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GUÍA BIOMOL

YA ES EL ÚLTIMO ESTIRÓN <

Rosalind Franklin (1950-1953) Estudios de difracción de rayos X, descubrió que el ADN presentaba los grupos fosfato hacia el exterior y podía hallarse de dos formas helicoidales distintas: las que hoy conocemos como ADN-A y ADN-B

James Dewey Watson y Francis Harry Compton Crick (1950)

Propusieron su modelo de la estructura del ADN: Modelo de la

doble hélice de ADN,

que explicaba de manera clara que el ADN podía duplicarse y

transmitirse de una

célula a otra.

Vic Arroyo :)

Personajazos que recordar

Richard Altman (1889)

el término ácido nucleico fue acuñado

Lamarck:

Diversidad génica.

Es la molécula que contiene la información genética fundamental para el desarrollo, funcionamiento, crecimiento y reproducción de todos los organismos vivos y muchos virus. Es la base de la herencia y se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y en el citoplasma de las células procariotas. Estructura del ADN El ADN es una molécula de doble hélice (estable), formada por dos cadenas de nucleótidos que se enrollan entre sí. Cada nucleótido está compuesto por tres componentes: Grupo fosfato: Une los nucleótidos entre sí formando el esqueleto de la cadena de ADN. Azúcar desoxirribosa: Un azúcar de cinco carbonos que forma parte del esqueleto de la molécula de ADN. Base nitrogenada: Existen cuatro tipos de bases nitrogenadas en el ADN:

1. Adenina (A)
2. Timina (T)
3. Citosina (C)
4. **Guanina (G)

• Adenina y guanina** son **purinas.
• Timina (Uracilo-ARN)** y citosina son pirimidinas. Unidos por 2 puentes de hidrógeno. Unidos por 3 puentes de hidrógeno. Vic Arroyo :) ADN LEYES DE CHARGAFF La cantidad de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas: [A] + [G] = [T] + [C]. Chargaff también descubrió que la composición de bases del ADN, definida como el "porcentaje G + C", difiere entre especies pero es constante en todas las células de un organismo dentro de una especie. Cadenas de 5´ a 3´: Los dos extremos se designan con los símbolos 5' y 3'. El símbolo 5' se refiere al carbono del azúcar al que está unido un grupo funcional fosfato (PO4). El símbolo 3 ' se refiere al carbono del anillo de azúcar al que está unido un grupo funcional hidroxilo (OH). Los nucleótidos pueden contener una unidad de fosfato (monofosfato), dos de estasunidades (difosfato) o tres (trifosfato). 5' 3'

Triple hélice Heterocromatina: Genes aislados que casi no se utilizan. Eucromatina: Genes activos. Victoria Arroyo

-Formas alternativas de la estructura de doble

hélice del ADN-

1. B-Patrones. 2)A-Corta. 3)Z-Desorganizada. Vic Arroyo :) ADN

-Estructura del ADN en doble hélice-

-->Se da por el apilamiento de las bases nitrogenadas y los puentes de hidrógeno que estos forman, brindándole estabilidad.

-Desnaturalización & separación de

las hebras de ADN-

Ocurre cuando los enlaces de hidrógeno se pueden romper y las cadenas de ADN se pueden separar calentando la molécula de ADN, mientras que los enlaces fosfodiéster permanecen intactos.

1. Calor (depende de los enlaces).
2. pH alto.
3. Formamide.
4. Bajas concentraciones de sal. Slipped Cruciforme

-Estructuras secundarias inusuales del ADN-

-Ocurre en repeticiones tipo “tándem”. -Dos o más copias adyacentes. -Usan enzimas que cortan enlaces fosfodiester en cadenas simples de ADN, pero no en las dobles. -Actúan como factores reguladores en la replicación y expresión génica. -Ocurre cuando se tienen secuencias o repeticioned invertidas o “palindrómicas”: -Se produce en tramos de purinapirimidina en el ADN y se ve favorecido por secuencias que contienen una simetría de repetición especular. -Cadenas “Watson & Crick” + una tercera “Hoogsteen”: *Ataxia de Friederich.

PCR (Polymerase Chain Reaction ) :

_- 95 grados se abre.

