Estructura y función de los ácidos nucleicos

• Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la unión de nucleótidos y pueden formar cadenas largas.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

• 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.
• ADN: la diferencia es que en el carbono 2 tiene H en lugar OH.
• ARN: tiene dos OH en el carbono 2.

Componentes de los Nucleótidos

• Grupo fosfato unido al carbono C5.
• Base nitrogenada unida al carbono C1.

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 a través del carbono C3.
• Se utiliza 2 ATP para formar el enlace.
• La dirección de la cadena (5' a 3') es crucial para leer la secuencia de nucleótidos correctamente.
• La secuencia del gen codifica para una subunidad gamma de la proteína G en humanos.

Estructura Secundaria

• El ADN tiene dos cadenas.
• En la primera cadena, las bases nitrogenadas están a la derecha, y en la rezagada, a la izquierda (invertida).
• Esta es la razón por la que se lee de 3' a 5'.
• Las cadenas están unidas por puentes de hidrógeno.
• Guanina y citosina forman 3 puentes de hidrógeno.
• Adenina y timina forman 2 puentes de hidrógeno.
• El ARN también puede formar puentes de hidrógeno, incluso si es una sola cadena.
• Enlace fosfodiéster: une dentro de la misma cadena.
• Puentes de hidrógeno: une las dos cadenas.

Regla de Chargaff

• Las adeninas se emparejan con timina y las guaninas con citosina.
• Cada par se llama par de bases (pb).
• Los puentes de hidrógeno pueden romperse con temperatura o acidez (pH) para leer el ADN.
• Esto provoca desnaturalización y mutaciones.
• Los enlaces C-G son más fuertes y requieren más temperatura para romperse.
• Las cadenas son antiparalelas.
• Las dos cadenas son complementarias, pero no idénticas.
• Si una de las cadenas se daña, puede corregirse con la hebra complementaria.
• Esto permite la formación de la doble hélice.
• El ARN puede formar puentes de hidrógeno y plegarse sobre sí mismo.
• rRNA y mRNA forman puentes de hidrógeno.

Estructura Terciaria

• Participan histonas.
• Es más compacto (a partir de 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 en solución.
• Tanto el ADN como el ARN absorben luz a 260 nm.
• El ADN es soluble en agua.

Diferencias Entre ADN y ARN

• Pentosa: ARN tiene ribosa, ADN tiene desoxirribosa.
• Cadenas: ARN tiene 1, ADN tiene 2.
• Bases nitrogenadas: ARN usa U, C, G, A; ADN usa T, A, C, G.
• Localización celular: ARN en citoplasma (ribosomas), núcleo, nucleolo; ADN en núcleo, nucleolo, mitocondrias.
• Función: ARN sintetiza proteínas y regula la expresión génica; ADN almacena información genética y permite la transcripción.

Historia del ADN

• James Watson y Francis Crick descubrieron la doble hélice, inspirándose en la imagen de Rosalind.
• 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 es una copia exacta en todas las células.
• Ocurre en la fase S y replica todo el genoma (46 cromosomas).
• Una célula puede replicar el ADN varias veces hasta que los telómeros se desgasten (envejecimiento).
• La replicación es semiconservativa: cada hebra sirve como molde para una nueva hebra complementaria.
• Demostrado en el experimento de Meselson y Stahl en 1958 con ADN marcado radiactivamente (tiamina radiactiva).

Polimerasas

• Enzimas que dirigen la síntesis de ácidos nucleicos.

DNA Polimerasa

• Reconoce solo dNTPs (desoxirribonucleótidos-5'-trifosfato).
• Sintetiza solo en dirección de 5' a 3'.
• DNApol está involucrada en la replicación.
• Requiere un primer/cebador para comenzar la síntesis.
• Tiene actividad exonucleasa de 3' a 5' para corregir errores.

Replicación del ADN

• Inicio: en una secuencia llamada origen de replicación, formando la horquilla de replicación.
• Puede haber múltiples horquillas en células eucariontes.
• El complejo iniciador reconoce el origen de replicación.
• La helicasa se une y rompe la doble hélice.
• Cebadores: fragmentos de ARN que permiten el inicio (ADN no puede iniciar desde 0).
• Elongación: el replisoma (complejo proteico) continúa abriendo la cadena.
• En la cadena rezagada, los fragmentos de Okazaki se sintetizan de forma discontinua.
• Terminación: ocurre cuando se encuentra otro primer.
• La replicación puede ser bidireccional.

