Ácidos Nucleicos: Estructura y Función

Ácidos Nucleicos

• Son polímeros formados por la unión de monómeros llamados nucleótidos.
• Pueden formar largas cadenas.

Estructura

• Pentosas: ribosa o desoxirribosa.
• Base nitrogenada: adenina, guanina, citosina, timina.
• Tres grupos fosfato permiten la unión entre nucleótidos.
• Un nucleósido es un nucleótido sin grupo fosfato.
• En el ADN, el carbono 2 tiene un H en lugar de OH, mientras que el ARN tiene dos OH.
• El grupo fosfato se une al carbono 5 y la base nitrogenada al carbono 1.

Bases Nitrogenadas

• Purinas (adenina y guanina) tienen dos anillos.
• Pirimidinas (citosina, timina, uracilo) tienen un solo anillo.

Estructura primaria de los ácidos nucleicos

• Enlace fosfodiéster: los nucleótidos se unen uno debajo del otro por el carbono 3.

• Se ocupan dos ATP para formar el enlace.

• La dirección de la cadena (5' a 3') es importante para leer la secuencia de nucleótidos.

• Secuencia del gen codifica para una subunidad gamma de la proteína G.

Estructura secundaria

• El ADN tiene dos cadenas unidas por puentes de hidrógeno.
• Las bases nitrogenadas están a la derecha en la primera cadena y a la izquierda en la segunda cadena.
• Por eso se lee de 3' a 5'.
• Guanina y citosina forman tres puentes de hidrógeno, mientras que adenina y timina forman dos.
• El ARN también forma puentes de hidrógeno, aunque solo tenga una cadena.
• El enlace fosfodiéster une nucleótidos dentro de la misma cadena, los puentes de hidrógeno unen las dos cadenas.
• La regla de Chargaff establece que la adenina se une a la timina y la guanina a la citosina.
• Cada par de bases se llama "par de bases" (pb).
• Los puentes de hidrógeno se pueden romper con temperatura o acidez (pH) para leer el ADN.
• Las cadenas de ADN son antiparalelas.
• Las dos cadenas son complementarias pero no idénticas.
• Si una cadena sufre daño, se puede corregir con la ayuda de la hebra complementaria.
• El ARN puede formar puentes de hidrógeno y plegarse sobre sí mismo.

Estructura terciaria

• Se logra con histonas.
• Resulta en una estructura más compacta (heterocromatina).
• El ARN también puede tener estructura terciaria.

Características fisicoquímicas

• La carga neta del ADN es negativa.
• El ADN genómico es viscoso debido a su longitud y rigidez.
• El ADN y el ARN absorben luz a 260 nm.
• El ADN es soluble en agua.

Diferencias entre ADN y ARN

• Pentosa: ribosa (ARN) vs. desoxirribosa (ADN)
• Cadenas: 1 (ARN) vs. 2 (ADN)
• Bases nitrogenadas: U, C, G, A (ARN) vs. T, A, C, G (ADN)
• Localización celular: citoplasma, núcleo, nucleolo (ARN) vs. núcleo, nucleolo, mitocondrias (ADN)
• Función: síntesis de proteínas, regulación de la expresión génica (ARN) vs. almacenamiento de información genética, transcripción (ADN)

Historia

• James Watson y Francis Crick descubrieron la doble hélice, inspirándose en la imagen de Rosalind Franklin.
• Rosalind Franklin encontró la estructura del ADN.

Dogma central de la biología molecular

• Pasos de la expresión de genes: ADN → ARN → proteínas.

Replicación

• Proceso fundamental y vital que ocurre en la fase S del ciclo celular.
• La replicación del ADN debe ser exacta en todas la células.
• Se replica todo el genoma (46 cromosomas) en la fase S.
• Una célula puede replicar el ADN varias veces, hasta que los telómeros se desgasten, con el envejecimiento.
• Es semiconservativa: cada hebra funciona como molde para una nueva hebra complementaria.
• Demostrado en el ensayo de Meselson y Stahl en 1958 con ADN marcado radiactivamente (tiamina radiactiva).

Polimerasas

• Enzimas que dirigen la síntesis de ácidos nucleicos.

