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Los virus de RNA no cumplen el camino de ADN-mRNA-proteínas Nuclear: común a todos los orrganismos de un grupo pfilogénico Específicos de una Las proteínas son moléculas que cumplen función estructural o catalítica  2.1...

Los virus de RNA no cumplen el camino de ADN-mRNA-proteínas Nuclear: común a todos los orrganismos de un grupo pfilogénico Específicos de una Las proteínas son moléculas que cumplen función estructural o catalítica  2.1. Cromosoma procariota Presenta genes esenciales para las funciones metabólicas básicas (proteínas esenciales). La mayoría de bacterias presentan un único cromosoma dsDNA circular compactado en el nucleoide con un tamaño medio de 2Mpb (aunque se han encontrado desde 0,58 hasta 9 Mpb). Hay excepciones: - Deinococcus radiodurans: 2 cromosomas circulares. - Vibrio cholerae: 2 cromosomas circulares. La toxina es un fago, en fase lisogénica, insertada en Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. una zona y al activarse secreta la toxina. - Azotobacter vinelandii: número de cromosomas variables dependiendo de la fase de 5 pies de un mismo. Hace replicaciones antes de dividirse crecimiento (2-100 copias). Poliploide, siempre posee varias copias del cromosoma. - Agrobacterium tumefaciens: 1 cromosoma circular y 1- cromosoma lineal. Patógeno de plantas Modificacíón genéica que forma tumores. Plásmido Ti: genes de virulencia Los extremos tienen secuencias repetidas - Burkholderia cepacia: 3 cromosomas circulares. - Borrelia: cromosoma lineal. Patógeno humano transmitido a través de garrapatas. Único cromosoma Los microorganismos procariotas poseen 1 único juego de genes, son organismos haploides (n). Sólo tendrán 2 copias en el momento de la división. El cromosoma se encuentra compactado en el nucleoide, en menor grado que en eucariotas y se relaciona con la regulación de la expresión génica. La compactación está asociada a proteínas básicas, la mayoría distintas a las histonas: No tiene homología con las histonas, solo hacen una función parecida Según como estén unidas a Proteínas H-NS (histone-like nucleoid-structuring protein). No homóloga a histonas ADN pueden activar a inhibir eucariotas. Está relacionada con la regulación de la expresión génica y la compactación. Hace Regulan genes de la transcripción virulencia que una región se transcribe más que otras. Posee 3 dominios: dominio de cabeza, dominio Forma circular de cola y dominio de unión al DNA. Las cabezas se unen con cabezas y las colas con colas. Extremo carboxilo - zona de unión a ADN El DNA puede formar complejos en forma de zigzag con las proteínas, de modo que las regiones de unión a DNA se unen a ambas hélices bloqueando las dos cadenas. Por lo que la expresión sería nula. Pueden estar unidos a una sola cadena, dejando libre la otra cadena para que se traduzca El DNA también puede formar un complejo lineal donde todos los dominios de unión al DNA de la proteína quedan unidos a una de las cadenas. La otra cadena queda libre para la transcripción. Proteína HU: Proteína HU.proteína Homóloga a laa lahistona homóloga eucariotaH2B histona eucariota H2B. Importante en el proceso de compactación Topoisomerasa y regulación I: introduce de expresión de los superenrrollamientoss genes que controlan la viabilidad celular. positivos DNADNA girasa. girasa: Introduce introduce superenrollamientos superenrrollamientos negativos negativos para eliminar (enrollamiento las supervueltas en sentido contrario positivas a la doble generadas por la helicasa. hélice) Proteínas Proteínas SmcSmc (structural (structural maintenance maintainance of of chromosome). chromosome) ATPasa que procariotas, semodifican trata de laATPasas estructura que del nucleoide. modifican Presentes la estructura también en eucariotas. Esencial en la condensación del cromosoma. del nucleide Es una única proteína que forma homodímeros. Proteínas asociadas a nucleoide: mantienen la estabilidad Regulan metabolismo, procesos,.. 1º superenrrollamientos positivos, luego negativos. Topoisomerasa I: los positivos, rompen una sola cadena Topoisomerasa IV (girasa): rompe las dos cadenas CROMOSOMA BACTERIANO 98 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  Los genes no constitutivos tienen regiones reguladoras: Operador: si hay una molécula unida (ibhibe) Activador: “”” activa El gen es la unidad funcional del DNA. Se trata de una secuencia nucleotídica que codifica para un polipéptido (cistrón), un tRNA o un rRNA. El gen se encuentra dentro de un elemento génico (cromosomas, plásmidos o elemento genético móvil). Cadena molde: es la que se transcribe Región líder: secuencia donde se une la subunidad 30S, luego codón de inicio hasta el codón stop. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. En procariotas, los genes que codifican enzimas de una ruta bioquímica están agrupados constituyendo un operón que se transcribe como un solo mRNA y contiene información para varias proteínas (cistrones). - El mRNA procariota es policistrónico (varios genes se transcriben a un único mRNA). - Cada gen posee su RBS, codón de iniciación y codón de terminación. Sitio de unión del activador suele Puede tener regiones reguladoras estar antes el promotor (activadoras u operadoras) Nt c Nt ct Gen regulador: transcribe proteínas Conjunto de gene bajo el mismo promotor, transcribiéndose a la que regulan la transcripción vez, requiere de una sola polimerasa. Se traduce como un mRNA policistrónico, el cual da proteínas independientes La unidad sigma se une a als secuencias consenso Cada gen ttiene su Nt y Ct 99 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  Organización del cromosoma bacteriano Actualmente se poseen secuencias completas de cromosomas de muchos procariotas, incluso, de distintas cepas. El estudio actual de las secuencias completas de muchos procariotas ha permitido determinar algunas de las características de las bacterias: - Tamaño cromosómico similar ente bacterias, aunque el tamaño exacto es específico de cada especie y cepa. - Importancia en la transferencia génica horizontal (obtención de nuevas secuencias con %GC se detecta por el %GC diferente y distinta distribución de codones). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2 - HGT permite grandes cambios en la información genética. Es un proceso dinámico (si no da lugar a un beneficio seleccionable se pierde por delección). - Duplicación de la información genética tiene importancia en evolución. En bacterias hay muy pocos genes duplicados pero distintos genes pueden complementarse (dominios duplicados). Bajo antibióticos, duplica genes de resitencia 2.2. Plásmido Los plásmidos son moléculas de dsDNA circular con genes no esenciales Las bacterias pueden perder plásmidos y podrá seguir viviendo, ni le quita funciones para la bacteria. Codifican información para vías metabólicas no esenciales, resistencia a antibióticos, factores de virulencia… - No es frecuente encontrarlos en eucariotas. Aporta ventajas. De forma extracelular no podrían sobrevivir. - Se pueden autorreplicar con mecanismo propio (no dependen del cromosoma). Posee origen de replicación, genes que controlan la replicación y genes para dividir los plásmidos replicados entre células hijas. - Se diferencian de elementos transponibles en que estos no se replican independientemente. - Se diferencian de los virus en que no causan perjuicio al hospedador, no posee forma extracelular y es únicamente dsDNA. - Usados en tecnología del DNA recombinante e importancia ecológica y médica. La insulina humana se sintetiza desde un cultivo de E.coli como hospedador de un plásmido donde se ha introducido el gen de la insulina. Aporta amplia producción y no hay problemas de compatibilidad. Tienen que tener mecanismo de replicación distintas, usando proteínas distintas paa que no hayacompetencia Cada célula puede tener diferentes plásmidos y en diferente número. El número de copias por célula viene determinado por los genes que contiene el plásmido. El número de plásmidos distintos depende de los tipos de plásmidos: existen grupos de incompatibilidad, si poseen un mecanismo semejante de regular su replicación son incompatibles. Cuando no usa los genes que tiene, deja de replicarlos Los plásmidos se pueden eliminar de una célula (plasmid curing) debido a que la célula se divide, pero el plásmido no se replica o a que el plásmido se diluye entre la progenie. TIPOS DE PLÁSMIDOS (en función a la información que contienen) Plásmidos-R. Confieren resistencia a antibióticos y otros inhibidores. Usualmente son plásmidos conjugativos (comunicación entre bacterias) y se extienden rápidamente en una población bacteriana sometida a niveles subletales de antibióticos. Plásmidos que contienen información para antimicrobianos. Antibióticos (importancia ecológica) o bacteriocinas (inhibidores de crecimiento de espectro más reducido). Plásmidos que codifican factores de virulencia. Permiten colonizar e infectar a un hospedador. Fatores que favorecen la unión al hospedador, toxinas… Plásmidos con información para vías metabólicas. Plásmido Ti, plásmidos de rutas de degradación de xenobióticos… Un xenobiótico es un compuesto que no se encuentra en la naturaleza, son moléculas químicas sintetizadas por el hombre que terminan en el ambiente. 