Enzimas en la Elongación

• Topoisomerasas: alivian la tensión.
• SSB: evitan que la doble hélice se reforme.
• ADNpol: sintetiza la nueva cadena.
• Primasa: coloca el primer.
• DNA ligasa: forma el enlace fosfodiéster para cerrar el hueco.
• Los primers de ARN se retiran y se reemplazan con ADN (nucleótidos) por la ADN polimerasa.

Enzimas Importantes en la Replicación del ADN

• Helicasas
• Topoisomerasas
• Proteínas SSB
• Primasa
• DNA polimerasa
• DNA ligasa
• RNAsa H (quita los primers de RNA)
• La replicación es bidireccional, lo que la hace más rápida.
• Hay varias horquillas de replicación en células eucariontes.
• Terminación: la secuencia se acaba o choca con otra.

Telómeros y Telomerasa

• Telómeros: protegen la información del cromosoma.
• Cuando se desgastan mucho, inducen apoptosis.
• Los telómeros se acortan en cada replicación porque no se puede colocar un primer al final.
• La telomerasa está activa antes del nacimiento y se desactiva después, excepto en tejidos inmunes y hematopoyéticos.
• La secuencia 5'TTAGGG 3' se va cortando en tándem.
• Proteínas TBP protegen los extremos de los telómeros.

Telomerasas

• Es una transcriptasa inversa (de ARN a ADN).
• Alarga el final con ARN complementario a la cadena de ADN, que usa como primer y luego llega el ADNpol.

Transcripción

• No transcribe todo, solo las porciones codificantes.
• Gen: locus, loci (plural).
• Gen: unidad básica de herencia, un segmento de ADN que codifica para proteínas o ARN.
• Expresión génica: se mide por la cantidad de ARN, proteínas o su actividad.
• Proceso por el cual los organismos transforman la información genética en proteínas o ARN.
• Ejemplo: la alcohol deshidrogenasa se activa con niveles altos de etanol.

Genes Constitutivos e Inducibles

• Genes inducibles: se activan cuando se necesitan y se apagan cuando no (ej., maltasa).
• Genes constitutivos: siempre están activados (ej., RNA-pol).
• Diferenciación celular: una célula se especializa.
• Aunque las células se diferencian y tienen distintos genomas, la expresión génica es específica a la función y morfología de cada célula.

Características de Genes y Genomas

• Entre el 0.5% y el 0.7% del genoma es diferente entre humanos.
• Regiones intergénicas: tienen funciones regulatorias o son repeticiones en tándem.

Regiones Polimórficas y Alelos

• Región polimórfica: da origen a un alelo.
• Los genes pueden ser polimórficos (regiones variables que nos hacen únicos).
• Alelo: mismo gen con una letra diferente (polimorfismo de un solo nucleótido, no causa enfermedad).
• SNP (Polimorfismo de nucleótido único)
• STR (Repetición en tándem corto)
• Exones: zonas codificantes.
• Intrones: no codificantes.
• Promotor: secuencia de nucleótidos que inicia la transcripción.
• Terminador: son genes.
• UTR: región no traducida (al principio y al final); secuencia de poliadenilación (protección).
• Cap 5' UTR / AAAA cola de polia
• Estructura de un Gen y Tipos de regiones:
• Región estructural: lleva la secuencia del producto génico (pre-RNAm).
• Región regulatoria: sin secuencia codificante, regula la transcripción.
• Región codificante.
• Región no codificante.

Transcripción vs Replicación

• Producto: ADN vs ARN.
• Simultáneo: sí vs no.
• Dirección: bidireccional vs monodireccional.
• Multifocal: sí vs sí.
• Simétrico: sí vs asimétrico.
• Dirección: 5'-3' en ambos.
• Autoiniciadora: no (primers) vs sí.
• Cofactor: Mg+ en ambos.
• La transcripción usa una hebra molde y otra codificante
• la hebra molde se lee
• la hebra codificante lleva el código.

