Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el año 1869 aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína,1 nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico.
Posteriormente, en 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, empleando la técnica de difracción de rayos X.
ESTRUCTURAS ADN
- Estructura primaria. Una cadena de desoxirribonucleótidos (monocatenario) es decir, está formado por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria. No es funcional, excepto en algunos virus.
- Estructura secundaria. Doble hélice, estructura bicatenaria, dos cadenas de nucleótidos complementarias, antiparalelas, unidas entre sí por medio de las bases nitrogenadas por medio de puentes de hidrógeno.
Está enrollada helicoidalmente en torno a un eje imaginario.
Hay tres tipos:
- Doble hélice A, con giro dextrógiro, pero las vueltas se encuentran en un plano inclinado (ADN no codificante).
- Doble hélice B, con giro dextrógiro, vueltas perpendiculares (ADN funcional).
- Doble hélice Z, con giro levógiro, vueltas perpendiculares (no funcional); se encuentra presente en los parvovirus.
CLASIFICACIÓN
Nucleósidos y nucleótidos
Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (una pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y un grupo fosfato (ácido fosfórico).
Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.
La unidad formada por el enlace de la pentosa y de la base nitrogenada se denomina nucleósido.
El conjunto formado por un nucleósido y uno o varios grupos fosfato unidos al carbono 5′ de la pentosa recibe el nombre de nucleótido.
Se denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.
PROPIEDADES Listado de las bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas conocidas son:
- Adenina, presente en ADN y ARN
- Guanina, presente en ADN y ARN
- Citosina, presente en ADN y ARN
- Timina, presente exclusivamente en el ADN
- Uracilo, presente exclusivamente en el ARN
A continuacion tres videos recomendados por la profesora en teoria
Replicación de ADN
Los eventos de la replicación dan como resultado moléculas iguales
de ADN, Este proceso de replicación es semiconservativo ya que se necesita la
cadena parental (cadena molde), para obtener de esta manera un nueva cadena
complementaria.
Como primer punto, el ADN ocurre el rompimiento de los
puentes de hidrógenos que se encuentran entre las dos cadenas existentes, esto
ocurre gracias a la enzima helicaza, luego la proteína SSBS no permite que
estas cadenas separadas se vuelvan a unir, este proceso crea una burbuja de replicación,
que se observa a lo largo de la molécula de ADN, este proceso aumenta la
velocidad de la replicación.
Una vez formada la burbuja de replicación se observara con detalle
a la horquilla de replicación, la ADN polimerasa comienza a formar otra cadena nueva,
luego se separan y se desenrollan hebra conductora es la nueva cadena que se
crea de modo continuo.
La ADN polimerasa construye la nueva cadena EN DIRECCION 5” A
3”, la ADN prolonga una cadena preexistente, ARN polimerasa coloca los primeros
nucleótidos de la cadena.
El segmento resultante ARN cebados proporciona un extremo 3”
libre que se puede enlazar, el ADN coloca los nucleótidos a lo largo del molde.
Luego un tipo diferente de ADN polimerasa reemplaza el ARN cebador
el ARN por ADN, en este punto se produce la polimerización que es el proceso
por el cual se forman las nuevas cadenas, el fosfato se un al OH libre y se forman
puentes de hidrógenos entre los nucleótidos.
La hebra rezagada se sintetiza en dirección opuesta del
avance de la horquilla, se presentan los fragmentos de okazaki.
Transcripción
La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza un ARN usando como molde al ADN. Muchos tipos de ARN pueden ser sintetizados asì por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las bacterias y los de las celulas de animales superiores.
La transcripción es el proceso de obtención de un ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN correspondiente a un gen. En cada tipo celular y en cada estado funcional en el que se encuentre la célula se expresan unos genes diferentes. Esto precisa una regulación muy fina que consiga orquestar un funcionamiento complejo de las células orientado a responder adecuadamente a los estímulos externos e internos.
Primero se lleva a cabo la copia de ADN y se obtiene pre-ARNm. Se transcriben tanto los exones (parte codificante de proteína) como los intrones (parte no codificante). La copia de ADN a pre-ARNm se produce nucleótido a nucleótido, incorporando uracilo como base complementaria a la adenina. Como molde se usa una sola cadena de ADN, obteniéndose por tanto pre-ARNm monocatenario. En el núcleo el pre-ARNm sufre un proceso de maduración y una vez maduro sale al citosol donde se traduce a proteína gracias a los ribosomas.
La transcripción la realiza la ARN polimerasa II. La ARN polimerasa II es la principal responsable de copiar la información de los genes pero necesita la participación de muchos otros factores (factores de transcripción, acetilasas de histonas, complejo remodelador de la cromatina) para llevar a cabo este complejo proceso clave en la fisiología celular. El proceso de transcripción se realiza en varias fases:
• Fase de iniciación de la transcripción. Para que se inicie la transcripción es necesario que el gen esté accesible para lo que la cromatina debe disminuir su grado de empaquetamiento. La acetilación de determinadas lisinas de las histonas favorece la descondensación de la cromatina. El complejo remodelador de la cromatina o CRM (Chromatin-Remodeling-Machine) tiene afinidad por las lisinas acetiladas de las histonas y se une a ellas a través del dominio llamado "Bromodominio". El CRM desorganiza los nucleosomas aumentando el grado de exposición y de accesibilidad de los promotores. Finalmente el mediador, la ARN polimerasa II y los factores de transcripción hacen que se inicie la transcripción.
El promotor de un gen es una región del ADN con unas características especiales que determina el punto en el que la ARN polimerasa comienza a transcribir un gen. Una vez que la ARN polimerasa ha reconocido el promotor y se ha unido a él en primer lugar se forma el complejo de preiniciación. Este complejo está formado por algunos factores de transcripción y la ARN polimerasa II. Después se forma el complejo de iniciación cerrado al unirse otros factores de transcripción y el mediador. Posteriormente se forma el complejo de iniciación abierto gracias a la actividad helicasa de uno de los factores. En este instante comienza la síntesis de ARNm por la ARN polimerasa II a partir del sitio llamado +1 que marca el punto de inicio de la transcripción de un gen. Hasta que el fragmento de ARNm sintetizado no tiene 8-10 nucleótidos el proceso es reversible siendo posible que el complejo se desorganice y la transcripción del gen no se lleve a cabo. A este fenómeno se le conoce como iniciación abortiva. Cuando ya hay un fragmento de ARN de tamaño adecuado, se fosforila el dominio CTD (Carboxi-Terminal Domain) de la ARN polimerasa II. Esta fosforilación, llevada a cabo por el mismo factor que tiene actividad helicasa o por el mediador, es muy importante, ya que desestabiliza las interacciones que tiene la ARN polimerasa II con algunos factores de transcripción favoreciendo su avance rápido transcribiendo el gen.
• Fase de elongación. Durante la fase de elongación el CTD debe seguir fosforilado. En esta etapa, la ARN polimerasa II cataliza la formación de los enlaces fosfodiéster entre nucléotidos. Intervienen otros factores, conocidos como factores de elongación. Sus funciones son disminuir las pausas de la ARN polimerasa II, desorganizar los nucleosomas y favorecer los procesos de corrección de errores. También intervienen factores de transcripción involucrados en la iniciación. En la elongación se fosforila otra posición del CTD. El CTD fosforilado es reconocido también por proteínas encargadas del procesamiento y maduración del pre-ARNm, de modo que la maduración del pre-ARNm se produce de forma simultánea a la transcripción. Concretamente, la formación de la caperuza (cap) metilada ocurre en la fase de iniciación de la transcripción y normalmente, el proceso de splicing durante la elongación. La poliadenilación comienza en la fase de terminación de la transcripción y acaba una vez finalizada ésta.
• Fase de terminación. El CTD es defosforilado por una fosfatasa. La ARN polimerasa II continúa transcribiendo hasta llegar a una secuencia específica que determina el sitio de poliadenilación. Esta secuencia es reconocida por una endonucleasa. Esta enzima corta el ARNm unos nucleótidos más allá de la secuencia que reconoce, liberándolo. Posteriormente esta secuencia específica es reconocida por una enzima encargada de añadir la cola de poli-A al transcrito.
El proceso de transcripción debe estar finamente regulado, ya que de él depende la adaptación al medio y el buen funcionamiento del organismo. Cada tipo celular y cada estado funcional necesita un perfil de expresión génica diferente que se adapte a sus necesidades. Los factores reguladores pueden incidir sobre cualquiera de los elementos de este complejo proceso. Así hay reguladores que modifican la accesibilidad de los genes, otros que alteran la fase de iniciación, otros que actúan en la fase de elongación y otros en la de terminación. Igualmente existen reguladores de la transcripción que actúan sobre los procesos de maduración del ARN
La regulación de la accesibilidad de los genes depende de las regiones controladoras de locus o LCRs (Locus Control Region), de los “insulators” (aisladores), de los procesos de modificación de histonas, de los procesos de desempaquetamiento y desorganización de nucleosomas y de la metilación del ADN:
• Las LCRs son regiones del ADN donde la expresión génica está favorecida.
• Los “insulators” son regiones del ADN que delimitan a modo de barrera las zonas transcripcionalmente activas de las que están inactivas participando en la correcta organización de la cromatina.