• Activación de los cebadores 50, 60o C
• Elongación de la polimerasa 72o
• PCR amplifica fragmentos de gen._ Victoria Arroyo Vic Arroyo :)

-Supercoiling/superenrrollamiento-

Es el enrollamiento adicional de la doble hélice de ADN sobre sí misma. Es necesario para el empaquetamiento eficiente del ADN en el núcelo celular. Superenrrollamiento + : Ocurre cuando la doble hélice del ADN se enrrolla en la misma dirección que la torción original de la hélice. Superenrrollamiento - : Ocurre cuando la doble hélice se enrrolla en dirección opuesta a la torsión original.

-Topoisomerasas- “Vamo a calmarno”

-Alivian las tensiones torsionales y los superenrollamientos que se generan cuando el ADN se desenrolla y se vuelve a enrollar.

-Topoisomerasas principales-

Topoisomerasas de Tipo I: Estas enzimas cortan una de las dos hebras de la doble hélice de ADN, permiten que la hebra rota gire alrededor de la hebra intacta para aliviar las tensiones torsionales, y luego vuelven a unir la hebra cortada. -No requieren ATP para su actividad. -Ejemplos: Topoisomerasa I en procariotas y topoisomerasa I y III en eucariotas. Topoisomerasas de Tipo II: Estas enzimas cortan ambas hebras de la doble hélice de ADN, pasan una parte de la molécula de ADN a través del corte y luego vuelven a unir ambas hebras. -Requieren ATP para su actividad. -Ejemplos: DNA girasa (una topoisomerasa de tipo II en procariotas) y topoisomerasa II (también conocida como topoisomerasa IIα y IIβ) en eucariotas. ADN bacteriano(1972): No tienen nucleo El genoma de Escherichia coli, tiene un tamaño de 4700 kb y existe como una molécula de ADN circular de doble hebra, sin extremos 5' o 3' libres. El ADN cromosómico está organizado en una estructura ovoide condensada llamada nucleoide. Plasmidos: Son pequeñas moléculas de ADN bicatenario, circular o lineal, transportadas por bacterias, algunos hongos y algunas plantas superiores. Son extracromosómicos (es decir, separados del cromosoma de la célula huésped), independientes y autorreplicantes. Son portadores de resistencia a los antibióticos y proporcionan vehículos convenientes para la tecnología del ADN recombinante.

Vic Arroyo :) -Mecanismos de reparación del ADN-

-->Tipos de daño:

Desaminación: pérdida de grupos amino.

Depurinización: Eliminación del enlace “N-glucosídico”entre la base nitrogenada y el azúcar, perdiendo a la vez un residuo de A o G= aparición de sitios apurínicos en el ADN, causando la incapacidad de unión entre bases complementarias y purinas originales, perdiéndose un nucleótido en la cadena de ADN recién sintetizada.

Daño oxidativo: Provocado por radicales libres= fOrman 8-oxo Guanosina y el glicol de Timina bloquea la replicación del ADN.

-->Factores dañinos:

Agentes alquilantes : Añaden grupos alquilo a las bases nitrogenadas & alteran su patrón de apareamiento bloqueando la replicación. Agentes intercalantes: Compuestos que se intercalan entre los nucleótidos del ADN y sólo producen adiciones de sólo un par de nucleótidos. ( Compuestos químicos=proflavina, acridina y el etidiol.) -Altera la secuencia codificadora en su marco de lectura correcto. Análogos de bases: Compuestos con estructura similar a las bases nitrogenadas del ADN y al incorporarse de forma incorrecta provoca errores frecuentes en la replicación. Energía ionizante : La exposición del ADN a los rayos UV , produciendo dímeros de Timinas, cuando hay dos Timinas consecutivas en la misma cadena de ADN.

• Induce transiciones de GC-AT, transversiones, mutaciones, duplicaciones y deleciones.

-Reparación-

DIRECTA

-Involucra sistemas que eliminan directamente el daño en el ADN inmediatamente después de producidos. No es muy común ya que hay daños irreversibles--

Fotorreactivación, alquiltransferasas. POR ESCISIÓN DE BASES (BER): Elimina el genoma de las bases dañadas que se producen por diferentes tipos de daño. La reparación se realiza hodrolizando el enlace glucosídico, eliminando la base dañada. La rotura es reconocida por una AP endonucleada 1 que rope el enlace fosfodiéster adyacente. Finalmente la ADN polimerasa B adiciona los nucleótidos para rellenar el hueco generado empleando la cadena que NO está dañada como molde. El fragmento recién sintetizado forma el enlace fosfodiéster faltante y es ligado gracias a la ligasa. POR ESCISIÓN DE NUCLEÓTIDOS (NER): Reconoce cualquier lesión que provoque una distorsión importante en la doble cadena de ADN.

1. Reconocimiento del daño. Hidrolización de los enlaces fosfodiéster de cada lado y varios pared de bases distancia de la lesión, eliminando el fragmento de ADN de cadena sencilla lesionado.

3. El hueco es rellenado por la ADN polimerasa I.
4. La ligasa sella la cadena sintetizada. MMR (Sis. de reparación de los apareamientos erróneos): Se centra en en corregir bases mal emparejadas y corregir los bucles que surgen en el ADN debido al deslizamiento de la polimerasa durante la replicación. DSBR (Reparación de roturas de doble cadena- recombinación homóloga): Actúa sobre la fase “S“ del ciclo celular. Activación del gen “ataxia-telangiectasa” mutado.

Reclutación del complejo MRN para unirse al ADN.

Unión de la proteína RPA a la cadena sencilla.

RAD51 se une a la cadena sencilla y forma una nucleoproteína filamentosa con el ADN.

Con ayuda de RAD54 invade la hélice homóloga que sirve como molde para restaurar el fragmento dañado.

Experimento de Meselson-Stahl El ADN en eucariontes hay muchos puntos ORI El ADN en procariontes solo hay un punto ORI La cadena de ADN se sintetiza en dirección 5’ → 3’. El proceso de polimerización del ADN : En las hebras en la posición 3' se encuentra un grupo radical hidroxilo (OH) donde se puede formar un nuevo enlace fosfodiéster, se van agregando más desoxirribonucleótidos (dNTP) en la posición 3' y así formar una hebra creciente complementaria. Semiconservadora (modelo correcto). En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales. Conservadora. Se sintetiza una molécula totalmente nueva, copia de la original, por lo que tras la duplicación quedan, por un lado, las dos hebras antiguas juntas y, por otro, las dos hebras nuevas. Dispersora o dispersante. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y fragmentos de la nueva La replicación del ADN en ambos, eucariontes y procariontes, es bidireccional. Esto significa que una vez que se inicia la replicación en un origen de replicación, dos horquillas de replicación se forman y se mueven en direcciones opuestas. El punto de replicación en eucariontes complejo de reconocimiento de origen (ORC) El punto de replicación en procariontes sitio ORI Estos puntos de replicación son secuencias específicas son ricas en A y T (promotor TATA) Doc Torres :) REPLICACIÓN Hebra Líder Síntesis continua: La hebra líder se sintetiza de manera continua en la dirección 5' a 3' hacia la horquilla de replicación. Hebra Rezagada Síntesis discontinua: En la hebra rezagada, la dirección de síntesis 5' a 3' es opuesta a la dirección en que la horquilla de replicación avanza. Por lo tanto, se sintetiza en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki.

REPLICACIÓN: PASO A PASO

1. ADN Helicasa

Función: Desenrolla la doble hélice de ADN. Cómo actúa: La helicasa se une a la doble hélice del ADN en el origen de replicación y utiliza energía del ATP para separar las dos hebras parentales, creando la horquilla de replicación. Momento de acción: Actúa al inicio de la replicación, abriendo la doble hélice para permitir el acceso de las otras enzimas de replicación. Horquilla de replicación

2. Proteínas SSB (Single-Strand Binding Proteins)

Función: Estabilizan las hebras simples de ADN. Cómo actúan: Las proteínas SSB se unen a las hebras simples de ADN después de que han sido separadas por la helicasa, evitando que se vuelvan a enrollar y protegiéndolas de la degradación. Momento de acción: Actúan inmediatamente después de la helicasa, cubriendo las hebras simples de ADN a medida que se separan. Doc Torres :)

