Embed Size (px)
Citation preview
Portada (1)O ADN e a información xenética (2, 3, 4)
O dogma central da bioloxía (5)A replicación (6-12)
Corrección de erros na replicación (13)Transcrición (14-19)
Transcrición inversa (20)O código xenético (21, 22)
Tradución (23-35)Regulación da expresión xénica (36-39)
Mutacións (40-43)Mutacións e cancro (44)
Mutacións e evolución (45)
© Texto: Laura Gutiérrez Pelayo Ilustracións: Xulio Gutiérrez Roger
Bioloxía 2º Bacharelato14. A BASE MOLECULAR DA HERDANZA
CIUGAA REPLICACIÓN DO ADN. Comentar que de tódolos modelos propostos para explicar a replicación do ADN (dispersivo, conservativo e semiconservativo), o experimento de Meselson e Stahl demostrou que o ADN replícase segundo o modelo semiconservativo. Explicar de forma moi simplificada o mecanismo xeral da replicación. Mencionar brevemente os encimas implicados: ADN polimerasas (non é necesario que se aprendan os distintos tipos de ADN polimerasas), helicasas, topoisomerasas, ligasas. Referirse brevemente ós fragmentos de Okazaki. Moi relacionado coa replicación do ADN está a técnica da PCR (reacción en cadea da polimerasa) que consiste na replicación do ADN in vitro (explicala brevemente). Como exemplos das súas aplicacións poderíase falar da pegada xenética (identificación de delincuentes e paternidade.FLUXO DE INFORMACIÓN XENÉTICA NOS SERES VIVOS. Os ácidos nucleicos como portadores da información xenética. Introducir o concepto de xenoma como o material xenético dun organismo (no caso dos virus serían as moléculas completas de ADN ou ARN que levan a información xenética). Explicar con claridade o fluxo da información xenética nos seres vivos: o dogma central da Bioloxía Molecular: Replicación - Transcripción - Traducción- Reversotranscripción / ADN - ADN - ARN - ProteínasComentar os experimentos que demostraron que o ADN é o portador da información xenética, facendo referencia á polémica que existía naqueles anos referente á natureza do material hereditario. Explicar o modelo de Watson e Crick e a súa trascendencia para a Bioloxía.Concepto de xene desde un punto de vista mendeliano (unidade da herdanza) e molecular (unidade de transcripción). A estructura dun xene débese explicar esquematicamente sinalando a presencia do promotor, o lugar de inicio da transcripción, a presencia de exóns e intróns (aínda que hai que aclarar que nalgúns casos a secuencia codificadora non está organizada en intróns e exóns), e os sinais que indican finalización da transcripción. Explicar por qué ainda que xa se descifrou a secuencia nucleotídica completa do ADN humán gracias ó desenvolvemento do Proxecto Xenoma, non se coñece a función e localización de tódolos xenes humanos.Concepto de mutación. Tipos de mutación. Os axentes mutaxénicos. Mutacións e cancro. A mutación e a súa importancia na evolución dos seres vivos. Relacionar as mutacións coas alteracións da información e a súa repercusión na variabilidade dos seres vivos e na saúde das persoas.Explicar o concepto de mutación desde un punto de vista molecular (secuencia de nucleótidos) e macromolecular (alteracións intracromosómicas e no número de cromosomas). Hai que falar das mutacións puntuais que nalgúns casos poden ser causa de enfermidades moi severas (anemia falciforme, osteoxénese imperfecta, algúns tipos de cancro, etc.), outras veces son silenciosas (cambio dun triplete por outro que codifica para o mesmo aminoácido) e noutros casos supoñen cambios equivalentes (ex. Glu por Asp). Nas mutacións cromosómicas referirse ás inversións e translocacións. Citar brevemente as mutacións xenómicas (relacionalas co síndrome de Down).A relación das mutacións (fonte de variabilidade) coa evolución é moi importante. Podemos resumilo como segue: mutación > cambio > adaptación > selección natural. Deixar ben claro, aínda que con brevidade, o concepto de selección natural e quen foi Darwin.
Tema 14O ADN e a información xenética
O ADN foi descuberto en 1869 por Friederich Miescher pero ata 1952 non se constatou que era a molécula portadora da información xenética. Durante moito tempo as proteínas foron consideradas como as moléculas portadoras da información xenética. O descubrimento do reparto de cromosomas durante a división celular non aclaraba cal dos compoñentes dos mesmos (ADN e histonas) eran as moléculas portadoras da información. Ambas moléculas cumprían os requisitos para que puideran ser consideradas portadoras da mensaxe xenética: estabilidade química, capacidade de transmitir información, capacidade de autoreplicación e variabilidade (e, por tanto, susceptibilidade de sufrir cambios).
Bacterias non virulentas vivas
Bacterias virulentas
encapsuladas vivas
Bacterias virulentas encapsuladas
mortas por aplicación de calor
Bacterias virulentas encapsuladas mortas
+Bacterias non
virulentas vivas
Frederic Griffith (1879-1941)con Bobby
EXPERIMENTO DE GRIFFITH
En 1928 Frederick Griffith demostrou a existencia dun “principio de transformación” que se transmitía dunhas bacterias a outras dotándoas de certas características, como a virulencia.
Tema 14
EXPERIMENTO DE AVERY
En 1944 Oswald Avery, Maclyn McCarty e Colin McLeod postularon que o ADN é o “principio de transformación” postulado por Griffith e non as proteínas como se pensaba ata ese momento.
O ADN e a información xenética
IIIS
IIIS
IIIS
IIIS
IIR
IIR
IIR
IIISIIR
Bacteria inocua de parede lisa.
IIIS
Bacteria virulenta de parede rugosa
IIIS
Extracción e fragmentación do
ADN
O xene virulento entra na bacteria
inocua
O xene virulento se integra no ADN da
bacteria inocua
Bacterias fillas virulentas
Oswald Avery(1877-1955)
Tema 14
Bacteriófago co ADN marcado con 32P
ADN marcado no interior da
bacteria
Bacteriófagos marcados
Bacteriófago coas proteínas marcadas con 35S
Membrana bacteriana marcada
Bacteriófagos non
marcados
Un bacteriófago
infecta a unha bacteria
inxectando o ADN viral.
