Metilación Del ADN Y Regulación Epigenética PDF

METILACIÓN La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo metilo (CH3) a una molécula de ADN, generalmente en la posición 5 de una citosina dentro de una secuencia CpG (dinucleótido citosina-guanina). Este proceso es fundamental en la regulación de la expresión génica, el desarrollo, y la...

METILACIÓN La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo metilo (CH3) a una molécula de ADN, generalmente en la posición 5 de una citosina dentro de una secuencia CpG (dinucleótido citosina-guanina). Este proceso es fundamental en la regulación de la expresión génica, el desarrollo, y la estabilidad del genoma. ¿QUÉ ES LA METILACIÓN? - Afecta la expresión génica, la regulación epigenética y la estabilidad del genoma. - Ocurre principalmente en residuos de citosina en el ADN o en lisinas y argininas en histonas. Metilación de ADN: mecanismo y función El ADN metiltransferasa (DNMT) añade grupos metilo a las citosinas en secuencias CpG. Efecto en la expresión génica: La metilación de los promotores de los genes silencia su expresión. Función en el desarrollo: Implicada en el control del desarrollo embrionario y la impronta genética. METILACIÓN DE HISTONAS REGULACIÓN EPIGENETICA La histonmetiltransferasa (HMT) añade grupos metilo a residuos de lisina y arginina en histonas. Efecto dependiente del sitio de metilación: Metilación de H3K9: Reprime la transcripción (cromatina compacta). Metilación de H3K4: Activa la transcripción (cromatina abierta).  DESMETILACIÓN REVERSIBILIDAD DE LA METILACIÓN La desmetilación activa es llevada a cabo por las desmetilasas. Este proceso reactiva genes silenciados, permitiendo que se expresen en respuesta a estímulos Implicación en cáncer: La pérdida de metilación en regiones críticas puede activar oncogenes. IMPLICACIONES DE LA METILACIÓN EN LA SALUD La metilación aberrante está relacionada con enfermedades como el cáncer, donde se hipermetilan genes supresores de tumores. Desórdenes neurológicos, como el síndrome de Rett, son causados por mutaciones en proteínas relacionadas con la metilación. Terapias epigenéticas: Inhibidores de DNMT y HDAC son usados en tratamientos contra el cáncer. UBIQUITINACIÓN Proceso clave en la regulación de proteínas dentro de las células, donde una pequeña proteína llamada ubiquitina se une covalentemente a una proteína objetivo. Este proceso marca a las proteínas para su degradación en el proteasoma, regula su actividad o controla su localización celular. UBIQUITINACIÓN: DEFINICIÓNY PROCESO La ubiquitinación es la adición de una pequeña proteína llamada ubiquitina a una proteína objetivo. Es catalizada por una secuencia de tres enzimas: E1 (enzima activadora de ubiquitina), E2 (enzima conjugadora de ubiquitina), y E3 (ligasa de ubiquitina). La función principal es marcar a las proteínas para su degradación en el proteasoma. FUNCIÓN DE LA UBIQUITINACIÓN EN LA CÉLULA Degradación de proteínas: Proteínas mal plegadas o dañadas son marcadas por ubiquitina y degradadas en el proteasoma. Regulación de la actividad proteica: Algunas proteínas no son degradadas, pero su actividad es regulada por la ubiquitinación. Control de localización: Ubiquitinación puede dirigir proteínas a diferentes compartimentos celulares. DEGRADACIÓN DE PROTEINAS UBIQUITINADAS EN EL PROTEASOMA Las proteínas que han sido marcadas con varias moléculas de ubiquitina forman una cadena de poliubiquitina. Estas proteínas son reconocidas por el proteasoma, una estructura que descompone las proteínas en sus aminoácidos. Este proceso es esencial para el reciclaje de proteínas y la regulación de procesos celulares.  REGULACION ALOSTERICA REGULACIÓN ALOSTERICA: DEFINICIÓN Y MECANISMO La regulación alostérica ocurre cuando una molécula reguladora se une a un sitio alostérico, distinto del sitio activo de la enzima. Esto provoca un cambio conformacional que altera la actividad de la enzima, ya sea activándola o inhibiéndola. Es un mecanismo clave para la regulación rápida y reversible de la actividad enzimática. ¿QUÉ ES EL SITIO ALOSTÉRICO? Distinto del sitio activo: La molécula alostérica no se une en el sitio donde ocurre la reacción catalítica (sitio activo), sino en otro lugar de la enzima. Cambios conformacionales: La unión del efector al sitio alostérico induce un cambio estructural en la proteína que afecta la afinidad o la capacidad del sitio activo para realizar su función. Regulación positiva o negativa: Los efectores alostéricos pueden ser activadores (aumentan la actividad de la enzima) o inhibidores (disminuyen la actividad). EFECTORES ALOSTÉRICOS: ACTIVADORES E INHIBIDORES Los efectores alostéricos pueden ser activadores o inhibidores. · Activadores. Se unen al sitio alostérico y promueven la activación de la enzima, aumentando su afinidad por el sustrato Inhibidores: Se unen al sitio alostérico y disminuyen la actividad de la enzima. impidiendo la unión efectiva del sustrato.  REGULACIÓN ALOSTÉRICA EN LA ATCasa La enzima aspartato transcarbamilasa (ATCasa) es un ejemplo clásico de regulación alostérica Esta enzima está involucrada en la síntesis de nucleótidos y es inhibida alostéricamente por el CTP (producto final) y activada por el ATP (indicador de energía celular). Los cambios conformacionales Inducidos por estos efectores controlan la actividad de la ATCasa en respuesta a las necesidades celulares. IMPACTO FISIOLÓGICO DE LA REGULACIÓN ALOSTÉRICA La regulación alostérica permite que las células respondan rápidamente a cambios en el entorno, Es esencial para el control de rutas metabólicas clave, como la glucólisis y el ciclo de Krebs, donde enzimas como la fosfofructoquinasa son reguladas alostéricamente por ATP y AMP. La desregulación alostérica puede contribuir a enfermedades como el cáncer, donde la sobreactivación de enzimas promueve el crecimiento celular descontrolado.  METILACIÓN La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo metilo (CH3) a una molécula de ADN, generalmente en la posición 5 de una citosina dentro de una secuencia CpG (dinucleótido citosina-guanina). Este proceso es fundamental en la regulación de la expresión génica, el desarrollo, y la estabilidad del genoma. ¿QUÉ ES LA METILACIÓN? - Afecta la expresión génica, la regulación epigenética y la estabilidad del genoma. - Ocurre principalmente en residuos de citosina en el ADN o en lisinas y argininas en histonas. Metilación de ADN: mecanismo y función El ADN metiltransferasa (DNMT) añade grupos metilo a las citosinas en secuencias CpG. Efecto en la expresión génica: La metilación de los promotores de los genes silencia su expresión. Función en el desarrollo: Implicada en el control del desarrollo embrionario y la impronta genética. METILACIÓN DE HISTONAS REGULACIÓN EPIGENETICA La histonmetiltransferasa (HMT) añade grupos metilo a residuos de lisina y arginina en histonas. Efecto dependiente del sitio de metilación: Metilación de H3K9: Reprime la transcripción (cromatina compacta). Metilación de H3K4: Activa la transcripción (cromatina abierta).  DESMETILACIÓN REVERSIBILIDAD DE LA METILACIÓN La desmetilación activa es llevada a cabo por las desmetilasas. Este proceso reactiva genes silenciados, permitiendo que se expresen en respuesta a estímulos Implicación en cáncer: La pérdida de metilación en regiones críticas puede activar oncogenes. IMPLICACIONES DE LA METILACIÓN EN LA SALUD La metilación aberrante está relacionada con enfermedades como el cáncer, donde se hipermetilan genes supresores de tumores. Desórdenes neurológicos, como el síndrome de Rett, son causados por mutaciones en proteínas relacionadas con la metilación. Terapias epigenéticas: Inhibidores de DNMT y HDAC son usados en tratamientos contra el cáncer. UBIQUITINACIÓN Proceso clave en la regulación de proteínas dentro de las células, donde una pequeña proteína llamada ubiquitina se une covalentemente a una proteína objetivo. Este proceso marca a las proteínas para su degradación en el proteasoma, regula su actividad o controla su localización celular. UBIQUITINACIÓN: DEFINICIÓNY PROCESO La ubiquitinación es la adición de una pequeña proteína llamada ubiquitina a una proteína objetivo. Es catalizada por una secuencia de tres enzimas: E1 (enzima activadora de ubiquitina), E2 (enzima conjugadora de ubiquitina), y E3 (ligasa de ubiquitina). La función principal es marcar a las proteínas para su degradación en el proteasoma. FUNCIÓN DE LA UBIQUITINACIÓN EN LA CÉLULA Degradación de proteínas: Proteínas mal plegadas o dañadas son marcadas por ubiquitina y degradadas en el proteasoma. Regulación de la actividad proteica: Algunas proteínas no son degradadas, pero su actividad es regulada por la ubiquitinación. Control de localización: Ubiquitinación puede dirigir proteínas a diferentes compartimentos celulares. DEGRADACIÓN DE PROTEINAS UBIQUITINADAS EN EL PROTEASOMA Las proteínas que han sido marcadas con varias moléculas de ubiquitina forman una cadena de poliubiquitina. Estas proteínas son reconocidas por el proteasoma, una estructura que descompone las proteínas en sus aminoácidos. Este proceso es esencial para el reciclaje de proteínas y la regulación de procesos celulares.  