ADN, ARN y Proteinas

ADN – ARN -‐ PROTEÍNAS

Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 1

Biotecnología

El uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener

productos de valor para el hombre

  No es ciencia.   Enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias:

  Biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina, veterinaria, farmacia, microbiología, bacteriología, etc.


Una vieja amiga!!!

  Preparación de pan (6000 años – Egipcios)   Preparación de bebidas alcohólicas

  Cerveza (8000 años – Sumerios y Babilónicos)   Vino

  Preparación de derivados lácteos (6000 años – China)   Quesos   Yogurt

  Compostaje   Inoculación (1701) y vacunación (1798) para prevenir

viruela   Antibióticos


La era biotecnológica

  1976   Robert Swanson y Herbert Boyer fundan la compañía Genetic Engineering Tech, Inc. (Genentech, Inc.).

  1977   Producción de somatostatina producida en una bacteria

  1978   Producción de Insulina en una bacteria por medio de ADN recombinante.


Biotecnología en salud Algo mas que insulina   Proteínas recombinantes

  Vacunas contra Hepatitis B   Factores de crecimiento = Regeneración celular   Hormona de crecimiento   Citoquinas (inmunomodulares)   Interferones y Factor de Necrosis Tumoral

  Anticuerpos monoclonales   Pruebas diagnósticas (ELISA)   Análisis patológicos   Anticuerpos anticancerígenos


Biotecnología en salud Algo mas que insulina   Animales genéticamente modificados

  Transgénicos = producción de proteínas   Knock-‐out = generación de modelos de enfermedad

  Células madre   Terapia regenerativa   Transplantes de médula ósea   Ingeniería de tejidos

  Terapia génica   Diagnóstico genético

  Mutaciones   Identificación de patógenos


Biotecnología

El uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor

para el hombre

  No es ciencia.   Enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias:

  Biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina, veterinaria, farmacia, microbiología, bacteriología, etc.


Biología Molecular

“Estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista

molecular”

“El estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente

importantes” Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 9

Biología Molecular

  Estudio de interacciones entre los diferentes sistemas de la célula   Ácidos Nucleicos (ADN y ARN)   Proteínas   Carbohidratos   Lípidos

  Explicar las funciones biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel molecular


Nacimiento Biología Molecular

  Gregor Mendel   Leyes de la herencia

  Combinación independiente

  Principio de segregación   Uniformidad (dominancia)

  Friedrich Miescher   Descubrimiento del ácido nucléico   Material ácido con alto contenido de fosfatos (nucleina)

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Dogma Central (Crick 1961)


ADN -‐ Propiedades

  Estable   Replicación   Capacidad de aceptar alteraciones (limitada)   Direccionalidad   Formado por cuatro nucleótidos presentes en todos los organismos


Composición ADN

  Polímero de nucleótidos


Enlace fosfato-‐azucar involucradrados en estructura del ADN

Base nitrogenada involucrada en la información

Bases nitrogenadas



El ADN (ARN) se escriben y leen en sentido 5’-‐3’.

AGCTAGCTAGCT

Moléculas de ADN tienen distintas composiciones

  La composición del ADN (relación de los cuatro nucleótidos) varia de un organismo a otro.

  ADNs aislados de diferentes tejidos de un mismo organismo tienen la misma composición.

  La composición no varia con la edad, estado nutricional o cambios ambientales.

  En todos los organismos el número de A = T y el de G = C


ADN FORMADO POR DOS HÉLICES ANTIPARALELAS COMPLEMENTARIAS


REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA

  Dos copia de ADN son generadas cada una con una copia del ADN original y otra del nuevo.

  Bases nitrogenadas están unidas por puentes de hidrógeno   Fácil apertura de las dos hebras

  Doble hélice se abre en puntos específicos   Replicación se lleva a cabo en las dos hebras.   Los nucleótidos son adicionados siguiendo

complementariedad postulada por Watson y Crick


Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome


•  Diseño, síntesis y ensamblaje de un genoma de 1,08 Mpb de Mycoplasma mycoides.

•  Inicio con una secuencia digitalizada que luego fue transplantada a una célula de Mycoplasma

capricolum para crear una nueva Mycoplasma mycoides.