Reprodución vírica e lise bacteriana
Bacteriófago normal
O ADN e a información xenética
EXPERIMENTO DE HERSHEY E CHASEEn 1952, Hershey e Chase confirmaron que o ADN é a molécula que transmite a información xenética e non as proteínas.
Alfred Hershey(1908-1997)
Martha Chase(1927-2003)
Tema 14O dogma central da bioloxía
Algúns feitos importantes na elaboración do dogma central:- En 1902, Garrod descubre que a alcaptonuria era causada por unha anomalía hereditaria.- Nos anos 40, Beadle propón que as mutacións en Drosophila melanogaster eran debidas a
cambios en enzimas.- En 1948, Tatum e Beadle enuncian a hipótese denominada “un xene-un enzima”: Cada xene é
responsable da síntese dun enzima. Con posterioridade esta hipótese foi ampliada dúas veces: cada xene codifica unha proteína, e cada xene codifica unha cadea polipeptídica.
- En 1970 Francis Crick enuncia o dogma central da bioloxía.- Co descubrimento dos retrovirus o dogma amplíase incluindo aos virus que utilizan o ARN
como molde para a síntese de ADN.
“O ADN contén a información xenética completa do indivíduo que se copia durante a reprodución celular (replicación). Unha parte desta mensaxe transmítese mediante a síntese dunha molécula de ARN mensaxeiro
(transcrición). Esta información é utilizada polos ribosomas para sintetizar unha proteína (tradución)”.
ADN ARNm Proteína
Replicación
Transcrición Tradución
Reversotranscrición ou transcrición inversa
ARNt
Tema 14A replicación
A replicación do ADN é o proceso de copiado dunha molécula para producir dúas moléculas fillas idénticas, coa mesma secuencia de bases. Este proceso é previo á división celular e ten lugar na fase S da interfase.Existen tres modelos de replicación. O modelo aceptado na actualidade é o semiconservativo, proposto por Watson e Crick e demostrado por Meselson e Stahl, tanto para procariotas como para eucariotas.
Mathew Meselson
(1930-)
Franklin Stahl
(1929-)
Tema 14
EXPERIMENTO DE MESELSON E STAHL En 1958 Meselson e Stahl demostraron a hipótese semiconservativa da replicación do ADN.
Fixéronse catro cultivos de “Escherichia coli”.
1. Bacterias normais en medio nutritivo normal.2. Bacterias normais en medio marcado con 15N. Este isótopo pesado incorpórase ás moléculas de ADN destas bacterias.3. Bacterias marcadas en medio nutritivo normal durante o tempo suficiente para que se produza unha replicación.4. Bacterias marcadas en medio nutritivo normal durante tempo suficiente para que se produzan dúas xeracións bacterianas.
Centrifugánronse mostras bacterianas de cada tipo nunha solución de cloruro de cesio. O ADN situouse en cada caso á altura correspondente á súa densidade.
1. O ADN lixeiro sitúase
na zona alta do tubo.
2. O ADN pesado sitúase
na zona baixa do tubo.
3. Despois da replicación o ADN
sitúase na zona media do tubo, polo que é de
peso intermedio.
4. Despois de dúas replicacións hai
ADN lixeiro, que se sitúa na zona alta, e ADN intermedio,
que se sitúa na zona media do tubo.
A replicación
Tema 14A replicaciónA replicación é o proceso de copiado da secuencia de nucleótidos do ADN nunha copia idéntica da molécula orixinal.
Realízase en tres fases:
1.Iniciación: formación da burbulla de replicación.2.Elongación: síntese do cebador ARN e a cadea filla de ADN.3.Terminación: eliminación de cebadores, enchido de ocos e
ligazón de fragmentos.
A replicación é un proceso complexo regulado por varios enzimas que interveñen de forma secuencial. Os máis importantes son:
- ADN-polimerases: engaden nucleótidos á cadea. Catalizan a formación de enlaces fosfodiéster en sentido 5´→3´. O máis activo é ADN-polimerase III.
- Helicases: abren a dobre hélice. Catalizan a rotura das pontes de H que manteñen unidas as bases complementarias.
- Topoisomerases: desenrolan a dobre hélice. Actúan rebaixando as tensións debidas á desespiralización no interior da burbulla e a sobreespiralización das zonas contiguas. O máis importante é o ADN-xirase.
- Primase: cataliza a formación de ARN cebador. Este ARN é o encargado de iniciar o proceso de replicación.
- Proteínas SSB: manteñen separadas as fibras de ADN orixinais. Tamén manteñen unidas as cadeas de ADN de nova formación co ADN orixinal.
- ADN-ligases: unen fragmentos de ADN dunha mesma cadea.
Tuneko Okazaki(1933-)
Reiji Okazaki(1930-1975)
O enzima helicase separa as dúas febras do ADN rompendo as pontes de H das bases
nitroxenadas.Os enzimas topoisomerases desenrolan o
ADN.As proteínas SSB manteñen separadas as
fibras de ADN orixinais.
Tema 14A replicación
INICIACIÓN
A replicación comeza en puntos prefixados denominados “orixe da replicación”.
En Escherichia coli este punto chámase oriC.
A replicación é bidireccional: prodúcese simultaneamente nas dúas cadeas de ADN.
Fórmase unha burbulla de replicación debido ao avance de dúas gallas de
replicación en sentidos opostos.
ELONGACIÓN
O primase (ARN-polimerase ADN-dependente) cataliza a síntese de cebadores de ARN (primer) sobre a cadea condutora e
sobre a cadea retardada. A enerxía necesaria procede de nucleótidos trifosfato.
O enzima ADN-polimerase III comeza a síntese da fibra filla de ADN a
continuación do cebador de ARN.
As polimerases só engaden nucleótidos en sentido 5´→3´, polo que a replicación só é
contínua na cadea 5´→3´. Esta cadea denomínase “condutora”. A cadea 3´→5´
chámase cadea “retardada”.
