Biología Molecular: DNA y Replicación PDF

BIOLOGÍA MOLECULAR: DNA Y REPLICACIÓN Ácido desoxirribonucleico → (DNA) → Información genética. Ácido ribonucleico → (RNA) → Codificación de DNA y síntesis de proteínas. COMPOSICIÓN DNA Está compuestos por nucleótidos, los cuales se componen de: ​ 1 base nitrogenada ​ 1 pentosa ​ 1 Grupo...

BIOLOGÍA MOLECULAR: DNA Y REPLICACIÓN Ácido desoxirribonucleico → (DNA) → Información genética. Ácido ribonucleico → (RNA) → Codificación de DNA y síntesis de proteínas. COMPOSICIÓN DNA Está compuestos por nucleótidos, los cuales se componen de: ​ 1 base nitrogenada ​ 1 pentosa ​ 1 Grupo fosfato BASES NITROGENADAS Anillos que contienen carbono, nitrógeno y oxígeno. PURINAS ​ Tiene 9 carbonos ​ Adenina y guanina ​ 2 anillos ​ Los carbonos de los anillos se nombran del 1 al 9. PIRIMIDINAS ​ Tiene 6 carbonos ​ Citosina, timina y uracilo. ​ 1 anillo ​ Los carbonos se nombran del 1 al 6. PENTOSAS ​ Los carbonos de las pentosas se nombran de 1’ a 5’. ​ Se les pone el ‘ para diferenciarlas de las bases nitrogenadas. ​ Tenemos 2 pentosas: ribosa y desoxirribosa ​ Se llama desoxirribosa por la falta de un oxígeno en el carbono 2 de la pentosa. NUCLEÓSIDOS ​ Base nitrogenada + pentosa= Nucleósido ​ Cuando la base nitrogenada se une a la pentosa lo hace mediante un enlace N-glucosídico → Enlace covalente (comparten electrones, es un enlace fuerte) ​ La base nitrogenada siempre va a estar unida al carbono 1’ de la pentosa. NUCLEÓTIDOS ​ Base nitrogenada + pentosa + fosfato= Nucleótido ​ Base nitrogenada: Se une al carbono 1’ de la pentosa mediante enlace glucosídico. ​ Fosfato: Se une al carbono 5’ de la pentosa mediante un enlace éster. SEGÚN LA CANTIDAD DE FOSFATOS Monofosfatado: Nucleótido con 1 fosfato. Difosfatado: Nucleótido con 2 fosfatos. Trifosfatado: Nucleótido con 3 fosfatos. EJEMPLOS DE NUCLEÓTIDOS ​ ATP, GTP, UTP, CTP, AMP, UTP. ​ En su forma libre se encuentran trifosfatados (3 fosfatos) ​ Cuando reaccionan están difosfatados (2 fosfatos) ​ Cuando están unidos en el DNA están en su forma monofosfatada (1 fosfato). NOMENCLATURA NUCLEOSIDOS Y NUCLEOTIDOS d - = desoxi EJEMPLOS Desoxicitidina → Nucleósido Desoxicitidinamonofosfatado → Nucleótido ENLACE ENTRE NUCLEÓTIDOS EN EL ADN ​ Los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster. ​ Están monofosfatados en la cadena. ​ El fosfato de un nucleótido se une al grupo hidroxilo del carbono 3’ de la pentosa de otro nucleótido. ​ El oxígeno reacciona con el carbono del fosfato → Enlace fosfodiéster ​ Reacción de deshidratación. ​ Se llama cadena 5’ - 3’ porque en el carbono 5’ de la pentosa tiene su propio grupo fosfato y en el carbono 3’ recibe el fosfato del otro nucleótido. RECAPITULANDO: UNIONES A CARBONOS DEL NUCLEÓTIDO Carbono 1’: Se une la base nitrogenada a la pentosa del nucleótido. Carbono 3’: Hay un grupo hidroxilo, al que después se le unirá el grupo fosfato de otro nucleótido. Carbono 5’: El nucleótido tiene su propio grupo fosfato. DIRECCIÓN DE LA CADENA ​ Una de las cadenas que componen el DNA debe de voltearse para que se formen los puentes de hidrógeno entre la