REGULACION ALOSTERICA REGULACIÓN ALOSTERICA: DEFINICIÓN Y MECANISMO La regulación alostérica ocurre cuando una molécula reguladora se une a un sitio alostérico, distinto del sitio activo de la enzima. Esto provoca un cambio conformacional que altera la actividad de la enzima, ya sea activándola o inhibiéndola. Es un mecanismo clave para la regulación rápida y reversible de la actividad enzimática. ¿QUÉ ES EL SITIO ALOSTÉRICO? Distinto del sitio activo: La molécula alostérica no se une en el sitio donde ocurre la reacción catalítica (sitio activo), sino en otro lugar de la enzima. Cambios conformacionales: La unión del efector al sitio alostérico induce un cambio estructural en la proteína que afecta la afinidad o la capacidad del sitio activo para realizar su función. Regulación positiva o negativa: Los efectores alostéricos pueden ser activadores (aumentan la actividad de la enzima) o inhibidores (disminuyen la actividad). EFECTORES ALOSTÉRICOS: ACTIVADORES E INHIBIDORES Los efectores alostéricos pueden ser activadores o inhibidores. · Activadores. Se unen al sitio alostérico y promueven la activación de la enzima, aumentando su afinidad por el sustrato Inhibidores: Se unen al sitio alostérico y disminuyen la actividad de la enzima. impidiendo la unión efectiva del sustrato.  REGULACIÓN ALOSTÉRICA EN LA ATCasa La enzima aspartato transcarbamilasa (ATCasa) es un ejemplo clásico de regulación alostérica Esta enzima está involucrada en la síntesis de nucleótidos y es inhibida alostéricamente por el CTP (producto final) y activada por el ATP (indicador de energía celular). Los cambios conformacionales Inducidos por estos efectores controlan la actividad de la ATCasa en respuesta a las necesidades celulares. IMPACTO FISIOLÓGICO DE LA REGULACIÓN ALOSTÉRICA La regulación alostérica permite que las células respondan rápidamente a cambios en el entorno, Es esencial para el control de rutas metabólicas clave, como la glucólisis y el ciclo de Krebs, donde enzimas como la fosfofructoquinasa son reguladas alostéricamente por ATP y AMP. La desregulación alostérica puede contribuir a enfermedades como el cáncer, donde la sobreactivación de enzimas promueve el crecimiento celular descontrolado. CARACTERISITCAS ADN POLIMERASA є Alta procesividad: La ADN polimerasa є tiene la capacidad de sintetizar largas cadenas de ADN sin desprenderse del molde, lo que la convierte en una enzima de alta procesividad, similar a la DNA polimerasa δ. Función específica en la hebra conductora: Aunque tanto la polimerasa δ como є pueden sintetizar ADN, la polimerasa є se especializa en la hebra conductora (leading strand), que es la cadena que se replica de forma continua en la dirección de avance de la horquilla de replicación. FUNCIONES ADN POLIMERASA є Síntesis de la hebra conductora: Durante la replicación, la DNA polimerasa є se encarga de la síntesis continua de la hebra conductora. Una vez que la helicasa desenrolla el ADN y se coloca el cebador de ARN por la DNA polimerasa α /primasa, la polimerasa є toma el control y comienza a sintetizar ADN de manera rápida y eficiente en la dirección 5 a 3. Corrección de errores (proofreading): La actividad exonucleasa 3 a 5' de la DNA polimerasa є le permite corregir errores durante la replicación, eliminando nucleótidos incorrectos que se han añadido de manera errónea. Esto contribuye a la alta fidelidad del proceso replicativo, lo que es crucial para evitar mutaciones que puedan comprometer la estabilidad genómica Mantenimiento de la integridad genómica La DNA polimerasa є no solo se especializa en la replicación del ADN, sino que también desempeña un papel clave en la respuesta a daños en el ADN y en la reparación. Puede participar en procesos de reparación por escisión de bases y nucleótidos. ayudando a corregir daños causados por factores como radiación o agentes mutagénicos. Control del ciclo celular y activación de puntos de control: La DNA polimerasa є también está implicada en la activación de los puntos de control del ciclo celular, que aseguran que la célula no avance a la siguiente fase del ciclo sin haber replicado correctamente tu ADN. Este mecanismo es importante para prevenir la división celular defectuosa y la acumulación de daños genéticos. ADN POLIMERASA δ Es una enzima clave en la replicación del ADN en eucariotas. Es responsable de la síntesis de la hebra retardada (lagging strand) y participa en la corrección de errores y en la reparación del ADN. Esta polimerasa es fundamental para la integridad del genoma y asegura una replicación precisa y eficiente ESTRUCTURA Y COMPOSICION Subunidad Catalítica (p125): También conocida como la subunidad mayor o POLDI, es la principal responsable de la actividad polimerasa (síntesis de ADN) y de la actividad exonucleasa 3-5' (corrección de errores). Subunidades Auxiliares (p50, p68 y p12): Estas subunidades (POLD2, POLD3 y POLD4) desempeñan funciones regulatorias, facilitando la interacción con otras proteínas de la maquinaria de replicación y estabilizando el compleja. FUNCION EN LA REPLICACION DEL ADN Durante la síntesis de la cadena retardada: La pol δ se une al ADN a través del deslizador PCNA (proliferating cell nuclear antigen), que actúa como una abrazadera para asegurar su estabilidad y proceso Pol δ extiende cada fragmento de Okazaki desde los cebadores de ARN generados por la primasa y empareja los nucleótidos complementarios con alta precisión. PAPEL EN LA REPARACION DEL ADN Reparación por escisión de bases (BER): La pol δ rellena los huecos generados tras la eliminación de bases dañadas. Reparación de desajustes (MMR): Repara errores en el emparejamiento de bases que ocurren durante la replicación. Reparación de roturas de doble cadena: Desempeña un papel en la reparación homóloga (HR) para la corrección de roturas peligrosas en ambas hebras de ADN. MECANISMO DE CORRECCION EN ERRORES (PROOFREADING) La DNA polimerasa δ posee una actividad exonucleasa 3-5 que le permite corregir errores de replicación. Cuando se inserta un nucleótido incorrecto, la enzima detecta la distorsión en la hélice de ADN y retrocede para eliminar el nucleótido erróneo antes de continuar con la síntesis. ADN POLIMERASA β DNA polimerasa β (pol β) es una enzima clave en el proceso de reparación del ADN en células eucariotas, especialmente en la reparación por escisión de bases (BER), un mecanismo responsable de corregir daños en el ADN que afectan a una sola base, como lesiones causadas por oxidación, alquilación o desaminación. ESTRUCTURA Y COMPOSICION La DNA polimerasa β es una enzima monomérica de aproximadamente 39 kDa (kilodaltons). A diferencia de otras DNA polimerasas más grandes y complejas, pol β tiene una estructura más simple y consta de dos dominios funcionales: o Dominio N-terminal: Posee actividad liasa de desoxinucleótido (dRP liasa), que participa en la eliminación de los restos de ribosa fosforilada en el sitio donde se ha removido una base dañada. o Dominio C-terminal: Responsable de la actividad polimerasa que alade los nucleótidos correctos durante la reparación del ADN FUNCION PRINCIPAL; REPARACION POR ESCISION DE BASES (BER) o Reconocimiento del daño: Una glicosilasa especifica detecta y elimina la base dañada. o Corte en la cadena: Una endonucleasa AP (endonucleasa que reconoce sitios a básicos) corta la cadena de ADN en el sitio donde se eliminó la base. o Eliminación de restos de azúcar-fosfato: Aquí, la DNA polimerasa β entra en acción para remover el grupo desoxirribosa fosfato restante. o Síntesis del nucleótido faltante: Pol β Incorpora el nucleótido correcto en el sitio del dañado. o Sellado final La ADN ligasa une los extremos del ADN restaurado, finalizando el proceso MECANISMO DE ACCION o Actividad liasa (dRP liasa): Pol β elimina los restos del esqueleto de azúcar fosfato que quedan tras la remoción de una base dañada. o Actividad polimerasa: Tras la eliminación de los restos del esqueleto, pol β agrega el nucleótido correcto para reparar el sitio dañado. Este paso es especialmente importante en el mantenimiento de la estabilidad del genoma. CORRECCION DE ERRORES o A diferencia de otras DNA polimerasas que están involucradas en la replicación del ADN, no posee una actividad exonucleasa de proofreading (corrección de errores 3-5) o La pol β está principalmente involucrada en la reparación de pequeños daños