O ADN-polimerase III é moi eficaz. Na cadea condutora a síntese de ADN non se
detén ata que se produce a cadea filla completa.
A síntese da fibra filla da cadea retardada do ADN é descontínua. Cando o enzima
ADN-polimerase encóntrase co cebador do fragmento contiguo detén a síntese e
sepárase. O enzima primase sintetiza outro cebador e o proceso repítese.
A repetición do proceso na cadea retardada orixina unha serie de fragmentos de ADN,
denominados fragmentos de Okazaki.
Tema 14A replicación
ADN-polimerase III lé a cadea molde en dirección 3´→5´
mentres que constrúe a nova cadea en dirección 5´→3´
O enzima ADN-ligase ensambla os segmentos novos formándose as dúas
cadeas fillas de ADN completas.Finalmente a estrutura enrólase en forma
de dobre hélice
Tema 14A replicación
TERMINACIÓN
O enzima ADN-polimerase I elimina as moléculas de ARN cebador de ambas
cadeas fillas (actuando como unha exonuclease).
Este mesmo enzima tamén enche os ocos creados polos cebadores (actuando neste caso como un polimerase). Forma novo
ADN cambiando os ribonucleótidos por desoxirribonucleótidos.
Tema 14A replicación
A replicación en procariotas e en eucariotas é moi semellante pero presenta algunhas diferenzas debido á maior complexidade destes últimos.
A diferencia dos procariotas, que posúen un ADN circular, a replicación en eucariotas non é completa: cando se elimina o último cebador no extremo do cromosoma (telómero), a cadea retardada queda incompleta. Así, cada vez que unha célula se divide os telómeros vanse acurtando. Este proceso está relacionado co envellecemento celular e morte celular programada.
Un replicón é a unidade de replicación en eucariotas. En cada cromosoma hai centos de replicóns. Cada replicón conduce á síntese de 100-150 nucleótidos.
PROCARIOTAS
Rotación en torno ao eixe
EUCARIOTAS
PROCARIOTAS EUCARIOTAS
Non hai síntese de histonas Hai síntese de histonas
Fragmentos de Okazaki de 1000-2000 nucleótidos
Fragmentos de Okazaki de 100-200 nucleótidos
3 tipos de ADN-polimerases
5 tipos de ADN-polimerases
Orixe única da replicación Fórmanse centos de replicóns
Alta velocidade de replicación
(50 veces máis rápida que en eucariotas)
Baixa velocidade de replicación
Tema 14Corrección de erros na replicación
A tasa de erros da replicación é de 1/107 bases incorporadas. Despois da corrección baixa ata 1/1010.
O ADN é a única molécula capaz de autorrepararse. As cadeas vellas, que non precisan reparación, son detectadas como tales porque teñen as adeninas metiladas. As cadeas novas son chequeadas e reparadas por varios enzimas:
- Os nucleases eliminan os nucleótidos mal emparellados: os endonucleases detectan erros e cortan a cadea anómala e os exonucleases eliminan fragmentos incorrectos.
- Os ADN-polimerases sintetizan novos segmento de ADN para substituír os fragmentos eliminados.- Os ADN ligases unen o novo segmento ao resto da cadea.
3´
5´
5´3´5´3´
5´5´3´
Un endonuclease e un exonuclease escinden unha secuencia de 12
nucleótidos
O ADN-polimerase I sintetiza o ADN que falta
Un ADN-ligase une o fragmento de ADN
reparado coa cadea orixinal
3´5´
Base mal emparellada
3´ 5´
3´3´ 5´
Tema 14Transcrición
A transcrición é o proceso de transferencia da información contida nunha secuencia de bases de ADN (xene) a unha secuencia de bases complementarias dun ARNm. Para que se produza a transcrición é necesaria a presenza de ribonucleótidos trifosfato de A, G, C e U, asi como de enzimas ARN-polimerases que catalizan as reaccións.
Estes enzimas unen nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, sempre en sentido 5´→3´.
O resultado da transcrición é un ARN primario, caracterizado pola complementariedade e asimetría (a timina do ADN é substituída por uracilo). Algunhas destas moléculas de ARN darán lugar a ARNm e outras sufrirán un proceso de maduración para converterse nos outros tipos de ARN.
A transcrición desenvólvese en catro fases:
1. Iniciación2. Elongación 3. Terminación 4. Maduración
A Amanita phalloides é un fungo velenoso, causante da maioría
das intoxicacións graves, incluso mortais, por inxesta de
cogomelos.
A razón da toxicidade é que contén α-amanitina, un inhibidor
dos polimerases II e III. Nas persoas afectadas bloquéase a síntese proteica, producindo severas patoloxías hepáticas.
Tema 14Transcrición
A fase de iniciación é a fase máis complexa da transcrición.
Comeza nun punto específico do ADN: o centro promotor.
A este centro únense varios enzimas denominados factores de transcrición (TFIID, TBP, TFIIA, TFIIB...) que desespiralizan o ADN e facilitan que os ARN-polimerases poidan acceder ao ADN.
A continuación o ARN-polimerase únese ao complexo e, de seguido, engádense outros factores suplementarios, daquela o ARN-polimerase sufre un cambio de conformación e inicia a transcrición.
Transcrición en procariotas Transcrición en eucariotas
Hai dous centros promotores que constan das bases TTGACA e
TATAAT, separados entre sí por 10-35 nucleótidos.
Hai só un centro promotor que consta das bases CAAT, TATA ou
TATA box.
Hai un só tipo de ARN-polimerase Hai tres tipos de ARN-polimerases
O ARN-polimerase debe liberar o factor sigma (σ) para poder actuar.
En eucariotas non existe o factor σ, senón factores basais da transcrición
e varios factores activadores e coactivadores.
Sucede no citoplasma Sucede no núcleo
Os factores deben desbloquear o ADN unido a histonas.
A transcrición en mitocondrias e cloroplastos é semellante á dos
procariotas.