100 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  3. REPLICACIÓN CROMOSOMA BACTERIANO La replicación está relacionada con la división celular y con el crecimiento celular y poblacional. - Semiconservativa y bidireccional. - Síntesis 5’-3’. - La primasa sintetiza el cebador de RNA. - Extensión del DNA mediante la polimerasa. Hay 5 familias de DNA polimerasas. Las más Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. importantes son la pol III (elongación) y pol I (elimina primers y rellena fragmentos de Okazaki). Pol II tiene importancia en reparación de DNA. - El primer se elimina y se sustituye por DNA. - Hebra continua (líder) y hebra discontinua por fragmentos de Okazaki (retrasada). El cromosoma bacteriano tiene un único origen de replicación (oriC), a partir del cual se generan dos horquillas de replicación (zona que se desenrolla para que tenga lugar la replicación). El replisoma es el conjunto de enzimas que llevan a cabo la replicación: DNA helicasa: desenrolla la doble hélice con gasto de ATP. Se denomina DnaB. Proteínas de unión a ssDNA (SSB): se une a las hebras simples que la helicasa deja abiertas. Estabiliza y evita que vuelva a formarse la doble hélice. DNA girasa: introduce superenrollamientos negativos para contrarrestar los giros positivos que introduce la helicasa. Se encuentra por delante del replisoma. Primasa: sintetiza primer RNA. DNA polimerasa III: elongación del DNA. Sintetiza de novo DNA polimerasa I: elimina cebador. Y sustituye por DNA DNA polimerasa II: reparación DNA. Ligasa: une fragmentos Okazaki. El origen de replicación (oriC) es una secuencia de unos 250pb reconocida por proteínas iniciadoras: Lo reconoce DnaA se une a oriC y abre la doble hélice. I DnaB es la helicasa. A cada helicasa se le acompleja el resto de proteínas del replisoma. DnaC es el cargador de la helicasa. Una única molécula de DnaC sitúa las dos helicasas DnaB que van en direcciones opuestas. El cromosoma circular posee replicación bidireccional (estructura theta θ). Se generan 2 horquillas de replicación en direcciones opuestas desde oriC que poseen cada una su replisoma y sus hebras retrasada y continua. La Bloquean las horquillas de replicación cuando llegan a ter replicación finaliza en la secuencia terminadora (ter), reconocida por proteínas Tus que bloquean las horquillas de replicación al llegar a la región Ter. Ter se encuentra en el polo opuesto de oriC. - La topoisomerasa IV independiza los dos genomas. En E.coli se denomina XerCD. - FtsK está involucrada en que cada célula hija reciba una copia de genoma. ↳ Segrega 102 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  La cadena retrasasda genera bucles para evitar tensiones Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Hay 2 proteínas ter, a las que se unen las protteínas Tus. 4. TRANSCRIPCIÓN En procariotas, la transcripción y la traducción están acopladas debido a que ambas ocurren en el Constitutiva: transcripción igual sentido que la replicación citoplasma y no hay maduración del mRNA. para que no se solapen - Hay información genética en ambas hebras Hay información genética en ambas hebras de DNA de DNA. Latendrá La transcripción transcripción tiene lugar en un lugaru en sentido otroun dependiendo del gen. sentido u otro dependiendo del gen. Hay el Aproximadamente hay el mismo número de genes en una hebra mismo número de genes en una hebra que que en otra en la otralos Normalmente, aprox. genes que se expresan mucho suelen estar - Los genes orientados que sedirección en la misma expresanquemucho suelen la horquilla de replicación para evitarestar la colisión de RNA polimerasa con replisoma orientados en la misma dirección que la horquilla de replicación para evitar la colisión de RNA polimerasa con el replisoma. 