Primer parcial conceptos previos



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Tipos de ARN

  • ARNm (mensajero): Transporta información desde el ADN a los ribosomas, donde sirve como molde para la síntesis de proteínas. Son transcritos por una enzima (ARN polimerasa) que cataliza la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN.

  • ARNt (transferencia): Funciona como una molécula adaptadora que alinea los aminoácidos a lo largo del molde de ARNm. Asegura la ubicación de cada aminoácido en el sitio correspondiente. En cada célula existen distintas especies de ARNt, específicos para cada uno de los aminoácidos. El anticodón es el responsable de la función de adaptador y de la especificidad.

  • ARNr (ribosomal): Junto a las proteínas son los componentes de los ribosomas, que luego intervendrán en la síntesis de proteínas.

  • ARN polimerasa: Son un conjunto de proteínas con carácter enzimático capas de formar los ribonucleótidos para sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN molde.

Membrana celular

Es una bicapa lipídica de fosfolípidos, glicolípidos y colesterol. No es rígida sino que es más bien como un mosaico fluido. Esto es debido a que los lípidos tienen libertad para moverse sobre una misma cara. Está formada principalmente por:



  • Fosfogliceridos: Toman como base al glicerol. Poseen una cadena saturada y una insaturada, lo que les permite una menor rigidez, debido a que hay menos fuerzas de van der Waals involucradas.

  • Colesterol: Garantiza mayor impermeabilidad de la membrana. Evita que los lípidos cristalicen, dando fluidez en, por ejemplo, condiciones de baja temperatura.

  • Esfingolipidos: Toman como base la esfingocina.

  • Glicolípidos: Son derivados de la esfingocina (animales) o del glicerol (vegetales). Apuntan a la cara opuesta al citosol. Son receptores y participan en la adhesión celular. Un tipo de estos son los gangliosidos, los cuales tienen una carga neta negativa, brindando ciertas propiedades eléctricas.

La membrana celular tiene una distribución asimétrica. Los traslocadores de fosfolípidos generan y mantienen la distribución asimétrica. Estas propiedades permiten la detección y conversión de señales externas. Un ejemplo es la translocación de fosfatildiserina, ya que en una célula viva esta se encuentra solo del lado citosólico de la membrana.

Debido a la diferencia de carga entre el interior de la membrana (negativa) y el exterior (positiva) los iones no pueden simplemente pasar por la membrana. Esto si lo pueden hacer moléculas hidrofóbicas y, en menor medida, pequeñas y grandes moléculas polares sin carga. Para que puedan ingresar iones se usan transportadores o canales especializados.



Proteínas de membrana

Existen proteínas asociadas a la membrana. Las proteínas integrales de membrana están embebidas directamente dentro de la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas de membrana no están insertadas en la bicapa lipídica pero están asociadas con la membrana indirectamente, generalmente a través de interacciones con las proteínas integrales de membrana. Algunas proteínas atraviesan la bicapa una o más veces y otras están ancladas en la membrana a través de lípidos que están ligados de forma covalente a la cadena polipeptidica.



Transporte trans – membrana

Sirve para transportar elementos que no pueden simplemente pasar la membrana. Para que cualquier soluto pase por la membrana se debe deshidratar, debido a que el interior es hidrofóbico. La difusión simple se da espontáneamente. Los canales proteicos se abren o cierran permitiendo el paso diferenciado. El transporte pasivo se da por gradiente, no conlleva gasto de energía. El transporte activo, en cambio, requiere energía ya que se produce contragradiente.

Cuando un solo elemento atraviesa un canal proteico se denomina uniporte. Cuando son dos a la vez se llama coporte. Además, si se desplazan en un mismo sentido es un simporte. Caso contrario, antiporte.

Las acuaporinas dejan pasar las moléculas de agua ordenadas en fila. Son impermeables a los iones. El poro es muy delgado y presenta, de un lado oxígenos carboxílicos y del otro aminoácidos hidrofóbicos.

La bomba sodio – potasio es una proteína electrogénica, contribuye al potencial de la membrana. Cambia su conformación luego de fosforilarse. Ingresa dos iones potasio y libera tres iones sodio.

Los canales iónicos son selectivos para iones y se pueden desensibilizar. Se abren o cierran en respuesta a reacciones químicas (cambios en ligandos o voltaje). Pueden censar el voltaje y cambian la posición de las hélices que tienen según la carga presente para abrir o cerrar el paso. La ventaja de los canales de transporte es que no se saturan.