• Las modificaciones en las histonas son muy importantes en el control de la transcripción. La metilación de lisinas impide la transcripción génica ya que las histonas con este tipo de modificación reclutan proteínas silenciadoras de genes que suelen poseer un “cromodominio” que intervienen en la interacción con las histonas metiladas. En cambio, la acetilación de determinadas lisinas favorece la interacción con el CRM que lleva a cabo la desorganización de los nucleosomas y por tanto hace los genes accesibles para ser transcritos.
• La metilación del ADN es otra modificación que produce silenciamiento de genes. La metilación de genes es muy importante en procesos del desarrollo, en la impronta ganética y en el silenciamiento de genes repetidos.
Otro nivel de regulación de la transcripción es el que se lleva a cabo actuando sobre el proceso de iniciación. Existen proteínas activadoras que se unen a elementos próximos al promotor y otras que se unen a los llamados “potenciadores” que pueden localizarse en posiciones más alejadas del promotor. Las proteínas activadoras se unen a sus sitios de unión en el ADN y favorecen el reclutamiento de la ARN polimerasa II y de los factores de transcripción necesarios para que se forme el complejo de iniciación y comience la transcripción. Las proteínas represoras actúan de forma directa uniéndose al operador y evitando que se una la ARN polimerasa o de forma indirecta bloqueando la acción de las proteínas activadoras.
Otros reguladores de la transcripción actúan sobre las proteínas involucradas en el proceso de elongación bloqueando la transcripción a este nivel.
Primero se lleva a cabo la copia de ADN y se obtiene pre-ARNm. Se transcriben tanto los exones (parte codificante de proteína) como los intrones (parte no codificante). La copia de ADN a pre-ARNm se produce nucleótido a nucleótido, incorporando uracilo como base complementaria a la adenina. Como molde se usa una sola cadena de ADN, obteniéndose por tanto pre-ARNm monocatenario. En el núcleo el pre-ARNm sufre un proceso de maduración y una vez maduro sale al citosol donde se traduce a proteína gracias a los ribosomas.
La transcripción la realiza la ARN polimerasa II. La ARN polimerasa II es la principal responsable de copiar la información de los genes pero necesita la participación de muchos otros factores (factores de transcripción, acetilasas de histonas, complejo remodelador de la cromatina) para llevar a cabo este complejo proceso clave en la fisiología celular. El proceso de transcripción se realiza en varias fases:
• Fase de iniciación de la transcripción. Para que se inicie la transcripción es necesario que el gen esté accesible para lo que la cromatina debe disminuir su grado de empaquetamiento. La acetilación de determinadas lisinas de las histonas favorece la descondensación de la cromatina. El complejo remodelador de la cromatina o CRM (Chromatin-Remodeling-Machine) tiene afinidad por las lisinas acetiladas de las histonas y se une a ellas a través del dominio llamado "Bromodominio". El CRM desorganiza los nucleosomas aumentando el grado de exposición y de accesibilidad de los promotores. Finalmente el mediador, la ARN polimerasa II y los factores de transcripción hacen que se inicie la transcripción.
El promotor de un gen es una región del ADN con unas características especiales que determina el punto en el que la ARN polimerasa comienza a transcribir un gen. Una vez que la ARN polimerasa ha reconocido el promotor y se ha unido a él en primer lugar se forma el complejo de preiniciación. Este complejo está formado por algunos factores de transcripción y la ARN polimerasa II. Después se forma el complejo de iniciación cerrado al unirse otros factores de transcripción y el mediador. Posteriormente se forma el complejo de iniciación abierto gracias a la actividad helicasa de uno de los factores. En este instante comienza la síntesis de ARNm por la ARN polimerasa II a partir del sitio llamado +1 que marca el punto de inicio de la transcripción de un gen. Hasta que el fragmento de ARNm sintetizado no tiene 8-10 nucleótidos el proceso es reversible siendo posible que el complejo se desorganice y la transcripción del gen no se lleve a cabo. A este fenómeno se le conoce como iniciación abortiva. Cuando ya hay un fragmento de ARN de tamaño adecuado, se fosforila el dominio CTD (Carboxi-Terminal Domain) de la ARN polimerasa II. Esta fosforilación, llevada a cabo por el mismo factor que tiene actividad helicasa o por el mediador, es muy importante, ya que desestabiliza las interacciones que tiene la ARN polimerasa II con algunos factores de transcripción favoreciendo su avance rápido transcribiendo el gen.
• Fase de elongación. Durante la fase de elongación el CTD debe seguir fosforilado. En esta etapa, la ARN polimerasa II cataliza la formación de los enlaces fosfodiéster entre nucléotidos. Intervienen otros factores, conocidos como factores de elongación. Sus funciones son disminuir las pausas de la ARN polimerasa II, desorganizar los nucleosomas y favorecer los procesos de corrección de errores. También intervienen factores de transcripción involucrados en la iniciación. En la elongación se fosforila otra posición del CTD. El CTD fosforilado es reconocido también por proteínas encargadas del procesamiento y maduración del pre-ARNm, de modo que la maduración del pre-ARNm se produce de forma simultánea a la transcripción. Concretamente, la formación de la caperuza (cap) metilada ocurre en la fase de iniciación de la transcripción y normalmente, el proceso de splicing durante la elongación. La poliadenilación comienza en la fase de terminación de la transcripción y acaba una vez finalizada ésta.
