribosoma.

RNAt’s diferentes que aceptan el mismo aminoácido pero que poseen distinto anticodón se denominan tRNAs isoaceptores.

TRADUCCIÓN• El ribosoma se une cerca del extremo 5’ del RNAm y se mueve hacia el extremo 3’,

traduciendo los codones conforme avanza.

• La síntesis de proteínas inicia por el extremo amino y la proteína crece por adición de nuevos aminoácidos en el extremo carboxi-terminal.

MUTACIONES

TRADUCCIÓNEFECTO DE LAS MUTACIONES