1 QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.Bolilla 10 (Ing. en Alimentos): Acido desoxirribonucleico. ADN, principales características estructurales. Proceso de replicación del ADN, complejos enzimáticos que intervienen. Etapas. Concepto de mutaciones y mutágenos. Procesos de reparación del ADN. Flujo de la información genética: ARN. Tipos de ARN: mensajeros, ribosomales y de transferencia, estructuras y funciones. Síntesis del ácido ribonucleico: transcripción, enzimas que intervienen. Etapas. Importancia de los procesos de maduración, intrones y exones.

2 Acidos Nucleicos: Estructura molecular del ADNRepresentación esquemática de la estructura helicoidal del ADN 3’ 5’ Uniones Puente Hidrógeno 1953. Watson, Crick y Wilkins Acido desoxiribonucleico (ADN) Uniones Puente Hidrógeno Esqueleto Azúcar-Fosfato Pares de Bases 3’ 5’ F Az T A C G OH HO Nucleótido - a-hélice con giro a la derecha. Cadenas complementarias y antiparalelas. Desoxinucleótidos de A, T, G, y C. G-C 50% más fuerte que A-T.

3 Disposición del ADN en los cromosomasFragmento de ADN en doble hélice Cromatina enrrollada sobre histonas Cromatina empaquetada en nucleosomas Fragmento de cromosoma extendido Fragmento de cromosoma condensado Cromosoma Cada molécula de ADN se encuentra empaquetada en los cromosomas en una longitud veces menor. Gen

4 GEN Cromosomas Genoma IndividuoGEN: segmento de ADN cuya secuencia nucleotídica codifica la información necesaria para producir un producto biológico funcional, como péptido, proteína o RNA. GEN Cromosomas Genoma Individuo ATGCCAGGCCCCCCACCAGCCACGTTGGGGCAGCCCCCACAGCTCCCGGCCTTCGGGCCAAGGTGTCGGGGTGCGTCTCCTGGCCCATCAATACAGATTACATATTTATATCAATCGCGGGCTCTGAGGGCGCCCTCGGAGAGCGGCCCCGCGCCTACGAAACCAAACTGGGAGTGGTCGCGCGGAAACTCTGGCTCGGGATTGGCTGCGGGCGCCCGCCGCGGTGCGGGGGGATTGCTAATCGTATTCAGCATGTTTTGCACAAGAAATGTCAGCCAGAAAGGGCTATCTGCTCCCTTCGCCAAATTATCCCACAACAATGTCATGCTCGGAGAGCCCCGCCGCGAACTCTTTTTTGGTCGACTCGCTCATCAGCTCGGGCAGAGGCGAGGCAGGCGGCGGTGGTGGTGGCGCGGGGGGCGGCGGCGGTGGCGGTTACTACGCCCACGGCGGGGTCTACCTGCCGCCCGCCGCCGACCTGCCATACGGGCTGCAGAGCTGCGGGCTCTTCCCCACGCTGGGCGGCAAGCGCAATGAGGCAGCGTCGCCGGGCAGCGGTGGCGGTGGCGGGGGTCTAGGTCCCGGGGCGCACGGCTACGGGCCCTCGCCCATAGACCTGTGGCTAGACGCGCCCCGGTCTTGCCGGATGGAGCCGCCTGACGGGCCGCCGCCGCCGCCCCAGCAGCAGCCGCCGCCCCCGCCGCAACCACCCCAGCCAGCGCCGCAGGCCACCTCGTGCTCTTTCGCGCAGAACATCAAAGAAGAGAGCTCCTACTGCCTCTACGACTCGGCGGACAAATGCCCCAAAGTCTCGGCCACCGCCGCCGAACTGGCTCCCTTCCCGCGGGGCCCGCCGCCCGACGGCTGCGCCCTGGGCACCTCCAGCGGGGTGCCAGTGCCTGGCTACTTCCGCCTTTCTCAGGCCTACGGCACCGCCAAGGGCTATGGCAGCGGCGGCGGCGGCGCGCAGCAACTCGGGGCTGGCCCGTTCCCCGCGCAGCCCCCGGGGCGCGGTTTCGATCTCCCGCCCGCGCTAGCCTCCGGCTCGGCCGATGCGGCCCGGAAGGAGCGAGCCCTCGATTCGCCGCCGCCCCCCACGCTGGCTTGCGGCAGCGGCGGGGGCTCGCAGGGCGACGAGGAGGCGCACGCGTCGTCCTCGGCCGCGGAGGAGCTCTCCCCGGCCCCTTCCGAGAGCAGCAAAGCCTCGCCGGAGAAGGATTCCCTGGGTAAGCAGGGCTGCAGAGGGCTGCAGTCAGGCGGGCAGACAGGCAGACACAAGGAGGAGAAGGATCAGAAAACTAGGAGCCCGCGCAGCAGCCGGCCGGCCTTGGCCCAAGCTGCAGGCAGGCTGACCTTGTGAACTTGCTTTTTAATATTTGGGCGTGGGGGCGCAGTAAAATTCATGTCCGGCTTAGCGCCCCACAGCAAGACGTCCTCGGCGCTGGCCTCAGCTCCCCCTGACTAGGGACGAGGACACCAGCGAGCAGGCCCCCTCCTGTGCGCTCTTTCCTGTGGCCGGGAGGACCCAGAGCCCTGGTCCCTGCCCAGCCTGCGCGGCGCGGCCCACGCGGGGGGAGGGGGAGGGAGGGAAAGTAGCTCGCCCGCAGATAGCGCGGATGTTTGTAAGGCATCCAAAATAAGCAGCCGCCAGCGCCAATAAATAAGCCCATTAACCGGCGAAGTTCGAGTGTACGATCCCCCATGCTTTTTTCAAAGTTGCTGAGGGGCGGGAATCTTCGTGGCGGGAAGAAGAAAAGGCAAATCCGGCCTGGAAGCGGGGGGCCCTGAGCTGAGAGCCAGAGAAGGGCCATTTCCCTTCCCCTGGACCTCGGAATCGCCCAGCTATGTATCCTGGCTCCTGGAGAAACTTGAGGGAGGGCCCTTGACCCCCGAATCGGTTTTTCCTGCCTTCCCCATTGGACCAATGATGCCCTTCTTTCTCCCCTTATCGAGTCTTGGGCAATCAGGGCCCTGGGGTGAGACAGCCAAGCTGCCTGGCCCATCTTCCAAGTAAGCACCCCGCGCTCCTAGCCTGGGGGCTACAGGAAATGCTTGTCTGCCATATGGCAAGAGGCAAAGAAAAGCGTTAAGTTCAAGATGTACAGCCTGCCCTCCCAGGCTCACAGCCAACTTTAATTTTTCCTGATGAATCTCCAGGCGAC

