Replicación-Transcripción - Traducción 2024-2.pdf

Lol

1. Flujo de la información
genética
Facultad de Medicina
BIOLOGÍA DE LA CÉLULA I
OLGA MARÍA AGUDELO GARCÍA
Departamento de microbiología y parasitología
[email protected]

3. Bibliografía recomendada
1.Curtis H.Barnes N. Biología
2.BaesZarate C, Ortuño D. Biología molecular: fundamentos y
aplicaciones
3.Albers B, Bray D, Johnson A, Lewis J. Introducción a la biología celular
4.LodishH, BerkA. Biología celular y molecular
5.Gómez J, Gonzales A. Biología molecular principios y aplicaciones
6.Karp G.Biología celular y molecular: conceptos y experimentos
7.Cooper G. La célula
8.SpinelG.Biología molecular de la célula eucariótica animal

4. Niveles de organización de la cromatina:
✓MoléculasdeDNAdesnudoenrolladosalrededordelashistonasparaformarnucleosomas,querepresentanelnivel
másbajodeorganizacióndelacromatina.
✓Losnucleosomasseorganizanenfibrasde30nm,queasuvezseorganizanendominiosdeasas.Cuandolascélulasse
preparanparalamitosis,lasasassecompactanaúnmásyformanloscromosomasmitóticos

5. Dogma central de la biología
celular y molecular

6. Ciclo celular y Replicación de ADN

7. Silopiensasbien,cadacélulacontienetodoelADNquenecesitaparafabricarlasdemáscélulas.De
hechoempezamossiendounasolacélulayterminamosconbillonesdecélulas.Yduranteeseproceso
dedivisióncelular,todalainformacióndeunacélulatienequesercopiada;ytienequesercopiadoala
perfección.Portanto,elADNesunamoléculaquepuedeserreplicadaparahacercopiascasi
perfectasdesímisma.Yesoessorprendenteteniendoencuentaquehaycasitresmilmillonesde
paresdebasesdeADNparasercopiadas.LareplicacióndelADNutilizapolimerasas,quesonmoléculas
dedicadasespecíficamentesóloacopiarADN.ReplicartodoelADNdeunasolacélulahumanalleva
variashoras,yalfinaldeesteproceso,unavezqueelADNsehareplicado,enrealidadlacélulatieneel
dobledelacantidaddeADNquenecesita.Entonceslacélulasepuededividirydepositarlamitadde
esteADNenlacélulahija,demaneraquelacélulahijaylaoriginalseanenmuchoscasos
absolutamenteidénticasgenéticamente.
Lawrence C. Brody, Ph.D.
Replicación
de ADN

9. Replicación
Sintetizar ADN en el núcleo de la célula
a partir de una cadena molde de ADN
Dos cadenas
Líder
Retrasada
Se replica de
forma continúa
Fragmentos cortos de ADN producidos por
replicación discontinua y se denominan
fragmentos de Okazaki
Enzimas
ADN
Polimerasa
Polimeriza
ADN y
repara las
cadenas
nuevas
Primasa
Síntesis
de
cebador
Topoisomerasa
Separa la
doble
cadena
Helicasa
Corta
puentes de
hidrógeno
Ligasa
Une
fragmentos de
Okazaki y
forma puentes
de H+

11. El crecimiento de la cadena se produce
en dirección 5' → 3', ya que se requiere
de un grupo 3'-OH libre para el inicio de
la síntesis puesto que este es el que
realiza el ataque nucleofílico sobre el
fosfato α del dNTP
5´ 5´
3´
3´
5´
3´
5´
3´