103 Transcripción y procesamiento del mRNA en núcleo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Transporte del mRNA maduro al citoplasma Traducción en el citoplasma Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  RNA polimerasa (transcriptasa) lleva a cabo la síntesis de RNA. La RNA polimerasa No necesita (transcriptasa) lleva a cabo la síntesis de RNA. primer Síntesis en dirección 5’ a 3’. Los ribonucleótidos se van uniendo al 3’ OH del nucleótido anterior - No Está necesita primer. compuesta por varias subunidades (α2ββ’ωσ) -La subunidad Síntesis 5’-3’. Los ribonucleótidos σ reconoce se unende el sitio de iniciación al la extremo 3’-OH del nucleótido anterior. transcripción - resto El Estáde compuesta la enzimapor varias es la que subunidades. La subunidad σ (sigma) reconoce el sitio de iniciación realiza la síntesis de la transcripción. El resto de la enzima realiza la síntesis. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Sigma f: ante un estimulo quimiomotor/ No se suelen estar expresando PROMOTOR (extremo 3')- lo constituyen las secuencias reconocibles por el factor σ. El factor σ puede cambiar de forma regulada y eso cambia los genes que se transcriben. ElCada promotor factor σ (en el extremo se expresa 3’) lo constituyen en condiciones determinadas las secuencias reconocibles por el factor sigma. Este El resto de la RNA polimerasa es capaz de abrir la doble hélice y formar una burbuja de transcripción puede variar de forma regulada, lo cual cambia los genes que se transcriben. Cada factor σ se expresa Según avanza es capaz de desenrollar transitoriamente el DNA en condiciones determinadas. Sigma f: ante un estimulo quimiomotor/ El Noresto de estar se suelen la RNA polimerasa es capaz de abrir la doble hélice y formar expresando una burbuja de transcripción. Según avanza es capaz Secuencia promotora estándar compuesta por dos regiones muyde desenrollar conservadas transitoriamente y reconocidas por σ70 el DNA.de E.coli) (RpoD Región (-10) o caja Pribnow presenta una secuencia consenso: TATAAT LaRegión secuencia promotora (-35) con estándar otra secuencia estáTTGACA consenso compuesta por dos regiones muy conservadas y reconocidas por σ70 (RpoD en E.coli). Cuando ya se ha sintetizado unos nucleótidos de RNA, el factor σ se disocia y la elongación continúa con el core enzimático - Región (-10) o caja Pribnow: secuencia consenso TATAAT. únicamente - Región La transcripción (-35): se para en secuencia consenso: otra secuencia TTGACA. específica: Terminador de la transcripción SeCuando conocense han sintetizado muchos los reconocen factores σ que primeros distintos nucleótidos de RNA, promotores el factor y esto es unaσforma se disocia y la laelongación de regular transcripción continúa con el core enzimático únicamente. La transcripción se para en el Ej: terminador dede la en condiciones estrés transcripción (secuencia específica). Se conocen muchos factores sigma que reconocen distintos promotores, lo cual es una forma de regular la transcripción. Cada factor σ se expresa en determinadas circunstancias. 4.1. Terminación de la transcripción La terminación depende de secuencias específicas y puede ser: Cuando se genera un loop. Se para la transcripción Independiente de rho o intrínseca. Secuencia rica en GC con repeticiones invertidas y una cola de adenosinas (poliA). Se forma una estructura tridimensional que frena la transcripción Dependiente de factor rho. Rho es una proteína de unión a la hebra de mRNA. Avanza por el mRNA y cuando la RNApol se frena por una estructura tridimensional, Rho la alcanza y da lugar a que la hebra de RNA se disocie del DNA. Los productos de la transcripción son mRNA (de vida media corta para adaptarse a condiciones cambiantes), tRNA y rRNA (más estables). Los productos de la transcripción Independiente de Rho Ya no hay unión de la polimerasa y ADN mRNA: vida media corta para adaptarse rápidamente a condiciones cambiantes 104 tRNA y rRNA: son más estables a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins Unidad transcripcional Viene delimitada por las secuencias en las que se inicia y finaliza la transcripción. Esta unidad transcripcional puede ser: Un único gen Varios genes (operón) que se cotranscriben 1. mRNA policistrónico: se sintetizan varios polipéptidos 2. Suelen ser un grupo de genes relacionados con su función 3. Se expresan coordinadamente Generalmente, los mRNA procariotas no sufren procesamiento Primera secuencia transcrita – SECUENCIA LÍDER dentro de la cual está la SECUENCIA SHINE-DALGARNO (necesaria para la traducción). La secuencia Shine-Dalgarno se encuentra upstream del codón de iniciación AUG. La secuencia trailer downstream del codón STOP indica el fin del gen.  Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El codón de parada o sinsentido no se une a tRNA que porte aminoácido (no codifica para aminoácido). La pauta de lectura para la traducción se debe a interacciones entre el mRNA y el rRNA del ribosoma. La secuencia Shine-Dalgarno o RBS (ribosome binding site) se localiza al inicio del mRNA y permite la localización del codón de iniciación. 5.1. Código genético Un solo aminoácido puede estar codificado por varios codones (el código genético es degenerado). Distintos microorganismos tienen frecuencias de uso distintas y no se conoce el origen de esta tendencia. Esto provoca que el gen de un microorganismo no siempre se traduzca eficientemente en otro, aunque se puede modificar por manipulación genética. Se han descrito modificaciones del código genético en especies como Mycoplasma y Paramecium. En ellas, algunos codones sinsentido sí que codifican para aminoácidos. 5.2. Ribosomas Los ribosomas son estructuras dinámicas encargados de la traducción. En procariotas es 70S. Subunidad 30S: 16S rRNA + 21 proteínas. Subunidad 50S: 5S rRNA + 23S rRNA + 31 proteínas. En el inicio de la traducción las subunidades están disociadas. Primero, la subunidad 30S se une al INICIO mRNA, a DE LA TRADUCCIÓN las proteínas de iniciación (IF-1, IF-2 y IF-3) y al primer tRNA que lleva la N-formil-metionina Las subunidades están disociadas (sitio P). Posteriormente se une la subunidad 50S. Existe una RBS complementaria a la secuencia 3’ delLa subunidad 30S + mRNA + tRNA (formilMet) + proteínas iniciación (IF-1, 2 y 3) 16S rRNA. En mRNA policistrónicos hay múltiples RBS y varios polipéptidos son traducidos al mismo Posterior unión de la subunidad 50S tiempo del mismo mRNA. Existe una RBS que es complementario a secuencia en el 3’ del 16S rRNA. En mensajeros policistrónicos hay múltiples En RBS, la elongación, la subunidad y por tanto varios 50S polipéptidos seposee dos traducen sitios importantes: al tiempo, del mismo mRNA El grupo Sitio A (acceptor-site): formil dondede se elimina de la metionina el iniciación tRNA portador de aminoácido tras completar se sitúa ayudado por EF-Ts. la traducción Sitio P (peptide-site): donde se sitúa el tRNA cuyo aminoácido acaba de ser incorporado y ELONGACIÓN ancla la cadena polipeptídica. Elongación de la cadena peptídica en la traducción La subunidad 50S posee dos sitios importantes Sitio A (acceptor-site): donde el tRNA portador de aminoácido se sitúa ayudado por el factor de elongación EF-Ts Sitio P (peptide-site): es el sitio donde se sitúa el tRNA cuyo aminoácido acaba de ser incorporado y ancla la cadena polipeptídica 106 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins  Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Se produce el enlace peptídico y la cadena queda unida al tRNA recién incorporado (actividad peptidil transferasa del rRNA 23S). Hay muchos factores de elongación involucrados y se gasta GTP en varios pasos (peptidil transferasa + translocación). En el polisoma, muchos ribosomas traducen simultáneamente un mRNA policistrónico, lo que causa un aumento de velocidad y eficiencia de la traducción. Igual que en procariotas La Laterminación de la traducción traducción termina se da cuando cuando el ribosoma el ribosoma alcanza un codón de alcanza parada un codón de parada (no posee tRNA que aparee). El codón es reconocido por proteínas No hay ningún tRNA que aparee con el codón de parada RF (release factor), encargadas de liberar la cadena polipeptídica del último tRNA y el ribosoma se disocia. Este codón es reconocido por proteínas RF (release factor), encargadas de liberar la cadena polipeptídica del último tRNA Si elmomento En ese ribosomaelllega al final ribosoma se del mRNA sin encontrar un codón de terminación, las proteínas RF no disocia podrían unirse y el ribosoma quedaría atrapado sin ser funcional. Si el ribosoma llega al final del mRNA sin encontrar un codón de terminaciión: Proteínas RF no pueden unirse El ribosoma queda atrapado y no es funcional No hay disociación del ribosoma con el ARNm 107 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6853833 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins