1 PRINCIPIOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR18/04/2017 Curso de Bioquímica General 2015 18/04/2017

2 TEMAS Introducción. Acidos nucleicos Replicación TranscripciónDogma central Biol. Mol. Acidos nucleicos Estructura Replicación Transcripción Traducción 18/04/2017

3 Introducción Morfología Diversidad Metabolismo Seres vivos18/04/2017 Morfología Diversidad Metabolismo Seres vivos Unidad Composición química Organización celular 18/04/2017

4 Interacción entre los niveles de complejidadIndividuo Sistema Organo Tejidos Célula Moléculas 18/04/2017

5 Eucariontes y procariontes18/04/2017 Membrana celular Núcleo Pared celular Organelos ADN Citosol Plantas 18/04/2017

6 Principales grupos de organismosDiplomonads Euglena Fungi Plantas Eucariontes Animales Ciliados Microsporidia Arqueobacteria Sulfolobulus Thermococcus Methanobacterium Halococcus Halobacterium Methanococcus jannaschii Bacteria E coli B. subtilis Thermotoga Borrelia burgdorferi Bacterias sulfurosas verdes Flavobacterias Origen de la vida y último ancestro común Evolución prebiótica 18/04/2017

7 Moléculas y macromoléculasAcidos nucleicos (ADN y ARN) Polipéptidos (proteínas) Lípidos (grasas) Carbohidratos (azúcares) Agua Iones Oxígeno Carbono Compuestos nitrogenados 18/04/2017

8 Variación al azar de las características y selección de los más aptosEvolución Variación al azar de las características de los organismos y selección de los más aptos Codificación Variación Lectura e interpretación Blancos de acción Características Variación Heredable 18/04/2017

9 Dogma central de la Biología MolecularADN ARNm Polip ARNm Transcripción Regulación Polipéptido Traducción ADN Replicación Retrotranscripción 18/04/2017

10 Estructura de los ácidos nucleicosH N HC CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Purinas CH H C N HC 1 2 3 4 5 6 Pirimidinas ADN ARNm Polip H OH O CH2 HO P Base 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ Desoxirribonucleótidos (ADN) O OH H CH2 HO P Base 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ Ribonucleótidos (ARN) 18/04/2017

11 Nucleótidos Desoxirribonucleótidos (ADN) Ribonucleótidos (ARN) Basenitrogenada C H N HC CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 OH O CH2 HO P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ C H N HC CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 OH O CH2 HO P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ Purinas Fosfato Azúcar Pentosa CH H C N HC 1 2 3 4 5 6 OH O CH2 HO P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ CH H C N HC 1 2 3 4 5 6 OH O CH2 HO P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ Pirimidinas 18/04/2017

12 Purinas Pirimidinas Adenina (A) Uralicio (U) Guanina (G) Timina (T)H CH C N HN 1 2 3 4 5 6 O C N HC CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 NH2 H Adenina (A) Uralicio (U) C N HN CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O H H2N C CH N HC HN 1 2 3 4 5 6 H O CH3 Guanina (G) Timina (T) CH C N HC 1 2 3 4 5 6 H NH2 ADN ARN Citocina (C) Ambos 18/04/2017

13 Bases nitrogenadas ADN ARN Timina (T) Uralicio (U) Citocina (C)Guanina (G) Guanina (G) Adenina (A) Adenina (A) 18/04/2017

14 ADN C 5’ 3’ P C A G T OH 3’ 5’ A G 5’ C-A-G-T-G-C-C 3’ 5’ 3’ TCH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ C 5’ 3’ P C A G T OH 3’ 5’ H O CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ A H O CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ G 5’ C-A-G-T-G-C-C 3’ 5’ 3’ H OH O CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ T 18/04/2017

15 Estructura de la doble hélice18/04/2017

16 Estructuras alternas 18/04/2017

17 Replicación ADN ARNm Polipéptido Replicación ADN polimerasa 18/04/2017

18 Replicación ADN Separación de las cadenas Templado 1 Templado 25’ 3’ ADN AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ Separación de las cadenas Templado 1 Templado 2 TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT Replicación ADN ARNm Polip TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT UCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 5’ 3’ AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCU I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 18/04/2017

19 Sitios de origen de la replicaciónGenoma circular 1 sitio origen de la replicación Genoma lineal varios sitios origen de la replicación 18/04/2017

20 Transcripción ARNm Transcripción ADN Polipéptido 18/04/2017

21 Transcripción ADN Separación de las cadenas Cadena codificante5’ 3’ ADN AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ Separación de las cadenas Cadena codificante TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT Transcripción ADN ARNm Polip TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA 5’ 3’ AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT UCGAAUCGGAUUCGAAUCGGAUUCGAAUCGGAUUCGAAUCGGA 5’ 3’ I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 18/04/2017

22 Inicio de la transcripción en bacteriasDirección de la transcripción “downstream” “upstream” Números - Números + +1 Solo hay 1 ARN polimerasa bacteriana para la transcripción de tARN, rARN y mARN y Factores sigmas alternativos 18/04/2017

23 Promotor -35 a -10 +1 Operador TTGACAT TATAAT Secuencias consensoARN polimerasa Represor Receptor AMPc Activadores Represores 18/04/2017

24 Regulación inicio de la transcripciónSecuencia efecto en cis Efecto en trans 18/04/2017

25 Transcripción y traducciónOperón Ribosomas Policistrón mRNA Polipéptido A Polipéptido B Polipéptido C Polipéptido E Polipéptido F Polipéptido D Policistrones Transcripción y traducción puede ser simultánea Operon.- unidad de transcripción que contiene varios genes 18/04/2017

26 Regulación inicio de la transcripciónSecuencia efecto en cis Efecto en trans Regulón.- operones regulados de manera coordinada 18/04/2017

27 Eucariontes ARN polimerasa I Pre ARNr ARN polimerasa IIPre ARNm y sn ARN ARN polimerasa III ARNt, 5s ARN, sARN Multiméricas, más complejas que las procariontes 18/04/2017

28 Promotor +1 puede variar 20 a 200 bp -Kb -100 a 200 -25 ó -35Enhancers Upstream Downstream En intrones DS ultimo exon Elementos proximales TATA box Iniciador Secuencia muy variable 18/04/2017

29 Activadores y represoresMotivos estructurales Dominio de unión al ADN Activadores Represores Dominio activo Homeodominio Dedos de zinc Zipper de leucina Hélice vuelta hélice 18/04/2017

30 Enhanceosoma +1 puede variar 20 a 200 bp -Kb -100 a 200 -25 ó -35Enhancers Upstream Downstream En intrones DS ultimo exon Elementos proximales TATA box Iniciador Secuencia muy variable Se forma en la región del enhancer, y son complejos nucleoproteicos, que se forman de la unión cooperativa de Factores de transcripción 18/04/2017

31 Traducción Polipéptido ADN ARNm ARN m ARN t Ribosomas Traducción18/04/2017

32 RNA C 5’ 3’ P C A G U OH 3’ 5’ A G 5’ C-A-G-U-G-C-C 3’ U 18/04/2017 OHCH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ C 5’ 3’ P C A G U OH 3’ 5’ OH O H CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ A OH O H CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ G 5’ C-A-G-U-G-C-C 3’ ADN ARNm Polip OH O H CH2 P 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ U 18/04/2017

33 Taller de Introducción a la BioinformáticaEstructuras 2ias y 3ias 18/04/2017 Taller de Introducción a la Bioinformática

34 Codon 1a 2a 3a 64 codones 20 aa 5’-AUGUGUUUACGAAUUUGA-3’ AUG UGU UUAADN ARNm Polip 5’-AUGUGUUUACGAAUUUGA-3’ AUG UGU UUA CGA AUU UGA 5’ 3’ mRNA 1a 2a 3a 64 codones 20 aa Met Cys Leu Arg Ile Polipéptido 18/04/2017

35 Taller de Introducción a la BioinformáticaCódigo genético 18/04/2017 Primera Posición (5’) Tercera Posición (3’) Segunda posición U C A G Leu Pro His Arg Leu Pro Gln Arg Leu (Met) Pro Gln Arg Ile Thr Asn Ser Ile Thr Lys Arg Met (Start) Thr Lys Arg Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly Val (Met) Ala Glu Gly Phe Ser Tyr Cys Leu Ser Stop (och) Stop Leu Ser Stop (amb) Trp U C A G U C A G 18/04/2017 Taller de Introducción a la Bioinformática