Transcripción Detallada

• De la hebra molde (3' a 5'), se transcribe un RNA con el mismo código que la codificante, pero con uracilo en lugar de timina (de 5' a 3').
• RNA-pol II:
  • mRNA.
  • va de 5' a 3'.
  • cambia T por U.
  • alfa-amanitina la inhibe.
• Genes policistrónicos: procariotas y virus (operones).Genes monocistrónicos: eucariotas (promotor y terminador por gen).
• Factores de transcripción (generales):
  • Reconocen el promotor, unido a la caja TATA (upstream del promotor).
• TFIIH (factores de transcripción) tiene actividad de helicasa, lo que produce la burbuja de transcripción.
• Entre estos elementos BRE, TATAA, Inr, DCE, MTE en ese orden
• Después de la formación del complejo de iniciación (poco a poco), se une a factores de transcripción y RNA-pol II.
  • TAF y TBP se unen a los promotores TATA y Inr respectivamente.
  • TAF reconoce la caja TATA.
• TF II B se une a TBP y sirve como puente para RNA pol II.
• TF II E estabiliza la región desnaturalizada.
• La RNA pol II, con TFIIF, se une.
• La RNA pol II ayudadada por TFIIF
• La estructura molecular que tiene la función de abrir o desenrollar el ADN se denomina: Helicasa

Elongación

• TFIIH fosforila la CTD de la RNA pol II (lee de 3' a 5', pega de 5' a 3').
• Topoisomerasas liberan la tensión.
• Híbrido temporal RNA:DNA.
• El RNA se separa del DNA (que se vuelve a enrollar).
• Terminación: con el terminador, RLP desfosforila la RNA-pol-II y se apaga.
• Errores: la RNA pol II se equivoca una vez por cada mil pares de bases.
• El RNAm por su puesto carece de importancia ya que no importan tanto los ARNm ya que salen muchas más proteínas.
• El DNA siempre estará ahí, mientras que el y (RNA es de vida corta).

Características Eucariontes

• RNA polimerasas transcriben diferentes genes.
• Las polimerasas interactúan con distintas proteínas.
• La transcripción ocurre en eucromatina en el núcleo.
• Es necesario que termine la transcripción para que empiece la traducción
• Regulación: la expresión génica es más compleja en pluricelulares por sus distintos tipos celulares.

Maduración del RNA Mensajero (en el núcleo)

• Capping del RNAm (caperuza 5').
• Cola de poli-A.
• Corte y empalme o Splicing.
• La maduración le da estabilidad y resistencia.

La maduración le confiere al RNAm:

• Estabilidad
• Resistencia a nucleasas
• Permite plegamiento tridimensional
• Permite que sea reconocido por otros componentes culares lo que facilita el inicio de la traducción.
• La maduración del RNA mensajero confiere estabilidad, permite el pegamiento tridimensional, permite la resistencia a nucleasas y que sea reconocido por otros componentes celulares que facilitan el inicio de la traducción
• CAP: guanosina metilada unida al revés (C5 a C5) con 2 fosfatos (ribosa con guanina).
  • Se pone al inicio (3 pasos: desfosforilar, guanosilación, metilación).
  • La exonucleasa no reconoce el capping y no lo degrada; cuando sale del núcleo, sirve de punto de unión a ribosomas.
• Colita de poliA: la endonucleasa corta después de la secuencia y la polia polimerasa pega las adenosinas para proteger y estabilizar, con proteínas accesorias (PABP).

Splicing

• Intrones (regiones no codificantes) y exones (regiones codificantes).
• Los genes eucariontes tienen intrones (excepto los de histonas).
• Los intrones son abundantes y más grandes que los exones (20kb vs 1kb, aprox.); hay ~40 intrones por gen.
• Algunos intrones regulan.
• Spliceosoma: los intrones tienen secuencias de splicing 5' y 3', y de ramificación
• Los intrones inician con GU y terminan con AG.
• Si hay una mutación en la secuencia de splicing 5', el intrón remanente.

Este cuestionario explora la estructura del ADN, incluyendo la regla de Chargaff, la desnaturalización y las diferencias entre estructuras primarias y secundarias. También abarca el papel de las histonas, la dirección 5' a 3', la solubilidad del ADN y los enlaces fosfodiéster.