adenina y timina y también entre citosina y guanina. ​ Hebra de arriba 5’ - 3’ ​ Hebra de abajo 3’ - 5’ FOSFATOS ​ Los fosfatos deben de quedar afuera, si están hacia adentro se repelen. ​ Tienen carga negativa y les gusta el agua, por eso van hacia afuera. BASES NITROGENADAS ​ Están al centro, no les gusta el agua por su grupo amino. PUENTES DE HIDRÓGENO ​ 2 puentes de hidrógeno: adenina y timina ​ 3 puentes de hidrógeno: guanina y citosina. ​ La cadena siempre se romperá donde hay 2 puentes de hidrógeno (donde están adenina y timina) pues es más fácil romper 2 enlaces que 3. LEY DE CHARGAFF ​ A = T (La concentración de adenina es la misma que la de timina, siempre estarán unidas por puentes de hidrógeno) ​ C = G (La concentración de citosina es igual a la de guanina, siempre estan unidas por puentes de hidrógeno). RECAPITULANDO El DNA… ​ Está hecho de nucleótidos ​ Es complementario (A con T y G con C) ​ Es antiparalelo ( una de las hebras va de 5 ’- 3’ y otra de 3’ - 5’) SURCO MAYOR Y SURCO MENOR ​ Cuando se forma la hélice se forman dos surcos ​ Para una proteína es más fácil leer el DNA en el surco mayor que en el surco menor. ​ Hay proteínas que reconocen el surco menor pero la mayoría reconocen el mayor. DNA VARIANTES EN LA CADENA DE DNA Forma A (DNA DESHIDRATADO: IN VITRO) ​ La que se encuentra en el laboratorio. ​ Si la hélice de DNA se deshidrata se encoge. ​ Wilkins le tomó foto a este DNA.  ​ DNA deshidratado → Forma aguada Forma B (DNA CROMOSÓMICO) ​ Está hidratado. ​ Rosalin Franklin le tomó foto a este DNA. ​ DNA hidratado → Forma redondita Forma C (DNA COMPLEMENTARIO) ​ Es la hélice complementaria que se forma al momento de la replicación. Forma Z ​ Forma distorsionada debido a la presencia de muchas guaninas y citocinas. ​ Guaninas y citosinas → Enlaces fuertes. Sitios con G y C nos ayudan a regular genes, por sus enlaces fuertes. Sitios con mucha G y C se empiezan a distorsionar, se forma una Z. ​ Adeninas y timinas → Enlaces débiles. In vitro nuestras células tienen hélices forma Z, forma B y forma C. DNA COMPACTACIÓN ​ El DNA mide 2 nanómetros. HISTONAS ​ En estas se enrolla al DNA. ​ Tenemos 4 histonas: H2A, H2B, H3 y H4. ​ H3 + H4 o H2A + H2B: Dímero → Dímero + dímero: Tetrámero → Tetrámero + tetrámero: Octámero. ​ Se le dan dos vueltas de DNA al octámero. ​ H1: Es el seguro para que el DNA no se desenrolle de la histona. RECAPITULANDO ​ El DNA se enrolla en 2 histonas H2A, 2 histonas H2A, 2 histonas H3 y 2 histonas H4. NUCLEOSOMA Y CROMATOSOMA ​ Nucleosoma: DNA con octámero de histonas. ​ Cromatosoma: DNA con octámero de histonas + H1. COMPACTACIÓN DIFERENTES FIBRAS  ​ 300 nm → Es la eucromatina (cromatina de interfase). ​ 700 nm → Es la heterocromatina. RNA ESTRUCTURA ​ El RNA se compone de… ○​ Nucleótidos - Uracilo en vez de timina ○​ Una ribosa ○​ Un grupo fosfato ​ Arriba va el carbono 5’ y abajo el 3’. ​ El inicio de la única cadena de RNA siempre es de 5’ - 3’. Se lee en ese orden ​ El DNA se compone de 2 cadenas, el RNA de 1. ​ El RNA se desintegra fácilmente. ​ Puede ser muy corto (10 nucleótidos) o muy largo (2000 - 3000 nucleótidos). ​ Al ser tan largo puede doblarse y auto complementarse. ESTRUCTURA SECUNDARIA ​ Hay de pasador y de bucle. ​ Puede hacer estructuras que se auto complementan: adenina - uracilo, citosina - guanosina. ESTRUCTURA TERCIARIA ​ Se empiezan a combinar estructuras de bucle y de pasador en una misma cadena. TIPOS DE RNA RNA MENSAJERO ​ Tiene codones. ​ Es totalmente lineal. ​ Al principio: tiene una proteína CAP. ​ En medio: tiene nucleótidos ​ Al final: tiene una cola de Poli A. RNA DE TRANSFERENCIA ​ Tiene bucles. ​ Tiene un anticodón ​ Tiene un aminoácidos en el extremo 3’.  ​ RNA RIBOSOMAL ​ 4 diferentes tipos. ​ 5S, 28S, 5.8S y 18S ​ Subunidad mayor: 5.8 S + 5S + 28S + 49 proteínas ​ Subunidad menor: 18S + 33 proteínas RIBOSOMAS ​ Sitios: EPA = E (Exit), P (Peptidil), A (Aminoacil) RTT y RT REPLICACIÓN ​ Copiamos el DNA. TRANSCRIPCIÓN ​ Se pasa de DNA a RNA ​ La información del DNA se transcribe a RNA. TRADUCCIÓN ​ Se traducen los nucleotidos de RNA a aminoácidos. RETROTRANSCRIPCIÓN ​ El RNA se copia en DNA complementario. REPLICACIÓN Se duplica la información del DNA a RNA. CARACTERÍSTICAS ​ Es semiconservadora ​ Bidireccional ​ Continua y discontinua. 1)​ SEMICONSERVDORA Semiconservador: Solo una hebra original es copiada y se mantienen en la hija. Cada hija sale con una hebra original y una copia. Conmservador: Las hebras originales se mantenían como originales en una hija. Las células hijas son totalmente hijas. Disperso: La herba original se va copiando por cachitos. Las dos células hijas van a tener tanto pedacitos originales como pedacitos nuevos. 2)​BIDIRECCIONAL ​ En donde hay adeninas y timinas la hebra se abre. ​ En la replicación los nucleótidos siempre se colocan de 5’ a 3’. ​ La hebra se copia de 5’ - 3. El DNA se sintetiza de manera simultánea en dos direcciones distintas. ​ Cuando la hebra se abra vamos a empezar a hacer copias de 5’ - 3’, pero cuando demos la vuelta no podemos seguir copiando en ese orden, la hebra no nos lo permite. Para esto vamos a hacer fragmentos de Okazaki con el orden 5’ - 3’. ​ El DNA molde siempre de 3’ - 5’, para que la hebra se copie de 5’-3. PROCARIOTES VS EUCARIOTES ​ Los procariotas tienen un DNA pequeño y circular. Para empezar a copiar solo tienen un lugar de origen, donde hay A y T. Por su forma se copia de manera sencilla. ​ Los eucariotes tienen un DNA muy largo y recto. Por eso los eucariotes tienen muchos puntos de origen: es plurifocal. En algún momento tenemos que hacer los fragmentos de Okazaki. En algún momento los fragmentos se van a unir. 3)​ CONTINUA Y DISCONTINUA Una parte de la replicación del DNA es discontinua (en pedacitos) y otra parte es continua. HEBRA LÍDER → CONTINUA Hebra que se sintetiza de manera continua. HEBRA REZAGADA → DISCONTINUA Hebra que se sintetiza de manera discontinua. Va llegar un punto en el que no podremos poner nucleótidos de 5’ - 3’, entonces tendremos que ir copiando en cachitos. BIOLOGÍA MOLECULAR: DNA Y REPLICACIÓN #2 REPLICACIÓN PROTEÍNAS HELICASA (MCN2-7 (Mini-Chromosome Maintenance Complex 2-7)) ​ Complejo proteico que rompe puentes de hidrógeno. ​ Separa las 2 