y no en la replicación masiva del ADN. Sin embargo, errores persistentes en la reparación pueden contribuir a la acumulación de mutaciones ADN POLIMERASA γ La DNA polimerasa γ (pol γ) es una enzima esencial encargada de la replicación y reparación del ADN mitocondrial en células eucariotas Lo que es crucial para la función energética celular, dado que las mitocondrias son los organelos que producen la mayor parte del ATP a través de la fosforilación oxidativa ESTRUCTURA Y COMPOSICION La DNA polimerasa γ es un complejo heterotrimérico compuesto por una subunidad catalítica (POLG) y dos subunidades accesorias (POLG2) Subunidad catalítica (POLG): Esta subunidad, codificada por el gen POLG, posee dos actividades enzimáticas clave: o Actividad polimerasa: Encargada de la síntesis de nuevas cadenas de ADN en la mitocondria o Actividad exonucleasa 3-5 (proofreading) Responsable de corregir errores durante la replicación del ADN mitocondrial FUNCION EN LA REPLICACION DEL ADN MITOCONDRIAL Pol γ sintetiza ambas hebras del ADN mitocondrial. Dado que el genoma mitocondrial es circular, la replicación sigue un modelo conocido como replicación desplazadora de hebra, en el cual una hebra se replica antes que la otra. La enzima trabaja junto a otros factores como la helicasa Twinkle y la primasa- mitocondrial para desenrollar el ADN y generar los fragmentos necesarios para la síntesis de la cadena retrasada. PAPEL EN LA PREPARACION DEL ADN MITOCONDRIAL Además de la replicación, pol γ también participa en la reparación del ADN mitocondrial. Dado que las mitocondrias están expuestas a altos niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS), el ADN mitocondrial es susceptible a daños oxidativos. Pol y desempeña un papel en la reparación por escisión de bases (BER) dentro de la mitocondria removiendo bases dañadas y rellenando los huecos con nucleótidos correctas. RESUMEN ADN polimerasa alfa. Inicia la replicación en eucariotas, asociada con la primasa para sintetizar los cebadores de ARN. ADN polimerasa delta Completa la replicación de la hebra retrasada y participa en la reparación del ADN. ADN polimerasa épsilon Principalmente responsable de la replicación de la hebra líder.  ADN polimerasa beta. Participa en la reparación del ADN nuclear mediante la reparación por escisión de bases. ADN polimerasa gamma Replica y repara el ADN mitocondrial. REPLISOMA La replisoma es un complejo multiproteico responsable de la replicación del ADN en células procariotas y eucariotas. Su función principal es asegurar la duplicación precisa del ADN durante la división celular. Este complejo actúa en la horquilla de replicación, donde el ADN parental se desenrolla para ser coplado. FUNCIONES Replicación semiconservativa: El replisoma asegura que ambas hebras del ADN original se copien, generando dos moléculas hijas de ADN. Cada molécula nueva contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada. Síntesis de hebras líder y retrasada: La hebra líder se sintetiza de manera continua, mientras que la hebra retrasada se sintetiza de manera discontinua mediante fragmentos de Okazaki.  Actividad de polimerización 5’ a 3’ Características Actividad exonucleasa 3’ a 5’ Rol en la reparación del ADN FUNCIONES ESPECÍFICAS o Reparación del ADN: La DNA polimerasa II se activa en presencia de daño en el ADN, especificamente como parte de la respuesta SOS de Escherichia coli. Cuando el ADN ha sido dañado, ya sea por radiación UV, productos químicos o procesos oxidativos, se activa una serie de genes que facilitan la reparación de los daños. La DNA polimerasa II juega un rol secundario en la replicación del ADN dañado, asegurando la integridad genética mediante la corrección de errores. o Sustituto en replicación: Si la replicación por la DNA polimerasa III se detiene debido a un daño en el ADN, la DNA polimerasa II puede tomar el control temporalmente, permitiendo que la célula repare el daño antes de reanudar la replicación. Aunque no es tan rápida ni eficiente como la polimerasa III en términos de velocidad de síntesis, la polimerasa II es muy precisa gracias a su fuerte capacidad correctora (exonucleasa 3' a 5’). o Reparación por escisión de nucleótidos (NER): Este proceso consiste en eliminar segmentos de ADN dañados y reemplazarlos con una nueva secuencia de ADN. La DNA polimerasa II puede realizar la síntesis de ADN durante la reparación de lesiones, asegurando que la secuencia correcta sea restaurada.  ADN POLIMERASA III o La DNA polimerasa III Esta enzima es responsable de sintetizar nuevas cadenas de ADN durante la duplicación del material genético antes de la división celular. o Es mucho más eficiente y rápida que otras polimerasas, como la DNA polimerasa I y II, y su capacidad para procesar grandes cantidades de ADN con alta fidelidad la convierte en la enzima clave de la replicación. Características ACTIVIDAD DE ACTIVIDAD COMPLEJO POLIMERIZACIÓN 5' A 3' EXONUCLEASA 3' A 5' MULTIENZIMATICO (PROOFREADING) ESTRUCTURA DEL HOLOENZIMA DE DNA POLIMERASA III 1. Núcleo catalítico: Compuesto por tres subunidades principales: α (alfa): La subunidad responsable de la actividad de polimerización, es decir, la síntesis de ADN. ε (épsilon): Proporciona la actividad exonucleasa 3' a 5, que realiza la corrección de errores o proofreading. 𝜽 (theta): Estabiliza la subunidad e y facilita la corrección de errores. 2. Cargador de abrazadera (clamp loader): Consta de varias subunidades (𝜏, 𝛾, 𝛿, 𝛿) que tienen la función de cargar y posicionar una estructura en forma de anillo llamada abrazadera o "clamp" sobre el ADN. ESTRUCTURA DE LA HOLOENZIMA POLIMERASA III 3. Abrazadera deslizante (sliding clamp) o subunidad 𝜷 (beta) * Este anillo se desliza a lo largo de la hebra molde de ADN y ayuda a mantener la DNA polimerasa II! firmemente unida al ADN durante la replicación, aumentando enormemente su procesividad.  RESUMEN DNA polimerasa I: Participa en la reparación del ADN y en la remoción de cebadores de ARN, reemplazándolos con ADN durante la replicación. DNA polimerasa II: Interviene principalmente en la reparación del ADN en condiciones de estrés o daño en el genoma. DNA polimerasa III: Es la enzima principal en la replicación del ADN, sintetizando ambas hebras (líder y retrasada) con alta velocidad y precisión. ORGANISMOS EUCARIONTES DNA polimerasa α o La DNA polimerasa a es una enzima esencial en la replicación del ADN en organismos eucariotas. o Desempeña un papel clave en el inicio del proceso de replicación y en la sintesis de los primeros o fragmentos de ADN. o La DNA polimerasa a trabaja en conjunto con la primasa para poner en marcha la replicación en ambos brazos de la horquilla replicativa. CARACTERÍSTICAS POLIMERASA α ACTIVIDAD DE ASOCIACIÓN CON LA ACTIVIDAD DE BAJA POLIMERIZACIÓN 5' A 3' PRIMASA FIDELIDAD Y SIN PROOFREADING FUNCIONES PRINCIPALES Inicio de la replicación del ADN: La función principal de la DNA polimerasa a es iniciar la síntesis de ADN en ambos brazos de la horquilla de replicación. Lo hace de la siguiente manera: o Primasa: La primasa, una subunidad de la polimerasa a, sintetiza un cebador de ARN (un pequeño fragmento de ARN de aproximadamente 10 nucleótidos de longitud). o DNA polimerasa 𝜶: Después de la síntesis del cebador de ARN, la DNA polimerasa a extiende este cebador añadiendo alrededor de 20 a 30 nucleótidos de ADN. Síntesis de fragmentos de Okazaki (en la hebra retardada):  o En la hebra retardada (lagging strand), la replicación es discontinua y requiere de múltiples cebadores para sintetizar pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki La polimerasa a participa en la síntesis Inicial de estos fragmentos, extendiendo los cebadores de ARN en fragmentos de ADN Transición a otras polimerasas: o Una vez que la DNA polimerasa a ha sintetizado los primeros 20-30 nucleótidos de ADN después del cebador otras polimerasas de alta procesividad toman el control. Específicamente: o En la hebra conductora (leading strand), la DNA polimerasa e se hace cargo para continuar la síntesis del ADN de manera continua. o En la hebra retardada, la DNA polimerasa 𝜹 reemplaza a la polimerasa a para continuar la síntesis de los fragmentos de Okazaki. ESTRUCTURA DEL COMPLEJO DE LA DNA POLIMERASA 𝜶 1. Subunidad catalítica (p180): Esta subunidad contiene la actividad de polimerización y es responsable de la síntesis del ADN. 2. Subunidades de la primasa (p48 y p58): Estas subunidades sintetizan el cebador de ARN necesario para iniciar la replicación. 