5. ADN Polimerasa

Función: Sintetiza la nueva hebra de ADN. Cómo actúa: La ADN polimerasa se une al primer de ARN y añade nucleótidos de ADN complementarios a la hebra molde en la dirección 5' a 3'. Hay diferentes tipos de ADN polimerasas: ADN polimerasa III: Principal enzima replicativa en procariotas. ADN polimerasas δ y ε: Principales enzimas replicativas en eucariotas. Momento de acción: Actúa durante la elongación de la hebra líder y de los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada. Doc Torres :)

6. Sliding DNA Clamps (Abrazaderas Deslizantes)

Función: Aumentan la procesividad de la ADN polimerasa. Cómo actúan: Las abrazaderas deslizantes forman un anillo alrededor de la hebra de ADN y se asocian con la ADN polimerasa, manteniéndola firmemente unida al ADN para asegurar la síntesis continua y eficiente. Momento de acción: Actúan durante la elongación de la hebra líder y de los fragmentos de Okazaki, estabilizando la polimerasa.

7. RNAse H

Función: Elimina los primers de ARN. Cómo actúa: La RNAse H degrada los primers de ARN que fueron sintetizados por la primasa, dejando huecos que serán llenados por la ADN polimerasa. Momento de acción: Actúa después de que se ha sintetizado la hebra nueva de ADN, durante el proceso de maduración de la hebra rezagada. Doc Torres :)

4. Extensión del Extremo 3' Síntesis: La telomerasa extiende el extremo 3' de la hebra parental añadiendo múltiples repeticiones de la secuencia telomérica. Desplazamiento: Una vez que la telomerasa añade una repetición de ADN, se desplaza y añade otra repetición. Este proceso puede repetirse varias veces, alargando significativamente el extremo 3' de la hebra de ADN. 5. Síntesis de la Hebra Complementaria Primasa y ADN Polimerasa: Después de que la telomerasa ha extendido suficientemente el extremo 3', una primasa sintetiza un primer de ARN sobre la nueva región de ADN telomérico extendido. Luego, la ADN polimerasa sintetiza la hebra complementaria. Eliminación del Primer: El primer de ARN es finalmente eliminado y la ADN polimerasa rellena el hueco. 6. Finalización y Protección de los Telómeros Formación de la T-Loop: Los extremos teloméricos se pliegan sobre sí mismos formando una estructura conocida como T-loop. Esta estructura es estabilizada por proteínas específicas, como las proteínas del complejo shelterin, que protegen los telómeros y previenen su degradación y la activación de mecanismos de reparación del ADN que podrían confundir los telómeros con roturas de ADN. Estabilización: El complejo shelterin también ayuda a estabilizar los telómeros, asegurando que no sean reconocidos como daño en el ADN por las maquinarias de reparación celular. Doc Torres :)

Enzima Función Helicasa Desenrolla la doble hélice de ADN separando las cadenas complementarias durante la replicación. ADN polimerasa III Sintetiza nuevas cadenas de ADN agregando nucleótidos a la cadena molde durante la replicación. ADN polimerasa I Remueve los cebadores de ARN y rellena los espacios entre fragmentos de Okazaki durante la replicación. Primasa Sintetiza breves fragmentos de ARN llamados cebadores que sirven como punto de inicio para la síntesis de ADN en la replicación. Topoisomerasa Alivia la tensión torsional que se acumula durante el desenrollado de la doble hélice de ADN durante la replicación. Ligasa de ADN Une los fragmentos de ADN discontinuos (fragmentos de Okazaki) en una cadena continua durante la replicación. Exonucleasa Remueve nucleótidos incorrectamente emparejados durante la síntesis de ADN, asegurando la precisión en la replicación. Telomerasa Agrega secuencias repetitivas de ADN al extremo 3' de los cromosomas para prevenir la pérdida de material genético en la replicación. REPLICACIÓN: ENZIMAS CLAVE Vic Arroyo :)

2. ELONGACIÓN.

3. TERMINACIÓN.

Formación de un complejo promotor abierto. Formación de un complejo promotor cerrado. Eliminación del promotor.

