Biología Celular y Molecular Clase 11: Flujo de la Información Genética I

Flujo de la información genética eucariota

• La replicación del ADN es el proceso por el cual se sintetizan dos moléculas idénticas a partir de una molécula de ADN doble hélice.
• Características de la replicación del ADN:
  • Semiconservativa
  • Bidireccional (en eucariotas y procariotas) y unidireccional (en mitocondrias, virus y plásmidos)
  • Semidiscontinua
  • Monofocal en procariotas y multifocal en eucariotas
  • Requiere cebadores
  • Ocurre en el período S (en eucariotas)

Replicón

• Al abrirse la doble hélice se forma una estructura llamada burbuja de replicación o replicón.
• Cada burbuja tiene dos horquillas de replicación que avanzan en ambas direcciones opuestas.

Síntesis del ADN

• La síntesis del ADN procede en dirección 5'→ 3'.
• Cadena líder o adelantada: se extiende a partir de un solo cebador.
• Cadena rezagada o retrasada: necesita un cebador nuevo para cada uno de los fragmentos de Okazaki.

ADN polimerasas

• La ADN polimerasa agrega un nucleótido al grupo hidroxilo 3' de la cadena de ADN en crecimiento y forma un enlace fosfodiéster con el grupo 5' fosfato del nucleótido entrante.
• Tipos de ADN polimerasas:
  • Procariotas: Polimerasa I, Polimerasa II, Polimerasa III
  • Eucariotas: Polimerasa α, Polimerasa β, Polimerasa γ, Polimerasa δ, Polimerasa ε

Proteínas implicadas en la replicación del ADN

• Requerimientos no proteicos:
  • ADN molde "template"
  • Cebadores
  • Desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTPs)
  • Magnesio

Cebadores, iniciador o primers

• Es una cadena corta de ácido nucleico (~30pb) que sirve como punto de partida para la replicación del ADN.

Etapas de la replicación procariota

• Inicio: la proteína DnaA se une al origen de replicación (oriC), seguida por la fijación del complejo DnaC-DnaB (helicasa) que disocia el DNA a la altura de la horquilla.
• Elongación: la ADN polimerasa III se une al primer para sintetizar una nueva cadena, siempre en dirección 5'→3'.
• Terminación: la terminación de la replicación en procariotas ocurre en una región de 360 Kb.

Etapas de la replicación eucariota

• Inicio: el ORC (Complejo de reconocimiento del origen de la replicación) recluta la proteína Cdc6, así como Mcm (complejo de mantenimiento de minicromosomas) y Cdt1 formando un complejo pre-replicativo (pre-RC).
• Elongación: la ADN polimerasa se une al primer para sintetizar una nueva cadena, siempre en dirección 5'→3'.
• Terminación: la ADN polimerasa se detiene y libera cuando alcanza el fragmento de ADN sintetizado en el otro replicón.

Acortamiento de telómeros

• La replicación del ADN en las eucariotas se va completando hasta llegar al telómero, el extremo del cromosoma.
• Al eliminar el último primer ARN, la cadena rezagada queda incompleta, lo que hace que el telómero se vaya acortando cada vez que la célula se divide.

Características de la replicación

• Procariota (E. coli): 42 minutos, 4 639 221 pares de bases, 1.4 mm, 1000pb/seg/horquilla, 1 oriC
• Eucariota (humano): 8 horas, 6.4 mil millones de bases, 2m, 100pb/seg/horquilla, 30 000 ARS

Transcripción

• Síntesis de una cadena de ARN a partir de la información de una cadena molde de ADN.
• Propiedades que hacen posible la síntesis del transcrito de RNA:
  • Complementariedad entre bases (A-U, C-G, G-C, T-A)
  • Unión de proteínas específicas al ADN (ARN polimerasa y otras proteínas que actúan como factores de transcripción)

Complementaridad, dirección y asimetría

• Complementariedad: la secuencia de bases del ARN es complementaria a la secuencia de la cadena molde o codificadora.
• Dirección: la polimerasa sintetiza ARN siempre en el sentido 5'→3'.
• Asimetría: solamente se transcribe de cada gen una de las dos hélices de ADN, la hélice que se toma como molde se la denomina hélice codificadora y la otra hélice estabilizadora.

ARN polimerasa

• Enzima que cataliza la síntesis de moléculas de ARN a partir de una plantilla de ADN.

• No requiere primer (cebador).

• Tipos de ARN polimerasas:

  • Procariotas: una sola ARN polimerasa
  • Eucariotas: tres tipos de ARN polimerasas (I, II, III) que sintetizan los distintos tipos de ARN.### Transcripción en Procariotas

• La transcripción en procariotas consta de 4 etapas: reconocimiento, inicio, elongación y terminación.

• Reconocimiento: El factor σ (sigma) se une al núcleo central de la ARN polimerasa, permitiendo el reconocimiento de las secuencias promotoras.

• Inicio: La subunidad σ detecta las secuencias -35 y -10, formando el complejo promotor cerrado y el complejo promotor abierto, después de lo cual se inicia la transcripción.

• Elongación: La ARN polimerasa se desplaza a lo largo de la molécula de ADN, abriendo la doble hélice y cerrando la burbuja de transcripción, y añadiendo nucleótidos al ARN.

• Terminación: La transcripción se detiene por dos mecanismos: terminador intrínseco y terminador dependiente de Rho.

Transcripción en Eucariotas

• La transcripción en eucariotas es más compleja y se da en el núcleo.
• La cromatina debe ser accesible a la maquinaria de transcripción.
• Se utilizan 3 tipos de RNA polimerasa.
• Participan numerosos factores de transcripción.
• El ARN mensajero sufre un proceso de procesamiento y maduración.

Etapas de la Transcripción en Eucariotas

• Reconocimiento: El factor TFIID se une al promotor, reclutando a la ARN polimerasa II y otros factores.
• Inicio: La fosforilación del Dominio Carboxilo Terminal (CTD) de la polimerasa II permite la separación del promotor y el inicio de la transcripción.
• Elongación: La síntesis del ARN mensajero continúa en dirección 5'→3', y se añade una caperuza de metil-GTP en el extremo 5'.
• Terminación: La endonucleasa reconoce la secuencia TTATTT, determinando el final de la transcripción, y se añade una cola poli-A al ARN mensajero.

ARN Mensajero (ARNm)

• En procariotas, el ARNm es policistrónico (contiene información de varios genes).
• En eucariotas, el ARNm es monocistrónico (contiene información de un único gen).

Bibliografía

• Karp G. Biología Celular y Molecular. Conceptos y Experimentos. 7a ed. Bogotá: Editorial Mc Graw-Hill; 2014.
• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Morgan D, Raff J, Roberts M, Walter P. Biología Celular y Molecular. 6a ed. Barcelona: Ediciones Omega; 2016.
• De Robertis E, Hib J. Biología Celular y Molecular. 16a ed. Buenos Aires: Editorial Promed Hipocrático; 2012.
• Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser C, Krieger M, Scott M, Zipursky L, Darnell J. Biología molecular y celular. 5a ed. Médica Panamericana; 2005.

Clase 11 de Biología Celular y Molecular de la Facultad de Medicina Humana, abarcando el flujo de la información genética. Aprende con Paulo César Santayana Rengifo.