3. Subunidad de enlace (p70): Ayuda a la estabilidad y coordinación del complejo. DNA POLIMERASA 𝜺 o La DNA polimerasa 𝛆 es una de las principales enzimas implicadas en la replicación del ADN en eucariotas, especificamente en la síntesis de la hebra conductora (leading strand). o Además de su rol replicativo, la DNA polimerasa E también participa en mecanismos de reparación del ADN y juega un papel importante en el mantenimiento de la integridad genomica. PROCESO DE FORMACIÓN DE LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN Estabilización de las hebras separadas: A medida que las hebras se separan, se unen proteínas de unión a cadena sencilla (SSB) para evitar que las hebras vuelvan a unirse y para prevenir la formación de estructuras secundarias, que podrían interferir con la replicación. PROCESO DE FORMACIÓN DE LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN o Síntesis de cebadores (primera): o La enzima primasa sintetiza un corto fragmento de ARN (cebador o primer) que se une a la hebra molde, proporcionando un extremo 3' libre para que la DNA polimerasa inicie la síntesis de la nueva hebra de DNA. PROCESO DE FORMACIÓN DE LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN Síntesis de nuevas hebras de DNA: La DNA polimerasa añade nucleótidos de forma complementaria a las bases de la hebra molde en la dirección 5' a 3". Este proceso ocurre de manera continua en una hebra (hebra líder) y de forma discontinua en la otra hebra (hebra rezagada). ELONGACIÓN Y MOVIMIENTO DE LA HORQUILLA Hebra líder: La hebra líder se sintetiza de forma continua en la dirección de avance de la horquilla de replicación. La DNA polimerasa avanza a medida que la helicasa desenrolla la doble hélice, siguiendo el patrón complementario de la hebra molde. Hebra rezagada: La hebra rezagada se sintetiza en la dirección opuesta al avance de la horquilla, de manera discontinua, mediante la formación de pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento requiere un cebador (primer) nuevo y la DNA polimerasa sintetiza los fragmentos en intervalos. Unión de fragmentos de Okazaki: Los fragmentos de Okazaki se unen posteriormente por la acción de la DNA ligasa, que conecta los extremos de los fragmentos, formando una hebra continua. HORQUILLA DE REPLICACIÓN PRIMOSOMA CONCEPTOS La primasa es una enzima esencial en el proceso de replicación del DNA. Su función principal es sintetizar un fragmento corto de ARN, llamado cebador o primer, que proporciona un punto de inicio. CARACTERÍSTICAS Y ESTRUCTURA DE LA PRIMASA 1. Tipo de enzima 2. Composición 3. Longitud del cebador FUNCIÓN DE LA PRIMASA EN LA REPLICACIÓN DEL DNA 1. Síntesis del cebador 2. Iniciación de la síntesis de la hebra líder 3. Iniciación de la síntesis de la hebra rezagada MECANISMO DE ACCIÓN DE LA PRIMASA 1. Reconocimiento de la secuencia de DNA molde 2. Síntesis del cebador ARN 3. Transferencia de la DNA-polimerasa IMPORTANCIA DE LA PRIMASA EN LA INTEGRIDAD GENÓMICA o Errores en la replicación o Deficiencias en la síntesis rezagada o Interferencia con la maquinaria de reparación del DNA DIFERENCIAS ENTRE LA PRIMASA EN ORGANISMOS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Procariotas: En organismos como Escherichia coli, la primasa es codificada por el gen dnaG y se asocia con la helicasa en el complejo de primosoma para facilitar la iniciación de la replicación en la horquilla. Eucariotas: En eucariotas, la primasa forma un complejo con la DNA polimerasa 𝜶, que sintetiza un corto fragmento de DNA tras la síntesis del cebador de ARN. Esto asegura una transición suave entre la síntesis de ARN y la síntesis de DNA. DNA-Polimerasa  TOPOISOMERASAS Las topoisomerasas son un grupo de enzimas esenciales que modulan la topologia del DNA, es decir, el superenrollamiento y las tensiones estructurales que se generan en la doble hélice durante procesos como la replicación, transcripción y recombinación genética. Estas enzimas son capaces de cortar, desenrollar, girar y volver a unir las hebras de DNA, lo que las convierte en reguladoras críticas de la estabilidad estructural del genoma. ENZIMAS REGULADORAS DE LA TOPOLOGÍA DEL DNA FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS TOPOISOMERASAS  Relajación del superenrollamiento  Desenredado y  separación  Mantenimiento de la estructura cromosómica TOPOISOMERASAS DE TIPO I Mecanismo de acción: Estas enzimas inducen un corte temporal en una sola hebra de la doble hélice de DNA, permitiendo que la hebra no cortada pase a través del corte. Una vez que el superenrollamiento o tensión se alivia, la topoisomerasa vuelve a unir el corte de la hebra de DNA. TIPOS DE TOPOISOMERASAS I Topoisomerasa IA: Relajan el superenrollamiento negativo (desenrollamiento) al cortar una hebra del DNA y permitir que la otra hebra pase a través del corte. Topoisomerasa IB: Relajan tanto el superenrollamiento positivo como negativo. Pueden girar el DNA sobre su propio eje, liberando la tensión. TOPOISOMERASAS DE TIPO II Mecanismo de acción: Estas enzimas inducen cortes temporales en ambas hebras de la doble hélice de DNA, permitiendo que otra doble hélice de DNA pase a través de la brecha antes de volver a unir las hebras. TIPOS DE TOPOISOMERASAS II Topoisomerasa llα y UIẞ en eucariotas: Desempeñan un papel crucial en la replicación y separación de cromosomas. Girasas en procariotas: Introducen superenrollamiento negativo en el DNA circular bacteriano, facilitando la replicación. Topoisomerasas FUNCIONES  Almacenamiento compacto del material genético  Acceso a la información genética  Regulación de la expresión génica MECANISMO DE ACCIÓN  Unión al DNA  Corte del DNA  Cambio conformacional  Relajación o desenrollamiento  Reunión y liberación IMPORTANCIA BIOLÓGICA Y CLÍNICA DE LAS TOPOISOMERASAS Replicación y transcripción: La replicación del DNA y la transcripción de genes generan tensión en las moléculas de DNA, y las topoisomerasas son esenciales para aliviar esta tensión y permitir que los procesos ocurran sin interrupciones. Condensación y separación cromosómica: Durante la mitosis y meiosis, las topoisomerasas II son necesarias para la separación adecuada de cromosomas, evitando que queden atrapados o entrelazados. Diana de fármacos: Dado su papel crucial en la replicación y estabilidad del DNA, las topoisomerasas son objetivos importantes de varios fármacos antitumorales y antibacterianos. RESUMEN  La ruptura de una hebra o dos de DNA  El paso de la otra hebra a través de la ruptura  La ligación de ambos extremos escididos  HORQULLA DE REPLICACIÓN INICIO DE LA REPLICACIÓN La replicación del DNA no inicia en cualquier lugar aleatorio de la molécula. En la mayoría, el genoma tiene un punto de inicio rico en A-T, A medida que el DNA empieza a abrirse, se forma una estructura en forma de Y: la horquilla de replicación. CONCEPTUALIZACIÓN La horquilla de replicación es una estructura en forma de "Y" que se forma cuando la doble hélice de DNA se desenrolla para permitir la replicación del material genético. ESTRUCTURA DE LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN 1. Hebras parentales (molde) 2. Hebras hija 3. Región bifurcada 4. Complejo do replicación REPLICACIÓN DEL DNAY HORQUILLA DE REPLICACIÓN Replicación unidireccional Una sola horquilla Replicación bidireccional Dos horquillas  ENZIMAS ASOCIADAS A LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN  Topoisomerasas  Helicasas  Proteinas de unión a cadena sencilla  Primasas  DNA-polimerasa  DNA-ligasa PROCESO DE FORMACIÓN DE LA HORQUILLA DE REPLICACIÓN Desenrollamiento del DNA La enzirna hellcasa se une al origen de replicación y comienza a romper los enlaces de hidrogeno entre las bases nitrogenadas de las dos hebras, separándolas y formando la estructura en "Y" caracteristica de la horquilla de replicación. Regulación por proteólisis limitada Definición Es un proceso en el cual una proteína es parcialmente degradada por enzimas proteolíticas, generando cambios estructurales y funcionales sin llevar a la degradación completa de la proteína. Características Modificación postraduccional Corte específico Activación o inactivación Regulación de la función proteica Mecanismo de la Proteólisis limitada El proceso se lleva a cabo por medio de proteasas o peptidasas, que son enzimas especializadas en la degradación de proteínas. Estas proteasas se clasifican en varios tipos (serina, cisteina, aspartato, metalo-proteasas, entre otras) según su sito catalítico y su mecanismo de acción. Las proteasas reconocen una secuencia específica en la proteína diana y cortan en esa región, generando uno o más fragmentos funcionales. Precursores Enzimáticos o zimógenos Muchas enzimas se sintetizan como precursores inactivos (zimógenos) que requieren de un procesamiento proteolítico para convertirse en su forma activa. Un ejemplo clásico es el de las proteasas digestivas como el tripsinógeno, que se convierte en tripsina por un corte específico. Activación de factores de coagulación Los factores de coagulación de la sangre, como la protrombina, se