1. INICIACIÓN.

OJO:

La transcripción en eucariontes tiene lugar en el núcleo celular. La transcripción en procariontes tiene lugar en el citoplasma. Victoria Arroyo

-”Fuerza del

promotor”-

Se refiere a la secuencia relativa del inicio de la transcripción (relacionada con la afinidad de la RNA Pol por la región promotora) Vic Arroyo :) TRANSCRIPCIÓN: PROCARIONTES Es el proceso mediante el cual se sintetiza ARN (ácido ribonucleico) a partir de una molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico).

-FASES-

-Requisitos mínimos para

la transcripción-

Promotor del gen. ARN polimerasa.

-RNA POLIMERASA-

Es la enzima que cataliza la síntesis de ARN. Esta enzima “polimeriza” (une) los nucleósidos trifosfato mediante enlaces fosfodiéster de 5' a 3'.

-PROMOTOR-

Secuencia específica de ADN que actúa como sitio de inicio para la transcripción de un gen. -Los promotores se encuentran aguas arriba (en la dirección 5') del inicio del gen que van a transcribir. Sitio de unión

-RNA POLIMERASA BACTERIANA-

Se compone de una enzima central más un factor transcripcional llamado “ factor sigma”. Juntos forman un complejo enzimático completo llamado “holoenzima”. Factor sigma: Es el responsable de disminuir la afinidad de unión inespecífica de la ARN polimerasa. -Participa principalmente en el reconocimiento de promotores de genes. Enzima central : Es el componente de la holoenzima que cataliza la polimerización.

-MAQUINARIA-

Iniciación: -La holoenzima de ARN polimerasa se une inicialmente al promotor en las posiciones de nucleótidos −35 y −10 en relación con el sitio de inicio de la transcripción para formar un complejo promotor cerrado. El término "cerrado" indica que el ADN permanece bicatenario y el complejo es reversible. -El complejo sufre una transición estructural a la forma “abierta" en la que 18 pb alrededor del sitio de inicio de la transcripción se funden para exponer la cadena plantilla del ADN. La formación del complejo abierto es generalmente irreversible.

Terminación: La enzima central de la ARN polimerasa desciende por el ADN hasta que la ARN polimerasa alcanza una señal de parada o una secuencia terminadora. Recuerden que este proceso sucede en el núcleo celular. Factor de transcripción general TFIID: Es responsable del reconocimiento de todos los elementos promotores céntrales conocidos, con excepción de *BRE. Encargada de llamar a todos los otros factores de transcripción. Caja TATA (TATA box): Una secuencia rica en adenina y timina (generalmente TATAAA) ubicada aproximadamente -10 -35 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción en genes eucariotas. Es el sitio de unión para el factor de transcripción TFIID. -Durante la eliminación del promotor hay una interrupción gradual de la interacción del factor σenzima central. El modelo clásico propone que σ se disocia del núcleo a medida que la polimerasa se somete a eliminación del promotor y cambia del modo de iniciación al de elongación. Elongación: Después de que se han sintetizado entre 9 y 12 nt de ARN , el complejo de iniciación entra en la etapa de elongación. Terminación Independiente de Rho: Este mecanismo utiliza secuencias específicas en el ADN que forman una horquilla (estructura de tallo-bucle) en el ARN transcrito, seguida por una serie de residuos de uracilo (U).

• De 7->8 uracilos. La formación de la horquilla en el ARN provoca una tensión en el complejo de transcripción, haciendo que la ARN polimerasa se desacople del ADN y libere el ARN recién sintetizado. Terminación Dependiente de Rho: El factor Rho es una proteína helicasa que se une a una secuencia específica en el ARN transcrito (sitio rut) y se desplaza a lo largo del ARN en dirección 5' a 3'. Al alcanzar la ARN polimerasa, Rho utiliza su actividad helicasa para desenrollar el ARN del ADN molde, provocando la disociación del complejo de transcripción y TRANSCRIPCIÓN: EUCARIONTES liberación del ARN. -Factores de transcripción- Interpretan la información presente en los promotores de genes y otros elementos reguladores y transmiten la respuesta adecuada a la maquinaria transcripcional de RNA pol II. -Algunos promotores centrales- CAJA TATA. Elemento Iniciador (Inr). Elemento promotor BRE. Elemento motivo diez (MTE). Elemento promotor corriente abajo (DPE). 3 Dominios principales:

1. D. de unión al ADN.
2. D. de transactivación.
3. D. de dimerización. Vic Arroyo :)