AT G C
T TA A T A TA
-10-35
Centros promotores
PROCARIOTAS
Inicio da transcrición
T A T A-25
EUCARIOTAS
Tema 14Transcrición
A fase de elongación abrangue o crecemento da cadea filla de ARN a partir da cadea molde de ADN.
O ARN-polimerase actúa en sentido 5´→ 3´, e percorre o ADN en sentido 3´ → 5´.
A adición de ribonucleótidos realízase segundo a regla da complementariedade de bases e con substitución de timina por uracilo cando corresponde.
Nos eucariotas a transcrición é completa e comprende a parte codificante do ADN (exóns) e tamén á parte non codificante (intróns). Unha vez que se unen os trinta primeiros nucleótidos, nos seres eucariotas engádese no extremo 5´ unha carapucha de 7-metil-guanosina trifosfato que actúa como sinal de inicio da tradución nos ribosomas.
OCH2
OH OH
H H H H
P
O
OH
O
Metil-guanosin-trifosfato (mGTP)
P
O
OH
OP
O
OH
HO O∼ ∼ ∼
CN
CN
C
C
CH
N
N
O
H2N
H3C
A fase de terminación consiste no cese de síntese de ARN, cando o ARN-polimerase chega ao sinal de terminación.
En procariotas, este sinal é unha rexión palindrómica: a secuencia de bases ten a mesma lectura de dereita a esquerda que de esquerda a dereita. Como consecuencia o ARN forma unha galla que crea a suficiente tensión como para que o ARN se separe do ADN molde e, polo tanto, que finalice a transcrición.
En eucariotas o sinal é a secuencia: TTATTT. Cando o ARN-polimerase chega a este punto cesa a síntese e o ARN sepárase do ADN e dos complexos multienzimáticos. A secuencia final do ARN (AAUAAA) atrae ao enzima poli-A-polimerase que sintetizará a cola do ARNm: unha secuencia repetitiva de 200 nucleótidos de adenina no extremo 3´ do ARN.
Tema 14Transcrición
En eucariotas, cada tipo de ARN precisa dunha fase de maduración, tamén chamado proceso postranscricional. Estes procesos específicos de maduración acontecen no núcleo, antes de que os ARN salgan ao citoplasma para desenvolver as súas funcións.
A transcrición en procariotas orixina moléculas de ARN primario axeitadas para as funcións de ARNm, ARNr e ARNt. Non necesitan ningún tipo de precursor nin de proceso de maduración polo que poden comezar a actuar de inmediato.
Polimerases Produtos que sintetizan
ARN polimerase I ARNr (agás o 5S)
ARN polimerase II ARNm
ARN polimerase III ARNt, ARNr5S e histonas
A maduración do ARNt é complexa: hai alteración de certas bases e adición do triplete CCA no estremo 3´.
A maduración do ARNr é aínda máis complexa: está codificada por unha rexión do ADN denominada organizador nucleolar e prodúcese no nucléolo. Fórmanse diferentes cadeas de ARNr que unidas a varias proteínas constitúen as subunidades ribosómicas
A maduración do ARNm consiste na eliminación dos intróns e unión dos exóns entre sí mediante enzimas RNPpn (ribonucleoproteínas pequenas nucleares) ou espliceosomas (formadas por unha pequena parte proteica e outra de ARN). O ARN dos espliceosomas ten secuencias complementarias das dos extremos dos intróns, aparéase con eles e provoca a súa extracción. A continuación os exóns únense pola acción de ligases específicas.
Tema 14Transcrición
5´
Os factores de transcrición únense ao centro promotor.
O ARN-polimerase únese aos factores e cambia de conformación. En procariotas libera o factor σ.
O ARN-polimerase comeza a síntese de ARN primario a partir da cadea molde de ADN.
O ARN-polimerase desenrola unha volta de hélice de ADN creando unha burbulla de transcrición.
O ARN-polimerase actúa en sentido 5´→ 3´ e percorre o ADN en sentido 3´ → 5´, producindo a elongación da cadea
de ARN.
A burbulla de transcrición avanza. A cadea filla de ARN medra a partir da cadea molde de ADN.
En eucariotas fórmase unha carapucha de metilguanosina trifosfato mentres continúa a transcrición.
5´3´5´3´
Centro promotor
5´3´5´3´
5´3´5´3´
3´
Hélice híbrida ADN-ARN
5´
ARN primario
3´5´3´
5´3´
5´3´5´3´
Desenrolamento
Enrolamento
5´3´
3´5´
3´
5´
Avance da burbulla
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
Tema 14Transcrición
Corte e eliminación dos intróns mediante espliceosomas e ribonucleoproteínas.
Empalme dos exóns mediante ligases.
O ARNm, completamente formado, sae do núcleo para comezar a tradución.
MADURACIÓN DO ARNm
Formación de bucles, que se corresponden coas secuencias de intróns.
5´3´5´3´
5´3´
5´3´5´3´
3´
5´3´5´3´
3´
-OH
-OH
-OH
-OH
En procariotas fórmase unha galla de finalización cando a transcrición chega á rexión palindrómica.
En eucariotas a transcrición detense cando chega ao sinal TTATTT. O enzima poli-A-polimerase únese ao
extremo 3´ do ARN e comeza a síntese da cola.
O enzima poli-A-polimerase engade 200 nucleótidos de adenina e unha serie de proteínas adicionais.
Finalmente despréndese.
TERMINACIÓN
Tema 14Transcrición inversa
En 1970 descubriuse o enzima transcriptase inversa nos retrovirus (uns virus que posúen ARN en vez de ADN como molécula portadora da información xenética). A transcriptase inversa é un ADN-polimerase que utiliza como molde as cadeas do ARN vírico infectante. Este enzima transcribe a información contida no ARN en forma de ADN.
Primeiro produce unha copia de ADN a partires da molécula de ARN vírico e despois fai unha segunda cadea de ADN, xerando así unha copia de ADN bicatenario. Este ADN intégrase no cromosoma da célula hospedadora e posibilita a síntese de novas moléculas de ARN vírico. A maioría dos enzimas que catalizan estas reaccións son aínda descoñecidos.