5 ADN ARN Péptido o proteína Replicación Transcripción DOGMA CENTRALTraducción DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA

6 Eucariotas: tienen membrana nuclear y orgánulos (plantas, animales, hongos,…)Procariotas: no tienen membrana que separe núcleo y orgánulos (bacteria)

7 Esquemas simplificados del proceso de replicación del ADNADN de doble cadena original Producto intermediario en la replicación semiconservativa Dos moléculas de ADN de doble cadena hijas Origen de replicación Horquilla de replicación CARACTERISTICAS GENERALES DE LA REPLICACION: - Semiconservadora. - Dirección 5’-> 3’. Hebras antiparalelas: rezagada y continua. Se lleva a cabo en el núcleo de células eucariotas y en el citosol de procariotas.

8 Sistema ADN replicasa o ReplisomaCadena adelantada Helicasa Cebador proteínas de unión al ADN Fragmentos de Okazaki ADN Polimerasa

9 Representación esquemática de la replicación del ADN1-Iniciación. Desenrrollamiento de la doble hélice por acción de la helicasa, separación de las hebras y síntesis de la nueva cadena conductora en dirección 5’→3’, por la polimerasa III. 3’ 5’ 4-Elongación. Eliminación del ARN cebador por la polimerasa I y unión del fragmento de Okazaki al ADN de la cadena retardada sintetizada previamente mediante la ADN ligasa. 5’ 3’ 5’ 3’ ARN cebador 2-Iniciación. Síntesis del ARN cebador por la primasa. 5-Elongación. La continuación de la síntesis de la hebra conductora, expone otra zona de cadena única en la mólecula original para la síntesis de un nuevo fragmento de Okazaki. 3-Elongación. Síntesis de la cadena retardada corta (fragmento de Okazaki) por acción de la polimerasa III a partir del ARN cebador. 5’ 3’ Fragmento de Okazaki Fragmento de Okazaki 3’ 5’