12. ➢Lasdoscadenasdeladoblehélicesemantienenjuntaspormediodepuentesdehidrógeno
entrelasbases.Demaneraindividual,talespuentessondébilesypuedenrompersecon
facilidad
➢WatsonyCricksupusieronquelareplicaciónocurríaporseparacióngradualdelascadenas
deladoblehélice,algomuysemejantealaseparacióndelasdosmitadesdeunacremallera
➢Comolasdoscadenassoncomplementarias,cadacadenacontienelainformación
requeridaparalaconstruccióndelaotracadena
➢Unavezquelascadenasseseparan,cadaunapuedeactuarcomoplantillaparadirigirla
síntesisdelacadenacomplementariayrestaurarelestadodedoblecadena

14. El dogma central de la biología molecular
Transcripción
(= idioma)
Traducción
( ≠ idioma)

15. Constituye el primer paso en la expresión de los genes, y
mediante esta ruta se sintetizan todos los tipos de ARN que
existen en la célula.
La información del ADN se convierte en información escrita
en una secuencia de ribonucleótidos cuyas bases son
complementarias a las del ADN.
El proceso se limita a una porción de ADN, se dice que es un
proceso selectivo, ya que ha de reconocerse un punto de
inicio y uno de terminación en la molécula de ADN.

16. ARN-polimerasasenorganismoseucariotas
ARN-polimerasasI,IIyIII(enfuncióndelordenenelqueeluyencuandosecromatografíaunextractonuclearen
columnadeintercambioiónico).Lastressetranscribendesdedistintosgenes,transcribendistintostiposde
genes,selocalizanendiferentescompartimentos,sonsusceptiblesadistintosinhibidores.
LaARN-polimerasaIselocalizaenelnucléoloporserdondesetranscribenactivamentelosARNr.Esmuy
abundanteyeslamásactiva.Lacromatinaquetranscribeestátotalmentedesprovistadenucleosomaspara
permitirlatranscripciónrápidaycontinuadeestosgenes.
LaARN-polimerasa IItranscribe todos los genes que se traducen (ARNm), por lo que se considera lamás
representativay es a la que se suele aludir cuando no se especifica el tipo de polimerasa.
La ARN polimerasa III transcribe los precursores de los ARNt, los ARN nucleares y citoplásmicosde pequeño
tamaño y los genes para el ARN 5S que forma parte de la subunidad grande de los ribosomas
ARN Funcionales
•ARN ribosómico, ARN transferentes, ARNnp
(procesamiento de los transcritos en el núcleo) y
los ARNcp(trasporte de los polipéptidos en
eucarióticas)
ARN ”informativos”
•En bacterias el transcrito primario = a ARNm
maduro que se traduce a proteínas. En
eucariontes, el ARN recién transcrito se denomina
ARN heterogéneo nuclear (preARNm) luego de
modificaciones pasa a ARNm

17. Características de la transcripción
Complementaridad
Las moléculas híbridas
ADN-ARN
Se pueden distinguir
mediante centrifugación
ya que presentan una
densidad diferente a la
de las dobles hélices
ADN-ADN.
Dirección
ARN polimerasas
sintetiza ARN siempre
5'P→3'OH (= ADN
polimerasa)
El ARN producto de la
transcripción crece
solamente en esta
dirección
Asimetría de la
transcripción
Solamente se transcribe
para cada gen una de las
dos hélices de ADN, la
hélice que se toma como
molde se denomina
hélice codificadora y la
otra hélice se denomina
hélice estabilizadora

18. ¿Cómo sucede la transcripción?
Iniciación:laARNpolimerasaseuneaunasecuenciade
ADNllamadapromotor,queseencuentraaliniciodeun
gen.Unavezunida,laARNpolimerasaseparalascadenas
deADNparaproporcionarelmoldedecadenasencilla
necesarioparalatranscripción.
Elongación: una cadena de ADN, lacadena molde, actúa
como plantilla para la ARN polimerasa. Al "leer" este
molde, una base a la vez, la polimerasa produce una
molécula de ARNa partir de nucleótidos complementarios
y forma una cadena que crece de 5' a 3'.
Terminación: las secuencias llamadasterminadoresindican
que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez
transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea
liberado de la ARN polimerasa.

