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Resumen examen final (biología) Temas: - Duplicación (síntesis) del ADN - Transcripción y Traducción (expresión génica) - Regulación Génica - Mutaciones Duplicación del ADN Datos para comenzar: - El ADN está compuesto por una...

Resumen examen final (biología) Temas: - Duplicación (síntesis) del ADN - Transcripción y Traducción (expresión génica) - Regulación Génica - Mutaciones Duplicación del ADN Datos para comenzar: - El ADN está compuesto por una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar desoxirribosa. - El ADN tiene dos tipos de bases nitrogenadas: purinas (adenina y guanina) y pirimidinas (timina y citosina). - En las secuencias del ADN, las bases nitrogenadas hacen parejas, adenina con timina (A-T) y guanina con citosina (G-C), irrespetar este orden resultaría en una mutación genética. - En la duplicación del ADN se forman dos clones de una molécula de ADN única. - Es la base de la herencia del material genético. - Sigue un modelo de duplicación semiconservativo, es decir, de una molécula de ADN se forman otras dos, de las cuales cada una cuenta con una hebra de la molécula original, de cada una de las nuevas moléculas de ADN nace otra molécula idéntica, resultando en cuatro moléculas de ADN, donde dos cuentan con una hebra del ADN original. Enzimas encargadas del proceso: - Helicasas: hidrolasas, rompen la estructura que mantiene unidas las dos hebras del ADN - Proteínas SSB: estabilizan las hebras separadas para que no se vuelvan a unir - Topoisomerasas: evitan la tensión de la hebra conforme se va abriendo - Polimerasas: sintetizan la nueva hebra, en el medio celular hay más nucleótidos, por lo que lee la hebra y le pega lo que le haga falta, ya sea A, C, G o T, hay varios tipos de polimerasas, las más importantes son la 3 y la 1 - Primasas: marca el inicio y final de la secuencia con cebadores o primers (secuencias pequeñas de ARN que ponen una bandera de inicio en la secuencia)  - Ligasas: se encargan de terminar de sintetizar las hebras y unirlas para volver a formar una doble hebra ¿Cómo ocurre en sí el proceso? (Muy resumido): - La helicasa separa las hebras del ADN, la topoisomerasa se encarga de que no haya tensión mientras se van abriendo las hebras. Las proteínas SSB cuida que no se vuelvan a unir mientras que se duplica. - La primasa pone primers al inicio de la secuencia. La polimerasa 3 otorga las bases correspondientes en la hebra que están duplicando. - Cuando la polimerasa 3 termina su trabajo, la exonucleasa quita los primers y la polimerasa 1 reemplaza las bases que hacen falta donde estaba el primer. - La ligasa une ambas hebras (la original y la duplicada) para volver a tener una moléculas de ADN de doble hebra (normal). - Si la polimerasa se equivoca al poner una base nitrogenada en el lugar equivocado, puede devolverse a arreglarlo, la nucleasa le quita los nucleótidos y la polimerasa los vuelve a poner bien. Expresión génica: transcripción y traducción La expresión génica es el proceso mediante el cual se generan proteínas a partir de la información genética del ADN, proceso mediado por distintos tipos de ARN para sus diversas etapas. “La información pasa del ADN a los ribosomas mediante el ARN para la síntesis de proteínas.” El dogma central de la biología molecular: es el lineamiento más importante, dice que el proceso de expresión génica debe de pasar de ADN a ARN mediante transcripción y luego de ARN a proteínas mediante traducción. Todos los organismos siguen el dogma central de la biología, sin embargo los virus se oponen a este,, en especial los retrovirus, los virus tienen material genético ADN o ARN, pero los retrovirus tienen ARN y una enzima transcriptasa reversa (similar a polimerasa), cuya función es hacer un ADNc (ADN copia), luego se sigue el dogma igual.  