Cromosoma Humano

Cromosoma: Formado por una o dos cromatidas unidas por el centromero, en cuyos extremos estan los telomeros (Dan estabilidad, no contienen material genetico). Cromátida: Hebra o molecula de ADN (contiene genes) condensado que forma el cromosoma (2 cada uno), formado por cromatina (ADN+histonas proteicas). Cada cromosoma 2 cromatidas iguales (hermanas). Los cromosomas homologos tienen mismo gen en el mismo locus pero diferentes alelos, tendran cromatidas homologas. Las células haploides (n) solo tienen una copia para cada gen. En diploides (2n) 2 copias para cada gen, mismos alelos (homocigotos) o diferentes (heterocigotos). Alelo: diferentes presentaciones de un mismo gen.

Tipos de Cromosomas

Existen cromosomas con una o dos cromatidas. Se clasifican segun posicion del centromero respecto a los telomeros (extremos): Metacentricos, submetacentricos (un poco desplazado), acrocentricos (mas desplazado) y telocentricos (centromero situado muy cerca de los telomeros).

Cariotipo Humano

Somos diploides (2n), 2 copias para cada gen, mismos alelos (homocigotos) o distintos (heterocigotos). Tenemos 46 cromosomas (23 pares) autosomicos (no sexuales) dos de ellos cromosomas sexuales. Division meiotica en embriones. Localizacion gen en cromosoma: Para identificar genes se tiñen (Giemsa..) permitiendo distinguir bandas ricas en adenina y timina. Bandas G teñidas con tiemsa, bandas Q visibles con luz UV, bandas C tiñen centromero, bandas T tiñen telomero. Nomenclatura ISCN: El primer num es el cromosoma del gen, luego letra que indica el brazo (P corto y Q largo), luego num region, num banda y num subbanda. El numero banda aumenta desde el centromero al telomero.

Ciclo Celular: Mitosis y Meiosis

En la mitosis se separan cromátidas hermanas.

En la meiosis se separan cromátidas homólogas después del entrecruzamiento (PROFASE 1)

Regulación

Los genes cdc regulan el ciclo celular, si sufren mutaciones se vera afectado. Las kinasas son esenciales para la regulacion del ciclo, son activadas por la union a proteinas ciclinas generadas durante el propio ciclo (kinasas dependientes de ciclinas). Al activarse las kinasas fosforilan proteinas encargadas de la regulacion ciclo en los puntos de control.

Puntos Control Ciclo Celular

1. Primer punto de control en G1: Entre G1 (crecimiento celula) y S (sintesis). Se controla si la celula ha crecido lo suficiente para continuar el ciclo y si el ADN esta intacto (gen p53). 1.1 Si no crece lo suficiente la celula no se producen las ciclinas necesarias y las kinasas no fosforilan proteinas para entrar en fase S, la celula entra en fase G0 (no division). 1.2 El gen p53 controla el ADN no este dañado, si no lo esta activa la transcripcion a ARN y la celula entra en fase S. Si lo esta induce apoptosis. 2. Segundo punto de control en G2: En G2 la celula se prepara para la fase M (mitosis, division). Se controla si la celula contiene suficiente ADN o si esta dañado. Esto lo realiza la cilina D o ciclina mitotica, si no hay errores se une a kinasas que sintetizan factor promotor de la maduracion que controla la mitosis. 3. Tercer punto de control en M: El factor promotor de la maduracion controla que no haya errores en la mitosis, si los hay se detiene el ciclo. Fallo gen p53: Si el gen p53 esta dañado (mutado) y no controla el estado del ADN pueden darse mutaciones y que la celula entre en mitosis, aparecen tumores.

Alteraciones Cromosómicas

Se producen en la duplicacion del ADN, 3 tipos:

1. Afectan a la estructura: Reordenamientos cromosómicos: 1.1 Duplicación: Un fragmento de cromosoma se duplica durante la duplicacion celular. Aparece un cromosoma mas largo que original, la dosis génica aumenta, puede afectar a ambas cromatidas hermanas. En la gametogenesis o meiosis el aumento del num de genes afecta a la alineacion, el cromosoma afectado tiene que formar un bucle para alinear las cromatidas homologas. 1.2 Deleción: Un fragmento de cromosoma se pierde, la dosis genica disminuye, fenotipo alterado. Se altera la dosis génica, hay menos genes de lo normal, aparece un fenotipo alterado. Durante la meiosis el cromosoma normal tiene que formar un bucle, porque no encuentra su homólogo. En la gametogenesis o meiosis la dism del num de genes afecta a la alineacion, el cromosoma normal tiene que formar un bucle para alinear las cromatidas homologas. 1.3 Inversión: Un fragmento de un cromosoma gira 180º dentro del mismo. No hay alteración de dosis génica, solo estructural. Puede cortar por la mitad algunos genes variando expresion. Hay 2 tipos segun si el centromero se ve afectado: Paracéntrica: centrómero no implicado. Pericéntrica: centrómero implicado. En la gametogenesis el recruzamiento genera gametos inviables, reduce fertilidad. 1.4 Translocación: Un fragmento de cromosoma se intercambia por otro fragmento de otro cromosoma no homologo o de si mismo. Translocacion robertsoniana:  Se intercambian cromosomas acrocéntricos, brazos largos y cortos conforman dos cromosomas, el pequeño se pierde en la meiosis.