19. Iniciación
1.ElprimerpasoenlasíntesisdeunRNAesla
vinculacióndelapolimerasaconelDNA
plantilla.
2.ElsitiodelamoléculadeDNAdondeseunela
RNApolimerasaantesdeiniciarla
transcripciónsellamapromotor.
3.LasRNApolimerasascelularesnosoncapaces
dereconocerlospromotoresporsímismasy
requierenlaayudadeproteínasadicionales
conocidascomofactorestranscripcionales.
Ademásdesuministrarunsitiodeenlacepara
lapolimerasa,elpromotorcontienela
informaciónquedeterminacuáldelasdos
cadenasdeDNAsetranscribeyelsitiodonde
seinicialatranscripción.

20. Enhancer-"potenciador“ o
amplificador:
✓Corta región del ADN eucariota que puede
unirse con factores de transcripción para
aumentar los niveles de transcripción de
genes en un grupo de genes.
✓Un enhancerno tiene por qué estar
localizado cerca de los genes sobre los que
actúa, ni siquiera en el mismo cromosoma.
✓La estructura del complejo de cromatina
del ADN está plegada de un modo que,
aunque el ADN esté lejos de los genes en
los nucleótidos, geométricamente está
próximo al promotor y al gen. Esto le
permite interactuar con los factores de
transcripción y con la polimerasa II.

22. Factores proteicos de transcripción
La mayoría de las secuencias promotoras se encuentran antes (o "aguas arriba") de la primera
base transcrita, aunque algunos promotores de la ARN Pol III se localizan después de la
primera base transcrita ("aguas abajo").
Los FT interaccionan con las ARN polimerasas para iniciar la transcripción, los
promotores de la ARN polII son los que muestran mayor variación en su secuencia, motivo
por el que hay muchos FT diferentes que interaccionan con la ARN polII para iniciar la
transcripción.
1.Factores basales: necesarios para el comienzo de la síntesis de ARN.
2.Factores que actúan aguas arriba: reconocen secuencias consenso cortas
situadas antes del punto de iniciación cuya actividad no está regulada, de
manera que se unen a cualquier promotor que contenga estas secuencias.
3.Factores inducibles: reconocen secuencias consenso cortas o elementos de
respuesta situadas antes del punto de iniciación cuya actividad si está regulada.

23. Elongación
La ARNpolcatalizala elongación de
cadena del ARN. Una cadena de ARN
se une por apareamiento de bases a
la cadena de ADN, y para que se
formen correctamente los enlaces de
hidrógeno que determina el siguiente
nucleótido del molde de ADN, el
centro activo de la ARN polimerasa
reconoce a los ribonucleótidos
trifosfatoentrantes. Cuando el
nucleótido entrante forma los enlaces
de hidrógeno idóneos, entonces la
ARNpolcataliza la formación del
enlace fosfodiéster que corresponde.

24. Terminación
AlfinalizarlasíntesisdeARNm,estamoléculayasehaseparadocompletamentedelADN(que
recuperasuformaoriginal)ytambiéndelaARNpol.Laterminaciónestáseñalizadaporla
informacióncontenidaensitiosdelasecuenciadelADNqueseestátranscribiendo,porloquelaARN
polimerasasedetienealtranscribiralgunassecuenciasespecialesdelADN.Estassecuenciassonricas
enguaninaycitosina,situadasenelextremodelosgenes,seguidasdesecuenciasricasenadenina,
formandosecuenciaspalindrómicas,quecuandosetranscribenelARNreciénsintetizadoadoptauna
«estructuraenhorquilla»quedesestabilizaelcomplejoARN-ADN,obligandoasepararsedela
ARNpol,renaturalizándoselaburbujadetranscripción,ygenerandounasecuenciarepetitivade
uraciloalfinaldelacadenadeARNm.

25. LosARNmmuestranciertaspropiedades:
1.Contienensecuenciascontinuasdenucleótidosquecodificanunpolipéptidoespecífico.
2.Seencuentranenelcitoplasma.
3.Seunenalosribosomascuandosetraducen.
4.LamayorpartedelosARNmcontieneunsegmentoimportantequenocodifica
EstructuradelosARNm
ElARNmeucariotatienemodificacionesespecialesensusextremos5'y3'terminalesque
noseencuentrannienlosmensajerosprocariotasnienlosRNAdetransferenciao
ribosómicos:
•Elextremo3'terminaldelmRNAdecasitodoslosorganismoseucariotasposeenuna
secuenciade50a250residuosdeadenosinaqueformanunacoladepoli(A)
•ElExtremo5'tieneunatapao“cap”deguanosinametilada
Porejemplo,cercadel25%decadaARNmdeglobinaconsisteenregionesnocodificantesni
traducidas.Lasporcionesnocodificantesseencuentranenambosextremosterminales5'y3'
delARNmycontienensecuenciasqueejercenfuncionesreguladorasdeimportancia

26. Procesamiento del ARNm
En las células eucariotas, el nuevo ARNmno está aún listo para la traducción. Debe pasar
por procesamiento adicional antes de salir del núcleo. Esto puede incluir división, edición y
poliadenilación. Estos procesos modifican el ARNmen varias formas.
Distribuciones en tamañodel hnRNA y el mRNA
de células L de ratón determinado por
sedimentación en gradiente de densidad.
La línea roja representa el ARNhn que se marca
con suma rapidez, mientras que la línea púrpura
representa el ARNmaislado de polirribosomas
después de un periodo de 4 h de marcaje.
Las abscisas se han convertido de una fracción de
número (indicado por los puntos) al tamaño
molecular por calibración de los gradientes.

27. Los extremos 5' de todos los ARN poseen de manera primaria un trifosfatoderivado del primer trifosfatode
nucleósidoincorporado en el sitio de inicio de la síntesis de ARN.
Extremos 5' y 3'colas de poli(A)
El extremo 5' de un pre-ARNm
naciente se une a una enzima, la
cual remueve al grupo fosfato
terminal y una transferasade
guanililoque adiciona un residuo de
guanina en orientación inversa, por
medio de un enlace 5'-a-5'
Diferentes transferasasde
metilo agregan un grupo
metilo al capuchón de
guanosinaterminal y la
ribosa del nucleótido
colocado en el extremo
del RNA emergente

28. Los extremos 5' de todos los ARN poseen de manera primaria un trifosfatoderivado del primer trifosfatode
nucleósidoincorporado en el sitio de inicio de la síntesis de ARN.
Extremos 5' y 3'colas de poli(A)
En el extremo 3' del pre-ARNm, donde un complejo grande de proteínas se
ensambla.
1.Una endonucleasadivide el transcrito de ARN primario, lo que genera un
nuevo extremo 3' proximal al extremo 3' original.
2.Una polimerasa de poli(A) añade residuos de adenosina al extremo 3' sin
intervención de una plantilla de DNA.
Un ARN característico de mamífero contiene 200 a 250 residuos de adenosina en
su cola completa de poli(A)

29. ¿Por qué deberían las células sintetizar grandes moléculas precursoras de las versiones
más pequeñas?
Hastaelañode1977losbiólogosmolecularesasumíanqueunasecuencialinealycontinuadenucleótidosenunARNm
eracomplementariadeunasecuenciacontinuadenucleótidosenunacadenadelDNAdeungen.
PhillipSharpetal.,delMassachusettsInstituteofTechnologyyRichardRoberts,LouiseChowetal.delosColdSpring
HarborLaboratoriesdeNuevaYorkrealizaronunimportantehallazgo.EstosinvestigadoresencontraronquelosARNm
estudiadossetranscribíanapartirdesegmentosdeDNAseparadosunosdeotrosalolargodelaplantilla.