hebras. ​ Al separar las hebras de DNA toma las histonas y las recicla para el nuevo DNA replicado. ​ Varias chaperonas vuelven a poner las historias. PROTEÍNA DE UNIONA A CADENA SENCILLA (RPA) ​ Se pega a las cadenas sencillas para mantenerlas separadas y que no se vuelvan a unir. ​ Usualmente el DNA quiere volver a unirse, romper los puentes de hidrógeno las mantiene separadas. ​ RPA: Eucariotes ​ SSB: Procariotes PRIMASA ​ Pone nucleótidos → Pone RNA → Genera primers ​ Nos da un hidroxilo en el carbono 3’ TOPOISOMERASA ​ Cuando el DNA se abre se enrosca ​ Corta las hebras enroscadas que ya están separadas y las vuelve a pegar. ​ Corta la hebra, la libera y vuelve a poner un enlace fosfodiéster. ​ Si solamente está enroscada una hebra, sólo corta uno, si las dos lo están corta las dos. RNASA H1 ​ Quita los primers en la hebra continua → la hebra líder ENDONUCLEASA FLAP 1 ​ Quita los primers en los fragmentos de okasaki. LIGASA ​ Pone enlaces fosfodiéster ​ A diferencia de la topoisomerasa, esta sólo hace enlaces fosfodiéster. TELOMERASA ​ Tiene acción de transcriptasa reversa: cuando pasamos de RNA a DNA. ANTÍGENO NUCLEAR DE PROLIFERACIÓN CELULAR (PCNA) ​ Mantiene a la DNA polimerasa y a la helicasa unidas al DNA. ​ Cuando las proteínas hacen una acción suelen irse, la PCNA las mantiene unidas. DNA POLIMERASA Solo aplica para replicación eucariota: ​ DNA pol alfa: Actúa con la primasa para generar los primers. ​ DNA pol delta: Toma un nucleótido y ve si puede formar puentes de hidrógeno con un nucleótido de la hebra rezagada. Si puede forma un enlace fosfodiéster (a-t, c-g), si no puede lo suelta y agarra otro. ​ DNA pol epsilon: Toma un nucleótido y ve si puede formar puentes de hidrógeno con un nucleótido de la hebra líder. ​ DNA pol beta: Repara errores ​ DNA pol gamma:Replica DNA mitocondrial. PROCESO 1.​ El DNA se enrolla en histonas. 2.​ Tenemos el punto donde hay más adeninas y timinas. 3.​ Las secciones con adeninas y timinas normalmente se encuentran en el espacio entre histonas. 4.​ En este sitio abre la helicasa (punto de origen) 5.​ La helicasa abre la doble hélice. También agarra las histonas y las quita para que el DNA esté libre de ellas. 6.​ Después llega RPA y mantiene separadas a ambas hebras. 7.​ Luego llega primasa y junto a la polimerasa alfa pone los primers. Ponemos el primer para empezar la replicación y crear la cadena continúa en la cadena original con dirección 3’ -5’. 8.​ Conforme pasa la helicasa y va habiendo se enroscan las hebras. Para desenroscarlas llega la topoisomerasa. 9.​ Llega la DNA polimerasa epsilon, verifica que los nucleótidos puedan formar puentes de hidrógeno en la replicación. Sin el primer no se pueden hacer los enlaces fosfodiéster, no podríamos poner los nucleótidos. 10.​Cuando nuestro DNA molde pase de la dirección 3’ - 5’ a 5’ - 3’no vamos a poder poner nucleótidos, pues no sería antiparalelo y los nucleótidos no se pueden poner de 3’ - 5’. 11.​La helicasa va a ir quitando las histonas, mientras las va quitando va a llegar un punto en el que va poder entrar la DNA polimerasa alfa con primas para poner los primers. 