Citoesqueleto

Es una compleja red de filamentos proteicos que se extiende por el citoplasma. Involucrado en la forma y el movimiento coordinado de una célula. Está involucrado también en el rearreglo de los componentes internos de la célula. Es una estructura muy dinámica compuesta por:



  • Microtúbulos (de tubulina): Posición de organelas y transporte intracelular directo. Se agrupan en tubos huecos y poseen polaridad estructural. El extremo positivo es capaz de crecer a gran velocidad mientras que el negativo es capaz de despolimerizarse si no está estabilizado. Se pueden estabilizar mediante proteínas especiales pero se pierde dinamismo. Todos surgen a partir del centro organizador de microtúbulos. El centrosoma contiene dos centriolos ubicados perpendicularmente y es único por célula. Las organelas viajan a través de la célula unidas a microtúbulos.

  • Filamentos de actina: Forma celular y movimiento (son los de menor rigidez). Forman redes por presencia de proteínas accesorias. Tienen un extremo positivo y uno negativo. Se observa que el extremo positivo crece más rápido que el negativo y además se desensambla más rápido. Mientras que las subunidades se van uniendo el ATP pasa a ADP. Si se unen muy lento pero el ATP pasa rápidamente a ADP, el polímero se desarma. Estos componentes se centran en el cortex, redes debajo de la membrana plasmática.

  • Filamentos intermedios: Otorgan fuerza mecánica, solo están presentes en células animales ya que en las vegetales la pared celular cumple esta función. Participan de las uniones intercelulares. Forman la lámina nuclear que se encuentra por debajo de la membrana nuclear. Tienen un dominio a modo de varilla que se enrosca entre si formando dímeros y estos a su vez formando tetrámeros.

  • Proteínas accesorias: Controlan y regulan el ensamblaje y desensamblaje de y entre los filamentos. Respuesta a señales intra y extracelulares.

Las unidades que forman los distintos componentes deben ser pequeñas y solubles, unidas por uniones no covalentes para poder armarse y desarmarse para permitir el movimiento.

Tipos de unión intercelular

  • Uniones estrechas u oclusivas: Red de proteínas que generan adhesión entre células. Generalmente presentes en células de absorción.

  • Uniones de anclaje: Forma uniones adherentes entre los filamentos de actina creando una red transcelular. Los desmosomas sirven como lugares de anclaje para filamentos intermedios. Los hemidesmosomas vinculan la célula con la matriz extracelular.

  • Uniones en hendidura / GAP: Formado por dos hemicanales en posiciones abierta/cerrada. Permite el paso directo de iones.

  • Plasmodesmos: Interconecta células con pared celular.

Reparación del ADN

El ADN es una molécula compleja que es muy susceptible a cambios.

Estos cambios pueden ocurrir por la exposición a la radiación, durante la replicación o de manera espontánea bajo condiciones celulares normales. En el caso de la replicación, ya vimos que la polimerasa tiene una subunidad que se encarga de detectar errores pero hay que considerar que pasa por millones de nucleótidos y hay lugar a error.

Si los errores llevan a un cambio en la secuencia de bases del ADN, y este se replica, se vuelven permanentes y se llaman mutaciones. Hay estudios que demuestran que estas mutaciones están altamente relacionadas a la predisposición a enfermedades como el cáncer. La reparación del ADN son una serie de procesos que se activan para corregir los errores. Gracias a la reparación, menos del 0,02% de los errores terminan en mutaciones. Además, la reparación es posible gracias a la estructura de doble hélice, ya que si una de las cadenas está dañada, la otra sirve como modelo para repararla.


Base Excision Repair

Escisión significa cortar, entonces consiste en cortar una base que no corresponde al ADN. También se aplica cuando falta una base y se encuentra un sitio apirimidínico o apurínico, dependiendo del tipo de base faltante.

Esto puede ocurrir debido a los procesos de desaminación y de depurinación.


  • DEPURINACIÓN: es la ruptura del enlace entre las bases que son purinas y la desoxirribosa/el azúcar. Es decir que le ocurre a la adenina o a la guanina y el resultado es que el nucleótido pierde la base.