Síndrome asociados a reordenamientos: Síndrome maullido de gato: Deleción parcial brazo corto cromosoma 5. Llanto peculiar, retraso mental, ojos separados. Síndrome Wolf-hirschhorn: Deleción brazo corto cromosoma 4. Convulsiones, retraso mental, malformaciones cardiacas. Síndrome Williams-beuren: Deleción brazo largo cromosoma 7.

2. Afectan al número de cromosomas: 2.1 Aneuploidias: Afectan a uno o varios cromosomas.

2.2 Poliploidias: Cuando afectan a un set entero de cromosomas.

ANEUPLOIDÍAS

En la meiosis se produce una no disyunción, un cromosoma permanece en la misma célula, por lo tanto el gameto tiene el doble de cromosomas. Cuando se unen con un cigoto normal dan lugar a alteraciones. Unos son trisómicos y otro monosómico.

Puede pasar en la meiosis 1 o 2. Si pasa en la 1 tendremos trisómicos y monosémicos y si es en la 2 podemos tener normales.

En la mitosis también se puede producir la no disyunción. La mitosis, al no dar lugar a gametos no interfiere en la especie.

Este proceso se ha asociado muchas veces con la edad materna, realmente no hay una demostración.

Tipos de ANEUPLOIDÍAS:

Nulisomías: pérdida de ambos miembros de un par de cromosomas homólogos

Monosomías: pérdida de un solo cromosoma

Trisomías: ganancia de un solo cromosoma

Tetrasomías: ganancia de 2 cromosomas homólogos.

ANEUPLOIDÍAS DE CROMOSOMAS SEXUALES.

Las ANEUPLOIDÍAS más comunes en los seres humanos son las de los cromosomas sexuales.

Síndrome de Turner: monosomía X (cariotipo 45, X). La mitad de los individuos con síndrome de Turner son mosaicos, solo el 50% de las células presentan el problema, por una no disyunción en mitosis, hace que haya tejidos que presentan distintas constituciones cromosómicas. Ejemplo: 50% de afectados por síndrome de Turner (45,X) presenta un único cromosoma X en todas sus células.

Síndrome de Klineferfer: 3 cromosomas sexuales, 2x y 1 Y. cromosoma X adicional. En mamíferos existe compensación de dosis génica, solamente se va a expresar uno de los 2 cromosomas X en las hembras, para compensar que los hombres solo tienen un Y con poca información genética. Aun así tiene manifestación fenotípica

ANEUPLOIDÍAS AUTOSÓMICAS

Síndrome de Down: es la trisomía del cromosoma 21. Es más frecuente que el resto de cromosomas porque es el más pequeño. Es lo que tienen el 95% de los afectados del síndrome de Down. No suele reaparecer en las familias. Hay un 5% que se repite, originado por una anomalía cromosómica en esa familia, una translocación robertsoniana, la más habitual entre el cromosoma 14-15 con el 21.

Esta persona tiene un 14 normal, un 21 normal y un translocado medio 14 medio 21. Hay 3 translocaciones posibles.

Descendencia de portadores de translocación:

Síndrome de Edwards: Trisomía del 18

Síndrome de patau: Trisomía del 13

POLIPLOIDÍA

Tiene un juego de cromosomas extra. En la mitosis cuando se tienen que separar, no se separan y de un diploide se consigue un tetraploide.

En la meiosis también puede pasar.

Muy poco frecuente en animales, pero muy frecuente en plantas.

En humanos fallecen pronto

FRAGILIDAD CROMOSÓMICA

Síndrome de X frágil: a nivel citogenético, cuando se analizan los cromosomas. En uno de los cromosomas hay una zona más frágil que no es un cromosoma normal, se ve como una hendidura. Tiene una herencia ligada al cromosoma X, cursa con retraso mental.

HIBRIDACIÓN IN SITU CON SONDAS FLUORESCENTES

Todo esto se puede observar con un microscopio. Cuando llegan a metafase se les añade unas sustancias para que permanezcan ahí y se puedan observar.