activan por proteolisis limitada para formar trombina una enzima crucial en la formación decoágulos. Proteólisis de precursores de hormonas Hormonas como la insulina se producen a partir de precursores más largos (proinsulina) que son procesados por proteasas para dar lugar a la forma activa (insulina) mediante la eliminación de ciertos péptidos. Activación del Tripsinógeno a Tripsina El tripsinógeno es un zimógeno Inactivo sintetizado en el páncreas y secretado al intestino delgado. Cuando llega al Intestino, se convierte en tripsina por la acción de la enzima enteropeptidasa, que corta un enlace específico, generando la tripsina activa que puede degradar otras proteínas. Conversión de proinsulina a insulina La insulina se sintetiza en el páncreas como un precursor inactivo, la proinsulina. La proinsulina se pliega y forma enlaces disulfuro antes de ser procesada por protensas específicas que eliminan un segmento central(péptido C) generando la insulina activa Importancia Biológica de la proteólisis limitada 1. Regulación enzimática: La activación o inactivación de enzimas por proteólisis limitada permite a la célula controlar reacciones metabólicas clave de manera eficiente 2. Procesamiento de precursores: Muchas proteínas y hormonas se sintetizan en formas inactivas que deben ser procesadas por proteolisis para alcanzar su forma activa. 3. Señalización celular: La proteolisis limitada juega un papel en la activación de factores de transcripción y otros mediadores de señalización, permitiendo respuestas rápidas y precisas a cambios en el entorno celular 4. Procesos de desarrollo: Durante el desarrollo embrionario y la diferenciación celular, la proteólisis limitada contribuye a la activación de proteínas que determinan el destino y la función de las células Regulación por sustrato Conceptos La regulación por sustrato es una forma de control enzimático donde la tasa de reacción de una enzima está directamente relacionada con la concentración del sustrato. CINÉTICA DE MICHAELIS-MENTEN: LA BASE DE LA REGULACIÓN POR SUSTRATO Vmax: La velocidad máxima que puede alcanzar la enzima cuando el sustrato está presente en concentraciones muy altas y todas las moléculas de la enzima están ocupadas. Km (Constante de Michaelis): Representa la concentración de sustrato en la que la reacción alcanza la mitad de la velocidad máxima. Indica la afinidad de la enzima por su sustrato; un valor bajo de Km significa alta afinidad (la enzima puede trabajar a bajas concentraciones de sustrato), mientras que un valor alto de Km indica baja afinidad. CONTROL ENZIMÁTICO POR ACUMULACIÓN DE PRODUCTO El control por producto ocurre cuando la acumulación del producto final de una reacción inhibe la actividad de Eficiencia energética: Evita que el organismo la enzima que lo produce. Este proceso evita la gaste recursos en la producción de sobreproducción de un metabolito. metabolitos que ya están en abundancia. A medida que el producto aumenta en concentración, se Control fino: Mantiene el equilibrio une a la enzima y la inhibe (retroalimentación negativa). homeostático de la célula. La enzima deja de funcionar hasta que el nivel del producto disminuye. REGULACIÓN POR DISPONIBILIDAD DE Adaptación rápida: Permite que las células SUSTRATO ajusten su metabolismo a la disponibilidad de El control por sustrato regula la actividad enzimática recursos. según la concentración del sustrato disponible. Si el Prevención de sobreconsumo: Evita que los sustrato es limitado, la actividad enzimática disminuye. recursos sean utilizados cuando son escasos. CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA El mecanismo de control donde el producto final de una vía metabólica inhibe la primera enzima o una de las primeras etapas, Control homeostático: Evita la ralentizando o deteniendo la vía. sobreproducción de metabolitos y mantiene el equilibrio. Eficiencia energética: El sistema se autorregula para ahorrar recursos. RETROALIMENTACIÓN POSITIVA Mecanismo donde el producto final de una vía metabólica estimula la actividad de las enzimas de la misma vía, acelerando el proceso. Respuesta rápida: Permite aumentar la velocidad de procesos críticos como la coagulación. Amplificación de la señal: Se asegura de que el proceso se complete de manera eficaz y rápida cuando es necesario. Regulación por compartimentación Concepto Mecanismo de control en el que las rutas metabólicas y las enzimas se localizan en compartimentos específicos dentro de la célula, como organelos o regiones subcelulares, lo que permite la regulación espacial y temporal de las reacciones bioquímicas. SEPARACIÓN FÍSICA DE PROCESOS Las reacciones metabólicas pueden llevarse a cabo en diferentes compartimentos, como el núcleo, el citoplasma, las mitocondrias, el retículo endoplásmico, los lisosomas, entre otros. AISLAMIENTO DE RUTAS INCOMPATIBLES Por ejemplo, la síntesis y la degradación de Algunas rutas metabólicas tienen ácidos grasos están compartimentalizadas en reacciones que podrían competir o ser distintos organelos (síntesis en el citosol, perjudiciales si ocurrieran en el mismo degradación en la mitocondria) para evitar lugar. conflictos. CONTROL DE ACCESO A SUSTRATOS Y PRODUCTOS Al compartimentar las rutas metabólicas, las células pueden regular mejor el acceso a sustratos y productos específicos, permitiendo que solo las enzimas adecuadas tengan acceso a los materiales que necesitan. Esto asegura un uso eficiente de los recursos celulares. METABOLISMO DE LÍPIDOS La síntesis de ácidos grasos ocurre en el citoplasma, mientras que la 𝜷-oxidación de los ácidos grasos ocurre en las mitocondrias. Esta compartimentalización evita que los procesos anabólicos (construcción) y catabólicos (degradación) de los ácidos grasos interfieran entre sí. VENTAJAS DE LA REGULACIÓN POR COMPARTIMENTACIÓN Eficiencia y especialización: Al separar las rutas metabólicas en compartimentos específicos, la célula puede especializar cada compartimento en un conjunto de funciones, mejorando la eficiencia. Control fino de reacciones: Permite un control más preciso sobre cuándo y donde ocurren las reacciones metabólicas, ya que las enzimas y sustratos deben estar en el mismo compartimento para interactuar Protección celular: Evita que los productos intermedios o enzimas potencialmente dañinos interfieran con otros procesos celulares. Por ejemplo, las enzimas hidrolíticas de los lisosomas se mantienen aisladas para prevenir la degradación accidental de componentes celulares. Regulación por cambios en la expresión génica Definición Es un mecanismo que controla la cantidad y el tipo de enzimas o proteínas producidas en una célula en respuesta a señales internas o externas. ¿QUÉ ES LA REGULACIÓN POR CAMBIOS EN LA EXPRESIÓN GÉNICA? La expresión génica es el proceso mediante el cual la información genética almacenada en el ADN se transcribe a ARN y posteriormente se traduce en proteínas funcionales. ¿CÓMO SE PRODUCEN ESTOS CAMBIOS? Factores internos: Señales hormonales, niveles de metabolitos, ciclos celulares. Factores externos: Cambios en la temperatura, presencia de nutrientes, estrés oxidativo o la exposición a toxinas. REGULACIÓN A NIVEL DE LA TRANSCRIPCIÓN Controla la síntesis de ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN. Factores de transcripción, proteínas que se unen a regiones promotoras del ADN, activan o inhiben la transcripción de genes específicos. La metilación del ADN o modificaciones en las histonas también regulan la accesibilidad del ADN a la maquinaria de transcripción. REGULACIÓN A NIVEL DEL PROCESAMIENTO DEL ARN Incluye la modificación y el splicing alternativo del ARNm, donde se eliminan o incluyen ciertos exones, produciendo distintas formas de una proteína a partir del mismo gen. Este mecanismo permite la producción de diferentes isoformas de proteínas en distintos tejidos o en respuesta a estímulos específicos. INSULINA REGULACIÓN A NIVEL DE LA TRADUCCIÓN Se controla la síntesis de proteínas a partir del ARNm. La unión de proteínas reguladoras o microARNs al ARNm puede aumentar o disminuir la traducción. Los niveles de nutrientes y señales hormonales también pueden influir en la traducción. REGULACIÓN A NIVEL DE LA ESTABILIDAD Y DEGRADACIÓN DE LA PROTEÍNA Una vez sintetizadas, las proteínas pueden sufrir modificaciones postraduccionales como fosforilación, acetilación o ubiquitinación que afectan su estabilidad, localización y actividad. Las proteínas no necesarias o defectuosas son degradadas por el sistema de ubiquitina-proteasoma. IMPORTANCIA DE LA REGULACIÓN POR CAMBIOS EN LA EXPRESIÓN GÉNICA 1. Adaptación a cambios en el entorno: Permite a las células cambiar su perfil de expresión en respuesta a señales ambientales (como cambios en la disponibilidad de nutrientes o exposición a toxinas). 