  • DESAMINACIÓN: es la pérdida del grupo amino de una base nitrogenada, le puede suceder a la citosina, adenina o guanina. En el caso de la citosina, el resultado es el uracilo. El proceso de reparación empieza con la enzima ADN glicosilasa que es específica para cada tipo de base. Esta enzima se encarga de cortar la unión de la base errónea al backbone del ADN y de removerla, generando un sitio AP. Como no existe una enzima que directamente pueda insertar la base faltante, hay que remover un par de nucleótidos y reemplazarlos primero. La segunda enzima involucrada es la endonucleasa AP, que corta este enlace fosfodiester en el backbone. Luego la enzima ADN polimerasa I se encarga de cortar nucleótidos y al mismo tiempo inserta nuevos, dejando un corte al final. Por último, la enzima ligasa sella el corte faltante y finaliza el proceso de reparación por escisión de base.

Dímero de Timina

Es una lesión muy grave en el ADN producida por la radiación ultravioleta ya que los fotones que chocan contra la doble hélice inducen un enlace covalente entre dos timinas en dos nucleótidos sucesivos. El proceso general encargado de reparar esta lesión es la escisión de nucleótido. Es importante la remoción de los dímeros de timina ya que pueden causar melanoma, es decir cáncer de piel.



Escisión de nucleótido

Se va a describir en E.Coli por simplicidad: El complejo enzimático clave es la ABC-Excinucleasa. Está formada por 3 enzimas diferentes: UvrA, Uvrb, Uvrc. Se asocian dos unidades de UvrA con una de Uvrb, escaneando el ADN hasta encontrar el dímero de timina en la cadena afectada. A continuación las dos unidades de UvrA se van de la zona produciendo un cambio conformacional que deja bien ajustada la UvrB a la cadena. Luego se une UvrC realizando dos cortes alrededor del sitio problemático. Uno 5 enlaces fosfodiester del lado 3 prima de la lesión y otro 8 enlaces para el lado 5 prima. El fragmento resultante de 12 o 13 nucleótidos es eliminado por la Helicasa-UvrD. El hueco es re sintetizado por la ADN-Polimerasa I y sellado por la ADN-Ligasa.



Mismatch

Los apareamientos incorrectos tras la replicación del ADN se corrigen siempre de acuerdo a la información contenida en la cadena molde. Por eso el sistema tiene que saber distinguir la cadena molde (vieja) de la recién sintetizada. Esto se logra marcando el ADN molde con grupos metilo.



Regulación de la expresión genética

Switches genéticos

Interacciones proteína – ADN. Los factores de transcripción son proteínas regulatorias con motivos de unión a ADN. Las secuencias regulatorias son secuencias nucleotidas especificas reconocidas por los factores de transcripción.

La unión proteína – ADN se da por complementariedad extensiva entre las características químicas en la interface proteína – ADN.

Regulación en procariontes

Regulada principalmente a nivel transcripcional. Está regulada en respuesta a señales, en su gran mayoría ambientales. Todo el genoma procariota es codificante y los genes se organizan en operones (arreglo adyacente de genes que se transcriben a partir de un único promotor).

El operon sirve de elemento regulador de la expresión de genes involucrados en una misma ruta metabólica. Todos los genes se transcriben juntos en una única molécula de ARNm. Los genes en un operon son expresados en conjunto o no son expresados.


  • Regulación negativa (triptofano): El triptofano se une en la proteína que se une al operador del ARN y no le permite la unión a la ARN polimerasa.

  • Regulación negativa y positiva (LAC): Se requiere de una unión con un cap (permite iniciar a la ARN pol) y que el represor esté ausente.

Regulación en eucariontes

  • Control transcripcional: Control de cuanto y cuando se transcribe.

  • Control de procesamiento de ARNm: Colocarle o no el capuchón, splicing, cola de poli A.

  • Control traduccional: Cual ARNm es exportado y cual no.

  • Control postraduccional.

Promotores, enhancers, silencers. A pesar de tener el mismo genoma las proteínas reguladoras varían.

Organización del genoma

Funciones del núcleo

Almacena y protege la información genética contenida en el ADN. Convierte la información del ADN en ARN. En bacterias el ADN es circular mientras que en eucariotas es lineal. Además dirige la actividad celular a través de proteínas.



Cromatina en eucariontes

Eucromatina: genes en activa transcripción (10%) y genes que no se transcriben.

Cromatina densa: inactiva.

Cariotipo

Representación gráfica de los cromosomas presentes en una sola célula somática



Empaquetamiento de ADN

  • Primer nivel: Fibras de ADN asociadas a histonas. Se llama fibra de cromatina.

  • Segundo nivel: Enrollamiento sobre si misma de la fibra de cromatina.

  • Tercer nivel: La fibra forma bucles estabilizados por un andamio proteico.

