Biología Molecular: Replicación del ADN Estructura de Genes, Transcripción y Procesamiento del...

Biología Molecular:Replicación del ADN

Estructura de Genes, Transcripcióny Procesamiento del ARNhn

Pedro A. Moreno

Escuela de Ingeniería de Sistemas y Computación

Facultad de Ingenierías

Universidad del Valle

Cali, COLOMBIA

Ciclo Celularen Eucariótes

Flujo de la InformaciónGenética Intracelular

Flujo de la InformaciónGenética Intracelular

de los Genes Interrumpidos

Maquinarias Moleculares Asociadas

Experimento de Meselson y Stahl

Experimento de Meselson y Stahl

Sobrevisión de la Replicación

Características Generales de la Replicación

1. Orígen de replicación2. Bidireccional3. Hebra continua Hebra discontinua 4. Semiconservativa5. Dirección 5’ 3’6. DNA polimerasa I / II / II : procariotas7. DNA polimerasa / / : eucariotas8. Una batería de moléculas accesorias9. Fases: Iniciación, Elongación, Terminación

Sitio de Iniciación en Virus y Bacterias1) Ori (Origen de replicación): O2) Term (Sitio de terminación): T

Ori

Ter

Virus y

Bacterias

Ori

Sitio de Iniciación en Eucariótes

T O T O T O T O T

Replicón R REucariotas

TelómeroTelómero

Sitio de Iniciación en Eucariótes

Iniciación de la Replicación del ADN Bacteriano

1. Iniciación

SSB B + CSSB

SSBSSB: Proteínas de unión a cadenasencilla (Single strand binding)

A

1) Dna A (Relaja)

B Helicasa (abre ) C

SSB

J

K

DNA B + C

PrimasaDna G(ARN pol)

Ojal de Replicación

5’ 3’

2. Elongación

3’5’

3’ 5’3’ 5’

5’3’

5’ 3’

3’ 5’

Topoisomerasa I

GIRASAGirasa

B+C

JK

GIRASA

5’

Elongación de la Replicación del ADN Bacteriano

3’

5’

3’

5’

5’

3’

(Primasa) o ARN - pol DNA Dirigido o Iniciador (Primer)

+Topoisomerasa I

Replisoma

DNA pol III + Dna G + Girasa

Elongación de la Hebra Continua

DNA POL - III

SSB Hebra continua

3’

5’

3’

5’

3’

5’

Hebra discontinua

1000-2000 pb 1000-2000 pb

RNA RNA RNA

5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’

DNA POL - I

RNA(Nick translation)Corta y cambia:RNApor DNA

DNA Pol III

3. Terminación

DNA LIGASADependiente de ATP

Terminación de la Replicación del ADN Bacteriano

Un gen Procariote yace en una región que se llama la UT (Unidad de Transcripción. La que se transcribe)

Tiene 2 regiones

Región codificante: Donde se codifica el gen

Región Promotora: sitio a partir del cual se transcribe y se regula el gen

SIT: +1 Sitio de Inicio de la Transcripción. Punto limitante entre la región codificante y la región promotora (Start point = sp)

Estructura del Gen Procariote

Estructura del Gen Procariote

3’

5’ 3’

5’

UT

3’

5’ 3’

5’5’ UTR 3’ UTR

Región Promotora

( RP )

Región Terminadora

( RT ) Región Codificante

( RC )

+1SIT

CI (ATG) CT STT TTS

Región no traducida

Convenciones:

UT: Unidad de transcripciónSIT: Sitio de iniciación de la transcripciónUTR: Región no traducida ( 5´o 3´)CI: Codón de iniciaciónCT: Codon de terminaciónSTT: Sitio de terminación de la transcripciónTTS: Transcription termina- tion site.

Estructura del Promotor Procarióte

3’

5’

Control positivo

CajaCRP

CajaCAT Control negativo

Caja Pribnow

+1 SP

-65 -35 -10 -2 -1 + 1

CRP CRSProteína Represora del Catabolito

• Región O (operadora): Se pega al 7-8 nucleot. Represor (Impide que se abra el ADN, se una la RNA pol y por ende, que se Transcriba el gen)

• + 1SP: “Punto de arranque” También se llama sitio SIT (Sitio de Inicio de la Transcripción): Sitio en el cual entra el primer nucleotido en el RNAm.

• Se abre el ojal de transcripción para la transcripción del gen.

• Caja Pribnow: tetranucleotido rico en AT.

Región O

Secuencia Represora del Catabolito

Estructura de la Región 5´UTR

5’UTR

20 - 60 pb

CI

* *

+1 CI (AUG)

+110 pb

RBS

5’ UTR 3’UTR

“Se transcribe pero no se traduce”

* Espacios conectores

ARNr + proteína

RibosomaSitio de Unión al Ribosoma

Poly - Purinas A - G

S/DSecuencia Shine/Dalgarne

Se une al 3’ARNr 16s (subunidad menor)

RBS: (Del inglés RibosomalBinding Protein)

Estructura de un Policistrón (OPERON)

CI CT

Tres Genes

CI CI CICT CT CT

> 1 gen: - Policistrónico - Un operón E. Coli: tiende a tener promotores

con 3 genes en promedio

21 3

Región intergénica corta

5’3’ARNm

Promotor

Región Intercistrónica larga:diferentes ribosomas traducen

5’3’RNAm

Estructura de la Región Terminal

Región TerminalCT STT

5’ 3’3’ UTR

SDR: Señal de degradación del RNA m = Ribonucleasa o RNasa

Se descompone en sus partes

Factor de terminación de la transcripción:

STT: dependiente

STT: independiente

GC: independiente

GC: dependiente

Fígura hexaménica de proteínas

Terminalesintrínsecos

Estructura del gen Eucariote:Tres Tipos de Genes

Existen 3 clases de genes transcritos por 3 ARN pol diferentes: ARN pol I, II y II

ARN pol I: Nucleolo ARNr Clase I

ARN pol II Nucleoplasma ARNm ClaseII

ARN pol III Nucleoplasma ARNr 5S (excepción)Clase III ARNnp ARNt

Genes

Estructura del Gen Eucarióte:Clase I

RPRC

UTRT

CI CT IRE ARE

5’ UFR UCR UCE

5’ UTR

3’ UTR

3’ DFR DCR DCESP

+1

SI + 10 cap

7 metil guanosina

AAUAAA

Depende del hierro Paradegradadar el RNAm

Elemento rico en hierro

50 pb Rico en AU Elemento rico en AU

Secuencia consensoDesestabiliza el poly A

CI

IRE ARE

+1

Secuencia Líder:Proteínas que atraviesan la membrana y aa hidrofóbico

3’

5’

Asa 5’

Estructura Básica del Promotor - Clase II

3’

5’

5’

3’

sp+1

-65 -35

RP = Región Promotora

RR = Región Reguladora

Caja TATA

Hexapleta rica en AT

Se regulan lo genes caseros(“House Keeping genes”)

Existen: - Elementos de respuesta a estrógenos, corticoides, glucocorticoide

- Dependientes del tejido

- Se pegan factores inducibles a esta región promotora o fuera de ella. Puede haber otras cajas dependiendo del tipo de gen y también los genes especializados como los morfogenes o como los genes homeóticos (desarrollo) o de diferenciación

Caja CAAT

Caja TATA

Elementos derespuesta

CajaGC

Exón n Intrón Exón n+1

GT

5’BD’

AG

3’BA’

GU AG GU AG GU AG

T A C T A A C

SITIO DE RAMIFICACION

BD: brazo dador BA: brazo aceptor

Empalmar Exones

Regla GU - AG:

Secuencia Consenso: al inicio y al fin del intrón

X: 5 intrones (mamíferos)

X: 2 intrones (Otros organismos)

Siempre presente

Se localiza a 2/3 longitud del intron

BS: - Consenso

- Rica en pirimidina (T y C)

Estructura de la Región Codificante - Clase II

SR: Sitio de ramificación(Branch site)

Amplificadores y Silenciadores (ENHANCERS – SILENCERS)

Amplificador

Silenciador

Amplificador

Silencian a los enhancerso amplificadores de expresión

Regulación temporal y tejido especifica en los Genes Clase I y Clase II

RP SP

+1

Amplificador: - Secuencia consenso - Región amplificadora del gen - Ubicua: Puede estar hasta dentro de los intrones excepto en los exones

Ejemplo:

*: Hígado : Glucogenasa

*

-110 -40 -10 +1SP

Core del promotor

-170 GC

-70 pb

Región espaciadora entre core promotor y la región UCE (elementos de codificación no traducidos)

Se transcriben en tandem

En procariotas están organizados los genes para ribosomas de igual manera que los eucariotas con la excepción de que hay 1000 y 2000 copias en

tandem del mismo gen

28 S 5.8 S 18 S

Ribonucleasas

Estructura del Gen Eucarióte - Clase I

SP

+1

Octámero

PSE TATA

RP RCUT

Box A Box C

Se une la RNA pol III

90 pb

3’

5’

5’

3’

ARNtala ARNtmet

Estructura del Gen Eucariote - Clase III

ARNt ala

ARNr 5S ARNt met

Ribonucleasa

Procesamiento del Gen Eucariote - Clase III

La ARN Polimerasa Bacteriana

Descubrimiento de los Genes Interrumpidos

Estructura de un Gen InterrumpidoEucariótico Clase II

Formación delComplejo de Iniciación

de la Transcripciónde los Genes Clase II

ARN Polimerasa II de Levadura

Activadores Interactuando con el Complejode Iniciación en los Genes Clase II

Complejo de Iniciación de la Transcripción en

los Genes Clase I

Complejo de Iniciación de la Transcripción en

los Genes Clase III

Complejo de Terminación de la Transcripción en

los Genes Clase II

Procesamiento del pre-ARNm Clase II

Secuencias Concenso de un Intrón Típico Clase II

Tipos de Procesamientos de pre-ARN

Reacciones en el Esplaiceosoma

de los pre-ARNm Clase II

Maquinaría Moleculardel Esplaiceosomay Procesamiento del pre-ARNm

Uniones Específicas de las RNPs

El Transcripsoma

Mecanismos de Control

Post-transcripcional

BIBLIOGRAFIA

Lodish, H; Baltimore, D; Zipursky, L.; Matsudara, P.; Darrell, J. Molecular Cell Biology. Third Edition. Scientific American Books New York, 1997.

Lewin, Benjamin. Genes VII. International Student Edition. Oxford University. Press, Inc. Nex York, 1999