CROMOSOME PAINTING

Incluso teniendo cromosomas bandeados surgen dudas a la hora de hacer el cariotipo. Lo ideal es marcar cada cromosoma con una sonda que da una tinción completa de todo el cromosoma.

Es una técnica ideal, bastante difícil.

REVISIÓN HISTÓRICA

Robert HOOKE: descubrimiento de las células en 1665. Siglos XVII y XVIII: preformacionismo

1858 (Charles Darwin, Alfred Russell Wallace): anuncio conjunto de la teoría de la selección natural. Charles DARWIN: publica “El origen de las especies” en 1859.

1866: Gregor MENDEL publica los resultados de sus investigaciones de herencia de factores en la planta de guisante. Es considerado el padre de la genética.

1928: GRIFFITH propone que algún principio desconocido transforma la cepa R de Streptococcus pneumoniae (avirulenta) en cepa S (virulenta). Si a un ratón inyectaba bacterias del tipo 3 S, virulentas, el ratón muere. En otro grupo, inyectaba 2R, no virulentas, por lo tanto los ratones vivían. Si a las cepas las calentaba excesivamente, perdían la virulencia, incluso las cepas S. ratones con 3S sometidas al calor, los ratones sobrevivían.

Mezclo cepas 2R, con 3S sometidas a choque por calor, no virulentas a priori, espero que sobrevivieran, pero sin embargo los ratones morían, y se encontraban en la sangre la cepa 3S virulenta. Se produjo una transformación bacteriana, había algo que había transformado esas bacterias en el grupo 3 S, se denomino el principio de transformación, pues permite la transformación bacteriana y transmite la información genética.

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL GENÉTICO:

Debe contener información compleja: (gran cantidad de información, capacidad de variar, estable). Las especies se mantienen estables a lo largo del tiempo.

Debe replicarse fielmente (gran número de divisiones celulares).

Debe codificar fenotipos (las instrucciones genéticas deben traducirse en proteínas).

1948: reglas de CHARGAFF: dentro de cada especie existe cierta regularidad en la proporción de las bases:

– la cantidad total de adenina es siempre igual a la cantidad de timina

– la cantidad de guanina es siempre igual a la cantidad de citosina

1944: AVERY, MAC LEOD Y McCARTY purificaron el principio de transformación en el experimento de Griffith y que era DNA.

– DNasa: elimina la actividad biológica de la sustancia de transformación

– Sustancia de transformación precipita con la misma velocidad que DNA

– Sustancia de transformación absorbe luz UV en misma longitud de onda que DNA.

– Hicieron una replica, usaron RNAsas, proteasas y ADNasas. Para pasar por ellas las 3S y después las juntaban con las 2R. Con las proteasas y las ARNasas teníamos ambas, y solo en el experimento con ADNasas no se produjo nada, así que el DNA era el principio de transformación.

1952: HERSHEY y CHASE rastrearon el movimiento del DNA y de las proteínas durante la infección del fago por medio de la utilización de isótopos radiactivos. Sólo el DNA ingresaba en la bacteria y pasaba a la progenie de los fagos.

Usaron Fago T2, es un virus, cápsula de proteínas envuelven al DNA. Intentaron rastrear que se introducía en la bacteria usando marcadores radiactivos. Se fijaron en las diferencias entre proteínas y ADN, por ejemplo el fósforo, así que el ADN lo marcaban con fósforo 32 y las proteínas con azufre 35. Ponían a vivir los fagos en medios con los elementos marcaban. Realizaban el experimento por separado y separaban los fantasmas, quitar las cubiertas proteicas. Al separarlas vieron que los fantasmas estaban marcados con S 35 mientras que en el filtrado de P no había en los fantasmas radioactividad.

Cuando se producían fagos, los marcados con el P 32 si que eran radiactivos, los de S 35, se perdía la radioactividad en la centrifugación, (quitar los fantasmas)

Esto era evidencia que se transmitía el DNA, no las proteínas.

Descubrimiento de la estructura tridimensional del ADN

1951: WILKINS y FRANKLIN imágenes de ADN mediante difracción de rayos X

1953: WATSON y CRICK. Descubrimiento de la estructura tridimensional del DNA.

Dos cadenas de nucleótidos enrolladas entre sí que forman una hélice dextrógira, que contiene azúcares y fosfatos en su exterior y las bases en su interior.

Se juntaron, pensaron como debía ser, recopilaron información y con modelos moleculares vieron como debía ser la estructura. Llegaron a doble hélice gracias a las leyes de Chargaf.

ESTRUCTURA DEL ADN.

Estructura primaria.

En caso de ADN serán desoxirribosas.

La diferencia con ribosa es que en el carbono 2’ tiene un O más la ribosa.