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11 Daños espontáneos en el ADN

12 Reacciones de depurinación y desaminación

13 Formación de dímeros de timina

14 Ruptura de la doble cadena

15 Sistemas de reparación del ADN

16 ADN ARN Péptido o proteína Replicación Transcripción DOGMA CENTRALTraducción DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA

17 Acidos nucleicos: Estructura del ARN

18 Tipos de ARN y características específicasARN mensajero ARN ARN transferencial ARN ribosomal Tipo de ARN Características estructurales Función ARN mensajero (mARN) Transcripto primario Cola poli-A 3’ Caperuza de 7-metil guanosina 5’. Molde para síntesis de proteína ARN transferencial (tARN) Un tARN específico para c/aa. Extremo 3’: CCA Transporte de aa en la síntesis de proteínas. ARN ribosomal (rARN) Se asocia con proteínas tamaños diferentes en procariotas y 4 en eucariotas. Componente estructural de ribosomas

19 Tipos de ARN: ribosomal, transferencial y mensajeroARNt ARNm ARNr

20 Estructura de un gen Región codificante del ARNGen: fragmento de ADN que codifica la información necesaria para la síntesis de un compuesto biológico. Región codificante del ARN

21 Secuencia del gen de la beta-globina humana

22 Representación esquemática de la 5’ 3’ Promotor σ ARN polimerasa ADN templado Pu FFF 1- Unión no específica de la Pol y migración hacia el promotor. 2- Formación de un complejo Pol-promotor cerrado. 3- Formación de un complejo Pol-promotor abierto. 4- Iniciación de la síntesis de mARN, casi siempre con una purina. N rNTPs 5- Elongación del mARN en 8 nucleótidos más. 6- Liberación de la subunidad σ a medida que la Pol progresa corriente abajo sobre el ADN. Representación esquemática de la iniciación y elongación de la transcripción

23 Complejo de transcripción

24 Transcripción de un gen eucariota y maduración del ARNmpreARN: 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA ARNm maduro: polyA ATG TAA 5‘CAP/Splicing / Polyadenylation Maduración del ARNm Adición de la cap en extremo 5´ Poliadenilación del extremo 3´ Eliminación de intrones (splicing) active protein: CPLTW GFL Splicing alternativo CPLTW PJC Modificación post-transduccional CPLTW LAC

25 Reacciones de adición de la caperuza 5´ (Caping 5´)􀂾􀂾La base terminal en 5’ es una guanina. Un rGDP se añade a la molécula original de ARN después de la transcripción, en una reacción de condensación catalizada por la enzima guanilil transferasa. 􀂾El ribonucleótido (rGDP) añadido, tiene orientación contraria respecto a los demás nucleótidos. Así, el extremo 5’ del ARNm tiene dos nucleótidos conectados por un enlace trifosfato 5’-5’ y grupos metilados en distintas posiciones.

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27 Poliadenilación del extremo 3´del ARNSe llama cola poli-A a un tramo de residuos de Adenina que se adiciona al extremo 3’ del mRNA. La secuencia de nucleótidos de Adenina no está codificada en el ADN sino que se añade al transcripto después de la transcripción. La adición de la cola está catalizada por la enzima Poli-A polimerasa que reconoce la secuencia AAUAAA en el transcripto primario y añade ~200 residuos de A al extremo 3’ (-OH libre) del mARN. No necesita molde. - La poliadenilación estabiliza el ARNm. Poli-A polimerasa

28 Sistemas de corte de intrones y empalme de exones (splicing)preARN: 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA mARN maduro Splicing polyA ATG TAA active protein: Traducción CPLTW GFL PJC Splicing alternativo Modificación post-transduccional LAC

29 Mecanismo de splicing 1ºAtaque nucleofílico del 2’- OH de la penúltima A del intrón sobre el sitio 5’ (-P) del último nucleótido del exón 1 o sitio de splicing. 2º. El extremo 3’-OH libre del exón liberado ataca el enlace en el sitio 3’ de splicing.

30 Maduración del ARNm