Formación dunha dobre hélice ADN-ADN
Integración do ADN viral no ADN da célula
hospedadora
Transcrición do ARN viral
Tradución das proteínas
virais
Ensamblaxe dos compoñentes virais en múltiples copias
A transcriptase inversa
produce unha dobre hélice ARN-ADN
CápsideEnvoltura
ARNTranscriptase inversa
O retrovirus penetra na célula hospedadora e perde a
envoltura
Perda da cápside
Tema 14O código xenético
O código xenético é a relación que existe entre a secuencia de nucleótidos do ARNm e a secuencia de aminoácidos da proteína que codifica.
O código xenético ten carácter universal: é a clave que permite a tradución da mensaxe xenética en forma de proteínas para todas as especies. Sen embargo atopáronse algunhas excepcións en mitocondrias humanas e doutros mamíferos, algúns protistas ciliados e micoplasmas.
A secuencia lineal das bases do ARNm determina a orde na que se unen os sucesivos aminoácidos que forman unha cadea polipeptídica.
A codificación de cada aminoácido está determinada por tres bases nitroxenadas consecutivas. Existen 64 tripletes que reciben o nome de codóns:
• Hai 61 codóns que codifican aminoácidos.• Tres codóns (UAA, UAG, UGA) indican o final da mensaxe (codóns
sen sentido). • O codón AUG en posición inicial indica o comeza dunha mensaxe,
en posición intermedia codificar o aminoácido metionina.• Non hai espazos nen separacións entre os codóns.• Os tripletes non se solapan.
O código xenético é dexenerado no sentido matemático do termo: o número de codóns non é o mesmo que o número de aminoácidos van ser codificados. Todos os aminoácidos están codificados por varios tripletes agás o triptófano e a metionina.
Segunda posición
U
PhePhe LeuLeu
SerSerSerSer
TyrTyr
StopStop
CysCysStopTrp
UCAG
C
LeuLeuLeuLeu
ProProProPro
HisHisGlnGln
ArgArgArgArg
UCAG
A
IleIleIle
Met*
ThrThrThrThr
AsnAsnLysLys
SerSerArgArg
UCAG
G
ValValValVal
AlaAlaAlaAla
AspAspGluGlu
GlyGlyGlyGly
UCAG
U C A GPrim
eira
pos
ició
nEx
trem
o 5´
Terc
eira
pos
ició
nEx
trem
o 3´
* Inicio
O código xenético
U
U
U
U
C
CC
C
AA
AA
G
G
G
G
GA C
UA
UC
G
AU C GAU C G
A
UC
G
A
UC
G
A UCG
A
UC
G
A
UC
G
GluGly
U
U U
U
U
U
U
U
CC
C
C
CC
C
C
A
A
AA
A
A
A
AG
G
GG
G
G
G
GAsp
Ala
Val
Arg
Ser
Lys
Asn
ThrMet Ile Arg
GlnHis
Pro
Leu
TrpStop
Cys
Stop
Tyr
Ser
LeuPhe
Inicio
Tema 14
Gly GlicinaAla AlaninaVal ValinaLeu LeucinaIle Isoleucina
Met MetioninaPro ProlinaPhe FenilalaninaTrp TriptófanoSer SerinaThr TreoninaCys CisteínaTyr TirosinaGln GlutaminaAsp Ácido aspárticoGlu Ácido glutámicoLys LisinaArg ArxininaHis HistidinaAsn Asparraxina
Tema 14Tradución
A tradución é o proceso de biosíntese das proteínas: a partir da información contida na secuencia de nucleótidos dun ARNm elabórase a secuencia de aminoácidos da proteína. Lévase a cabo nos ribosomas.
O proceso de tradución en eucariotas e en procariotas segue o mesmo esquema aínda que existen algunhas pequenas diferenzas. Está mellor estudado nos procariotas.
A tradución é un proceso complexo no que se poden diferenciar tres etapas: iniciación, elongación e terminación. Pero antes de iniciarse é necesario que se produza a activación de aminoácidos.
Severo Ochoa(1905-1993)A activación de aminoácidos ten lugar no citoplasma e consiste na unión de
aminoácidos a moléculas de ARNt. Este proceso é altamente específico e está catalizado por enzimas aminoacil-ARNt-sintetases (con gasto de ATP). Cada aminoácido queda unido polo seu extremo carboxilo ao extremo aceptor do seu correspondente ARNt (extremo 3´).
Anticodón
Aminoacil-ARNt
Triptófano
Subunidade menor
Subunidade maior
RIBOSOMA
Factores proteicos de iniciación
Aminoacil-ARNt
O sitio P é o lugar de unión dos
peptidil-ARNt.
O sitio A é o lugar de unión dos
aminoacil-ARNt.
Factores proteicos de elongación
Factores proteicos de terminación
Tema 14Tradución
RibosomaARNmAminoacil-ARNtFactores proteicos de iniciación e elongaciónIóns Mg2+
Enerxía: GTP → GDP + Pi
Elementos que interveñen na tradución:
Sitio P Sitio A
Tema 14Tradución
Fase de iniciación
1. O ARNm únese polo seu extremo 5´ á subunidade menor do ribosoma coa intervención do factor proteico de iniciación IF3.
Tema 14Tradución
Fase de iniciación2. Fixación do primeiro aminoacil-ARNt mediante o factor de iniciación IF2
no sitio P. As bases complementarias do codón e o anticodon únense mediante pontes de H.
O codón de iniciación sempre é AUG, polo que o primeiro anticodón é sempre UAC, que se corresponde co aminoácido metionina (en procariotas é
a N-formil-metionina).
Tema 14Tradución
Fase de iniciación
3. Acoplamento da subunidade maior do ribosoma mediante a acción do factor de iniciación IF1 e ións Mg2+. Así queda constituído o complexo de
tradución.