Es más reactivo el grupo hidroxilo, de manera que el ARN es más reactivo, por lo tanto es menos estable. Solo la presencia del hidroxilo en el 2’ ya descarta al ARN de ser la molécula que transporta la información genética.

Las bases nitrogenadas se unen en el 1º carbono. Bases hay las purinas y las pirimidinas. Para todos ADN y ARN tenemos las mismas, Adenina y Guanina, son las purinas, formadas por 2 anillos. Las pirimidinas, 1 anillo, son Citosina, timina y uracilo. Ambos ácidos nucleicos solo comparten la citosina, ARNuracilo, ADN timina.

La 3º parte, el grupo fosfato, este grupo le da una carga negativa, se empleará a la hora de analizar y hacer biotecnología. Se une en el carbono 5.

Los nucleótidos se unen entre ellos con enlace fosfodiéster, que es covalente. La estructura primaria es una doble hélice, así que hay enlaces por puentes de H que existen entre las bases enfrentadas. Siempre, donde haya A en una hebra, habrá una T en la otra. La A y T se unen por 2 puentes de H. la G y C se unen por 3.

A – T es más fácil de separar que las C-G.

La unión de un nucleótido a otro tiene una dirección, en el extremo 5’ un fosfato libre y en el 3’ un hidroxilo libre. Cada hebra tendrá una direccionalidad contraria.

En ARN es una única cadena.

Estructura secundaria:

Doble hélice, a la hora de girar se crean unos surcos en el ADN, el surco mayor y el menor. Son importantes, porque es donde encajan las proteínas reguladoras que regulan la expresión del ADN.

Hay de 3 tipos, la clásica, es la B. esta en condiciones normales, sin alteraciones… por cada 360º encontramos 10 nucleótidos.

La A, en condiciones no fisiológicas, (escasez de agua en medio, alteración en composición de las bases…) se achata y condensa más el ADN.

La Z difiere en ambas, esta es una hélice levógira, gira a la izq. mientras que A y B es dextrógira. Se da en condiciones no fisiológicas, un medio con alta cantidad de sales.

Estructuras especiales

Cuando en la frecuencia hay fragmentos complementarios entre si se unen por complementariedad de bases. Forman los tallos, las secuencias complementarias esta una al lado de otra.

La horquilla es igual, pero en la punta no hay complementariedad de bases, es un bucle compuesto por nucleótidos no complementarios. Esto se da dentro de la hebra de ADN. En el ARN hay más estructuras secundarias.

REPLICACIÓN Y RECOMBINACIÓN DEL ADN

Dogma central: la transmisión de la información siempre es en el mismo sentido. El ADN se transcribe, ARN traducción y se forman proteínas.

El ADN se puede replicar a si mismo, esencial para las divisiones celulares.

El resto son esenciales para que se expresen los genes, obtengamos el fenotipo, proteínas expresadas. Características morfológicas y proteicas.

La retrotranscripción o transcripción inversa. También se puede dar.

Posibles modelos de replicación de ADN

Cuando se hizo salieron 3 hipótesis.

1. conservativa, la molécula del ADN original da lugar a una molécula nueva, rojo.

2. Dispersiva, la molécula se dispersa en fragmentos, origina los nuevos y se vuelven a juntar. Tras el 1º ciclo tenemos las 2 hebras que son el original más el nuevo, nunca se mantiene la primera hebra.

3. Semiconservativo, se mantiene en cada una hebra del ADN original y una hebra del nuevo. La original completa no aparece, pero si la mitad.

La replicación del DNA es semiconservativa

Para comprobarlo:

En un medio de N15 el ADN original que querían replicar, todo el ADN se marcaba con el N15. En una centrifugación, obtenían donde estaba el ADN, que estaba todo a la altura del N15. Luego lo pusieron en un medio de N14. Lo centrifugaron y obtuvieron un color a mitad, lo repitieron y vieron que seguía más rojo por lo tanto debía ser semiconservativa.

La replicación del ADN en procariotas es semiconservativa. Es una característica que se mantiene. Pero en procariotas tendremos estructuras diferentes. En todos los casos es semiconservativa. En procariotas hay un único origen de replicación. En eucariotas vamos a encontrar muchos orígenes de replicación, porque si no se tardaría mucho en replicarse todo el ADN.

Las moléculas de ADN en eucariotas son lineales, y en procariotas, circulares.

En eucariotas, desde el origen pasa a burbuja y a 2 horquillas de replicación. En cada cromosoma hay muchos orígenes de replicación. Después continua la síntesis de cadenas de ADN complementarias a medida que va creciendo esa burbuja por las 2 horquillas. Las burbujas contactan entre si hasta que tenemos la molécula de ADN completamente sintetizada.

