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Genética molecular I
Replicación y Transcripción del ADN
Genética molecular
Cepas S vivas
Cepas R vivas
Cepas S muertas
Cepas S muertas y R vivas
Cepas S vivas
Conclusión: Las bacterias S muertas podían transmitir un “factor
transformante” a las R , convirtiéndolas en patógenas (sintetizan la
cápsula polisacárida)
Del gen a la proteína
Dogma Central de la Biología
Molecular (Crick, 1970)
Crick: Hipótesis de la colinealidad:
correspondencia entre la secuencia de
nucleótidos de un gen y la secuencia de aa
de la enzima que el gen codifica.
Concepto moderno de gen
Cualquier secuencia de ADN que se
transcribe como una unidad de ARN,
incluyendo así todo tipo de ARN y la
posibilidad de que un mismo ARNm sirva
para sintetizar varias proteínas
relacionadas en lugar de una sola.
La replicación del ADN
3
3ª) El ADN se replica de manera dispersiva. Las cadenas
progenitoras se rompen a intervalos y se combinan con los
segmentos nuevos.
Esta controversia fue resuelta por Messelson y Sthal, gracias a unos experimentos
que llevaron a cabo en E.coli
Hipótesis para explicar la replicación del ADN.
Hipótesis
semiconservativa
Cadena antigua
Hipótesis
conservativa
Cadena nueva
Hipótesis
dispersiva
Replicación del ADN en bacterias
FASE DE INICIACIÓN: Desenrollamiento y apertura de la doble hélice
Punto de iniciación (oriC)
Horquilla de
replicación
Horquilla de
replicación


Topoisomerasa
(girasa)
Helicasa
Burbuja u ojo de
replicación
Proteína estabilizadora
(SSB)
 FASE DE ELONGACIÓN: Síntesis de nuevas hebras de ADN (5’-3’)
Hebra molde
3’
5’
5’
Una de las hebras se
sintetiza de modo continuo.
Es la conductora o líder.
3’
5’
3’
3’
Fragmentos de
Okazaki
5’
La ADN polimerasa necesita
un fragmento de ARN (cebador
o primer) con el extremo 3’ libre
para iniciar la síntesis.
Enzimas
que
intervienen
- ARN polimerasa (primasa)
- ADN polimerasa III
- ADN polimerasa I
- ADN ligasa
3’
3’
5’
La otra hebra se sintetiza de modo
discontinuo formándose fragmentos que
se unirán más tarde. Es la retardada.
•
•
Iniciación
Origen de
la replicación
•
•
La ARN primasa (ARN polimerasa ADN dependiente)
sintetiza el cebador (un pequeño fragmento de ARN)
La ADN pol. III añade dnucleótidos complementarios en el
sentido 5’→ 3’
Al ser las cadenas antiparalelas, en una hebra la síntesis es
continua pero en la otra es discontinua (hebra retardada)
y se forman los fragmentos de Okazaki. Se dice que la
síntesis es semidiscontinua
La ADN pol. I: tiene actividad exonucleasa y elimina los
ARN cebadores
Proteínas
estabilizadoras
Burbuja de
replicación
ADN pol III
Helicasa
Elongación
Hebra
conductora
Hebra
retardada
ADN pol I
Primasa
ADN-ligasa
ADN pol III
Dirección general de la replicación
Horquilla de
replicación
1
La primasa sintetiza un cebador en cada hebra
de la burbuja de replicación.
2
Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de
la hebra conductora por el extremo 3’ de cada
cebador.
4
La ADN polimerasa comienza a sintetizar un
fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.
6
La ligasa une los fragmentos de ADN.
Cebador
Primasas
Cebador
3
La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre
cada hebra retardada.
Hebra retardada
Hebra retardada
5
Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de
ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN.
Nuevo cebador
Ligasas
Nuevo cebador
FASE DE TERMINACIÓN
• La ADN ligasa une todos los fragmentos (se requiere ATP)
• Las hebras se vuelven a enrollar
CORRECCIÓN DE ERRORES
• La ADN pol. ll : actividad exonucleasa
Los errores son heredables (mutación puntual ó génica)
variabilidad
las especies.
evolución de
http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf
Replicación del ADN en células eucariotas
• Varios orígenes de replicación (varios ojos de
replicación). Replicones.