ARN (ácido ribonucleico): Los ARN están compuestos solo por 1 hebra (estructura lineal) tiene 4 tipos de nucleótidos A-U y G-C. Tipos de ARN: - ARN mensajero: se forma en el núcleo, agarra la información que da la instrucción del ADN y la lleva al citoplasma, contiene la secuencia para la creación de la proteína, el tamaño varía dependiendo de la proteína final, representa un 5% del ARN total. La secuencia nueva que se forma se lee de 3 en 3 (cada grupo se llama triplete / codón). Se clasifican en: - Policistrónico: para procariotas, un ARNm en varias proteínas, las reordenan, de una única secuencia dependiendo de cómo se organizan los codones son diferentes proteínas - Monocistrónico: en eucariotas, un ARNm = una proteína, o sea, hay una configuración específica para cada proteína, no depende exactamente de la distribución de los codones. - ARN transferencia: transfiere aminoácidos, representa un 15% del ARN total, hay complementariedad de nucleótidos, tienen lazos o asas, la base de su lazo o asa 2 tiene un tripletes complementarios al ARN mensajero (los tripletes del ARNt se llaman anticodones). Las dos partes más importantes donde se unen los aminoácidos es la región 3’ y el anticodón, hay mínimo 20 ARNt vinculados 1 para cada aminoácido. - ARN ribosomal: fabrica los ribosomas para sintetizar proteínas, 80% del ARN total, la estructura de los ribosomas está dividido en subunidad pequeña y grande. Transcripción Síntesis de una cadena de ARN que utiliza como molde una cadena de ADN, al final se genera un ARN mensajero. En células eucariotas el ADN es lineal, existen alrededor de 20 mil genes en el genoma humano.  Los genes tienen una región promotora (donde inicia la enzima), región codificadora (se indica que gen va a sintetizar la enzima) y región de terminación (donde termina), solo se sintetiza las secuencias génicas de lo que se necesite, no todo el genoma. Dentro de la región codificadora, las regiones E se conocen como exones (regiones codificadores o funcionales) Las regiones I se conocen como intrones o “ADN basura” (asociados a procesos de regulación génica). Los promotores y terminadores son como los “primers”. ARN polimerasas: lee las secuencias de ADN y agrega secuencias de nucleótidos de ARN, presentes en todas las células. Las tres ARN polimerasas catalizan distintos ARN: - ARN polimerasa I: Cataliza síntesis de varias clases de moléculas de ARNr. - ARN polimerasa II: Cataliza la producción del ARNm codificante de proteína. Esta es la más importante en este proceso*. - ARN polimerasa III: Cataliza síntesis de ARNt y una de las moléculas de ARNr. Las cadenas de ADN y ARN son antiparalelas, si el ARN sintetiza de 5’ a 3’, la hebra molde de ADN es la que va de 3’ a 5’. El molde de ADN se conoce como hebra no codificante. Si un gen pierde un promotor, la polimerasa no puede actuar, por lo que se generan enfermedades genéticas y relacionadas. Pasos de la transcripción 1. Iniciación: la ARN polimerasa se une a una región promotora, de allí, se comienza la transcripción de ADN a ARN, donde se da un proceso similar al de la duplicación del ADN sólo que se copia la hebra hebra rezagada del ADN para que el clon de ARN pueda quedar en sentido de 5’ a 3’. La región promotora en bacterias y eucariotas es la caja TATA. 2. Elongación: Nuevos nucleótidos (A-U-G-C) se agregan en la hebra de la molécula en crecimiento de ARN, la ARN polimerasa coloca alrededor de 50 nucleótidos por segundo. 3. Terminación: La ARN polimerasa alcanza una sección de ADN que funciona como una señal de terminación, se genera una horquilla que interrumpe la interacción entre la polimerasa y el transcrito de ARN, el cual se denomina transcrito primario (secuencia de ARN que resulta de la transcripción, aún no está listo, hace falta hacer  modificaciones para poder pasarlo a ser una proteína). La transcripción se da en un bucle de transcripción, se abre el ADN y se forma una tipo horquilla donde se va replicando el ADN en la secuencia de ARN. Procesamiento del ADN eucariótico Modificaciones post-transcripcionales: - Modificación 5’: se agrega una caperuza de 7 metilguanosina (CAP) en el extremo 5’ del ARNm, permite el reconocimiento del ribosoma - Poliadenilación en el 3’: cola de poli A (100 a 200 nucleótidos) exportan y estabilizan. - Splicing: corte y empalme de exones / unir exones mediante eliminación de intrones. Tomar regiones donde inicia y termina un intrón para eliminarlos mediante “ARN pequeños nucleares”. Traducción Proceso mediante el cual se leen los codones o tripletes del ARN para convertirlo a alguno de los 20 aminoácidos para la formación de proteínas. Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos y así forman las proteínas. Los ARN de transferencia funcionan como adaptadores para conectar aminoácidos y ácidos nucleicos. Código genético: cada codón del ARN se va a sintetizar en forma de un aminoácido, todas las proteínas comienzan por el codón de la metionina (AUG) y finalizan en alguno de los codones de parada (UAA, UAG, UGA), estos no sintetizan ningún aminoácido, solo dan la señal de parar. El código genético cuenta con universalidad y redundancia “Hipótesis de tambaleo” (sinónimos en codones si cuentan con los mismos primeros dos nucleótidos, a excepción de la metionina y el triptófano). La síntesis de proteínas se da en el ribosoma El ARN se sintetiza en una proteína en diferentes lugares del ribosoma, pasando por el sitio A, luego P y finalmente E. El sitio A la metionina se une al ARNt iniciador, en el sitio P se crean los enlaces peptídicos (se une un grupo amino del aminoácido nuevo y uno carboxilo del anterior) y en el sitio E la cadena de aminoácidos sale del ribosoma. La translocación dicta que el proceso de traducción siempre ocurre de 5’ a 3’ y se forman 360 enlaces por minuto. Se reconoce un codón de parada al final de la secuencia y se deja de sintetizar la proteína, esto es un factor de liberación Mutaciones dentro del proceso:  Regulación génica Existen varios puntos de control en la regulación génica, el transcripcional que se da en el ADN y el ARNm, el de traducción que se da en ARNm y la proteína y el postraduccional que se da en la proteína y la proteína activa. Dato importante: las bacterias hacen un uso eficiente de los recursos y se alimentan de azúcar Existen dos tipos de genes: - Regulados: Transcriben solo cuando es necesario - Constitutivos: Transcriben siempre, constantemente El sistema modelo a estudiar es el sistema del metabolismo de la lactosa: La bacteria E. Coli utiliza variedad de azúcares para producir ATP, sin embargo, en caso de haber escasez de estos, se utiliza lactosa para el proceso de respiración celular en vez de glucosa. Catabolismo de la lactosa: La lactosa induce la producción de una enzima que actúa sobre ella. Un inductor es una molécula que estimula la expresión génica Para este caso en específico se utiliza la lactosa permeasa y la galactósido transacetilasa. Un operón es un conjunto de genes estructurales ligados a secuencias de ADN que son responsables de su control. Para el sistema operón de la lactosa se tienen los operones lac (lacZ, lacY, LacA) - LacZ: beta-galactosidasa (rompe la lactosa en glucosa y galactosa) - LacY: lactosa permeasa (moviliza galactosa) - LacA: transacetilasa (transforma galactosa en glucosa) Elementos del Operón: - Genes estructurales: contienen información para formar polipéptidos. - Promotor (P): región del ADN que la ARN polimerasa reconoce para empezar a transcribir - Operador (O): región del ADN que es reconocida por la proteína reguladora.  - Gen regulador (i): codifica la proteína reguladora que reconoce la secuencia del operador. - Proteína reguladora: se une al operador y regula la expresión de los genes. - Inductor: compuesto que induce la expresión de los genes cuando está presente. Una proteína represora es aquella que se une al operador cuando no hay lactosa, por lo que llega la ARN polimerasa y se une al promotor pero está bloqueado y no se da la transcripción. Si hay lactosa presente, la alolactosa se une al sitio alostérico de una proteína represora y esta unión inactiva la represión del operador y se comienza la transcripción. Función del sistema operón: - Control negativo: la transcripción se produce solo cuando el represor no se une a la región operadora. *Mutaciones constitutivas: Permiten la transcripción de los genes estructurales, mutaciones en represor I- y en el Operador Oc. - Mutación