DNA Polimerasa

• Reconoce los dNTP (desoxirribonucleótidos-5'-trifosfato)
• Sintetiza en dirección 5' a 3'
• Necesita un primer/cebador para empezar a sintetizar
• Tiene actividad exonucleasa de 3' a 5' para corregir errores

Replicación del ADN

• Inicio: se forma una horquilla de replicación en una secuencia llamada origen de replicación.
• Puede haber varias horquillas en eucariontes.
• Un complejo iniciador (proteína) reconoce el origen de replicación.
• La helicasa se une y rompe la doble hélice.
• Cebadores: fragmentos RNA (ya que las únicas que pueden iniciar desde 0 y el ADN no).
• El replisoma (complejo de proteínas) sigue abriendo la cadena.
• En la cadena rezagada están los fragmentos de Okazaki (discontinua).
• Terminación ocurre cuando se encuentra otro primer y es bidireccional.

Enzimas de elongación

• Topoisomerasas: alivian la tensión.
• SSB (proteínas de unión a cadena sencilla): evitan que se vuelva a formar la doble hélice.
• ADN polimerasa: sintetiza la nueva cadena.
• Primasa (ARN polimerasa): pone el primer.
• ADN ligasa: forma el enlace fosfodiéster para cerrar el hueco.
• Los primers de ARN se retiran y reemplazan con ADN (nucleótidos) por la ADN polimerasa.

Enzimas importantes en la replicación del ADN

• Helicasas

• Topoisomerasas

• Proteínas SSB

• Primasa

• ADN polimerasa

• ADN ligasa

• RNAsa H: quita los primers de ARN

• La replicación es bidireccional y rápida.

• Hay varias horquillas de replicación en eucariontes.

Terminación

• La secuencia se acaba o las horquillas chocan.

Telómeros y telomerasa

• Telómeros protegen la información del cromosoma y, cuando se desgastan, inducen apoptosis.
• Se acortan en cada replicación porque no se puede poner un primer al final de la cadena y la DNA polimerasa no pude replicar el final del ADN.
• La telomerasa está activa antes del nacimiento, luego se desactiva, pero sigue funcionando en tejidos inmunes y hematopoyéticos.
• Secuencia repetitiva: 5' TTAGGG 3'
• Proteínas TBP protegen los extremos de los telómeros.

Telomerasas

• Transcriptasa inversa (de ARN a ADN).
• Alarga el final del cromosoma con ARN complementario como primer y luego llega la ADN polimerasa.

Transcripción

• Solo transcribe las porciones codificantes.
• Gen: locus, loci (plural).
• Unidad básica de herencia: segmento de ADN que codifica una proteína o molécula de ARN.
• La expresión de un gen se mide por la cantidad de ARN, proteínas o actividad de la proteína.
• Proceso por el cual la información codificada en un gen se transforma en una proteína o molécula de ARN.

Genes constitutivos e inducibles

• Inducibles: se expresan cuando son necesarios y se apagan cuando no.
• Constitutivos: siempre están prendidos.
• La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula se especializa.
• Aunque la célula tenga diferenciación celular, todas las células tienen el mismo genoma.

Características de genes y genomas

• Entre el 0.5% y el 0.7% del genoma es diferente entre humanos.
• Regiones entre genes pueden tener funciones regulatorias o ser repeticiones en tándem.

Regiones polimórficas y alelos

• Región polimórfica: da origen a un alelo, poliformismos son las regiones del ADN que cambian mucho.
• Alelo: misma secuencia de gen pero con una letra diferente que genera variabilidad.
• STR: secuencia que se repite (polimorfismo en tándem).
• Exones: zonas codificantes.
• Intrones: no codificantes.
• Promotor: secuencia de nucleótidos que inicia la transcripción.
• Terminador: genes que marcan el final de la transcripción.
• UTR: región no traducida (al principio y al final) - sirve de protección.
• Secuencia de poliadenilación (se le pone la cola de polia).
• CAP 5' UTR / AAAA cola de polia inicia terminando el promotor, y termina antes del terminador.

Estructura de un gen

• Región estructural: secuencia del producto génico (pre-RNAm).
• Región regulatoria: controla la transcripción (promotores y regiones regulatorias).
• Región codificante: secuencia que se transcribe.
• Región no codificante: no se transcribe.

Transcripción vs. Replicación

• Producto: ARN (transcripción) vs. ADN (replicación)
• Simultáneo: No simultáneo (transcripción) vs. Simultáneo (replicación)
• Dirección: Monodireccional (transcripción) vs. Bidireccional (replicación)
• Focalización: Multifocal (transcripción) vs. Multifocal (replicación)
• Simetría: Asimétrico (transcripción) vs. Simétrico (replicación)
• Dirección: 5' - 3' (transcripción) vs. vs. No es autoiniciadora (replicación)
• La RNA polimerasa requiere Mg+ como cofactor para transcripción y La DNA polimerasa requiere Mg+ como cofactor para replicación.
• La hebra que lee es la hebra molde, y de la hebra codificante llega el código.

RNA polimerasa II

• Sintetiza mRNA.
• Sintetiza de 5’ a 3’.
• Cambia T por U, y el azúcar es diferente.
• Alfa-amanitina inhibe la polimerasa II y III.
• Los genes policistrónicos = procariotas y virus - se llaman operones.

Transcripción en Eucariotas

• Los genes son monocistrónicos (cada gen tiene un promotor y terminador)
• Requiere factores de transcripción generales que se unen al promotor
• La caja TATA, una secuencia similar a TTAAATAATTA, se encuentra 25-30 nucleótidos corriente arriba del promotor.
• Los elementos de la transcripción son BRE, TATAA, Inr, DCE, MTE, y DPE.
• TAF y TBP se unen a promotores TATA e Inr.
• TF II B se une a TBP para que llegue la RNA pol II.
• TF II E estabiliza la región desnaturalizada.
• TF II H tiene actividad de helicasa y produce la burbuja de transcripción.

Elongación de la transcripción

• Se pone en marcha cuando TFIIH fosforila el CTD de la RNA pol II, (lee de 3 a 5 y pega de 5 a 3).
• Hay topoisomerasas.
• Híbrido ARN:ADN.
• El ARN nuevo se desprende del ADN, el ADN se vuelve a enrollar

Terminación de la transcripción

• Marcada por el terminador.
• RLP desfosforila la RNA-pol -II y la apaga.

Errores en la transcripción

• La RNA pol II se equivoca cada 1000 pares bases por error.
• ARN tiene vida corta.

Características de Eucariontes

• Requieren RNA polimerasas diferentes para genes diferentes.
• Las RNA polimerasas interactúan con distintas proteínas para hacer la transcripción tiene lugar en eucromatina.
• Eucariontes experimentan maduración del RNAm.
• La transcripción termina para que inicie la traducción.
• La transcripción se realiza nuclearmente .
• La regulación de la expresión génica es más compleja,
• La transcripción ocurre en le núcleo, mientras que la traducción en el citoplasma.

Maduración del RNA mensajero

• Ocurre en el núcleo.
• Incluye: Capping del RNAm, Colita de Poli-A y Splicing.
• La maduración del RNAm le confiere estabilidad , resistencia nucleasas, plegamiento tridimensional, reconocimiento por componentes celulares.

Implica

• 5' Cap / Caperuza 5'
• Colita de poliA
• Core y empalme/ Splicing

CAP

• Guanosina metilada que se pega al revés (C5 a C5).
• Se pega al revés con 2 fosfatos.
• El ribosa se une con la guanosina
• Se lleva a cabo en 3 pasos: desfosforilar, guanosilación y metilación
• Exonucleasa no puede degradar el capping.
• El CAP sirve como punto de unión a ribosomas.

Colita de Polia

• Una enzima (endonucleasa) reconoce una secuencia y corta, luego ADN polimerasa adhiere adenosinas.
• Sirve para dar estabilidad , protegerlo e unirse a proteinas accesorias (PABP).

Splicing

• Exones: regiones codificantes
• Intrones: regiones no codificantes
• Los genes eucariotas tienen intrones, con excepciones como los genes de histonas.
• Usualmente hay 40 intrones por gen que son más grandes que los exones.
• Los intrones tienen secuencias de splicing 5', de ramificación y de splicing 3'.
• Comienzan con GU y terminan con AG.
• Si ocurre una mutación en la secuencia de splicing 5', el intrón se queda

Splicing (cont.)

• El spliceosoma (snRNP - ribonucleoproteínas nucleares pequeñas) reconoce y corta los intrones.
• Las unidades dentro del spliceosoma son U1, U2, U4, U5 y U6 que contienen RNA nuclear pequeño (snRNA).
• U1 reconoce la secuencia de splicing 5'.
• U2 se une a la secuencia de ramificación.
• U4, U5 y U6 se unen como complejo para plegar y formar el lariat o lazo.
• U2 y U6 ayudan a cortar el intrón. U5 reconoce secuencia de splicing 3' y mantiene unidos a exones.
• Unas proteínas van a pertenecer en la unidad exon-exon.

Splicing Alternativo

• Llevado a cabo por el spliceosoma.
• Se puede dejar un intrón o llevar exones.
• El 90% de los genes sufren splicing alternativo.
• Aumenta la diversidad proteica.

Regulación de la Expresión Génica

• Reconocen a los surcos.
• ADN - forma Z
• ADN-H : híbrido, tiene 3 hélices (solo en un pedacito) - bloquea la transcripción
• El proceso complejo en eucariotas, ya que tenemos tejidos - Tenemos 25,000 y 28,000 genes
• 200 tipos celulares diferentes
• Una célula expresa un 10% у 20%

Quienes tienen influencia en la expresión de genes:

• Agentes externos, etapas del desarrollo, ciclo celular, necesidades metabólicas
• La expresión de los genes puede regularse en distintas etapas de la expresión génica
• Si no está bien regulado puede causar enfermedades
• Niveles de control

Cromatina

• Es el componente básico de los cromosomas (ADN + proteínas).
• DNA + octámeros de histonas = NUCLEOSOMA (8+1)
• ADN + proteínas (histonas) y muchas otras proteínas.
• La transcripción del ADN no ocurre en estados de condensación altos.

Tipos de cromatina

• Heterocromatina: condensado, transcripción no ocurre.
• Eucromatina: relajado, transcripción sí ocurre.
• Heterocromatina facultativa: puede ir y venir de euro a hetero.
• Heterocromatina constitutiva: es decir que las neuronas no expresan genes.
• El remodelado es para reacomodar los nucleosomas y poder leer los promotores.

Regulación epigenética

• Como el ambiente afecta el ADN (expresión de los genes, remodelando la cromatina).
• Conjunto de cambios en el patrón de la expresión genética que no alteran la secuencia del DNA.
• Modifica señales y marcas moleculares que modifican el estado de condensación de la cromatina.

Mecanismos

• Metilación del ADN
• Modificaciones de histonas

Metilación del ADN

• Es acoplar grupos metilos en citadinas.
• La enzima que cataliza este acoplamiento es la DNMT - DNA metiltransferasa.
• Solo se pega en citocinas en zonas llamadas islotes CpG
• Islotes CpG son partes de los genes humanos que se expresan en sus promotores y en su primer exón.
• Hipermetilado: genes no se expresan = "silenciamiento génico".
• Hipometilados: genes se transcriben.
• La metilación del ADN regula la expresión génica.
• En el cáncer causa hipermetilación en genes supresores de tumores.

Modificación de Histonas

• Mecanismos reversibles y está reguladas con precisión
• Los tipos principales son metilación y acetilación Se modifican en las colas amino-terminales de las histonas H3 y H4.
• Acetilación de histonas - acoplar grupos acetilos a las lisinas (histonas).
• Histatinas acetiladas están en cromatina relajada = Si hay transcripción
• Histatinas no acetiladas están en cromatina condensada = No hay transcripción
• Enzimas = HAT - histona acetiltransferasas; HDAC - histona desacetilasas
• Metilación de histonas - acoplar grupos metilos a residuos de lisina y arginina de las histonas.
• Histatinas metiladas - No hay transcripción
• Enzima = HMT - histona metiltransferasa
• A fosforilación de serinas, ubiquitinación de lisinas y sumoilación de argininas y lisinas.

Factores de Transcripción (Promotores)

• Todos los promotores están en el lado negativo (caja TATA está entre -10 y -30).
• Hay muchos tipos de promotores.