A porción de ARNm situada no interior
do ribosoma contén seis nucleótidos (dous codóns)
Tema 14Tradución
Fase de iniciación
4. No sitio S hai un codón ao que se unirá o aminoacil-ARNt que posúa o anticodón complementario.
Tema 14Tradución
Fase de elongación5. O ribosoma desprázase en sentido 5´→3´ pola cadea de ARNm
(traslocación). O aminocilARNt de inicio despréndese nun 50% das proteínas tanto procariotas como eucariotas.
O aminoacil-ARNt que ocupaba o sitio A pasa ao sitio P e un novo aminoacil-ARNt, que cumpra a complementariedade de codón e anticodón,
entra no sitio A.Este proceso ten gasto enerxético e precisa de dous factores proteicos de
elongación EF-Ts e EF-Tu.
Tema 14Tradución
O enzima peptidil-transferase está integrado na subunidade
maior do ribosoma
6. Formación de enlace peptídico mediante o enzima peptidil-transferase. O primeiro acetil-ARNt despréndese do seu aminoácido, que permanece
unido ao segundo aminoácido e abandoa o complexo de tradución.
Fase de elongación
Tema 14Tradución
Fase de elongación
7. O proceso de traslocación do ribosoma sobre a cadea de ARNm repítese numerosas veces, coa incorporación de novas moléculas de acetil-ARNt e
adición de novos aminoácidos á cadea peptídica. Na fixación de cada ARNt utilízase a enerxía subministrada por hidrólise de
GTP.
Tema 14Tradución
Fase de terminación
8. Cando o ribosoma chega a un codón de terminación (UAA, UAG e UGA), remata a síntese da cadea polipeptídica.
Os factores de liberación sitúanse no sitio A e fan que o enzima peptidil-transferase libere o péptido do ARNt ao que está unido (con gasto de
enerxía do GTP).
Tema 14Tradución
Fase de terminación
9. Como consecuencia do proceso de tradución libéranse a cadea proteica, as dúas subunidades ribosómicas separadas e o ARNm. O ARNm pode volver
a ser utilizado, pero normalmente degrádase e resulta destruído inmediatamente.
Tema 14
A velocidade de síntese proteica acada os 1400 aminoácidos por minuto, pero a efectividade aumenta pola acción conxunta de moitos ribosomas (polirribosomas ou polisomas).
Tradución
Comezo da síntese dun polipéptido
Polipéptido finalizado
Tema 14
Existen algunhas diferenzas entre o proceso da traducción en organismos eucariotas e procariotas:
Tradución
Procariotas Eucariotas
A transcición e tradución prodúcense no citoplasma. A membrana nuclear separa os lugares de transcición e tradución.
Os ARNm son pouco estables. Os ARNm son moi estables.
ARNm son frecuentemente policistrónicos: conteñen información para codificar máis dunha cadea polipeptídica.
ARNm son monocistrónicos: conteñen información para codificar unha soa cadea polipeptídica.
Os ribosomas identifican o extremo 5´ dos ARNm porque leva metilguanosina trifosfato.
O codón de iniciación pode ser AUG e GUG. O codón de iniciación en eucariotas sempre é AUG.
ARNr de 70 S ARNr de 80 S
O primeiro ARNt leva formilmetionina. O primeiro ARNt leva metionina
O primeiro ARNt únese antes ao ARNm que á subunidade ribosómica menor.
O primeiro ARNt únese antes a subunidade ribosómica menor que ao ARNm.
Hai dous factores proteicos de terminación. Hai un só factor proteico de terminación.
O ARNm pode ter varios lugares de iniciación, polo que pode servir de molde para varias proteínas diferentes. O ARNm ten un só lugar de iniciación.
Os factores de iniciación e de elongación son diferentes.Os factores de iniciación e de elongación son diferentes.
Tema 14
En cada momento da súa vida, a célula sintetiza unhas proteínas determinadas. Os xenes que determinan a síntese dunha proteína exprésanse só no momento en que a célula necesita esa proteína. Todos os seres vivos necesitan un mecanismo de control da expresión xénica. En 1961 Jacob e Monod propuxeron o modelo do operón para explicar a regulación da expresión xénica en procariotas.
Un operón é o conxunto de xenes que codifican as proteínas que interveñen nun proceso bioquímico determinado. Estes xenes están situados cerca uns dos outros, no mesmo cromosoma, para facilitar a súa operatividade.
Segundo o modelo do operón, hai dous tipos de sistemas de regulación e catro tipos de xenes. Os sistemas de regulación son o operón inducible, e o operón represible.
Os xenes son: - Xene promotor: Sinala o comezo da trascrición e o sitio de comezo da acción da ARN-
polimerasa.- Xenes estruturais: Codifican a síntese das proteínas.- Xene regulador: Codifica a síntese da proteína reguladora.- Xene operador: Sitio onde se pode unir unha proteína reguladora e impedir a transcrición dos
xenes estruturais.
Regulación da expresión xénica
3´5´
Xene regulador
Xene promotor
Xenes estruturais
Xene operador
ARN -polimerase
Jacques L. Monod(1910-1976)
François Jacob(1920-2013)
Tema 14
- Propio das rutas catabólicas. - Actúa mediante indución enzimática. - O represor é activo en estado normal. - Cando un indutor provoca un cambio na súa estrutura, o represor perde afinidade polo xene
operador. Entón o ARN-polimerase pode comezar a transcribir os xenes estruturais.
