L’ADN, PORTADOR DE LA INFORMACIÓ GENÈTICA

L’ADN, PORTADOR DE LA INFORMACIÓ GENÈTICA

Avery i col·laboradors van posar en evidència que l’ADN era el material genètic.

A partir d’uns treballs fets per Griffith uns anys abans sobre un bacteri, el Streptococus pneumoniae.

Avery deia que el fet que els R es transformaven en S era gràcies a un principi transformant. Van fraccionar les bactèries i van observar que eliminant proteïnes, lípids, sacàrids i l’ARN no aconseguien disminuir la propietat transformant. Però quan van eliminar l’ADN aleshores van veure que es perdia aquest principi transformant. Aleshores van deduir que l’ADN del cep S portava la informació necessària per tal que el cep R pogués sintetitzar una càpsula com la S.

S (llis)

S

S

R

R (rugosa)

L’any 1952 es va fer el mateix experiment però aleshores, en comptes d’eliminar, es van isòtops radioactius les proteïnes i l’ADN

-El % de les bases presents a les molècules d’ADN és característic de cada espècie.

-Tots els teixits i els òrgans dels individus d’una espècie tenen la mateixa quantitat i composició d’ADN, i no varia, és constant durant tota la vida.

-La quantitat d’ADN d’una cèl.lula és proporcional a la seva complexitat: un mamífer 6 10-12 gr (6 pg.), un bacteri 0,002 pg.

Una mica d’història

DOGMA CENTRAL DE LA GENÈTICA MOLECULAR

ADN Molècules filles

Replicació

Transcripció

ARNt ARNm ARNr

Traducció

PROTEïNES

REPLICACIÓ DE L’ADN

-SEMICONSERVATIVA

Meselson i Stahl van demostrar que la replicació era d’aquest tipus

-MOLÈCULES NECESSÀRIES:

-ADN original (motlle)

-Precursors activats (els desoxiribonucleòtids dATP, dGTP, dTTP, dCTP)

-ADN polimerases (I,II i III), aquests enzims catalitzen la unió de 2’desoxirribonucleòtids en direcció 5’—3’. A més a més, poden actuar com a exonucleases en direcció 3’—5’ per si s’han de corregir possibles errors.

-Topoisomerases, helicases i endonucleases, que tenen per funció desenrotllar i separar les cadenes d’ADN.

-ARN “enceb”, petits fragments d’ARN que serveixen per iniciar la síntesi.

-ADN-ligases, per unir els fragments d’ADN.

PROCÉS GENERAL DE LA REPLICACIÓ

L’ADN es desenrotlla i se separen les dues cadenes de la doble hèlix, es trenquen els ponts d’hidrogen entre les complementàries, per l’acció de les endonucleases, les helicases i les topoisomerases.

A l’ADN dels eucariotes es produeixen molts punts de desenrotllament que deixen nombroses zones d’ADN obert, cadascuna d’aquestes zones rep el nom de forqueta de replicació (lloc per on començarà la síntesi).

Previ al començament de la síntesi ha d’actuar la molècula encebadora, formada per uns 10 nucleòtids que marca el punt d’inici, ja que l’ADN-polimerasa no pot iniciar la síntesi per si mateixa. . L’ADN polimerasa comença a afegir 2’desoxirribonucleòtids per l’extrem lliure 3’ i sempre en sentit 5’ 3’, aquest desoxiribonucleòtids són els complementaris de la cadena motllo.En les forquetes de replicació hi ha una cadena que es replica de forma contínua i l’altra cadena ho fa de forma intermitent formant fragments, anomenats d’Ozakazi. La primera es diu conductora i la segona seguidora o retardada i es sintetitza en sentit contrari a la primera o conductora.

L’ADN ligasa uneix tots els fragments d’ADN i, a més, elimina els ribonucleòtids que han estat els encebadors del procés.

