biología molecular: replicación del adn estructura de genes, transcripción y procesamiento del...
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Biología Molecular:Replicación del ADN
Estructura de Genes, Transcripcióny Procesamiento del ARNhn
Pedro A. Moreno
Escuela de Ingeniería de Sistemas y Computación
Facultad de Ingenierías
Universidad del Valle
Cali, COLOMBIA
Ciclo Celularen Eucariótes
Flujo de la InformaciónGenética Intracelular
Flujo de la InformaciónGenética Intracelular
de los Genes Interrumpidos
Maquinarias Moleculares Asociadas
Experimento de Meselson y Stahl
Experimento de Meselson y Stahl
Sobrevisión de la Replicación
Características Generales de la Replicación
1. Orígen de replicación2. Bidireccional3. Hebra continua Hebra discontinua 4. Semiconservativa5. Dirección 5’ 3’6. DNA polimerasa I / II / II : procariotas7. DNA polimerasa / / : eucariotas8. Una batería de moléculas accesorias9. Fases: Iniciación, Elongación, Terminación
Sitio de Iniciación en Virus y Bacterias1) Ori (Origen de replicación): O2) Term (Sitio de terminación): T
Ori
Ter
Virus y
Bacterias
Ori
Sitio de Iniciación en Eucariótes
T O T O T O T O T
Replicón R REucariotas
TelómeroTelómero
Sitio de Iniciación en Eucariótes
Iniciación de la Replicación del ADN Bacteriano
1. Iniciación
SSB B + CSSB
SSBSSB: Proteínas de unión a cadenasencilla (Single strand binding)
A
1) Dna A (Relaja)
B Helicasa (abre ) C
SSB
J
K
DNA B + C
PrimasaDna G(ARN pol)
Ojal de Replicación
5’ 3’
2. Elongación
3’5’
3’ 5’3’ 5’
5’3’
5’ 3’
3’ 5’
Topoisomerasa I
GIRASAGirasa
B+C
JK
GIRASA
5’
Elongación de la Replicación del ADN Bacteriano
3’
5’
3’
5’
5’
3’
(Primasa) o ARN - pol DNA Dirigido o Iniciador (Primer)
+Topoisomerasa I
Replisoma
DNA pol III + Dna G + Girasa
Elongación de la Hebra Continua
DNA POL - III
SSB Hebra continua
3’
5’
3’
5’
3’
5’
Hebra discontinua
1000-2000 pb 1000-2000 pb
RNA RNA RNA
5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’
DNA POL - I
RNA(Nick translation)Corta y cambia:RNApor DNA
DNA Pol III
3. Terminación
DNA LIGASADependiente de ATP
Terminación de la Replicación del ADN Bacteriano
Un gen Procariote yace en una región que se llama la UT (Unidad de Transcripción. La que se transcribe)
Tiene 2 regiones
Región codificante: Donde se codifica el gen
Región Promotora: sitio a partir del cual se transcribe y se regula el gen
SIT: +1 Sitio de Inicio de la Transcripción. Punto limitante entre la región codificante y la región promotora (Start point = sp)
Estructura del Gen Procariote
Estructura del Gen Procariote
3’
5’ 3’
5’
UT
3’
5’ 3’
5’5’ UTR 3’ UTR
Región Promotora
( RP )
Región Terminadora
( RT ) Región Codificante
( RC )
+1SIT
CI (ATG) CT STT TTS
Región no traducida
Convenciones:
UT: Unidad de transcripciónSIT: Sitio de iniciación de la transcripciónUTR: Región no traducida ( 5´o 3´)CI: Codón de iniciaciónCT: Codon de terminaciónSTT: Sitio de terminación de la transcripciónTTS: Transcription termina- tion site.
Estructura del Promotor Procarióte
3’
5’
Control positivo
CajaCRP
CajaCAT Control negativo
Caja Pribnow
+1 SP
-65 -35 -10 -2 -1 + 1
CRP CRSProteína Represora del Catabolito
• Región O (operadora): Se pega al 7-8 nucleot. Represor (Impide que se abra el ADN, se una la RNA pol y por ende, que se Transcriba el gen)
• + 1SP: “Punto de arranque” También se llama sitio SIT (Sitio de Inicio de la Transcripción): Sitio en el cual entra el primer nucleotido en el RNAm.
• Se abre el ojal de transcripción para la transcripción del gen.
• Caja Pribnow: tetranucleotido rico en AT.
