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Bolilla 11: Ácidos nucleicos
• DNA: Características estructurales. • REPLICACIÓN del DNA• Concepto de mutaciones y mutágenos • Flujo de la información genética: Tipos de RNA:
mensajeros, ribosomales y de transferencia• TRANSCRIPCIÓN: Etapas. Importancia de los
procesos de maduración, intrones y exones. • TRADUCCION: Características generales de la Síntesis
de proteínas• Nociones sobre alimentos transgénicos
ADN
ARN
Péptido o proteína
Replicación
Transcripción
Traducción
DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA
Disposición del ADN en los cromosomas
Fragmento de ADN en doble hélice
Cromatina enrrollada sobre histonas
Cromatina empaquetada
en nucleosomas
Fragmento de cromosoma extendido
Fragmento de cromosoma condensado
Cromosoma
Cada molécula de ADN se encuentra empaquetada en los cromosomas en una
longitud 10.000 veces menor.
Gen
EXPRESION DE UN GEN
GEN
SINTESIS DE PROTEINAS
REGULACION DE LA TRANSCRIPCION
SINTESIS DE ARN TRANSFERENCIAL
SINTESIS DE ARN RIBOSOMAL
ÁCIDOS NUCLEICOS:
ESTRUCTURA MOLECULAR DEL ADN
3’ 5’
3’5’
1953. Watson, Crick y Wilkins
- hélice con giro a la derecha.- Cadenas complementarias y antiparalelas.- Desoxinucleótidos de A, T, G, y C.- G-C 50% más fuerte que A-T.
El Código genético esta dado por la secuencia de las bases
UNIONES ENTRE DESOXINUCLEOTIDOS EN EL ADN
Uniones Puente Hidrógeno
Esqueleto Azúcar-Fosfato
Esqueleto Azúcar-FosfatoPares de Bases
3’5’
5’3’
F
AzT
F
Az
A
F
AzC
F
Az
G
F
AzC
F
Az
G
F
AzT
F
Az
A
F
AzC
F
Az
G
OH
HO Nucleótido
REPLICACIÓN
Proceso de Replicación del ADN
ADN de doble cadena original
Producto intermediario en la replicación
semiconservativa
Dos moléculas de ADN de doble cadena hijas
CARACTERISTICAS GENERALES DE LA REPLICACION
-Semiconservadora. Necesita de una cadena molde de ADN
-Dirección 5’→ 3’
- Las nuevas hebras son antiparalelas: rezagada y continua.
-Las enzimas que intervienen en la unión de los nucleótidos se denominan ADN polimerasas (I,II,III)
-Necesita de un cebador, secuencia de ARN
-Se producen uniones A=T y G C
-Se lleva a cabo en el núcleo y mitocondrias de células animales y en cloroplastos de células vegetales.
=
1) POLIMERASAS: Unión de nucleótidos
2) - HELICASAS. Separan las cadenas requiriendo ATP.
3) - TOPOISOMERASAS. Eliminan tensiones en la
estructura helicoidal del ADN.4)- PROTEÍNAS DE UNIÓN AL ADN. Estabilizan las cadenas separadas 5)- PRIMASAS Síntesis de Cebadores (fragmentos cortos de ARN)6)- ADN POLIMERASA I: Elimina los cebadores y los reemplazados por ADN (dNTP).
7) ADN LIGASAS Unión de segmentos de DNA
ENZIMAS Y FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACION
Sistema ADN replicasa o Replisoma
proteínas de unión al ADN
Cadena adelantada
ADN Polimerasa
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
ADN Polimerasa
Fragmentos de Okazaki
• Cada una de las hebras del ADN bicatenario sirve de molde para la síntesis de una cadena nueva
• Por lo tanto, las moléculas nuevas de ADN estarán constituidas por una cadena nueva y una vieja
• De allí que este proceso se defina como REPLICACIÓN SEMICONSERVADORA
Complejo de reconocimiento del origen (ORC)
Reparación del ADN
•El mantenimiento de la información contenida en el ADN es vital y requiere que cada célula mantenga un complicado sistema de reparación.
•El ADN puede ser dañado por diversos agentes ambientales o por procesos espontáneos.
•Una lesión no reparada del ADN, puede transmitirse a generaciones futuras y se denomina, en general, mutación.
•La presencia de defectos en genes que codifican las enzimas de reparación del ADN tienen graves efectos.
Estructura del RNA
Tipos de RNA y características específicas
RNA
RNA ribosomal
RNA transferencial
RNA mensajero
Tipo de ARN Características estructurales Función
RNA ribosomal (RNAr) Se asocia con proteínas. Componente estructural de
ribosomas
RNA transferencial (RNAt)
Un RNAt específico para c/aa. (hoja de trébol)- Extremo 3’: CCA
Transporte de aa al complejo Ribosoma-
RNAm
RNA mensajero (RNAm) Transcripto primario. Cola poli-A 3’. Caperuza de 7-metil
guanosina 5’.
