PROCESOS GENETICOS BASICOS

2012

Crecimiento y Desarrollo

PARTE I

Genética en medicina: objetivos

• Conocer el riesgo de transmitir o no las enfermedades genéticas

• Orientar sobre acciones preventivas o de tratamiento

• A nivel comunitario se ocupan del diagnostico, seguimiento, recopilación de datos, y su evaluación.

• Para profesionales y publico en general debe ser un servicio educativo

CROMATINAADN

Proteínas Histónicas+ ARN

ADN ARN Ácidos NucleicosÁcidos Nucleicos

Cadenas POLINUCLEOTÍDICASAdenina ( A ), Timina ( T ) Adenina ( A ), Timina ( T )

Guanina ( G ), Citosina ( C ) Guanina ( G ), Citosina ( C ) Adenina ( A ), Adenina ( A ), Uracilo Uracilo ( U ), ( U ), Guanina ( G ), Citosina ( C ) Guanina ( G ), Citosina ( C )

DesoxirribosaRibosa

1’

2’H

5´…CAG...3´5´…CAG...3´

Orientación de las cadenas de ADNOrientación de las cadenas de ADN

Unión fosfodiester

Base

1’

Apareamiento de Bases Nitrogenadas

• ¿QUE ES COMPLEMENTARIEDAD?

ADENINA

GUANINACITOSINA

TIMINA

Estructura del ADNEstructura del ADN

Molécula bicatenariaMolécula bicatenaria

Antiparalela o Antiparalela o sentido contrario sentido contrario

ComplementariaComplementaria

¿Cuáles son las características de la estructura del ADN?

¿Como es la Organización del ADN en el Núcleo Celular?

H2AH2A

H2BH2B

H3H3H4H4

ADNADN ProteínasProteínasHistónicasHistónicas CromatinaCromatina++

Octámero Octámero

H1H1

2 H2A2 H2A2 H2B 2 H2B 2 H32 H32 H42 H4

Nucleosoma(8 moléculas de histonas + 146 a 200 bases de ADN)

ADN puente

ADN

H2A, H2B, H3 y H4 forman el cuerpo donde se enrolla 200 pb de ADNH1 es la histona ligante

Nucleosoma

Pequeña región del ADN doble hélice

Cromatina como cuentas de collar compuestas por los nucleosomas

Fibra de cromatina de 30 nm compuesta por los nucleosomas empaquetados en forma helicoidal

Sección de cromosoma en forma extendida

Sección condensada de cromosoma

Cromosoma metafásico entero

Solenoide

Loops o bucles

Super Hélice empieza la MITOSIS MITOSIS se condensa enormemente.

En interfase la cromatina se desenrolla y dispersa por el núcleo

cuando

Entre cada nucleosoma se encuentra un segmento separador de 20 a 60 pb

100.000 pb

Empaquetamiento del ADN

¿Cómo se define un gen?

Tradicionalmente, un gen se ha definido como un segmento de ADN que codifica para un polipéptido o para una molécula funcional de ARN.

Recientemente, los nuevos descubrimientos han alterado radicalmente esta visión, para adoptar una definición más vaga. De acuerdo con ello, “un gen es una secuencia de ADN que es esencial para especificar una función determinada”. Para llevar a cabo su función el gen no necesita ser traducido a proteína (genes de los ARNr, ARNt) y a veces ni siquiera necesita ser transcripto (regulan)

GEN

¿Cómo es la estructura modelo de un gen eucariota?

Región regula-

toria

ESQUEMATIZACION DEL GEN

Otra secuencia regulatoria fuera de la secuencia del gen

Otra secuencia regulatoria fuera de la secuencia del gen

ADNRegión regulatoria Región estructural

Región estructural

Sitio de inicio de la trascripción (nucleotido+1)

5´

3´

3´

5´

Detalle de la estructura de un gen eucariotaESQUEMATIZACION DEL GEN

caat tata intron intronexon exon exon

5´UTR 3´UTR

Sitio de inicio de la trascripción (nucleotido+1)

Promotor Región estructural

Región codificante

Primeras tres bases (ATG) que codificarán para el codón de

iniciación

Ultimas tres bases TGA ó TAA ó TAG que codificarán para uno de los 3 posibles codones de terminación o STOP.

Región regula-

toriaRegión estructural

• Proceso Semiconservativo (conserva 1 cadena madre)

• Bidireccional ( síntesis a partir de cada origen apertura y para cada lado)

• El ADN se debe desenrrollar

REPLICACIÓN DEL ADN: Características

Enzimas de la Replicación del ADN

Helicasa: separa la doble hélice parental, rompe puentes de hidrogeno

Proteínas de union que estabilizan el ADN simple cadena

ADN polimerasa III o delta Agrega los nucleótidos para formar la cadena nueva

Ligasa: une los Fragmentos de Okazaki

Primasa: ADN POLIMERASA I ALFA PRIMASA agrega un cebador corto polimeriza una corta cadena de ribonucleótidos llamado cebador o primer para que actúe luego la ADN POLIMERASA III DELTA