2. Desarrollo y diferenciación celular: Diferentes tejidos y tipos celulares expresan conjuntos específicos de genes que determinan sus características y funciones únicas. 3. Homeostasis celular: Mantiene un equilibrio dinámico en la producción de proteínas en función de las necesidades de la célula. 4. Respuestas a señales hormonales: Hormonas como la insulina y el cortisol regulan la expresión génica en función de las demandas energéticas del organismo. EJEMPLOS DE REGULACIÓN POR CAMBIOS EN LA EXPRESIÓN GÉNICA 1. Regulación por la hormona tiroidea: La hormona tiroidea regula la expresión de genes implicados en el metabolismo basal. En presencia de esta hormona, se activan genes que aumentan la tasa metabólica de las células, promoviendo la producción de enzimas que incrementan la oxidación de sustratos energéticos. 2. Respuesta a niveles de glucosa: Cuando la glucosa está disponible, se aumenta la transcripción de genes que codifican para enzimas como la glucocinasa y piruvato quinasa, que participan en la glucólisis y la síntesis de glucógeno. 3. Control de enzimas antioxidantes: En respuesta a un aumento en los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS), se incrementa la expresión de genes como superóxido dismutasa y catalasa, que ayudan a neutralizar estos compuestos y proteger a la célula del daño oxidativo. Regulación por proteólisis limitada  BIOQUÍMICA DEL NITRÓGENO Y REGULACIÓN GENÉTICA Unidad IV ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL ADN ¿Qué es el ADN? Es la molécula que contiene la información genética fundamental para el desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los seres vivos. Esta molécula es esencial para la, herencia y desempeña un papel crucial en la transmisión de las características genéticas de una generación a otra. Genoma El término genoma se usa para referirse al conjunto completo de todas las moléculas de DNA que están en las células de cualquier ser vivo: en el núcleo celular eucariota (y una pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos) y en la región nucleoide del citosol de las células procariotas. Genes EADN es concebido como el conjunto de planos o Instrucciones genéticas de cada organismo viva puesto que la información contenida en los genes (segmentos definidos del genoma) proporciona las bases moleculares para la fabricación de las proteínas, que son los principales bloques estructurales de las células. ¿Qué pasan con esas proteínas? Las proteínas forman las enzimas capaces de catalizar las reacciones químicas celulares. Permiten que una célula regule la actividad de sus genes. Se mueva, se comunique con su entorno, responda a este, se multiplique y cumpla su ciclo de vida.  ¿ADN ES ÚNICO? Cada especie tiene un genoma único que la define, el cual es transmitido fielmente de una generación a la siguiente y esto es cierto tanto para los organismos unicelulares como para los pluricelulares. Características  E DNA se encuentra en las células, mayoritariamente en el núcleo (DNA nuclear), y una menor cantidad en las mitocondrias (DNA mitocondrial).  Es una macromolécula formada esencialmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, fósforo y nitrógeno.  Forma el genoma de todos los seres vivos sobre la tierra de algunos virus). Estructura del ADN EI ADN (ácido 2'-desoxi-5'-ribonucleico) es una macromolécula formada por distintas unidades químicas que se repiten en órdenes distintos, es decir, es un biopolímero y está formado por dos cadenas de monómeros unidos linealmente, a los que llamamos nucleótidos. Nucleótidos EL DNA está compuesto por dos cadenas largas de nucleótidos que se enrollan en una forma de doble hélice. Cada nucleótido consta de tres componentes básicos: 1. Un grupo fosfato. 2. Un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa). 3. Una base nitrogenada Estructura de los monómeros El monosacárido es la misma para todos los monómeros desoxirribosa. El grupo fosfato también es común para todos los nucleótidos y está compuesto por cuatro átomos de oxígeno unidos a un átomo de fósforo. Las bases nitrogenadas son adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C). Estas moléculas se unen al azúcar desoxirribosa fosfato para formar un nucleótido.  Un nucleótido se uno a otro linealmente gracias a un tipo de enlace covalente conocido como enlace fosfodiester, que conecta el átomo de carbono 5' de un nucleótido con el átomo de carbono 3´ del siguiente. Doble hélice Su estructura principal consiste en una doble hélice, que está formada por dos hebras complementarias de nucleótidos que están unidos entre si lineal y transversalmente por diferentes tipos de enlaces químicos. Las bases nitrogenadas complementarias se ordenan de tal forma que la doble hélice se asemeja a una escalera de caracol. La estructura del ADN fue dilucidada en la década de 1950 gracias a los trabajos de grandes investigadores, entre ellos J.Watson, F. Crick y R. Franklin. Secuencia lineal de los nucleótidos Mientras que la secuencia lineal de nucleótidos es mediada por enlaces covalentes tipo enlaces fosfodiéster, las bases complementarias que unen las cadenas que se enfrentan están sostenidas por enlaces no covalentes llamados puentes de Hidrógeno. Complementariedad de bases La complementariedad de bases en el DNA es tal, que una adenina siempre 'aparea' con una timina y una citosina siempre lo hace con una guanina. Las bases adenina y guanina pertenecen al grupo de las purinas, entre tanto la timina y citosina pertenecen al grupo de las pirimidinas. Almacenamiento de la información genética EL DNA codifica todas las Instrucciones necesarias para la síntesis de proteínas y el desarrollo celular. La secuencia específica de nucleótidos determina la secuencia de aminoácidos en las proteínas, que a su vez influye en la estructura y función de estas moléculas. Replicación Durante la división celular, el DNA se replica para asegurar que cada célula hija reciba una copia completa del material genético. Transcripción y Traducción La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza una molécula de RNA (ácido Ribonucleico) a partir de una secuencia de DNA. Esta molécula de ARN, específicamente el RNAm (RNA mensajero), lleva la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas, donde se lleva a cabo la traducción. Regulación de la expresión Génica EL DNA contiene secuencias reguladoras que controlan cuándo y donde se expresan ciertos genes. Esto permite que las células respondan a estímulos ambientales, se diferencien en distintos tipos celulares y mantengan la homeostasis del organismo. Aplicaciones biotecnológicas del ADN 1. Ingeniería genética 2. Diagnóstico molecular 3. Medicina personalizada Resumen El DNA es la molécula clave que almacena y transmite la Información genética en todos los organismos vivos. Su estructura altamente organizada y sus complejas funciones permiten la continuidad de la vida, la diversidad biológica y el avance de la biotecnología en múltiples campos. Replicacion del ADN UNIDAD 4 REPLICACION DEL ADN Dogma Central de la Biología Molecular Fue propuesto por primera vez por Francis Crick en 1958 y establece que la información genética fluye de ADN a ARN y de ARN a proteínas, definiendo asi un esquema unidireccional de la transferencia de información. Replicación Se desarrolla la doble hélice de ADN Se separan las dos hebras complementarias Cada hebra actúa como molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria mediante la acción de la enzima ADN polimerasa Se forman dos moléculas de ADN, cada una compuesta por una hebra original (plantilla) y una hebra nueva, en un proceso denominado replicación semiconservadora Transcripción Una región específica del ADN (el gen) se desenrolla La enzima ARN polimerasa se une al promotor (secuencia reguladora del ADN) y sintetiza una molécula de ARN mensajero (ARNm) utilizando una de las hebras del ADN como molde El ARN transcrito contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas, pero en lugar de timina (T) utiliza uracilo (U) Traducción El ARNm se une a un ribosoma que desplaza a lo largo de su secuencia Cada grupo de tres nucleótidos del ARNm (codón) especifica un aminoácido en particular El ARN de transferencia (ARNt) lleva los aminoácidos correspondientes a los codones del ARNm Los aminoácidos se unen entre si mediante enlaces peptídicos formando una cadena polipeptídica que se pliega y se modifica para dar lugar a una proteína funcional EXPANSION DEL DOGMA CENTRAL Retrotranscripción ARN no codificante Regulación epigenética RESUMEN 1. ADN------ADN (Replicación): El ADN se duplica para la división celular 2. ADN------ARN (Transcripción): El ADN se transcribe en ARN 3. ARN------Proteína (Traducción): El