• Fragmentos de Okazaki más pequeños (100 a 200
nucleótidos).
• Se produce de forma coordinada la síntesis de las
proteínas histonas.
• Los nucleosomas ralentizan la actuación de las ADN
polimerasas.
• Existen un total de cinco ADN polimerasas.
• El telómero se va acortando
procesos de
relacionado
envejecimiento y muerte celular.
Replicación del ADN en eucariotas
http://www.bioygeo.info/Animaciones/DNA_replication_3.swf
numerosos replicones
El mecanismo de duplicación del ADN en eucariotas
Hebra conductora
Hebra
retardada
Origen de la replicación
Origen de la replicación
Horquilla
de replicación
Hebra
retardada
Burbujas de replicación
Nucleosomas
Hebra
conductora
Nuevos nucleosomas
La expresión de los genes
La expresión de los genes ocurre en dos etapas
sucesivas: Transcripción y Traducción
• Transcripción
Es el proceso mediante el cual se copia la
información (secuencia de nucleótidos) de un
fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en
el ARN.
• Por consiguiente mediante la transcripción se va a
sintetizar una molécula de ARN.
MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN
Intervienen
-ADN:
- cadena molde: se transcribe
- cadena informativa:
- Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C, y U
(ARNt, ARNr) - ARN-polimerasas (Lee 3’-5’ y sintetiza 5’-3’)
-Principio de complementariedad de bases.
- Cofactores sigma () y rho ().
Procariotas: Transcripción y Traducción a la vez y
mismo lugar.
Eucariotas: Transcripción: en el núcleo.
Traducción: ribosomas.
CARACTERÍSTICAS
Proceso mediante el cual el ARNm copia la
información del ADN
• Es selectivo: sólo se transcriben algunas regiones
del ADN
• Es reiterativo: un gen puede transcribirse muchas
veces
• Sólo se copia una de las cadenas del ADN. Las
enzimas son ARN polimerasas
Expresión génica en procariotas y eucariotas
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
Genes
G. continuos
G. Fragmentados
Exones, intrones
ADN
Asociado a pocas
proteínas no histonas
ARN
polimerasa
1 tipo
Densamente
empaquetado.
Cromatina
3 tipos: síntesis de
ARNr, ARNm y
ARNt
Expresión génica en procariotas y eucariotas
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
Localización Citoplasma y procesos Transcripción:
núcleo. Traducción:
transcripción simultáneos
citoplasma
y traducción
Tipos de
genes
Policistrónicos
Monocistrónicos
Maduración
Sólo para ARNt y
ARNm
Para los tres tipos:
ARNr, ARNm y
ARNt
TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
• Precursor: nucleósido trisfosfato
• ARN pol.: varias subunidades. La subunidad σ reconoce el promotor
como señal de inicio (una secuencia específica de nucleótidos)
• ARN pol. : añade ribonucleótidos 5´ 3´
• Fin de la síntesis: una secuencia específica.
Transcripción en procariotas
Promotor
ARN-polimerasa
5’
3’
3’
5’
Iniciación
3’
5’
5’
3’
ARN
Elongación
5’
3’
3’
5’
Finalización
3’
5’
5’
3’
ARN transcrito completo
Transcripción en eucariotas.
Características:
- Tres tipos de ARN pol.
- Genes fragmentados: maduración (eliminación de intrones y
unión de exones).
- ADN asociado a histonas: nucleosomas.
Elementos que intervienen en la
TRANSCRIPCION
• En este proceso intervienen unas enzimas llamadas ARN-polimerasas o ARN-pol
que tienen las siguientes características:
• Utilizan como molde una de las cadenas del fragmento de ADN y la van leyendo
en sentido 3’5’ y van uniendo ribonucleótidos en sentido 5'3', teniendo en
cuenta su complementariedad con los nucleótidos de la cadena del segmento de
ADN que se utiliza como molde (hay que tener presente que en el ARN la base
complementaria de la adenina es el uracilo).