12.​Llega la DNA polimerasa delta y ve si puede generar puentes de hidrógeno. Deja el nucleótido correspondiente y genera un enlace fosfodiéster y así sucesivamente. Genera fragmentos de okasaki. 13.​La RNASA H1 quita los primers de la hebra líder. En la hebra rezagada la endonucleasa FLAP 1 quita los primers de la hebra rezagada.  14.​La ligasa termina de generar los enlaces fosfodiéster que faltaron entre los fragmentos de okasaki y donde antes estaban los primers. ¿¿¿¿delta o epsilon???? REPLICACIÓN: FASES INICIO ​ Proteínas de reconocimiento identifican el punto de origen (dónde están las A y T). ​ Esas proteínas llaman al conjunto helicasa. Necesitamos 2, pues la replicación es bidireccional. ​ Llega PCNA. Esta mantiene unida a la helicasa y a la primasa con el DNA. También ayuda a unir a las polimerasas ​ Se fosforila la helicasa para activarse y en este momento empiezan a trabajar la helicasa y la DNA pol a, en ese momento se empieza la elongación. ​ Ponen los primers: Primasa + DNA polimerasa alfa ELONGACIÓN ​ La helicasa avanza. ​ Elonga conforme la helicasa va avanzando: DNA pol elipson (en hebra continua). ​ Evita que la doble hélice se vuelva a unir: RPA ​ Corta las cadenas para evitar que se vuelvan a unir y hace enlaces fosfodiéster: Topoisomerasa. ​ Elonga los fragmentos de okasaki: DNA pol delta cuando llega a la hebra rezagada ​ Quitan los primers: RNAsa y Endonucleasa flap 1 ​ Liga: Ligasa ​ Cebadores = Primers (es lo mismo) Nota: Conforme la cadena se va copiando va quitando todos los primers y todo lo que no necesite, para que cuando voltee a ver al DNA ya todo esté hecho. TERMINACIÓN Cuando la cadena se acaba se debe de quitar el primer, pues ya es muy poco para poner otra DNA pol alfa y DNA pol delta. Con ese pedacito que no se copió ya no se hace nada. La telomerasa se activa cuando se rompe la helicasa y cuando se hace el superenrollamiento. Si se repite muchas veces el proceso de replicación, las cadenas de DNA cada vez se harán más cortas. Envejecimiento celular: Cuando los telómeros se van acortando tras cada replicación. En un momento dado ya no habrá más telómeros, habrá información genética. Si se compromete mi información genética esta se muere. TELOMERASA ​ Permite que no se pierda información genética. ​ Pone DNA en los telómeros ​ La telomerasa tiene efecto de transitasa reversa: pasar de RNA - DNA.  ​ El fragmento de DNA que tiene es complementario a los telómeros. ​ Va recorriendose, va poniendo más DNA y va haciendo los telómeros más largos para que la RNA polimerasa alfa pueda entrar, posteriormente la RNA polimerasa delta para que pongan nucleótidos y no se pierda información. ​ Mientras tengamos telomerasa la célula se podrá replicar muchas veces. ​ ¿Quién tiene telomerasa? Células madre, fibroblastos, células epiteliales. Principalmente células madre. EXPRESIÓN GÉNICA ​ Se empieza a modular la cantidad de proteínas que se van a generar dependiendo del gen. ​ Mientras más se va diferenciando la célula, se va ocultando la expresión de la telomerasa. ​ Al principio las células madre tienen mucha telomerasa y después ya no.