Exonucleasa: remueve el cebador de ARN e inserta las bases correctas

ENZIMAS QUE PARTICIPAN

Las ADN polimerasas solo pueden agregar nuevos nucleótidos en los extremos 3’ del polinucleotido y las

cadenas son antiparalelas

Esto determina que una se sintetice de manera continua o adelantada y la otra de manera discontinua o retardada ya

que su síntesis es en tramos llamados FRAGMENTOS DE OKAZAKI

ADN POLIMERASA III O DELTA agrega desoxinucleotidos, realiza la unión fosfodiester entre el oxidrilo (OH-) del carbono 3’ del nucleótido preexistente y el grupo trifosfato del nucleótido entrante, de manera que cuando queda unido a la cadena esta en condición monofosfato

• Proceso Semiconservativo• Bidireccional• El ADN se debe

desenrrollar• Existen múltiples orígenes

de replicación

REPLICACIÓN DEL ADN: Características

Cadena nacienteCadena nacienteCebadorCebador

ADN moldeADN molde

Progresión de laProgresión de lahorquilla moviéndosehorquilla moviéndoseen las dos direccionesen las dos direcciones

Horquilla de Horquilla de replicaciónreplicación

Horquilla de Horquilla de replicaciónreplicación

Orígenes de Replicación

Las PROTEINAS DE UNION previenen que se vuelvan a unir las hebras.

Replicación

La HELICASA se une a secuencias de ADN llamadas Orígenes de Replicación y separa las cadenas de ADN.

5’ 3’

5’

3’

La PRIMASA agrega fragmentos cortos de ARN complementarios al ADN, un cebador.

3’ 5’

5’ 3’Helicasa

Proteínas de unión PRIMASA

ReplicaciónDirección de Replicación

5’ 3’5’

3’

5’

3’

3’ 5’

La ADN polimerasa agrega nucleótidos

ADN polimerasa

Chequea las bases que agrega y corrige los errores.

La síntesis de la cadena conductora se realiza en dirección 5’ a 3’.

Replicación

3’ 5’ 5’

5’ 3’

5’ 3’

3’ 5’

3’Dirección de Replicación

Okazaki fragment

La síntesis de la cadena conductora se realiza en dirección 5’ a 3’.

La síntesis de la cadena retrasada produce segmentos de ADN en dirección 5’ a 3’ llamados Fragmentos de Okazaki.

Cadena conductora

Cadena retrasada

3’

5’

3’

5` 5’

5’ 3’

3’

Replicación

5’

5’

3’ 3’ 5’

3’

5’ 3’

5’ 3’

3’

5’

La EXONUCLEASA remueve los cebadores de ARN.

EXONUCLEASA

HELICASA

DNA Polimerasa

Cebador o primer

Cebador

Replicación

La Polimerasa I rellena el espacio vacío donde habia nucleotidos de ARN, luego que el cebador es degradado

La Ligasa realiza las uniones entre el azucar y los fosfatos de los fragmentos adyacentes.

3’ 5’

3’

5’ 3’

5’ 3’

3’

5’

La LIGASA realiza las uniones entre el azucar y los fosfatos de los fragmentos adyacentes.

DNA pol I y LIGASA

REPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS

• ADN Circular

• Orígen de replicación único (Ori C)

• Fragmentos de Okazaki de 1000-2000 pb

REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS

• ADN lineal y mayor tamaño

• Múltiples orígenes de replicación (tiempo mas breve)

• Apertura de la doble hélice por acción de la Helicasa (=)

• Bidireccional (=)

• ARN Primasa: cebador (=)

• Fragmentos de Okazaki más cortos: 40-300 pb

• ADN unido a Histonas

• Telómeros

TRANSCRIPCION

• La ARN polimerasa: cataliza la adición de ribonucleotidos, al extremo 3” OH. Se mueve en dirección 3” 5” a lo largo de la cadena molde de ADN.

• La ARN pol NO necesita de un cebador para iniciar la síntesis

• La ARN pol NO corrige errores, pero los errores no son heredables porque solo afectan la síntesis de proteínas

Es un proceso en el que utilizando ADN como molde la ARN pol sintetiza una hebra de ARN

ARN polimerasas• En eucariontes hay 3 RNA pol que catalizan

la síntesis:• La ARN pol I sintetiza los RNAr (excepto 5s)• La ARN pol II los RNAm y los que forman las

pequeñas ribonucleoproteinas nucleares (snRNP).

• La ARN pol III de RNA transfer, RNAr (5s) y RNA pequeños.

Sintetizan una nueva cadena de ribonucleótidos con dirección 5” 3”. La cadena ARNm es antiparalela

Factores que participan en la transcripción

Son moléculas criticas porque aseguran que los genes se expresen en la célula correcta, en el tiempo y cantidad apropiada, dependiendo de los requerimientos del organismo.

El TFIID con la TBP se une a las secuencias TATA, luego se une TFIIB seguido de la ARN polimerasa II unida a TFIIF. TFIIE y TFIIH se unen al complejo.