36 Cambio en el significado de codones18/04/2017 Codón Código universal Cambio en uso Organismos, Organelos UGA Stop Trp Micoplasma, Espiroplasma, mitocondrias CUG Leu Thr Mitocondrias de levadura UAA,UAG Stop Gln Acetabularia, Tetrahymena UAG Stop Cys Euplotes Cambio en el uso de codones Diferencias en las frecuencias en que se utilizan los diferentes codones para representar a los aa 18/04/2017

37 Cambio de marco de lectura18/04/2017 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 5’ GCU UGU UUA CGA AUU UGA 3’ mRNA Polipéptido Ala Cys Leu Arg Ile 5’ 3’ CUU GUU UAC GAA UUU - - G GA - mRNA Polipéptido Leu Val Tyr Glu Phe - - - 18/04/2017

38 Estructura tRNA Aminoácido 18/04/2017 3’ Tallo aceptor 5’ Asa DAsa TyCG Asa variable Asa anticodón I G C Anticodón 3’ 5’ C C G Codón 18/04/2017

39 Estructura de Ribosomas18/04/2017 rRNA Proteínas (31) 23S (2900 bases) 5S (120 bases) Procariontes 50S 16S (1500 bases) Proteínas (21) 70S 30S 28S:5.8S ( bases) 28S Proteínas (50) 5S (120 bases) Eucariontes 60S 5.8S 18S (1900 bases) Proteínas (33) 80S 18/04/2017 40S

40 Gen Secuencias de ADN requeridas para la síntesis de un polipéptido funcional - Regiones reguladoras - Regiones codificantes Genes que no codifican polipéptidos - ARNt - ARNr - Otros tipos de ARN 18/04/2017

41 RNAs mensajeros Polipéptido ADN Procesamiento ARNm RibosomasPolicistrones Transcripción y traducción puede ser simultánea Monocistrones Transcripción y traducción separadas Polipéptido ADN RNA polimerasa Procesamiento ARNm Ribosomas Cap PoliA 18/04/2017

42 Transcripción y traducciónOperón Ribosomas Policistrón mRNA Polipéptido A Polipéptido B Polipéptido C Polipéptido E Polipéptido F Polipéptido D Policistrones Transcripción y traducción puede ser simultánea Operon.- unidad de transcripción que contiene varios genes 18/04/2017

43 Procariontes EucariontesADN codificante > no codificante ADN codificante < no codificante ADN circular, 1 ORI ADN lineal, varios ORI Operon, policistrones Sencillos, monocistrones, Intrones-exones Intrones-exones - Transcritos simples - Complejos -Splicing alternativo -Sitio PoliA alternativos -Exon skipping 18/04/2017

44 Cantidad ADN y “complejidad”ORGANISMO pico gramos ADN conjunto cromosomas haploide Levadura Mosca de la fruta Pollo Humano Trigo Frijol Cebolla 18/04/2017

45 ADN ADN Función Regiones Regiones Regiones ? Estructurales reguladorasmóvil Genes Regiones codificantes Regiones Estructurales ? Regiones reguladoras 18/04/2017

46 Clasificación ADN II Genes que codifican para polipéptidosGenes únicos Genes duplicados y genes que con divergencia (Familias genes funcionales y pseudogenes) Genes repetidos en Tandem ARNr, ARNr, ARNt, histonas ADN repetitivo ADN de secuencia simple ADN moderadamente repetitivo (ADN móvil) Transposones Retrotransposones virales LINES (retrotransposones no virales) SINES (retrotransposones no virales) ADN espaciador 18/04/2017

47 Genoma de organelos Mitocondrias y cloroplastos CircularesMayoría es codificante Algunos cambios en el código genético Productos no se exportan al citoplasma Algunas características similares a procariontes Posible origen como endosimbiontes 18/04/2017

48 Métodos en Biología MolecularElectroforesis Clonación Vectores Enzimas de restricción Transformación Síntesis de oligos cADN Hibridación EST Secuenciación PCR 18/04/2017

49 Biología molecular -Biología molecular -Bioquímica BIOLOGIA CELULAR-Genética -Biología celular -Biología del desarrollo BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR ó BIOLOGIA MOLECULAR DE LA CELULA 18/04/2017

50 PRINCIPIOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR18/04/2017 FIN Curso de Bioquímica General 2015 18/04/2017