En esa replicación, cada nuevo nucleótido se añade al extremo 3’ del nucleótido anterior donde está el grupo hidroxilo, siempre ha de haber un hidroxilo libre.

Antes de comenzar las burbujas se sintetiza un cebador, un fragmento de ARN con unos cuantos nucleótidos que originen un extremo 3’ al que poder seguir añadiendo, se encarga la ADN polimerasa  que tiene actividad primasa. La polimerasa encargada de añadir los nuevos nucleótidos son las ADN polimerasa delta y Epsilon.

Durante la síntesis se abren las 2 hebras, una si que va del 3’5’, la otra, como va en sentido contrario, lo hace con varios cebadores que van uniéndose y de golpe se ponen, son los fragmentos de okazaki, lo une la ADN ligasa.

La ADN polimerasa cuando sintetiza tiene la capacidad de corrección de prueba. Si la polimerasa no es capaz de eliminar el error aparecen mutaciones.

REPLICACIÓN EUCARIONTE LINEAL

En cada origen: complejo multiproteico de reconocimiento del origen (ORC) se une para iniciar el desenrollamiento.

DESENROLLAMIENTO. DNA helicasa, proteínas de unión a cadena simple, topoisomerasa.

DNA polimerasas eucariontes. Las DNA polimerasas alfa (primasa), delta y epsilon llevan a cabo la replicación de las cadenas de DNA. Otras DNA polimerasas se encargan de la reparación del DNA.

DNA ligasa sella las muescas que permanecen en las estructuras de azúcar y fosfato cuando los cebadores de RNA son sustituidas por nucleótidos de DNA.

Ensamblaje del nucleosoma.

Replicación del DNA en los extremos de los cromosomas: telomerasa

Las moléculas de ADN son lineales, estén en los cromosomas. Tenemos los extremos, los telómeros, que cuando acaban se ira acortando los extremos, para ello existe la enzima telomerasa, que hace que se repliquen las ultimas partes.

Los telómeros dan estabilidad a los cromosomas. Son secuencias repetitivas que mantienen la longitud de los cromosomas.

La telomerasa tiene 2 partes, una secuencia de ARN y otra enzimática. (ARN + proteína) la parte que secuencia el ADN es complementaria al extremo que queda suelto, en lugar de tener las 2 cadenas queda 1. Es complementaria, se une por complementariedad de bases, y sobre sale un poco, que va a permitir que tenga un molde la polimerasa para seguir añadiendo nucleótidos y evitar que se produzca ese acortamiento. Así no hay pérdida de información en los ciclos de división celular.

Todas las células tienen la misma información genética. El gen que codifica la telomerasa esta en todas las células, su expresión depende del tipo celular y de si se tiene que expresar o no, pero solo se expresa en las células madre, germinales, células intestinales, células que se tienen que estar dividiendo constantemente.

En las células que se expresa de forma negativo son las células neoplásicas.

TRANSCRIPCIÓN DE ARN

Tipos: mensajero, ribosómico, transferencia.

Mensajero: secuencia de ARN complementaria a la del ADN que va al ribosoma para traducirse en proteína.

Ribosómico: sintetiza proteínas.

Transferencia: lleva los aminoácidos que colabora en el proceso de traducción.

TRANSCRIPCIÓN

La transcripción suele ocurrir en una de las dos cadenas de nucleótidos de DNA (cadena molde).

Durante la transcripción se sintetiza una molécula de RNA complementaria y antiparalela a la cadena molde de DNA.

El RNA transcrito tiene las mismas polaridad y secuencia de bases que la cadena codificante o no molde, salvo que el RNA contiene U en lugar de T.

La molécula de ADN es una doble hélice, se transcribe solo 1, una va a servir de molde y otra no. La que se transcribe es la molde y la que no es la modificante. La enzima es la ARN polimerasa.

Va a ser una síntesis a partir del hidroxilo terminal 3’. Serán ribonucleósidos 3 fosfato.

Cada fragmento corresponde a una unidad de transcripción, se considera parte integrante el promotor y a continuación la región codificante de ARN, la 3º parte el sitio de finalización de la transcripción.

Upstream: hacia el extremo 5’ de la cadena. Se dice, el promotor está upstream de la región codificante.

Downstream: hacia el extremo 3’.

Una unidad de transcripción es un tramo de ADN que codifica una molécula de ARN y las secuencias necesarias para su transcripción.

La función del promotor es ser el inicio de la transcripción, indicando cual es la cadena molde y donde tiene que empezar la transcripción. El promotor no se transcribe.

Se transcribe la región codificante y la señal de terminación.

De las 3 partes solo se transcriben las 2 últimas. Con el ARN igual que con ADN siempre escribimos las secuencias de 5’3’

Factores de transcripción general (TFII) + RNA polimerasa II + complejo de proteínas (mediador) = aparato de transcripción basal.

Proteínas accesorias: proteínas activadoras de la transcripción.

Promotores: mínimo (con secuencias consenso como la caja TATA a las que se unen los TF) y regulador (se unen las proteínas activadoras).

Secuencias consenso: secuencia que se repiten en muchos genes. TF=factores de transcripción.

Lo 1º para que tenga lugar la transcripción es que el factor de transcripción 2D se una a la caja TATA del promotor mínimo. Si alguno de los nucleótidos de la caja TATA muta no se producirá la transcripción.

La ARN polimerasa se encarga de la transcripción, que va a transcribir el pre-ARNm. La entrada del ADN se produce a través de un surco, choca con la pared de aminoácido, se desdobla, y se va uniendo el ARN mediante unos poros. No se forma el ARNm maduro, sino el pre-ARNm.

El ARNm necesita madurar, es una molécula inestable, durante la maduración se le da estabilidad, si no se degradaría rápidamente por las enzimas para que pase al citoplasma.

Este procesamiento consiste en añadirle un casquete en el extremo 5’, que lo protege y hace más estable. En el 2º paso se le añade una cola poliadenilada, muchas adeninas seguidas.

Exón: siempre estarán en la parte exterior. Fragmentos con información, cortan la información que se traducirá, los intrones no.

Intrón: fragmentos sin información

En el proceso de transcripción se transcribe intrones y exones, pero en la maduración se echan los intrones y se quedan solo los exones, que son los que traducen las proteínas. Se eliminan los intrones. Este corte y empalme se realiza en la estructura empalmosoma. En los intrones hay secuencias específicas que les va a permitir al empalmosoma eliminarlo. Tiene 2 nucleótidos específicos en el extremo 5’, otros 2 en el extremo 3’ y en la parte central, en una posición determinada ha de aparecer una adenina. Si los intrones mutan, no se eliminara, y se traducirá algo que no debería de traducirse.

El ARN maduro queda con casquete en 5’, cola poliadenilada en 3’ y sin intrones. Dentro de este ARN maduro, la zona del casquete no se traduce ni la zona poliadenilada. Se diferencian 3 zonas, la región 5’UTR, la región codificante de proteínas y en el otro extremo 3’ UTR.

INTERFERENCIA POR ARN

La interferencia por RNA (iRNA) es un mecanismo potente y definido por el cual las células eucariotas limitan la invasión de genes extraños e impiden la expresión de los genes propios.

Tanto los RNA interferentes pequeños (siRNA) o microRNA (miRNA) se combinan con otra molecula de ARN para silenciarlo, evita que progrese, degrada el ARNm, para formar un complejo silenciador inducido por RNA (RISC).

El miRNA y siRNA tiene 22 nucleótidos. Se diferencian en el origen de los mismos y en que genes van a interferir. El siRNA es transcrito del mismo gen con el que va a interferir, también se puede originar de transposones o virus. El miRNA se transcribe de genes diferentes a los cuales va a hacer interferencia. Se pueden unir a ARN de doble cadena o de cadena simple, el siRNA a los 2 y el miRNA solo al de cadena simple.

La acción que ejercen va a ser a diferentes niveles, ambos van a poder participar en la degradación de RNAm, los siRNa actúan a nivel de transcripción, y los miRNA inhiben la traducción.

EXPRESIÓN GÉNICA

El código genético es degenerado

tRNA isoaceptores = tRNA diferentes con diferentes anticodones que especifican el mismo aminoácido.

Codón: cada 3 nucleótidos que se van a transcribir en una proteína. Si cogemos los nucleótidos de 3 en 3 nos salen 64 codones posibles, pero hay menos aminoácidos, con lo cual el código genético es degenerado, que hay varias combinaciones de codones que nos dan el mismo aminoácido. Dentro de estas habrá un número de combinaciones que son señales de terminación, que no codifican ningún aminoácido. Solo hay 2 combinaciones que tengan un aminoácido asociado, la metionina y el triptófano.

Generalmente la última letra es menos relevante.

FASES DE LA SÍNTESIS PROTEICA

Carga del tRNA: unión de aminoácidos a los tRNA (aminoacil-tRNA sintetasas).

Iniciación: los componentes requeridos para la traducción se ensamblan en el ribosoma. Las subunidades mayores y menores se tiene que juntar porque el ARN se unirá en primer lugar a la subunidad pequeña.

Elongación: se unen los aminoácidos a la cadena polipeptídica creciente.

Terminación: la síntesis proteica se detiene en el codón de terminación y los componentes de la traducción se liberan del ribosoma. No se añade ningún aminoácido y se liberan todos los componentes del ribosoma

En el citoplasma, la síntesis proteica la realizan los ribosomas.