ARN se traduce en proteínas ¿Qué es el fenómeno de replicación? Consiste en copiar el genoma, es decir, toda la información genética contenida en el ADN de un organismo, para producir dos copias idénticas. El genoma posee la información necesaria para construir un organismo completo ¿Dónde y cuándo? REPLICACION Una vez, antes de la división celular, FASE S TRANSCRIPCION Cuando haga falta producir alguna proteína: SIEMPRE, G0, G1 y G2 TRADUCCION Cuando haga falta producir alguna proteína: SIEMPRE, G0, G1, S Y G2 FENOMENO SEMICONSERVATIVO Fue propuesto inicialmente por Watson y Crick, quienes predijeron que, durante la replicación, cada una de las hebras originales de la doble hélice del ADN sirve como plantilla para la síntesis de una nueva hebra complementaria. Este modelo fue confirmado experimentalmente por Meselson y Stahl en 1958. CONCEPTO DE REPLICACION SEMICONSERVATIVA El termino semiconservativo describe como se conserva la información genética durante la replicación En este proceso, cada nueva molécula de ADN consta de una hebra original (o parental) y una hebra recién sintetiza (o hija) Esto significa que de una molécula de ADN originalmente se generan dos moléculas hija, cada una con la misma secuencia de nucleótidos que la molécula parental EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL El experimento de Mselson y Stahl es considerado una de las demostraciones mas elegantes de la biología molecular y probo de manera concluyente que la replicación ADN, sigue un mecanismo semiconservativo PROCEDIMIENTO Cultivo en nitrógeno pesado: Cultivaron bacterias Escherichia coli en un medio que contenía un isotopo pesado de nitrógeno (15N) en lugar del nitrógeno habitual (14) Esto permitió que el DNA bacteriano incorporara el 15N en sus nucleótidos, volviéndose más densa. Cambio a medio con nitrógeno ligero: Luego, trasladaron las bacterias a un medio con 14N.A medida que las bacterias se dividían y replicaban su DNA, el nitrógeno 14N se incorporaba a las nuevas hebras de DNA Separación del DNA: Después de diferentes rondas de replicación, extrajeron el DNA y la centrifugación en gradiente de densidad, lo que permitió separar las moléculas de DNA en función de su peso (densidad) RESULTADO Primera ronda de replicación: Se observó una única banda de DNA con una densidad intermedia entre el 15N y el 14N, lo que indicaba que cada molécula contenía una hebra de 15N (original) y una hebra de 14N (nueva). Segunda ronda de replicación: Se observaron dos bandas, una con densidad intermedia (DNA hibrido) y otra con la densidad correspondiente al 14N (DNA ligero) Esto confirmó que las dos nuevas moléculas de DNA contenían una mezcla de hebras viejas y nuevas. PROCESO DE REPLIACION SEMICONSERVATIVA INICIACION La replicación comienza en sitios específicos del DNA llamados orígenes de replicación La enzima helicasa desenrolla la doble hélice, separando las dos hebras parentales y formando una estructura Ilamada horquilla de replicación. SINTESIS DE NUEVAS HEBRAS La DNA polimerasa se une a cada hebra parental y comienza a sintetizar una nueva hebra complementaria utilizando los nucleótidos libres del entorno. La replicación avanza en direcciones opuestas en cada hebra, generando una hebra líder (síntesis continua) y una hebra rezagada (síntesis discontinua mediante fragmentos de Okazaki). UNION DE FRAGMENTOS Y TERMINACION La ligasa une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, completando la formación de la hebra complementaria. La replicación termina cuando las dos horquillas de replicación se encuentran o cuando se alcanza el final de la molécula de DNA. RESULTADO FINAL Se generan dos moléculas de ADN idénticas, cada una compuesta por una hebra parental y una nueva hebra sintetizada  En parte, eso es todo lo que sucede en la replicación de ADN. pero en realiza, lo mas interesante de este proceso es como lo realiza una célula. IMPORTANCIA DEL FENOMENO SEMICONSERVATIVO 1. Fidelidad de la replicación: El modelo semiconservativo asegura que la información genética se conserve con alta fidelidad de una generación celular a la siguiente. 2. Mecanismos de reparación: La presencia de una hebra original sirve como referencia para corregir posibles errores en la hebra nueva 3. Continuidad evolutiva: Permite que las mutaciones (cambios en la secuencia del DNA) se transmitan a la siguiente generación, contribuyendo a la evolución de las especies. TOPOISOMERASAS  Unidad III :Control y regulación metabólica REGULACIÓN METABOLICA Las células vivas no son solo capaces de sintetizar simultáneamente miles de clases de diferentes moléculas. Además, son capaces de hacerlo en las proporciones precisas que son necesarias para la célula en cualquier situación. REDES METABÓLICAS Metabolismo metabolé: cambio o transformación Metabolitos: moléculas que se producen (productos) y consumen (sustratos) en las reacciones metabólicas. Enzimas: proteínas con la capacidad de catalizar todas las reacciones. Las redes metabólicas de los diferentes organismos pueden variar, pero en general gran parte de las reacciones permanecen iguales. Respiracion celular  CICLO DE KREBS Piruvato a NADH Y FADH + H Este es un proceso aeróbico 2 ATP 6 NADH 2 FADH + H CADENA RESPIRATORIA NADH Y FADH + H a ATP Este es un proceso aeróbico 36 ATP 6 H2O 6 CO2  RUTAS METABÓLICAS VS REGULACIÓN A pesar de que sea útil para la organización y la comprensión del metabolismo, el concepto de ruta discreta constituye una simplificación. ⁠En la celula existen miles de intermediarios metabolicos, muchos de los cuales forman parte de mas de una ruta. ⁠El metabolismo se representa mejor como una red de rutas interconectadas e interdependientes donde la variación en la concentracion de cualquier metabolito da inicio a un efecto en cadena que influye en el flujo de materiales a traves de otras rutas. ⁠La comprensión de estas complejas interacciones entre intermediarios y rutas en terminos cuantitativos es una tarea enorme que puede parecer desalentadora, pero el impulso actual en la biologia de sistemas. ¿JUNTAS O SEPARADAS? La bacteria Escherichia coli puede utilizar la glucosa 6-fosfato para Hidrólisis a producir el esqueleto carbonado de glucosa y fosfato cada uno de sus varios millares de moléculas diferentes. Ruta de las sintesis de Glucosa pentosa fosfato polisacáridos complejos 6-fosfato (NADPH) Glucólisis para la producción de ATP  Interconexión de las rutas La glucosa-6-fosfato para un fin determinado, tal "decisión”afecta a todas las demás rutas en la que participa ya sea como precursor o como intermediario. ¿cómo se regulan estos procesos metabólicos? Enzimático DOS FORMAS Hormonal Enzimas regulan los procesos metabólicos Las enzimas para cada ruta se encuentran reguladas Cada tipo de molécula precursora se sintetiza en cantidadesadecuadas Ejemplo  Concepto de regulación metabólica Es el incremento o el decremento de una reacción enzimática o de toda una secuencia de reacciones enzimáticas Homeostasis  CONCEPTO DE REGULACIÓN METABÓLICA Es el incremento o el decremento de una reacción enzimática o de toda una secuencia de reacciones enzimáticas Homeostasis La obtención de energía Conversión de nutrientes exógenos CONCEPTOS DE METABOLISMO Construcción de macromoléculas Degradación de biomoléculas Por actividad enzimática Por la represión o activación génica Las reacciones enzimáticas constituyen la clave de la actividad vital de una célula La actividad se puede centrar en aumentar la síntesis de un determinado producto o deberá REGULACIÓN A NIVEL metabolizar un sustrato. ENZIMÁTICO ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Cuando se obtienen las cantidades necesarias de dicho producto, esta actividad debe disminuir o en todo caso anularse. ¿QUÉ ES LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA? La actividad enzimática es una manera de expresar la cantidad de la enzima presente en un momento determinado, indica la cantidad de sustrato transformado en producto, por la acción catalítica de la enzima por unidad de tiempo.  ¿CÓMO SE MIDE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA? Existen métodos espectrofométricos, fluorométricos, de quimioluminiscencia, colorímetros, radiométricos y cromatográficos. Los métodos espectrofotométricos pueden ser colorímetros y lecturas en la región de la luz ultravioleta (UV) de la radiación electromagnética. ¿CÓMO SE MIDE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA? Espectrofométricos Fluorométricos Quimioluminiscencia Colorímetros Radiométricos Cromatográficos MÉTODO COLORIMÉTRO Se basa en la generación de un cromóforo por la acción enzimática. La actividad enzimática puede seguirse en forma continua o discontinua. EJEMPLOS  FORMA CONTINUA La reacción enzimática se inicia por la adición de la muestra que contiene la enzima cuya actividad se desea determinar. Se pone a funcionar el cronómetro, y a cada cierto tiempo, se anota el valor de densidad óptica. EJEMPLO FORMA DISCONTINUA Se colocan los tubos de ensayo con los componentes de la reacción, a excepción de la muestra que contiene la enzima u otro componente. La reacción se inicia con la adición del componente faltante.  