Región O
Secuencia Represora del Catabolito
Estructura de la Región 5´UTR
5’UTR
20 - 60 pb
CI
* *
+1 CI (AUG)
+110 pb
RBS
5’ UTR 3’UTR
“Se transcribe pero no se traduce”
* Espacios conectores
ARNr + proteína
RibosomaSitio de Unión al Ribosoma
Poly - Purinas A - G
S/DSecuencia Shine/Dalgarne
Se une al 3’ARNr 16s (subunidad menor)
RBS: (Del inglés RibosomalBinding Protein)
Estructura de un Policistrón (OPERON)
CI CT
Tres Genes
CI CI CICT CT CT
> 1 gen: - Policistrónico - Un operón E. Coli: tiende a tener promotores
con 3 genes en promedio
21 3
Región intergénica corta
5’3’ARNm
Promotor
Región Intercistrónica larga:diferentes ribosomas traducen
5’3’RNAm
Estructura de la Región Terminal
Región TerminalCT STT
5’ 3’3’ UTR
SDR: Señal de degradación del RNA m = Ribonucleasa o RNasa
Se descompone en sus partes
Factor de terminación de la transcripción:
STT: dependiente
STT: independiente
GC: independiente
GC: dependiente
Fígura hexaménica de proteínas
Terminalesintrínsecos
Estructura del gen Eucariote:Tres Tipos de Genes
Existen 3 clases de genes transcritos por 3 ARN pol diferentes: ARN pol I, II y II
ARN pol I: Nucleolo ARNr Clase I
ARN pol II Nucleoplasma ARNm ClaseII
ARN pol III Nucleoplasma ARNr 5S (excepción)Clase III ARNnp ARNt
Genes
Estructura del Gen Eucarióte:Clase I
RPRC
UTRT
CI CT IRE ARE
5’ UFR UCR UCE
5’ UTR
3’ UTR
3’ DFR DCR DCESP
+1
SI + 10 cap
7 metil guanosina
AAUAAA
Depende del hierro Paradegradadar el RNAm
Elemento rico en hierro
50 pb Rico en AU Elemento rico en AU
Secuencia consensoDesestabiliza el poly A
CI
IRE ARE
+1
Secuencia Líder:Proteínas que atraviesan la membrana y aa hidrofóbico
3’
5’
Asa 5’
Estructura Básica del Promotor - Clase II
3’
5’
5’
3’
sp+1
-65 -35
RP = Región Promotora
RR = Región Reguladora
Caja TATA
Hexapleta rica en AT
Se regulan lo genes caseros(“House Keeping genes”)
Existen: - Elementos de respuesta a estrógenos, corticoides, glucocorticoide
- Dependientes del tejido
- Se pegan factores inducibles a esta región promotora o fuera de ella. Puede haber otras cajas dependiendo del tipo de gen y también los genes especializados como los morfogenes o como los genes homeóticos (desarrollo) o de diferenciación
Caja CAAT
Caja TATA
Elementos derespuesta
CajaGC
Exón n Intrón Exón n+1
GT
5’BD’
AG
3’BA’
GU AG GU AG GU AG
T A C T A A C
SITIO DE RAMIFICACION
BD: brazo dador BA: brazo aceptor
Empalmar Exones
Regla GU - AG:
Secuencia Consenso: al inicio y al fin del intrón
X: 5 intrones (mamíferos)
X: 2 intrones (Otros organismos)
Siempre presente
Se localiza a 2/3 longitud del intron
BS: - Consenso
- Rica en pirimidina (T y C)
Estructura de la Región Codificante - Clase II
SR: Sitio de ramificación(Branch site)
Amplificadores y Silenciadores (ENHANCERS – SILENCERS)
Amplificador
Silenciador
Amplificador
Silencian a los enhancerso amplificadores de expresión
Regulación temporal y tejido especifica en los Genes Clase I y Clase II
RP SP
+1
Amplificador: - Secuencia consenso - Región amplificadora del gen - Ubicua: Puede estar hasta dentro de los intrones excepto en los exones
Ejemplo:
*: Hígado : Glucogenasa
*
-110 -40 -10 +1SP
Core del promotor
-170 GC
-70 pb
Región espaciadora entre core promotor y la región UCE (elementos de codificación no traducidos)
Se transcriben en tandem
En procariotas están organizados los genes para ribosomas de igual manera que los eucariotas con la excepción de que hay 1000 y 2000 copias en
tandem del mismo gen
28 S 5.8 S 18 S
Ribonucleasas
Estructura del Gen Eucarióte - Clase I
SP
+1
Octámero
PSE TATA
RP RCUT
Box A Box C
Se une la RNA pol III
90 pb
3’
5’
5’
3’
ARNtala ARNtmet
Estructura del Gen Eucariote - Clase III
ARNt ala
ARNr 5S ARNt met
Ribonucleasa
Procesamiento del Gen Eucariote - Clase III
La ARN Polimerasa Bacteriana
Descubrimiento de los Genes Interrumpidos
Estructura de un Gen InterrumpidoEucariótico Clase II
Formación delComplejo de Iniciación
de la Transcripciónde los Genes Clase II
ARN Polimerasa II de Levadura
Activadores Interactuando con el Complejode Iniciación en los Genes Clase II
Complejo de Iniciación de la Transcripción en
los Genes Clase I
Complejo de Iniciación de la Transcripción en
los Genes Clase III
Complejo de Terminación de la Transcripción en
los Genes Clase II
Procesamiento del pre-ARNm Clase II
Secuencias Concenso de un Intrón Típico Clase II
Tipos de Procesamientos de pre-ARN
Reacciones en el Esplaiceosoma
de los pre-ARNm Clase II
Maquinaría Moleculardel Esplaiceosomay Procesamiento del pre-ARNm
Uniones Específicas de las RNPs
El Transcripsoma
Mecanismos de Control
Post-transcripcional
BIBLIOGRAFIA
Lodish, H; Baltimore, D; Zipursky, L.; Matsudara, P.; Darrell, J. Molecular Cell Biology. Third Edition. Scientific American Books New York, 1997.
Lewin, Benjamin. Genes VII. International Student Edition. Oxford University. Press, Inc. Nex York, 1999