O represor bloquea o xene operador e
impide a acción do ARN-polimerase
O xene regulador produce a síntese
dun represor activo
O xene operador é sensible á acción do
ARN-polimerase
3´5´
O xene regulador produce a síntese
dun represor activo
ARN-polimerase
Xenes estruturais
desconectados
3´5´
ARN-polimerase
Xenes estruturais conectados
Un indutor únese ao represor e inactívao
Comeza a transcrición
Regulación da expresión xénica
Operón inducible
Tema 14
- Propio das rutas anabólicas. - Actúa mediante represión enzimática, ou represión por produto final. - O represor é inactivo en estado normal.- A célula elabora constantemente os enzimas necesarios du determinado proceso. Cando
aparece o correpresor, o represor tórnase activo e o complexo represor-correpresor fíxase sobre o xene promotor, bloqueando a síntese codificada polos xenes estruturais
Regulación da expresión xénica
Operón represible
O xene regulador produce a síntese dun
represor inactivo
3´
5´
O xene regulador produce a síntese dun
represor inactivo
Xenes estruturais conectados
Comeza a transcrición
O xene operador é sensible á acción do
ARN-polimerase
3´5´
O represor bloquea o xene operador e impide a acción
do ARN-polimerase
Xenes estruturais
desconectados
Un correpresor únese ao represor e actívao
ARN-polimerase
ARN-polimerase
Tema 14
A regulación en eucariotas é moito máis complexa que a dos procariotas. Pode ter lugar en distintos puntos do proceso: transcrición, maduración do ARNm ou tradución. Frecuentemente acontece ao inicio da transcrición, mediante a actuación de factores activadores do enzima ARN-polimerase que responden a diversos sinais extracelulares e intracelulares. Algúns dos sinais extracelulares máis importantes na regulación da expresión xénica en organismos eucariotas son as hormonas.
As hormonas provocan unha resposta específica nas células diana (células capaces de responder ás hormonas).
O mecanismo de acción é moi variable:
- As hormonas esteroideas, como os esteroides e os corticoides, entran no interior da célula, únense a proteínas receptoras no citoplasma e penetran no núcleo, onde activan a expresión xénica.
- As hormonas proteicas, como a insulina, actúan sobre receptores específicos da membrana, provocando a activación do enzima adenilato-ciclasa que cataliza a síntese de AMPc a partires do ATP. O AMPc actúa como mensaxeiro intracelular e tras diversos procesos activa a expresión xénica.
- Os fitocromos actívanse cando reciben luz solar, e inducen a expresión xénica dos procesos fotoperiódicos como a floración, a xerminación e a fructificación.
Regulación da expresión xénica
Hormonaesteroidea
Hormonaproteica
Hormonaesteroidea
Proteínareceptora
Hormona
Proteínareceptora
Hormonaesteroidea
Inicio da transcrición
Receptor de membrana
AMPc
Tema 14Mutacións
As mutacións son alteracións do material xenético dunha célula. Son o resultado de fenómenos aleatorios e constitúen a principal fonte de variabilidade xenética dos seres vivos.
As mutacións son normalmente negativas para os indivíduos porque son causa de enfermidades moi severas como anemia falciforme, osteoxénese imperfecta e algúns tipos de cancro; pero son positivas para a especie, porque aportan variabilidade á poboación e posibilitan o proceso de selección natural.
TIPO
S D
E M
UTA
CIÓ
NS
Segundo o tipo de célula afectada
Non transmisibles: prodúcense nas células somáticas.Transmisibles: prodúcense nas células xerminais.
Segundo a causa Espontáneas: prodúcense de forma natural.Inducidas: prodúcense por axentes mutáxenos.
Segundo a expresión xénica
Dominantes (respecto ao alelo normal non mutado). Recesivas (respecto ao alelo normal non mutado).
Segundo os efectosNeutras.
Beneficiosas.Prexudiciais: Letais (+ do 90%), subletais (- do 10%) e patolóxicas.
Segundo a alteración xenética provocada
Xénicas: cambio dun xeneCromosómicas: modificacións da estrutura dun cromosoma.
Xenómicas: alteración do número de cromosomas.
Tema 14Mutacións
As mutacións xénicas son alteracións da secuencia de nucleótidos dun xene.
Tipos de mutacións xénicas: TAC GGA GAT TCA AGA GAGAUG CCU CUA AGU UCU CUCMet Pro Leu Ser Ser Leu
ADNARNm
Proteína
TAC GGA GAC TCA AGA GAGAUG CCU CUG AGU UCU CUCMet Pro Leu Ser Ser Leu
ADNARNm
Proteína
TAC GGA GTT TCA AGA GAGAUG CCU CAA AGU UCU CUCMet Pro Gln Ser Ser Leu
ADNARNm
Proteína
TAC GGG ATT CAA GAG AG AUG CCC UAA GUU CUC UCMet Pro Stop
ADNARNm
Proteína
TAC GGA GGA TTC AAG AGA GAUG CCU CCU AAG UUC UCU CMet Pro Pro Lys Phe Ser
ADNARNm
Proteína
Secuencia normal
Transición: substitución dunha base púrica por outra púrica ou dunha base
pirimidínica por outra pirimidínica.
Transversión: substitución dunha base púrica por una pirimidínica ou dunha
base pirimidínica por unha base púrica.
A adición e a deleción de bases producen un corremento na orde de lectura, alterando todos os tripletes seguintes e ocasionando graves consecuencias.
Deleción: perda dunha base
Adición: inserción dunha base.
Tema 14Mutacións
As mutacións cromosómicas son alteracións da secuencia de xenes dun cromosoma. É posible detectalas ao microscopio porque afectan á estrutura dos cromosomas.
A secuencia de bases nitroxenadas dentro de cada xene non está alterada. Os cambios no número de xenes ou na súa ubicación no cromosoma débense á rotura dun cromosoma e a súa posterior recomposición de xeito anómalo.
Tipos de mutacións cromosómicas:
- Deleción: Perda dun fragmento do cromosoma. Se a perda é nun extremo denomínase deficiencia. É unha alteración producida na meiose e ten como consecuencia un cromosoma con un número incorrecto de xenes.
- Inversión: Alteracións na orde dos xenes. Esta mutación non afecta aos indivíduos que a posúen senón aos seus descendentes. Se o fragmento invertido inclúe o centrómero, a inversión é pericéntrica, e no caso contrario, paracéntrica.
- Duplicación: repetición dun segmento dun cromosoma.
- Translocación: mobilización dun fragmento de cromosoma a outro lugar do mesmo cromosoma, ao seu cromosoma homólogo ou a outro cromosoma calquera. Cando se producen unha dobre translocación entre dous cromosomas chámase translocación recíproca.