UNIDAD DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA La unidad enzimática (UI) es la cantidad de enzima que cataliza la transformación de l 𝜇mol de sustrato en un minuto. Posteriormente, el Sistema Internacional de Unidades (SI) definió la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que convierte I mol de sustrato en producto por segundo. Esta unidad recibió el nombre de katal (kat). 1 mol = 10−6 𝜇moles y 1 minuto = 60 segundos. ACTIVIDAD ESPECÍFICA Es el número de las unidades de actividad enzimática dividido entre los miligramos de la muestra sometida a ensayo. La actividad específica está relacionada directamente con el grado de purificación de la enzima.  REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA MECANISMOS DE INHIBICIÓN INHIBICIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE REGULACIÓN ALOSTÉRICA RETROALIMENTACIÓN REGULACIÓN POR SUSTRATO CONTROL POR PRODUCTO REGULACIÓN POR COMPARTIMENTACIÓN REGULACIÓN POR CAMBIOS INHIBICIÓN COMPETITIVA Y PROTECCIÓN LIMITADA EN LA EXPERESIÓN NO COMPETITIVA GÉNETICA INHIBICIÓN POR RETROALIMENTACIÓN ¿QUÉ ES? Es un mecanismo de control enzimático en el que el producto final de una vía metabólica actúa como inhibidor de una de las primeras enzimas en la ruta. Este mecanismo regula la producción del producto final, asegurando que no se produzca en exceso.  SÍNTESIS DE ISOLEUCINA En la biosíntesis de isoleucina (aminoácido), el producto final isoleucina Inhibe a la enzima treonina desaminasa, que es la primera enzima en la vía. Esto asegura que, cuando haya suficiente isoleucina en la célula, No se sintetice más, evitando gasto de recursos. IMPORTANCIA DE LA INHIBICIÓN POR RETROALIMENTACIÓN Regulación eficiente: La retro inhibición evita la acumulación innecesaria de productos y desperdicio energético. Control preciso: Ayuda a mantener un balance adecuado de metabólicos y productos en las rutas biosintéticas. Aplicaciones médicas: Algunos fármacos utilizan este principio para inhibir enzimas clave en rutas patológicas.  TIPOS DE INHIBICIÓN POR RETROALIMENTACIÓN Inhibición competitiva: El producto final compite directamente con el sustrato por el sitio activo de la enzima. Inhibición no competitiva: El producto final se une a un sitio alostérico, cambiando la conformación de la enzima y reduciendo su actividad. Inhibición acumulativa: Varios productos de diferentes vías pueden inhibir la misma enzima de forma sinérgica. INHIBICIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE INHIBICIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE Es un método de regulación enzimática que implica la adición o eliminación de grupos químicos a la enzima, modificando su actividad de manera reversible o irreversible. FUNCIONES DE LA MODIFICACION COVALENTE Regulación de la actividad enzimática: las modificaciones pueden activar o inhibir una enzima Control de la localización celular: algunas modificaciones determinan si una proteína se encuentra en el núcleo, citoplasma o membraba Degradación de proteínas: la ubiquitinación marca proteínas para su degradación por la proteasoma Interacción entre proteínas: las modificaciones pueden promover o inhibir interacciones entre proteínas TIPOS PRINCIPALES DE MODIFICACIÓN COVALENTE Ubiquitinacion: Fosforilacion: Adicion de Adicion de ubiquitina grupos fosfato (señal para la (activacion/inactivacion) degradacion de proteinas) Metilacion: Adicion de Acetilacion: Adicion grupos de grupos metilo(regulacion acetilo(control de epigenetica) expresion genica) FOSFORILACION La Fosforilación es una de las modificaciones covalentes mas importantes y comunes en la regulación de proteínas. Involucra la adición de un grupo fosfato a una proteína, lo que altera su actividad, ubicación o interacción con otras proteínas. FOSFORILACION MECANISMO: La fosforilación es la adición de un grupo fosfato (PO43-) a un residuo de serina, treonina o tirosina es una proteína Catalizada por las quinasas, enzimas que transfieren el grupo fosfato desde moléculas como el ATP La desfosforilación es el proceso inverso, llevado a cabo por las fosfatasas, que eliminan el grupo fosfato EFECTOS DE LA FOSFORILACION EN PROTEINAS Activación o inactivación de enzimas: Dependiendo de la proteína, la fosforilación puede activar o inhibir su función. Cambio en la localización celular: Algunas proteínas fosforiladas pueden ser transportadas a diferentes compartimentos celulares Modulación de interacciones: La fosforilación puede promover o impedir la unión a otras proteína o moléculas CASCADAS DE SEÑALIZACION A TRAVES DE FOSFORILACION Las cascadas de fosforilación son rutas de señalización celular que activan o inactivan múltiples proteínas en secuencia Ejemplo: la vía MAPK (mitogenactivated protein kinasa), que responde a señales extracelulares como el crecimiento celular La fosforilación en estas rutas es clave para la transmisión de señales desde la membrana celular hasta el núcleo FOSFORILACION EN LA VIA DEL RECEPTOR DE INSULINA Cuando la insulina se une a su receptor en la membrana celular, se produce autofosforilación desde el receptor Esto activa una cascada de fosforilación que promueve la absorción de glucosa en la célula Importancia en la regulación de los niveles de glucosa en sangre y en l metabolismo energético FOSFORILACIÓN Y ENFERMEDADES La fosforilación desregulada está involucrada en diversas enfermedades, como el cáncer, donde las quinasas hiperactivas promueven el crecimiento celular descontrolado  En enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, la fosforilación anormal de proteínas como la tau está asociada con la formación de ovillos neurofibrilares Reversibilidad: puede ser activada o desactivada rápidamente Amplificación de señales: Un pequeño estimulo puede generar una respuesta metabólica significativa ACETILACION Una modificación covalente importante en la regulación de proteínas y del ADN, involucra la adición de un grupo acetilo (CH3CO) a una molécula y juega un papel crucial en la regulación de la expresión génica y la función de las proteínas ACETILACION: DEFINICION Y MECANISMO La acetilación es la adición de un grupo acetilo (CH3CO) a un residuo de lisina en una proteína o en el ADN Catalizada por las acetiltransferasas, que transfieren el grupo acetilo desde el acetil Co- A Las deacetilasas eliminan el grupo acetilo en el proceso inverso denominado desacetilacion ACETILACION DE HISTONAS Y CONTROL DE LA EXPRESION GENICA La acetilación de histonas neutraliza la carga positiva de las histonas, relajando la cromatina y permitiendo el acceso de los factores de transcripción al ADN Promueve la transcripción génica activa al abrir la estructura de la cromatina Histona acetiltransferasas (HATs) son las enzimas responsables de la acetilación de las histonas, mientras que la histona deacetilasas (HDACs) revierten este proceso, compactando la cromatina ACETILACION DE P53: REGULACION DE LA RESPUESTA AL DAÑO DEL ADN La acetilación de la proteína p53 es un importante regulador del ciclo celular es crucial para su activación en respuesta al daño del ADN La activación de p53 en residuos específicos promueve su capacidad para activar genes que inducen la apoptosis o la detección del ciclo celular Esto ayuda a prevenir la proliferación de células dañadas o cancerígenas ACETILACION EN LA SEÑALIZACION Y FUNCION DE PROTEINAS La acetilación puede modificar la localización, estabilidad y actividad de las proteínas Por ejemplo, la acetilación de la tubulina regula la estabilidad de los microtúbulos, afectando la dinámica del citoesqueleto y el transporte celular La acetilación también puede influir en la interacción proteina-proteina DESREGULACION DE LA ACETILACION Y ENFERMEDADES La desregulación de la acetilación esta implicada en varias enfermedades, incluyendo el cáncer y los trastornos neurodegenerativos Los inhibidores de HDAC son utilizados en la terapia contra el cáncer, ya que permiten que los genes supresores de tumores se mantengan activos En enfermedades como el Alzheimer la desacetilacion anormal de histonas contribuye a la patología. Regulación de la expresión génica: la acetilación de histonas es crucial para activar o silenciar genes según las necesidades de la célula Implicaciones en enfermedades: alteraciones en la acetilación de histonas se han vinculado con enfermedades como el cáncer y trastornos neurodegenerativos