• En el proceso para formar el ARN se utilizan ribonucleótidos trifosfatos (ATP, GTP,
CTP y UTP). La energía necesaria para crear el enlace que une a los
ribonucleótidos se obtiene de la hidrólisis de los mismos. Cada ribonucleótido
trifosfato se hidroliza dando un grupo P-P, energía y un ribonucleótido
monofosfato que se unirá mediante un enlace éster a la cadena de ARN en
formación.
Etapas de la Transcripción de ARNm en eucariotas.
4 FASES: Iniciación, elongación, finalización y maduración
5’
3’
ARNpolimerasa
5’
3’
A
T
(i)
U G U
A C A
G C
C G
G G C U G C
C C G A C G
ARN
ADN
1. Iniciación:
Una ARN-polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de
unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el
ADN.
ARNpolimerasa
T
A
A
U
C
G
G C
A
U
A
U
C
G
C
G
G C
T
A
T
A
G
C
C
G
A
U
C
A
G
T
C
2. Alargamiento o elongación:
La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos
se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-GTP en el extremo 5‘
con función protectora.
ARNpolimerasa
m-GTP
T
A
A
U
C
G
G C
A
U
A
U
C
G
C
G
G C
T
A
T
A
G
C
C
G
A
U
C
A
G
T
C
3. Finalización:
Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen
finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA-polimerasa añade una serie de
nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm
precursor, se libera.
poliA-polimerasa
m-GTP
A
U
ARNm precursor
G C
U
C
G
U
G
U
A
G
A
A
A
A
A
4. Maduración:
El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de
un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice
la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema
enzimático (Varias RNPpn: espliceosoma) reconoce, corta y retira los intrones y
las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.
ARNm
maduro
cola
Cabeza
AAAAAA
AUG
UAG
Maduración:
3’
5’
Exón 1
Intrón
Exón 2
Proteína
RNPpn
Ribonucleoproteína pqña
nuclear.
Espliceosoma
3’
5’
Intrón
Exón 1
ARNm
5’
Exón 2
3’
Maduración del ARNm (Visión de conjunto).
Región codificadora del gen
ADN
Promotor
E1
I1
E2
I2
E3
Terminador
TAC
ATC
Cabeza E1
ARNm
precursor
ARNm
maduro
I1
E2
I2
cola
E3
AAAAAA
AUG
UAG
Cabeza
cola
AAAAAA
AUG
UAG
Maduración. Comparación entre eucariotas y procariotas
ORGANISMOS PROCARIONTES
Transcrito primario
Los ARNm no sufren
proceso de maduración.
ARNasa
Los ARNt y ARNr se forman a partir de un
transcrito primario que contiene muchas
copias del ARNt y ARNr.
ARNt
ORGANISMOS EUCARIONTES
Exón
ARNr
Intrón
Exón
RNPpn
Bucle
Intrón
Exón
Bucle
Un mismo gen puede madurar de
diferentes maneras, según como se
Punto de unión
eliminen los intrones y exones A partir de
entre exones
un solo gen se pueden obtener diferentes
proteínas. Splicing alternativo
El ARN transcrito primario sufre
un proceso llamado splicing
mediante el que se eliminan los
intrones y se unen los exones.
DIFERENCIAS en la TRANSCRIPCIÓN
EUCARIOTAS
PROCARIOTAS
• Tiene lugar en el núcleo
• Tres ARN polimerasas
• Región nucleoide
• Una ARN polimerasa
• ARN pol. I: transcribe ARNr
• ARN pol. lI: transcribe genes
estructurales. ARNm
• ARN pol. III: transcribe ARNt y un ARNr
• ARN monocistrónico
• Procesado del ARNm
• Los nucleosomas intervienen en el
proceso.
• Señal de terminación: TTATTT
• ARN policistrónico
• No se procesa ARNm
• No hay nucleosomas.
• Señal de terminación: Palíndromo:
GGGCCCTTCCCGGG
Ejemplo de secuencia palindrómica:
“dábale arroz a la zorra el abad”
http://www-class.unl.edu/biochem/gp2/m_biology/animation/m_animations/gene2.swf