•  Nueva célula controlodada exclusivamente por el genoma sintético

•  Nueva célula tiene el fenotipo esperado y capacidad de autoreplicación.

ADN se hibridiza por complementariedad


Organización del ADN


Gen

Cromosoma

Locus: posición específica en donde se ubica un gen dentro del cromosoma

Alelos: formas diferenes del mismo gen (en organismos diploides)

GENOMA

GEN Secuencia de ADN que codifica para un producto (polipéptido o ARN) con una función

catalítica o estructural


•  Genes Constitutivos (housekeeping) •  Genes regulados

  Un gran número de genes no codifican para proteínas.

  Un mismo gen puede codificar diferentes productos:   Sitios de inicio de transcripción alternativos.   Sitios de terminación de transcripción alternativos.

  Splicing alternativo.   Algunos genes pueden estar sobrelapados (muñeca rusa).


Procariotes


Genes policistrónicos

Eucariotes


ARN -‐ Propiedades

  Uracilo por timina.   Funciones:

  Intermediario entre información del ADN y la secuencia de la proteína (ARNm).

  ARN de transferencia   ARN Ribosomal   Ribosimas = ARN con capacidad catalítica

  Reducido tiempo de vida media (baja estabilidad)


ARN de interferencia

  Proceso natural por el cual células eucariotes regulan la expresión de genes mediante la union de siRNA a ARNm.

  La unión con el ARNm blanco produce su degradación lo cual evita su trandución.

  Silenciamiento exógeno:   Cancer (oncogenes)   Infecciones virales


Transcripción

  Síntesis de ARN a partir de un molde de AND   ARN polimerasas

  Procariotes: ARN polimerasa   Eucariotes:   ARN pol I (ARN ribosomal)   ARN pol II (ARN mensajero)   ARN pol III (ARN transferencia)



Procesamiento ARNm


PROTEÍNAS

  Proceso de traducción   Polímero de aminoácidos   20 aminoácidos son los constituyentes de las proteínas

  L-‐α-‐amino ácidos


Código Genético (1965)


Propiedades aminoácidos

  Poseen carga positiva, negativa o neutra   Punto isoeléctrico   El grupo R-‐ determina las propiedades del amino ácido   Polar

  Cargados   No cargados

  Hidrofóbicos



Enlace peptídico (L. Pauling y R. Corey 1930)


Extremo N-‐terminal Extremo C-‐

terminal •  Perdida de una carga negativa y una positiva

•  Carga neta de la proteína es determinada por los grupos R-‐

•  Cargados a pH fisiológico

•  Punto isoeléctrico

Clasificación proteínas

  Solubles   Citosólicas   De membrana   Globulares   Fibrosas   Lipoproteínas   Glicoproteínas   Metaloproteínas   Enzimas


Estructura primaria


Secuencia lineal de aminoácidos codificados por la secuencia del gen

Estructura primaria Como sabemos la secuencia?   Degradación de Edman (1950)


Estructura primaria Como sabemos la secuencia?

  Usando la información del ADN


ATGTATATCAAACCATTCATCCTTCCTGCC

ATG-‐TAT-‐ATC-‐AAA-‐CCA-‐TTC-‐ATC-‐CTT-‐CCT-‐GCC

Met Tyr Iso Lys Pro Phe Iso Leu Pro Ala

  Herramientas computacionales   http://expasy.org/tools/dna.html

Estructura secundaria


Plegamiento de pequeños fragmentos 3-‐30 a.a.

Estructura terciaria (Estructura tridimensional)


Estructura Cuaternaria


Modificaciones Post-‐transduccionales   Modificación química después del proceso de traducción.

  Adición de grupos funcionales   Acetato   Fosfato   Lípidos   Carbohidratos

  Enlaces disulfuro   Remoción proteolítica de extremos N-‐ u O-‐terminal


Enfermedades

  Metabólicas:   Perdida de actividad enzimática   Error en la localización intracelular

  Cancer   Ganancia de actividad   Ausencia de proteían reguladora

  Enfermedad de Alzheimer   Alteraciones en el plegamiento

  Resistencia a antibióticos   Ganancia de función



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