Telómeros

Se componen de repeticiones en tándem de secuencias simples de ADN. Son los extremos de los cromosomas. Su función principal es la estabilidad estructural de los cromosomas en las células eucariotas, la división celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares.

Son replicados por la acción de una única enzima llamada telomerasa, que es capaz de mantener a los telómeros catalizando de su síntesis en ausencia de una hebra molde de ADN. La telomerasa es una transcriptasa inversa, sintetiza ADN a partir de un molde de ARN. Esta porta su propio molde de ARN.

Replicación del ADN

El ADN actúa de molde para la replicación y la transmisión de la información genética: cada una de las cadenas es complementaria de la otra.

La replicación del ADN es semiconservadora. Cada cadena actúa de molde para la síntesis de una nueva cadena. El resultado son dos moléculas de ADN nuevas, cada una con una cadena nueva y otra vieja.

La replicación empieza en un lugar de origen y normalmente avanza en forma bidireccional. Los lazos de replicación siempre se inician en un punto único denominado origen. La replicación es normalmente bidireccional. En las moléculas de ADN circular, las dos horquillas de replicación (extremos del lazo) vuelven a encontrarse en un punto del círculo, en el lado opuesto al origen.

La síntesis del ADN progresa en dirección 5´ 3´ y es semi-discontinua. Una de las cadenas es sintetizada de modo continuo y la otra de modo discontinuo. La hebra conductora es aquella cuya síntesis en dirección 5´ 3´ transcurre en la misma dirección que el movimiento de la horquilla de replicación. La hebra rezagada es aquella cuya síntesis en dirección 5´ 3´ transcurre en dirección opuesta a la dirección del movimiento de la horquilla. Esta se sintetiza en forma de trazos cortos, denominados fragmentos de Okazaki.

Hay dos requerimientos básicos para la polimerización del ADN.

1. Todas las ADN polimerasas (I, II y III) requieren de un molde.

2. Las polimerasas requieren de un cebador. Esto es, un segmento de cadena (complementario del molde) con un grupo 3´hidroxilo libre al cual pueden añadirse nucleótidos. El extremo 3´del cebador se denomina extremo terminal de cebador.

La replicación en E. Coli necesita polimerasas enzimas y proteínas. El conjunto completo se denomina replisoma. El acceso a las cadenas de ADN que tienen que actuar de molde requiere de la separación de las dos cadenas parentales. Esta tarea corre a cargo generalmente de enzimas denominadas helicasas, que se mueven a lo largo del ADN y separan las cadenas utilizando la energía química del ATP. Esta separación crea una tensión en la estructura helicoidal que es relajada por acción de las topoisomerasas. Las cadenas separadas son estabilizadas por proteínas de unión al ADN. Los cebadores (segmentos cortos de ARN sintetizados por enzimas denominadas primasas) tienen que estar unidos al ADN antes que las polimerasas puedan empezar la síntesis. Posteriormente los cebadores de ARN son eliminados y reemplazados por ADN. En E. Coli esta es una de las muchas funciones de la ADN polimerasa I. Después de la eliminación del cebador de ARN y del relleno del hueco con ADN queda una mella en la cadena azúcar fosfato en forma de un enlace fosfodiester roto. Estas mellas son selladas por enzimas que se llaman ADN ligasas.

INICIACION

Es la única fase de la replicación que se sabe que está regulada para que solo tenga lugar una vez en cada ciclo celular. La proteína ADNa reconoce la secuencia origen y abre el dúplex en sitios específicos del origen. La helicasa desenrolla el ADN, muchas moléculas de proteína de unión al ADN de cadena sencilla se unen y estabilizan las hebras separadas, mientras las topoisomerasas liberan la tensión torsional generada por el desenrollamiento del ADN. Por otro lado, conforme las helicasas van avanzando se van generando súper enrollamientos en la doble cadena de ADN por delante de la horquilla y si éstos no fueran eliminados, llegado a un punto el replisoma ya no podría seguir avanzando. Las topoisomerasas son las enzimas encargadas de eliminar los súper enrollamientos cortando una o las dos cadenas de ADN y pasándolas a través de la rotura realizada



ELONGACION

La síntesis de las dos cadenas es muy diferentes. La de la cadena conductora, empieza con la síntesis de un corto cebador de ARN por la primasa en el origen de replicación. Este es sintetizado en dirección opuesta a la del movimiento de la helicasa. Los desoxiribonucleotidos son añadidos a este cebador por un complejo de ADN polimerasa III unida a la helicasa anclada en la hebra de ADN opuesta. Seguidamente la síntesis de la hebra conductora transcurre de manera continua, al mismo ritmo que el desenrollamiento de ADN en la horquilla de replicación.