• Fase de terminación. El CTD es defosforilado por una fosfatasa. La ARN polimerasa II continúa transcribiendo hasta llegar a una secuencia específica que determina el sitio de poliadenilación. Esta secuencia es reconocida por una endonucleasa. Esta enzima corta el ARNm unos nucleótidos más allá de la secuencia que reconoce, liberándolo. Posteriormente esta secuencia específica es reconocida por una enzima encargada de añadir la cola de poli-A al transcrito.
El proceso de transcripción debe estar finamente regulado, ya que de él depende la adaptación al medio y el buen funcionamiento del organismo. Cada tipo celular y cada estado funcional necesita un perfil de expresión génica diferente que se adapte a sus necesidades. Los factores reguladores pueden incidir sobre cualquiera de los elementos de este complejo proceso. Así hay reguladores que modifican la accesibilidad de los genes, otros que alteran la fase de iniciación, otros que actúan en la fase de elongación y otros en la de terminación. Igualmente existen reguladores de la transcripción que actúan sobre los procesos de maduración del ARN
La regulación de la accesibilidad de los genes depende de las regiones controladoras de locus o LCRs (Locus Control Region), de los “insulators” (aisladores), de los procesos de modificación de histonas, de los procesos de desempaquetamiento y desorganización de nucleosomas y de la metilación del ADN:
• Las LCRs son regiones del ADN donde la expresión génica está favorecida.
• Los “insulators” son regiones del ADN que delimitan a modo de barrera las zonas transcripcionalmente activas de las que están inactivas participando en la correcta organización de la cromatina.
• Las modificaciones en las histonas son muy importantes en el control de la transcripción. La metilación de lisinas impide la transcripción génica ya que las histonas con este tipo de modificación reclutan proteínas silenciadoras de genes que suelen poseer un “cromodominio” que intervienen en la interacción con las histonas metiladas. En cambio, la acetilación de determinadas lisinas favorece la interacción con el CRM que lleva a cabo la desorganización de los nucleosomas y por tanto hace los genes accesibles para ser transcritos.
• La metilación del ADN es otra modificación que produce silenciamiento de genes. La metilación de genes es muy importante en procesos del desarrollo, en la impronta ganética y en el silenciamiento de genes repetidos.
Otro nivel de regulación de la transcripción es el que se lleva a cabo actuando sobre el proceso de iniciación. Existen proteínas activadoras que se unen a elementos próximos al promotor y otras que se unen a los llamados “potenciadores” que pueden localizarse en posiciones más alejadas del promotor. Las proteínas activadoras se unen a sus sitios de unión en el ADN y favorecen el reclutamiento de la ARN polimerasa II y de los factores de transcripción necesarios para que se forme el complejo de iniciación y comience la transcripción. Las proteínas represoras actúan de forma directa uniéndose al operador y evitando que se una la ARN polimerasa o de forma indirecta bloqueando la acción de las proteínas activadoras.
Otros reguladores de la transcripción actúan sobre las proteínas involucradas en el proceso de elongación bloqueando la transcripción a este nivel.
Video complementario
Traducción
Tiene lugar en los ribosomas, de una forma muy similar en procariontes y eucariontes.
Comprende las siguientes etapas:a) Iniciación. Comienza por el triplete iniciador del ARNm (AUG), que está próximo a la caperuza 5'. Este triplete va precedido de la secuencia AGGAGG (secuencia de Shine-Dalgarno ) que es la zona de unión con el ribosoma.
Se forma el complejo de iniciación con los factores de iniciación (FI) y la energía suministrada por el GTP, la subunidad menor del ribosoma reconoce la caperuza y se une al ARNm en la zona proxima al triplete o codón iniciador. Esta caperuza aporta el ARNt iniciador que a su vez aporta el aminoácido metionina. Este ARNt contiene un triplete complementario al AUG, es decir el UAC, llamado anticodón (la proteína sintetizada contiene en su extremo el aminoácido metionina)
Una vez encajado el ARNt-metionina, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma, formandose así el ribosoma completo y funcional. En él hay dos sitios claves:
- Sitio P (sitio peptidil) ocupado por el ARNt-metionina
- Sitio A (sitio aminoacil) que está libre para recibir un segundo ARNt (sólo el que su anticodón coincida con el del codón del ARNm) cargado con un nuevo aminoácido.
vídeo complementario
No hay comentarios:
Publicar un comentario