Molde para síntesis de proteína
CARACTERISTICAS DE LA TRANSCRIPCION
• Requiere de ADN y copia una porción de una de las hebras (gen)
• Utiliza los ribonucleótidos de A, U, G y C• La dirección de la copia es 5´ 3´, hebra molde dirección 3´
5´• La enzima que cataliza la unión de los ribonucleótidos se
denomina ARN polimerasa• No requiere cebador• La polimerasa se une a secuencias denominadas
PROMOTORES (en el DNA)• Se transcriben porciones codificantes (exones) y
porciones no codificantes (intrones)
PROCESO DE TRANSCRIPCION
• El ADN se desenrolla y forma una “burbuja de transcripción”
• Consta de 3 FASES:
a)INICIACION
b)ELONGACION
c)TERMINACION
Desenrollamiento del DNA y unión de la POLIMERASA al PROMOTOR
Acción de la POLIMERASA (TRANSCRIPCION)
Disociación de la POLIMERASA y liberación del ARN transcripto
Modificaciones post-transcripcionalesARN transcripto primario:
AAAAAAAAA
ARNm maduro
5´ CAP
polyAAUG
proteína
Traducción
AUG UAA
Corte y empalme Poliadenilación
Exon 2Exon 1 Exon 3Intron 1
Intron 2
AUG7-metil Guanosina trifosfato
1º) Formación casquete CAP y cola Poli A
2º) Eliminación de Intrones
3º) Traslado del RNA m maduro desde el núcleo al citosol
4º) Proceso de Traducción (síntesis de una proteína)
5º) Modificaciones post-traduccionales
Splicing espliciosoma
Maduración del ARNm
CODÓN
Código genético
AUGCAGUGGAAACUAUAG ARNm
codón
Met- Gln–Trp—Lys-Leu-stop
-Universal: es idéntico para las distintas especies anim. y veget.
-Degenerado: más de un codón codifican para el mismo aa.
BIOSINTESIS DE PROTEINAS TRADUCCION O TRANSDUCCION
• Ocurre en citoplasma • Intervienen 3 ARN diferentes: mRNA, rRNA, tRNA• El mRNA es leído en dirección 5´ 3´• La cadena polipéptidica se sintetiza desde el N-terminal al C-
terminal. • Consta de 4 etapas: 1. Activación de los aminoácidos 2. Iniciación 3. Elongación 4. Terminación y liberación de la cadena polipeptídica
Enz-+NH2-C-COO-AMP + ARNt
Activación de aminoácidos en procariotas
Aminoacil-tARN sintetasa
+NH3-C-COO- + ATP
R
Enz-+NH2-C-COO-AMP
R
Complejo Aminoaciladenilato-Enzima
+NH3-C-COO-ARNt + AMP + Enz
R R
Anticodón
UAC
fMet
UAC
fMetEnz- -AMP
Anticodón
UAC
Aminoácido
Mg++ PPi
ESTRUCTURA DE RNA TRANSFERENCIAL (RNAt) y unión del AMINOACIDO
Traducción de Proteínas. Alargamiento de la cadena
peptídica
Codón de inicio
Complejo de inicio 70S
Aminoacil-tARN
Unión del Aminoacil-tARN entrante
NH2-
Peptidil transferasa
3’
A
5’
P
fMet
AA2
NH2-
AUG
UAC
Translocasa
GTP
GDP+ Pi
5’ 3’
fMet
UAC
NH2-
APAUG
Codón siguiente
Anticodón
UAC
AA2
GDP + Pi
3’
fMet
UAC
NH2-
APAUG
Anticodón
UAC
AA2
GTP
Anticodón
UAC
AA2
3’
fMetNH2-
APAUG
Formación de Unión peptídica
ribozima
• Desformilación (eliminación de grupo formilo).
• Glicosidación (adición de cadenas de oligosacáridos a las proteínas por acción de las glucosil transferasas).
• Formación de puentes disulfuros -S-S- (entre grupos –SH de cisteínas dentro de la misma cadena o de cadenas diferentes por acción de proteín-disulfuro isomerasa).
• Fosforilación, Acetilación, Metilación, Etc.
Modificaciones post-traduccionales de las proteínas
ALIMENTOS TRANGENICOS
No sólo se requieren más alimentos, sino también mejores alimentos
Técnica del
DNA recombinante
INGENIERÍA GENÉTICA
TRANSGEN
Gen extraño presente en el DNA de un organismo
Los OGMs son parte de la solución
Aumentar la producción de alimentos
- Introducir resistencia a pestes y enfermedades- Introducir tolerancia a temperaturas y sequías- Expandir la producción a suelos marginales
Aumentar la calidad nutricional- Compensar deficiencias en vitaminas y micronutrientes- Eliminar compuestos tóxicos: cianuros, glicoalcaloides, etc.
Disminuir la degradación del medio ambiente
- Introducir caracteres genéticos que requieran baja o mejor utilización de insumos químicos- Promover aplicaciones en biorremediación
Organismos Genéticamente Modificados (OGM)
Un OGM es un organismo (vegetal, animal, microorganismo o virus) en el cual se ha introducido información genética precisa y definida en forma deliberada y dirigida a obtener un determinado fenotipo
La introducción de dicha información genética no podría haber sido adquirida por ese organismo por si mismo
Tolerancia a herbicidas
• Esta modalidad engloba a la mayor parte de las plantas transgénicas actuales
• Ejemplos: maíz, eucalipto, soja, caña de azúcar
• Un ejemplo cotidiano es la Soja Roundup Ready
Obtención de nuevos productos y alteración de la calidad nutricional
• La empresa Calgene produjo aceites ricos en ácido esteárico.
• Se alteró la composición en hidratos de carbono con vistas a la producción de tubérculos de papa, aumento del contenido de almidón y reducción de amilosa
• En el año 2000 se informó la obtención de arroz genéticamente modificado que produce beta- carotenos, precursor de la vitamina A