Tipos de Promotores

• Río arriba - están los negativos.
• Río abajo - están los positivos.
• Promotor es una región de ADN que regula de la transcripción de un gen.
• Los promotores son capaces de regular por que tienen afinidad por factores de transcripción (cis).
• A cada promotor se une un número variable de factores de transcripción , que actúan favoreciendo o impidiendo la transcripción (trans)
• Los factores de transcripción son proteínas
• Generalmente se localizan río-arriba de la secuencia que regulan
• Se dividen en 3 tipos: -Promotores basales -Promotores proximales
• Elementos (promotores) distales o potenciadores (enhancer)
• Los promotores basales definen se localizan río-arriba de la secuencia que regulan Y contiene todos los genes. Más comun: CAJA TATA (-30 a -23)
• Los promotores proximales determinan cuanto voy a transcribir ese gen pero no determina la region de inicio
• Los promotores distales actúan de manera que activan la transcripción de los genes inducibles y pueden favorecer o detener la transcripción - Ocurre cuando el factor de transcripción se dobla y al reconocer jalan los TF y llega la RNA pol II.
• Pueden activar la transcripción de los genes inducibles (necesitamos a veces y a veces no).

Factores de Transcripción Trans

• Estos promotores deben ser reconocidos por factores de transcripción.
• Los factores de transcripción son proteínas que reconocen los promotores y permiten el ensamblaje de la RNApol II para que inicie la transcripción.
• Pueden ser factores de transcripción generales (para genes constitutivos) (más común) o . factores de transcripción inducibles (para genes inducibles)
• Los genes constitutivos siempre se transcriben bajo el control de factores de transcripción generales.

Genes inducibles

• Solo cuando sean activados por (señales externas).
• Los FT inducibles pueden ser activadores o puede haber un estado negativo.

Síntesis de Proteínas (traducción)

• Es una proteína, que funciones tienen, como son.
• La traducción es la síntesis de proteínas mediante la unión covalente de aminoácidos según el orden establecido por la secuencia de nucleótidos en mRNA y de acuerdo con el código genético completando así el dogma central de la biología molecular.
• Lleva acabo dentro de el citoplasma en los ribosomas.
• El código genético contiene 64 posibles codones.
• Varios codones codifican para un mismo amoniaco.

Traducción

• UAA, UAG, UGA ( 3 codones de alto ).
• AUG ( codón de inicio )
• Hay muchos tipos de proteinas, factores y moléculas que se requieren para hacer traducción, vario tipos de TRNA diferentes, ribosomas firmados por RNA y proteinas y MRNA.
• El orden para leerlo de 5´ a 3´ ( lo lee el MRNA ) y los amoniacos se incorporan de amonio( cabeza) a carboxial ( pies)

Tipos de Arn:

• • MRNA lleva proteins acopladas.

Los ARNt

• tiene amoniacos tienen dos segmentos y abajo anticodon.

Los ARNt

• Son pequeños . Tiene TRNA cargado y TRNA no cargando . Hay un aminoácido que se une al extremo 3´.
• Fase previa: Activación del aminoacil-RNA.

Inicio de la Traducción

• Los UTRS no son parte de la proteína.
• Inicia después del 5´UTR empieza el codón de inicio, termina e el cordon de alto.
• Estan separados al inicio los ribsosomas, abajo mensajero, y arriba unidad 60.
• Su funcion es separar la subunidad pequeña y se le pehan a ella, para que no se peguen a subunidad grande.
• casi todas las proteínas humanas inició con metinina AUG.
• MRNA sale al cap y el UNTR 5´ reconocida y lo llevan ala subunidad pequeña y RNA HelicasA lo quita.
• Unidad pequeña mas mensajero mas TRNA antes que se una a unidad y va acomoda el ribosoma hasta que encuentra un cordon y llama a la unidad grande donde une al AUG y al sitio P del ribosoma.
• Para lograr ELONGACIÓN necesitas TRNA y Proteinas
• 60a mas 40s =80s En ecariotas y 70s En pronosticada = lo pus Sverbverg.

Elongación

El hecho de se hace Dentro del RER

• A poder que modificada.
• Y es con tiene un ribosomas libros para poder traducir.
• Puedo hacer varías proteínas de un solo mensajero
• Sitio para Los arTRNA para la formation

Lugares de los ribosomas los sitios del TRNA aminoaciladas

• Sitio e existe y el elongation and hasta el ultimo
• Hay que tomar en cuanta El 1´ es el primer aminoácido - aminoácido hay que tener En cuenta que Hay una el 2 - union en 3 pasos union del nuevo AA union de todo , de alli pueden ser union Union de Enlace de Enlace De el peptide que okurre En la Subunidad Mayor - y de hacer la función EEFA

Terminación

• Es cuando llega al cordon de aalto lo reconoce es alli donde el ribosomas SE désensambla