Tal i com es van sintetitzant i unint els fragments, s’origina la doble hèlix i, al final, se separaran dues molècules idèntiques.

animació replicació

REPLICACIÓ REPARADORA

Si l’ADN es fa malbé: llum ultraviolada, radiacions radioactives, raigs X, quimioteràpia, mutàgens .. aquest té capacitat per autoreparar-se.

Mecanismes: Fotoreactivació

Escisió

-Una endonucleasa detecta l’alteració i provoca un tall.

-Una ADN-polimerasa fa una rèplica de la zona afectada.

-Una exonucleasa elimina els fragments defectuosos.

-Una ADN-ligasa uneix el nou fragment.

TRANSCRIPCIÓ DE L’ADN

Flux d’ ADN -----------ARN

La transcripció només s’efectua de zones concretes i la còpia és d’una sola cadena.

Material:

ARN-Polimerasa, en els procariotes només existeix un tipus en els eucariotes tres tipus:

-ARN-Polimerasa I ----ARNribosòmics

ARN-Polimerasa II – ARNmissatgers

ARN-Polimerasa III – ARN transferència i ribosòmic fracció petita.

-Precursors activats : ATP, GTP, UTP i CTP

- Cadena d’ADN motlle.

Procés de transcripció Inici: L’ARN polimerasa s’uneix a un regió promotora que origina el desenrotllament de l’ADN i comença la síntesi, sempre en direcció 5’—3’

la regió promotora són uns 10 nucleòtids

per afavorir la unió ADN –ARN polimerasa por existir el factor

Elongació: segueix la síntesi d’ARN

Terminació: Quan l’ARN polimerasa troba la seqüència de síntesi s’atura, ajudada per la proteïna rhO

Procariotes: ARNm actua i els altres ARNt i ARNr han de madurar

Han de madurar abans de poder actuar

TRANSCRIPCIÓ DE L’ADN

animació transcripció

EL CODI GENÈTIC

Relació entre les bases d’ADN i els aminoàcids de les proteïnes.

20 aminoàcids i 4 tipus diferents de nucleòtids

Cada tres bases: TRIPLET o CODÓ

-Equip de Severo Ochoa

-El primer UUU

-Degenerat, però no ambigu cada codó codifica un sol aminoàcid però un aminoàcid pot estar codificat per més d’un codó

la degeneració afecta a la 3ª base

sense sentit: final

Quasi universal:

SÍNTESI DE PROTEÏNES

Material

Ribosomes (ARN ribosòmic)

ARN transferència

aminoàcids activats (ATP i enzims d’activació)

ARNmissatger

PROCÉS

1. Activació dels aminoàcids

L’ATP i l’enzim d’activació corresponent faciliten la unió del grup carboxílic d’un aminoàcid al grup 2’ o 3’ de l’adenosina de l’extrem de l’ARNt.

Cada ARNt transporta un aminoàcid diferent que està en relació del tipus d’anticodó que tingui.

grup aminogrup carboxílic

2. Iniciació

-Formació del complex d’Iniciació 30 S

- L’ARNm s’uneix a la subunitat petita dels ribosomes.

- S’uneix l’aminoacil-ARNt, que transporta en el seu extrem un anticodó que correspon al primer triplet de l’ARN, normalment del primer triplet que es tradueix correspon a la metionina AUG (eucariotes) i formilmetionina (procariotes).

- Es necessita, a més a més, el IF1,IF2 i IF3 (factors d’iniació), i GTP per aportar energia.

-Formació del complex ribosomal

-Ara s’uneix la subunitat gran del ribosoma, que té dos llocs (imaginaris) el P(peptidil) i l’A (aminoacil).

-En aquest moment comença l’elongació (següent fase)

Elongació

Necessitem els corresponents ARNt, el factor T i el G (factors d’elongació), Mg2+ i GTP

L’ARN es llegeix 5’ –3’

El primer aminoacil-ARNt està situat en el locus P i el segon aminoacil-ARNt segons les instruccions de l’ARNm arriba al locus A.

Es produeix un ENLLAÇ PEPTÍDIC entre el radical –COOH del primer aminoàcid i el grup amino del segon aminoàcid. Aquesta unió és catalitzada per la peptidil-transferasa.