La 1º fase de la síntesis proteica es que los ARN de transferencia es que estén cargados con su aminoácido correspondiente. Enzima: aminoacil-tRNA sintetasas.

Habrá tantas como número de aminoácido.

TRADUCCIÓN Y LOS ANTIBIÓTICOS

SELECCIÓN DE ANTIBIÓTICO: destrucción de bacterias, pero no de las células eucariontes de su huésped.

TRADUCCIÓN: diferente entre bacterias y eucariontes (tamaño y composición de ribosomas).

Ej: tetraciclina (unión al sitio A de ribosomas bacterianos y bloqueo de entrada de tRNA).

Ej2: neomicina (unión al ribosoma cerca del sitio A e induce errores de traducción).

Ej3: cloranfenicol (unión a la subunidad mayor del ribosoma y bloquea el enlace peptídico).

Ej4: estreptomicina (unión a la subunidad menor del ribosoma e inhibe la iniciación).

Ej5: eritromicina (bloqueo de la translocación).

Ej6: puromicina (estructura tridimensional similar al extremo 3’ de tRNA cargado: inhibe la entrada de tRNA). PROBLEMA: DESTRUYE CÉLULAS

EUCARIONTES.

El objetivo de muchos antibióticos va a ser la fase de traducción, que se diferencia bien entre bacterias y eucariotas. Si el mecanismo de acción pasa por el reconocimiento de los ribosomas va a poder diferenciar entre las procariotas y eucariotas.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

En organismos unicelulares: un subconjunto de genes se expresan en todo momento y cuando cambia el ambiente se expresan nuevos genes (FLEXIBILIDAD). Adaptación al medio, si cambia el medio al que viven sean lo suficientemente flexibles para adaptarse.

En organismos multicelulares: todas las células portan la misma información genética pero sólo expresan un subconjunto de genes en cada tipo celular (ESPECIALIZACIÓN). Permite especializar a las células.

ELEMENTOS REGULADORES

Genes:

Estructurales: codifican proteínas que se emplean en metabolismo, biosíntesis o papel estructural en las células

Reguladores: genes cuyos productos (RNA o proteínas) interactúan con otras secuencias y afectan su transcripción o traducción

Elementos reguladores (comunes a bacterias y células eucariotas): gran parte de la regulación génica ocurre mediante la acción de proteínas producidas por genes reguladores que reconocen y se unen a secuencias de DNA y afectan a su expresión

Mecanismos de control:

Positivos: estimulan la expresión génica

Negativos: inhiben la expresión génica

PROTEÍNAS QUE SE UNEN AL ADN

Las proteínas que se unen al DNA se pueden agrupar en varios tipos distintos sobre la base de una estructura denominada MOTIVO, que se encuentra dentro del DOMINIO de unión.

Los motivos son estructuras simples. Los más comunes: hélice-girohélice (bacterias), dedo de cinc (eucariotas), cremallera de leucina (eucariotas).

Lo más común es que se unen físicamente en los surcos mayores, dedos de cinc 2 surcos mayores y la cremallera de leucina también aprovecha surcos mayores. En las bacterias es más simple y se unen a la hélice giro hélice también en los surcos mayores.

OPERÓN (control de la expresión génica en procariotas)

El operón regula la expresión de los genes estructurales a través del control de la transcripción (nivel más importante de regulación génica en bacterias).

Estructura: promotor, operador, genes estructurales. Hay varios genes porque interesa que se active toda la ruta metabólica. Se asocian los genes estructurales de manera que aquello que codifican este bajo la influencia de un mismo promotor y un mismo operador. Es un mecanismo de ahorro energético.

El operador es donde se van a unir las proteínas reguladoras, que viene de un gen regulador, que también tiene su propio operador.

La regulación de la expresión génica en procariotas es a través de la transcripción.

En eucariotas es muy difícil que un mismo promotor regula la expresión o sea responsable de varios genes. En procariotas es bastante habitual que un mismo promotor sea responsable de la transcripción de varios genes juntos.

La estructura del operón es: promotor (más importante)  operador genes estructurales. En el operador tienen que ir unidas las proteínas reguladoras que tienen que ir a su vez codificadas por …

OPERONES

INDUCIBLES: no se produce normalmente la transcripción

Positivos: proteína reguladora activadora. NO se une, por eso no se transcribe.

Negativos: proteína reguladora represora. Se une y por eso no se transcribe.

REPRIMIBLES: se produce normalmente la transcripción

Positivos: proteína reguladora activadora

Negativos: proteína reguladora represora

IMPORTANTE.