I- : El producto represor está alterado y no puede unirse a la región operadora, por lo que los genes estructurales siempre están activados. - Mutación Oc: La secuencia del operador está alterada y no puede unir la molécula represora normal. Los genes estructurales se transcriben continuamente. - Control positivo: ocurre cuando no hay glucosa, por ende aumentan los niveles de AMPc, esta molécula activa la proteína activadora del catabolito (PAC), esta unión de activación se une al ADN y lo dobla, esto aumenta la afinidad del promotor por la ARN polimerasa, por lo que se acelera la transcripción de los genes que permiten metabolizar la lactosa. *Si no hay suficiente glucosa en el medio, el operón no transcribe, su costo energético es la beta-galactosidasa. - Sin glucosa en el medio: los niveles de AMPc aumentan, el AMPc se une al complejo CAP en el ADN, esto promueve la transcripción de genes estructurales porque aumenta la interacción con la ARN polimerasa, de esta manera se sintetizan proteínas necesarias para metabolizar la lactosa  - Con glucosa en el medio: niveles de AMPc disminuyen, ARN polimerasa apenas y puede unirse al promotor, la transcripción disminuye y no se logran sintetizar bien proteínas para metabolizar la lactosa. Operón del triptófano: Cuando hay suficiente triptófano en el medio, la célula no produce las enzimas necesarias para su formación, ahorrando energía, ya que la represión de los genes implicados en la producción de estas enzimas es eficiente. La célula evita gastar recursos en algo que ya está disponible. La diferencia con el Op.Lac es inducible, y el Op.Trp es reprimible. - En ausencia de triptófano: el represor no se une al operador, el operón se expresa constitutivamente (produce y produce). - En presencia de triptófano: el represor se une al operador, ejerce control negativo y bloquea la expresión del operón. Niveles de regulación en eucariotas: organización de funciones específicas en tejidos. - Transcripcional - Postranscripcional - Traducción - Postraduccional *Los genes eucariotas normalmente no están organizados en conglomerados de operones (a excepción de los nemátodos), cada gen tiene su propio conjunto de secuencias reguladoras. - Secuencias reguladoras en eucariotas: controlan la transcripción de genes. - Promotores: es la región cercana al gen donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción. - Silenciadores: Control de la Expresión Génica (10 Secuencias que reprimen o reducen la expresión génica). Pueden estar lejos o cerca del gen. Actúan bloqueando la unión de factores de transcripción o interfiriendo en la maquinaria de transcripción. - Intensificadores: Secuencias que aumentan la expresión génica. Pueden actuar a grandes distancias del gen. Aumentan la eficiencia de la transcripción al facilitar la unión de factores específicos. Regulaciones:  - Regulación de la cromatina: el ADN debe descompactarse (eucromatina) para ser transcrito; la heterocromatina permanece inactiva. - Regulación de la transcripción: los promotores y otros elementos controlan la unión de factores de transcripción, activando o reprimiendo genes. - Regulación del procesamiento del ARNm: el empalme y otros mecanismos controlan la maduración del ARNm. - Regulación del transporte del ARNm: los poros nucleares controlan la salida del ARNm hacia el citosol. - Regulación de la traducción: los factores determinan cuándo y cuánta proteína se sintetiza a partir del ARNm. - Modificaciones y degradación de proteínas: Las proteínas pueden ser modificadas químicamente y, si es necesario, degradadas por proteasomas. - Degradación del ARNm: Control del tiempo de vida del ARNm para regular la estabilidad y eficiencia de su traducción. Tipos de cromatinas: - Eucromatina: Cromatina menos compacta, donde los genes están activos y pueden ser transcritos - Heterocromatina: Cromatina altamente compacta, donde los genes están inactivos y no se transcriben Tipos de genes según su actividad: - Genes activos: Se encuentran en la eucromatina, están expuestos a la interacción con factores de transcripción (FT) y proteínas reguladoras, se pueden transcribir. - Genes inactivos: Se encuentran en heterocromatina, estos genes no se transcriben gracias a que están muy compactos. Alteraciones de la cromatina: - Complejos de remodelado de la cromatina: Grupo de proteínas que modifican la estructura de la cromatina. - Proteínas modificadoras: Agregan grupos acetilo o metilo a las histonas para alterar la compactación de la cromatina.  - HAT (histonas acetiltransferasas): Relajan la cromatina, debilitan la asociación entre nucleosoma y activa la transcripción. - HDAC (histonas desacetilasas): Eliminan los grupos acetilo añadidos por las HAT, condensa la cromatina, reduciendo la transcripción. La inactivación génica por metilación del ADN (herencia epigenética): La metilación del ADN bloquea la transcripción y asegura que los genes inactivos no se reactiven, preservando la inactivación. - Metilación: Se unen grupos metilo a citosinas en el ADN. - Función: Sirve como un "marcaje" para que proteínas reguladoras se unan al ADN metilado, haciéndolo inaccesible para la transcripción. - Regiones inactivas: La metilación ocurre en las áreas del genoma donde los genes están inactivos. - Mantenimiento de inactivación: Una vez que un gen ha sido desactivado por otros medios, la metilación asegura que permanezca inactivo a largo plazo. Herencia del patrón de metilación: La metilación asegura la inactivación génica heredable, y la impronta genómica regula la expresión de genes específicos, influyendo en el fenotipo. Durante la replicación, cada doble cadena de ADN tiene una cadena metilada y otra no metilada. Enzimas de metilación: Añaden grupos metilo a la nueva cadena, perpetuando el patrón de metilación. Esto asegura que el ADN inactivo se mantenga inactivo a lo largo de generaciones. Impronta genómica (parental) Influye en la expresión fenotípica de ciertos genes, se asocia con algunas enfermedades. *Epigenética: Cambios en la expresión génica sin alterar la secuencia del ADN. Síndrome de Prader-Willi: Ausencia de expresión de un alelo del Cs 15 (paterno). Síndrome de Angelman: Pérdida de la expresividad del locus materno en el Cs 15. Modificaciones Post-Traduccionales: - Regulan la actividad del producto génico después de la síntesis proteica. - Involucran el procesamiento proteolítico, donde proteínas precursoras inactivas se convierten en activas al eliminar una parte de la cadena polipeptídica. - Ejemplo: La pro-insulina (86 aminoácidos) se convierte en insulina eliminando 35 aminoácidos. Degradación de proteínas: - Las proteínas marcadas con ubiquitina (polipéptido de 76 aminoácidos que "marca" las proteínas para su degradación) son degradadas por los proteosomas en fragmentos peptídicos mediante la acción de proteasas. - Las proteínas tienen diferentes duraciones de vida, que varían de 3 días a varios años. Proceso: - La ubiquitina se une a la proteína que debe ser degradada, luego es reconocido por un proteosoma, una estructura asociada a proteasas. - Las proteasas hidrolizan los enlaces peptídicos, degradando la proteína en fragmentos pequeños y no funcionales. Primer y segunda parte:  Mutaciones Se definen como el cambio en cantidad o estructura de material hereditario de un organismo, resulta en un cambio de las características hereditarias del organismo. Se clasifican por: Células afectadas: - Somática: no se transmiten a la descendencia - Germinales: se transmiten a la descendencia Causas: - Naturales o espontáneas - Inducidas por agentes mutagénicos (mayoría) Efectos: - Neutras (genera cambios en la secuencia mas no se ve afectado, como en los sinónimos de codones) - Beneficiosas - Perjudiciales: Letales (muere aprox el 90% de los que la padecen), subletales (mueren menos del 10% de los que la padecen), patológicas (provocan enfermedades), teratológicas (provocan malformaciones). Tipos de expresión génica: - Dominantes - Recesivas Alteración provocada: - Génicas / puntuales: Alteraciones debidas a errores no corregidos en el proceso de replicación del ADN. Tipos: - Sustitución de bases - Pérdida o ganancia de bases - Transposiciones Consecuencias de mutaciones puntuales de la estructura del gen y su expresión: Mutaciones: - Sinónima: cambia la secuencia del codón por otra que codifica para el mismo aminoácido - No sinónima: cambia la secuencia del codón por una que codifica para un aminoácido diferente - Pérdida de sentido: cambia la secuencia del codón por una que codifica para terminación de la traducción. Sustitutiva cambia el codón para hacer otro aminoácido, Sin sentido cambia el codón para terminar la secuencia. Sistema Crispr-cas se encarga de arreglar los errores en las mutaciones sustitutivas - Mutación por sustitución de bases: Cambio de una base por otra distinta. Tipos: - Transiciones:Ocurren cuando una base púrica es reemplazada por otra base púrica (A-G), o una pirimidina por otra pirimidina (T-C). - Transversiones: Ocurre cuando una base purina es sustituida por una base pirimidina, o vicevers - Mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos: Se genera un cambio en el orden de tripletes de bases , por lo tanto el mensaje para la proteína será totalmente distinta, es un tipo de mutación grave - Cromosómicas / estructurales: tienen que ver con la estructura, pérdida, ganancia o reordenamiento de las regiones de un cromosoma, se origina por ruptura de una cromátida durante división celular, se pierde el fragmento roto o la fusión equivocada del fragmento. Tipos de mutaciones cromosómicas: - Deleción: Un cromosoma que se rompe en un sitio y se pierde esta parte que se rompió. Generalmente se pierden los extremos, pero también puede darse en la parte media (centrómero) de la estructura. Síndrome de Cri du chat - Duplicación: Repetición de un fragmento en un cromosoma, es la base para nuevos cambios evolutivos (fuente de nuevo material genético), no suelen tener efectos negativos - Inversión: Cambios en el orden lineal de los genes en un cromosoma. Un segmento de un cromosoma está girado 180º sobre sí mismo. Si involucra al centrómero se denominan pericéntricas, si ocurre en uno de los brazos se llaman paracéntricas.  - Translocaciones: Son intercambios o transferencia de fragmentos cromosómicos entre cromosomas no homólogos. Leucemia mieloide crónica. Tipos: - Recíproca - No recíproca - Genómicas: afectaciones a nivel del número de cromosomas, en su totalidad o pérdida o ganancia de un cromosoma en particular. Problemas principalmente en procesos de división celular en la anafase. (No disyunción: cuando se tenían que separar los cromosomas no se separaron y se van varios cromosomas a la célula donde no tenían que irse) - Euploidías: alteración total del número de cromosomas, si una célula diploide tiene 20 cs, en una euploidía podría tener por ejemplo 40 0 60 cs al dividirse. Genera organismos poliploides, generalmente variedad genética en plantas para generar nuevas especies porque no se pueden mover. Las euploidías se pueden dividir en: - Autopoliploidías: combinación de juegos cromosómicos de la misma especie (ejemplo de la presentación), son los mismos cromosomas. - Alopoliploidías: cuando se combinan los juegos cromosómicos de dos plantas diferentes y generan una nueva especie de esta manera (híbridos). - Aneuploidías: cambio de 1 o 2 cromosomas máximo, no afecta a todo el genoma, ocurre en procesos de no disyunción, ocurre mucho en meiosis femenina porque en su primera etapa ocurre en el vientre de la madre, por lo que ya se formaron los óvulos para el resto de su vida y se reactiva hasta la adolescencia y pueden llegar a tener más errores. Trisomías o monosomías causadas por no disyunción. Tipos de aneuploidías más comunes: - Monosomías (1 cromosoma sin homólogo) (2n - 1) Ejemplo: Síndrome de Turner - Trisomías: cromosoma extra en una pareja de cromosomas (2n + 1) Síndrome de down en el cs 21, síndrome de patau en cs 13, síndrome de Edwards en cs 18, síndrome de Klinefelter (cs XXY)  - Tetrasomías: 2 cromosomas extra (2n + 2) - Nulisomías: falta 1 pareja de cromosomas (2n - 2) Agentes mutagénicos: Mutaciones inducidas: Mutaciones producto de factores ambientales, físicos o químicos. Mutágenos biológicos: Retrovirus, transposones, hepatitis B