Quan es produeix aquest enllaç aleshores queda el locus P amb un ARNt sense aminoàcid i el locus A amb un ARNt- que té dos aminoàcids units mitjançant un enllaç peptídic, és a dir un dipèptid.

Aleshores es produeix una TRANSLOCACIÓ (canvi de lloc), l’ARNt sense aminoàcid surt del ribosoma i l’ARNt amb el pèptid passa al locus P, i el ribosoma també és desplaça de forma i manera que ara es pot llegir un altre codó de l’ARN .

Ara tindrem el locus P amb un dipèptid i el locus A buit i tornem a començar...així fins que arribi un codó que indica el final dl polipèptid.

una manera diferent de veure el procés

Terminació

S’inicia quan arriben un dels tres codons anomenats codons de STOP (sense sentit): UAA, UAG, UGA.

No arriba cap ARNt i es dóna el senyal per a la unió dels factors d’alliberament RF1 ( UAA i UAG) i RF2 (UAA o UGA).

Quan un d’aquests factors se situa en el locus A aleshores la peptidil transferasa separa per hidròlisi la cadena polipeptídica de l’ARNt.

SI un ARNm és molt llarg pot ser traduït per diferents ribosomes alhora.

Els polipètids van cap al

reticle endoplasmàtic

on seran transformats

en proteïnes funcionals.

-El conjunt de gens d’un organisme conté totes les instruccions sobre el funcionament d’una cèl.lula. Les instruccions són portades a terme per les proteïnes, responsables de totes les funcions cel·lulars.

-L’expressió d’un gen és la traducció de l’ADN o la síntesi de proteïnes, per arribar a la traducció prèviament hi ha una transcripció.

- La traducció es realitza segons el codi genètic, que relaciona cada tres nucleòtids de l’ARN amb un aminoàcid de les proteïnes.

-O sigui : L’expressió d’un gen se sintetitzar una determinada proteïna que realitzi una funció a la cèl.lula que executi les instruccions de l’ADN.

- La regulació de la síntesi de proteïnes i el control de les seves activitats determinen el funcionament cel·lular.  

Un GEN és el fragment més petit d’una molècula d’ADN que conté la informació completa per a un caràcter.

Com es regula la síntesi de proteïnes?

Les proteïnes són les màquines cel·lulars i del seu funcionament depenen totes les activitats de les cèl·lules . Això voldrà dir que l’expressió dels gens determinarà les diferències entre cèl·lules.

Les cèl·lules d’un mateix organisme poden ser diferents perquè tenen activitats diferents gens. Aquestes cèl·lules, en ser d’un mateix organisme, tenen els mateixos gens que al zigot però només actuen aquells que permeten a la cèl·lula funcionar.

La diferenciació cel·lular és una conseqüència de la regulació de l’expressió dels gens.

Les activitats dels gens estan regulats per complexos de proteïnes que s’encaixen en l’ADN. La unió d’aquestes proteïnes reguladores és una forma d’interacció del medi amb el genoma. Aquestes proteïnes reguladores no s’encaixen en qualsevol zona de l’ADN, ni en qualsevol moment, sinó que ho fan en determinades seqüències de l’ADN, les seqüències reguladores, que formen part dels gens.

.

En l’ADN humà s’han pogut distingir: seqüències codificadores, seqüències no transcrites i seqüències amplificadores o inhibidores.

- Seqüències codificadores, que es tradueixen en proteïnes. Aquestes seqüències es divideixen en exons i introns. En l’espècie humana es calcula que els introns poden representar un 24% del genoma.

En un mateix gen es pot trobar un fragment que actua com a intron d’una proteïna i com a exon d’una altra. Això implica que un gen pot codificar diverses proteïnes (es calcula una mitjana de 3).

Tots els organismes eucariotes presenten gens d’aquests tipus però en considera que la nostra espècie conté més que d’altres. Sembla que un 35% dels gens humans es pot llegir de moltes formes. Això implica un genoma molt més flexible que d’altres.

-Seqüències no transcrites, com la regió promotora on s’uneixen els enzims que fabriquen l’ARN.

-Seqüències amplificadores o inhibidores, es troben lluny del gen i regulen la seva expressió en unir-se a certes molècules que acceleren o retarden la transcripció. Són seqüències reguladores a les es poden unir molècules de la pròpia cèl·lula o de l’exterior i que poden afavorir o impedir l’expressió del gen.

-La síntesi de proteïnes es regula fonamentalment mitjançant interaccions entre diferents molècules i l’ADN.  

Model de l’operon

Un gen està format per una seqüència de bases. En els eucariotes és molt freqüent que un gen estigui constituït per diversos fragments d’ADN separats per seqüències sense sentit, que no codifiquen cap proteïna.

Les seqüències amb sentit que codifiquen proteïnes : EXONS

Les seqüències que no tenen cap sentit i que no codifiquen: INTRONS, que han de ser eliminats per a la transcripció.

genomahttp://grupos.unican.es/asignaturabioquimica/documentos/Dolores/Tema11Genoma_08-09.pdf

Els organismes poden controlar i modificar la producció de proteïnes regulant qualsevol dels processos intermedis entre la síntesi d’ADN i la mateixa producció de proteïnes.

Sembla que el que importa més és com s’expressen els gens que quants gens hi ha o quins gens tenen. Al genoma humà la major part d’ADN no té un funció coneguda i se’l considera ADN escombraria; però, aquest ADN podria permetre, en un futur, l’aparició de gens i, a més, pot aportar molt sobre la història evolutiva de l’espècie humana.

Encara que les diferències genètiques entre individus, espècies, classes siguin petites (entre un ximpanzé i l’espècie humana 1,3%), aquestes diferències augmenten quan:-se sintetitzen les proteïnes, -quan actuen les proteïnes i-quan interaccionen amb el medi ambient.

De forma que l’efecte final són les grans diferències fenotípiques que existeixen entre els diferents grups d’éssers vius.  

EXPRESSIÓ DELS GENS

A més de les relacions entre al·lels d’un mateix gen que segueixen les lleis de Mendel, com ara: dominància i codominància, es poden presentar altres casos entre al·lels interal.lèlics (diferents gens).

Parlarem de:

Penetrància, expressivitat, Pleiotropia, epistàsia

El gen del retinoblastoma dominant provoca tumors malignes en els ulls humans, té una penetrància del 9%, o sigui que dels 100 individus que porten l’al·lel defectuós, només el 90% presenten la malaltia.

Tanmateix, la polidactília en felins té una penetrància menor del 100%. És un al·lel dominant Pd i no tots els individus que tenen aquest genotip són polidactílics..

Penetrància, freqüència amb què es manifesta un gen determinat en el fenotip dels seus portadors.

Expressivitat, grau d’expressió fenotípica d’un gen penentrant Corea de Huntington

Exemples:En els ratolins, el color groc està codificat per un al·lel dominant que si es presenta en homozigosi provoca la mortalitat i es converteix en gen letal, ja que impedeix el desenvolupament uterí.

Un altre pot ser el gen anomenat “mirlo” dels cànids que produeix un capa quasi blanca, ulls blaus i petits, hipoacúsia i, de vegades, esterilitat. Molt freqüent en els Collie.

El gen W del gat que produeix pelatge tot blanc, ulls baus i sordesa.

Pleiotropia, un gen mutant afecta dos o més aspectes de l’individu que semblen no estar relacionats.

EpistàsiaInteraccions entre dos parells de gens diferents, un inhibeix o permet l’expressió d’un altre gen.Al gen inhibit se li diu epistàtic i el que és inhibit hipostàtic. L’explicació bioquímica més probable és que el gen epistàtic codifiqui una proteïna reguladora negativa que inhibeix la transcripció del gen hipostàtic. Les epistàsies poden ser dominants o recessives depenent de si el gen epistàtic exerceix la seva acció en estat dominant o recessiu.

Gos llaurador color

Mutacions