Inversión
A B F E D C G H I
A B A B C D E F G H I
Duplicación
C D E F G H I
Deficiencia
A B C F G H I
Deleción
Traslocación
C D E F G H I
M N O P Q RA B
A B C D E F G H I
Secuencia normal
M N O P Q R
A B C D E F G H I
Secuencia normal
A B O P Q R
C D E F G H IM N
Traslocación recíproca
Tema 14Mutacións
As mutacións xenómicas son alteracións do número de cromosomas. Producen sempre alteracións graves, porque cada cromosoma contén un número elevado de xenes. Detéctanse facilmente ao analizar o cariotipo.
Tipos de mutacións xenómicas: Euploidías: Alteración do número de xogos cromosómicos.- Monoploides: Un xogo cromosómico completo (n).- Poliploides: Varios xogos cromosómicos:
triploidías (3n), tetraploidías (4n), hexaploidías (6n), etc. Ocasionan aumento do tamaño celular (ou corporal) moi típico nalgúns vexetais como plátanos (3n), patacas (4n) e trigo (6n).
- Alopoliploides: híbridos con varios xogos cromosómicos de distintas especies.
Aneuploidías: Exceso ou carencia dalgún cromosoma.- Nulisomía: 2n-2 (letal)- Monosomía: 2n-1- Trisomía: 2n+1. Un cromosoma triplicado.
Frecuente en plantas, onde provoca cambios morfolóxicos.
- Tetrasomía: (2n+2). Danse catro exemplares dun cromosoma determinado.
Alteración Síndrome Frecuencia Cadro clínico
Trisomía 21 Down 1/666
Retraso mental, braquicefalia, rasgos faciais
mongoloides, alteracións oculares e cardíacas
Trisomía 18 Edwards 1/6766
Deficiencia mental profunda, malformacións
renais e cardíacas
Trisomía 13 Patau 1/4600
Deficiencia mental profunda, malformacións
cardíacas, xenitais, cerebrais e oculares
XXX Triple X 1/1000 Retraso mental moderado, alteracións neuropsíquicas
XO Turner 1/10000 Xenitais inmaduros, esterilidade, estatura baixa
XXY Klinefelter 1/1400Xenitais inmaduros, falta
de espermatoxénese, retraso mental moderado
XYY Duplo Y 1/2000Trastornos de conduta
(agresividade), estatura elevada
Tema 14Mutacións e cancro
O cancro un termo xenérico que agrupa diversas enfermidades caracterizadas por un proceso de división celular sen control que provoca unha multiplicación rápida e desorganizada das células. Como consecuencia destrúese o tecido afectado e, incluso, prodúcese a invasión doutros órganos (metástase).
Os factores desencadeantes do cancro son cambios no material xenético debido a axentes mutaxénicos. O cancro comeza cando os xenes que participan na regulación da división celular sofren algún tipo de alteración. Entonces a división celular descontrólase e tórnase caótica.
Neste proceso interveñen varios tipos de xenes:
- Os protooncoxenes codifican as proteínas implicadas en cada etapa da división celular.
- Os oncoxenes provocan un aumento dos sinais que estimulan a división celular en ausencia dos estímulos comúns. Son activados polos protooncoxene.
- Os xenes supresores de tumores codifican proteínas inhibidoras da división celular. A súa mutación aumenta o ritmo da reprodución celular
- Os xenes implicados na corrección de erros do ADN reparan os defectos causados polos axentes mutaxénicos. Se estes xenes sofren mutación contribúen ao desenvolvemento do cancro.
QU
ÍMIC
OS
BIO
LÓXI
CO
SFÍ
SIC
OS
Axentes mutaxénicosAxentes mutaxénicosAxentes mutaxénicos
Radiacións ionizantes
Raios X, raios γ, raios cósmicos, etc. Producen efectos fisiolóxicos (cambios nos encimas), citoxenéticos (delecións e traslocacións
cromosómicas) e xenéticos (mutacións xénicas).
Radiacións non
ionizantes
Luz ultravioleta. Produce dímeros de citosina ou de timina impedindo o seu apareamento, tamén provoca lesións na pel.
Axentes alugadores
Dimetilsulfato, etilmetanosulfonato e outros. Alteran as bases nitroxenadas impedindo a replicación do ADN.
Axentes intercalantes
Laranxa de acridina, proflavina, nitróxeno mostaza e outros. Insírense entra as bases nitroxenadas deformando o ADN.
Outros Benzopireno (fume do tabaco), arsénico, cromo, asbesto, etc.
Virus Retrovirus, adenovirus e virus da hepatite B.
Transposóns Segmentos móbiles de ADN.
Tema 14Mutacións e evolución
A evolución biolóxica é o proceso de transformación das especies debido aos cambios que se producen no material hereditario e que son trasnsmitidos aos descendentes. A actual teoría sintética da evolución combina as achegas de Darwin, Mendel e a investigación moderna sobre bioloxía molecular, paleontoloxía, anatomía comparada e outras áreas da ciencia.
Os principios básicos desta teoría son:
Nas especies obsérvase variabilidade morfolóxica, fisiolóxica e etolóxica. A causa xenética da variabilidade é principalmente a mutación (aparición de novos xenes) e a recombinación xenética (novas combinacións de xenes). As mutacións poden ser prexudiciais ou beneficiosas. As máis importantes son as recorrentes (actúan de xeito repetido sobre un mesmo xene e favorecen rápidos cambios evolutivos.
Cando se produce un cambio ambiental orixínase ou aumenta a presión de selección sobre as poboacións, que deben adaptarse a un novo contexto. As especies non medran indefinidamente porque os recursos do medio son limitados, polo que ás veces o cambio é simplemente a loita por un recurso escaso.
Entonces actúa a selección natural e maniféstanse as mutacións que favorecen a adaptación.
O resultado é a supervivencia do máis apto.
Charles Darwin (1809-1882)
Transcription
Translation
mRNA Processing
mRNA Splicing
Mechanism of DNA replication
How DNA is Packaged
DNA replication
Operon LAC