Operón inducible negativo

No inductor proteína reguladora unida al operador no transcripción

Si inductor  proteína reguladora no unida al operador  si transcripción

Operón redimible negativo

No represor  proteína reguladora no unida al operador  si transcripción

Si represor  proteína reguladora unida al operador  no transcripción.

Operón inducible negativo: normalmente no hay transcripción, impedirá que haya transcripción.

La célula no produce los productos de estos genes estructurales.

Si introducimos la bacteria en un medio con lactosa: la lactosa actúa como inductor. El promotor del gen regulador produce la proteína reguladora, que es represora, si esta unida al operador no hay transcripción, pero se une a la allolactosa si en el medio hay lactosa (se transforma por -galactosidasa), lla proteína unida a la allolactosa ya no se puede unir al operador, por lo que no hay inhibición de la transcripción y se produce la transcripción de los 3 genes estructurales. Dan lugar a 3 enzimas necesarias para metabolizar la lactosa, que son la -galactosidasa, la permeada y la transacetylasa, que hacen que la lactosa se metabolice a glucosa y galactosa.

Siempre hay un nivel basal de transcripción aunque la transcripción no esté activa. Pero con ese nivel basal nunca llegaría a metabolizar la lactosa. En el momento en que halla lactosa en el medio, ese nivel basal hace que se active la ruta de forma más drástica.

La bacteria no sintetiza las enzimas en grandes cantidades si no hay lactosa en el medio. Es un mecanismo de adaptación al medio al cual está viviendo la bacteria.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS

1) Cambios en la estructura de la cromatina: modificación de las histonas (metilación/acetilación de las colas de histonas), remodelación de la cromatina (complejos de remodelación de la cromatina), metilación del DNA (islas CpG). Con la acetilación se lleva un patrón estándar, cuando están desacetiladas las colas de las histonas se suprime la expresión de esos genes. Normalmente asociada al silenciamiento de genes.

La remodelación de la cromatina, se pueden formar complejos de remodelación que influye en la posterior remodelación de esos genes. A nivel de ADN influye la mutilación del ADN, que es añadir grupos metilo. Se metilan las citocinas generalemente, normalmente se metilan las citocinas asociadas a las guaninas cuando aparecen de manera repetitiva. Esos conjuntos de CGCGCG se denominan las islas CpG, estan distribuidas por todo el genoma pero son especialmente abundantes en los promotores de los genes, son importantes para la transcripción. Que se mutilen islas CpG en los promotores influye en la transcripción. La metilación del ADN normalmente asociada al silenciamiento de genes. La inactivación del X adicional de las hembras se produce por metilación.

Epigenética: influencia de factores externos al ADN y que influye a la replicación de esos genes.

Normalmente la desacetilación de histonas va asociada a la metilación del ADN porque ambas silencian genes.

2) Iniciación de la transcripción: proteínas activadoras de la transcripción, represores (silenciadores), intensificadores y aisladores, regulación génica coordinada (secuencias reguladoras comunes). Cuando hablamos de la transcripción, hay proteínas transcriptoras que influyen en la transcripción. Las proteínas activadoras de la transcripción están activadas por un gen regulador.

Los intensificadores, son proteínas reguladoras, curvan la molecula de ADN y aproximan el mediador a la proteína activadora transcripcional, lo que intensifica la transcripción.

También hay silenciadores, intensificadores (intensifica la transcripción de varios genes que estén más adelante, al curvar acerca esas proteínas a muchos promotores y se intensifica.) y aisladores (si entre un promotor y un intensificador hay un aislador, se para la acción del intensificador, y la transcripción de algún gen). Regulación génica coordinada (se regula de la misma manera porque tienen secuencias reguladoras comunes, con una misma proteína reguladora es capaz de activar o reprimir varios genes con secuencias reguladoras comunes.)

3) Procesamiento y degradación del RNA: corte y empalme del RNA alternativos. En la maduración también se influye. Se influye provocando cortes y empalmes del ARN alternativos. Los cortes y empalmes normales para una proteína activa, si no queremos que la proteína este activa se produce un corte y empalme alternativos y esa proteína pierde la función que tenía.

4) RNA de interferencia (silenciamiento del RNA) mediada por microRNA (miRNA) y RNA interferentes pequeños (siRNA) mediante diferentes mecanismos: escisión de mRNA, inhibición de la traducción, silenciamiento de la transcripción y degradación del mRNA. ARN de interferencia. Es una molécula pequeña de ARN, se une a un fragmento de ARN y lo silencia, impide que se traduzca la proteína.

5) Procesos que afectan a la traducción o por la modificación de proteínas.

Etiquetas: Biología Molecular, Ciclo celular, cromosomas, Genética, Regulación de la Expresión Génica