TFIID

TFIIB

ARNpol lITFIIF +TBP

TFIIA

ATP+

FTIIH

En presencia de ATP, el factor TFIIH fosforila la ARN pol para que inicie la transcripción.

TRANSCRIPCION (T)

• El PROMOTOR en eucariontes es una región de 30 nucleótidos “río abajo” del nucleótido en el que comienza la transcripción y hay una secuencia conocida como 5’TATAAAA3’ que determina en forma precisa donde se inicia la Transcripción

• Al codón de inicio (ATG) se unen ciertos factores de transcripción denominados TATA binding protein (TBP o proteina de union al TATA)

• La transcripción comienza en el sitio de inicio localizado al comienzo de la región 5’UTR (Unidad Transcripcional no traducible) continua por los exones e intrones y finaliza en el 3’ UTR. Es decir se realiza en sentido 5’ a 3’, en este proceso la T se reemplaza por U.

En cada evento de transcripción solo 1 de las 2 cadenas del ADN se transcribe, nunca las 2

PROCESAMIENTO del ARNm• Los Transcriptos primarios son modificados antes de salir al

citoplasma

1- Adicion del CAP: que es un nucleótido modificado (la G es metilada o capping) y se añade al extremo 5’. Este casquete es imprescindible para la unión del mRNA al ribosoma y protege al mRNA de la degradación.

Secuencia río arriba

Procesamiento de ARNm

• Luego otra polimerasa agrega RIBONUCLEOTIDOS de A entre 200 a 250 que dan estabilidad hacia 3’ (son los que permanecen luego del splicing porque son necesarios para la interacción con los ribosomas durante la traducción)

2- POLIADENILACION: en el extremo 3’ del mRNA hay una SECUENCIA SEÑAL (AAUAAA) a la que se unen factores específicos y la poli A polimerasa estimula la escisión en un sitio ubicado 10 a 35 nucleótidos hacia el extremo 3’ de la señal

Procesamiento del ARNm

Al ARNm inmaduro se le unen pequeñas partículas de rnRNA nucleares asociadas con proteínas snRNPs(Particulas-proteinas ribonucleares pequeñas). Estas se unen a secuencias cortas entre los intrones y los exones. Luego se unen mas proteínas y forman un gran complejo con el RNA que se llama SPLICEOSOMA (solo en eucariotas)

3- Corte y empalme o Splicing

Los rnRNP contienen ARN de unos 250 nt y que se asemejan a pequeños ribosomas. Se van formando partículas de 20 nm en las que unos 500 nt envuelven un complejo proteico de unas 8 proteínas diferentes.

Estos complejos asemejan a los nucleosomas del ADN.

Tipos de splicing de los ARNs

EMPALME ALTERNATIVO

Un transcripto primario puede ser procesado por splicing en mas de 1 forma porque 1 o varios exones son eliminados junto con intrones en forma alternativa

Permite obtener RNAm diferentes a partir de un RNAm inmaduro original

Que dan

Polipéptidos con distintas funciones

Participantes en la Traducción• RIBOSOMAS son partículas de ARNr asociado a 50 proteínas • RNAt (80 nucleótidos)La unión de cada molécula de ARNt a su aa depende de las aminoacil-ARNt sintetasas

(existen 20) y siempre termina en 5’-CCA-3’ al que se une el aa especifico.

Asa anticodón

Asa T interactua con subUmayor

Asa D

A) INICIACION DE LA SINTESIS• La Subunidad menor se acopla al ARNm cerca de su

extremo 5’, luego el ARN t aparea su anticodón UAC con el codón de inicio AUG del ARNm

• Se agregan FACTORES DE INICIACION y la energía para este paso la suministra la hidrólisis del GTP

GTP con factor de elongación

Subuniidad menor del ribosoma

A) Iniciación

Ribosoma entero

Disociación de los factores de iniciación

Disociación de los FI

B) ELONGACION del polipéptido• El sitio P esta ocupado por un RNAt con una cadena polipeptídica

en crecimiento y el sitio A será ocupado transitoriamente por aminoacil-ARNt unido previamente con Factor de elongación que en su forma activa esta unida al GTP y al aparearse el con el ARNm se dispara la hidrólisis del GTP por lo cual están unidos un periodo corto.

. . Peptidiltransferasa

El ribosoma se trasloca un codón a lo largo de la cadena de mRNA y el 2do ARNt se transfiere de la posición A a P

El primer RNAt se desplaza hacia el sitio E y se libera.

La PEPTIDILTRANSFERASA se encuentra en la subunidad mayor del ribosoma cataliza un enlace peptídico ente los 2 aa. Por eso el ribosoma es una gran Ribozima

C) TERMINACION DE LA SINTESIS• Al final de ARNm se encuentran 1 CODONES DE

TERMINACION UAG, UAA o UGA para los cuales no existe ningún ARNt que tenga el anticodón para aparearlos de manera que no entra ninguno al sitio A

• Existen FACTORES DE LIBERACION que se unen a los codones de terminación• Tiene actividad peptidiltransferasa: hace que el polipéptido se separe del RNAt• La CADENA POLIPEPTIDICA se desprende • Las dos subunidades se separan.