La síntesis de la hebra rezagada se realiza a trozos de corta longitud llamados fragmentos de Okazaki. Primero la primasa sintetiza un cebador de ARN y la polimerasa III se une al cebador de ARN y añade desoxiribonucleotidos. Como ambas hebras son producidas por un único dímero asimétrico de ADN polimerasa III la hebra rezagada debe formar un lazo que aproxima los dos puntos de polimerización. Una vez finalizada la síntesis de un fragmento de Okazaki su cebador de ARN es eliminado y reemplazado con ADN por la ADN polimerasa I y la mella restante es sellada por la ADN ligasa.

Actividad exonucleasa: capacidad de degradar el ADN. Esto les da a las polimerasas función correctora y reparadora (3 a 5 y también 5 a 3).

Actividad polimerasa: síntesis de nuevas cadenas de ADN (5 a 3).

TERMINACION

Finalmente las dos horquillas de replicación del cromosoma circular se encuentran en una región terminal que contiene múltiples copias de una secuencia de 20 pares de bases denominadas Ter. Estas secuencias están dispuestas en el cromosoma para crear una especia de trampa donde una horquilla de replicación puede entrar pero no salir.

La replicación del ADN entre las horquillas de replicación opuestas deja los cromosomas recién completados encadenados, es decir, ligados topológicamente. Los círculos no están unidos covalentemente pero no pueden separarse porque están entrelazados. Una topoisomerasa de tipo II tiene el papel principal en la separación de los cromosomas encadenados, corta transitoriamente las dos hebras de ADN de uno de los cromosomas, permitiendo que el otro cromosoma pase a través de la brecha.

Transcripción en eucariotas

Presentan tres ARN polimerasas. Pol I se encarga de la síntesis de pre ARNr. Pol II se encarga de la síntesis de ARNm y algunos especializados. Pol III lleva a cabo la síntesis de ARNt, ARNr y algunos especializados.

Los eucariontes presentan promotores (tata box), enhancers, proteínas activadoras y mediadores.

Maduración del transcripto primario


  • Casquete 5´: Capping. Se adiciona un cap de 7 – metilguanosina. Esta estabiliza el ARN además de alinear los ARNm eucarióticos sobre el ribosoma durante la traducción.

  • Splicing: Existen intrones y exones. Son dos subunidades en las que solo las últimas poseen información útil. Se cortan los intrones dejando solo los exones. Corte y empalme.

  • Cola de poli A: La ARN pol sigue transcribiendo pero copia una secuencia, una región que atrae un complejo enzimático (endonucleasa) que corta la cadena (transcripto primario) y se agrega una secuencia (cola) de adeninas.

Transcriptoma

Todo el ARN que se transcribe en un determinado momento. Solo una pequeña porción de ADN codifica para proteínas y sin embargo gran parte de ADN se transcribe en ARN.



Traducción

Conversión del código de cuatro elementos al código de veinte aminoácidos



  • Codón: secuencia de tres nucleótidos.

  • Código degenerado.

  • Codón stop: donde terminan de sintetizar la proteína.

  • Codón inicio: Metionina (AUG).

ARNt

Molécula adaptadora, se une al codón por un extremo (anticodón) y al aminoácido por el otro extremo (3´). La aminoacil – ARNt sintetasa es la que se encarga de cargar el aminoácido al ARNt. Une ARNt con aminoácidos utilizando energía de ATP. Es un enlace de alta energía.



ARN ribosomal y ribosomas

Dan el lugar para que ocurra la síntesis de proteínas. Tiene un lado mayor y otro menor.



  • Iniciación: El ribosoma se une al extremo 5´de ARNm.

  • Elongación: A medida que el ARNm entra al núcleo del ribosoma. El ARNt lee la secuencia y si el codón es correspondiente con el anticodón se agrega cada aminoácido en la secuencia correcta para formar un polipéptido.

  • Terminación: Se agrega un codón stop y termina la síntesis.


Marco de lectura

Secuencia de ADN comprendido entre el codón de inicio de la traducción y el codón de terminación, descontando los intrones.

Inserciones: Se agregan nucleótidos a la cadena.

Deleciones: Se le quitan nucleótidos a la cadena.


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