30. Empalmedeintrones
•ElempalmedeARNeselprocesomedianteel
cuallosintrones,regionesdeARNqueno
codificanproteínas,seeliminandelpre-ARNmy
losexonesrestantesseconectanparavolvera
formarunaúnicamoléculacontinua.
•Lareaccióndeempalmeescatalizadaporun
grancomplejodeproteínasllamado
spliceosomaensambladoapartirdeproteínasy
pequeñasmoléculasdeARNnuclearque
reconocenlossitiosdeempalmeenlasecuencia
depre-ARNm.
•Muchospre-ARNmpuedenempalmarsede
múltiplesformasparaproducirdiferentesARNm
madurosquecodificandiferentessecuenciasde
proteínas,esteprocesoseconocecomo
empalmealternativoypermitelaproducciónde
unagranvariedaddeproteínasapartirdeuna
cantidadlimitadadeADN.

31. Traducción
"Traducción" significa literalmente "trasladar
En este caso, lo que se está trasladando es una información
que originalmente estaba en el genoma, consagrado en el
ADN, a continuación, se transcribe a ARN mensajero. Y luego
esa información es traducida del ARN mensajero para una
proteína.
La misma información, pero va de una forma a otra, un código de
ácidos nucleicos a un código de aminoácidos en una proteína

32. Una molécula de ADN no solo es una larga cadena de nucleótidos. En realidad, se divide en
unidades funcionales llamadasgenes. Cada gen proporciona las instrucciones para formar
un producto funcional, o sea, una molécula necesaria para desempeñar un trabajo en la
célula. En muchos casos, el producto funcional es una proteína
El producto funcional de la mayoría de los genes son proteínas, o para ser más exactos,
polipéptidos. El términopolipéptidoes solo una palabra para designar una cadena de
aminoácidos. Aunque muchas proteínas se conforman de un solo polipéptido, algunas
están hechas de varios polipéptidos. Los genes que especifican polipéptidos se conocen
como genescodificantes de proteínas.

34. El ARNrforma parte de los ribosomas. Los ARNr
forman el armazón de los ribosomas y se asocian
a proteínas específicas para formar las pre sub
unidades ribosómicas. Es el material más
predominante en el ribosoma.
Es aquel que transfiere las moléculas de aaa
los ribosomas, para posteriormente
ordenarlos a lo largo de la molécula de
ARNm; estos aase unen por medio de
enlaces peptídicos para formar proteínas
durante el proceso de síntesis de proteínas.

39. Etapas de la síntesis de proteínas: Elongación
Durante la elongación de la cadena, cada aminoácido adicional se agrega a la cadena
polipeptídica naciente
✓Función de la aminoacil-ARNtsintetasa: ARNt→ARNm
✓Formar el enlace peptídico →Peptidiltransferasa
✓Desplazar el ARNmen un codón con respecto al ribosoma →pasar del sitio Aal P

41. Modificaciones pos-traduccionales
Laschaperonassonungrupodeproteínas
queseencuentrantantoenprocariotas
comoeneucariotasdemaneraabundante
yentodosloscompartimentoscelulares,
cuyasfuncionesprincipalesson:favorecer
elplegamientodeproteínassintetizadas
denovo,ayudarenelplegamiento
correctodeproteínasdespuésdeun
procesodedesnaturalizaciónycolaborar
envolveraplegarcorrectamente
proteínasquehansidotranslocadashacia
algúncompartimentocelular

43. Funciones de Proteasoma
✓Degradación de proteínas, después de cumplir su función.
✓Degradación de proteínas anómalas, control de calidad
✓Activación de procesos celulares, mediante degradación de proteínas inhibitorias
criticas, ej: ciclo celular.
✓Metabolismo, ejercicio, músculos requieren aas para convertirlos en glucosa y quemar
energía.
✓Sistema inmune, generando péptidos blancos que sean reconocidos por este. Bazo y
nódulos linfoides = Inmunoproteasoma.
✓Comunicación célula/célula
✓Endocitosis
✓Trascripción
✓Reparación DNA
✓Traducción de señales
✓Apoptosis

45. ¿Cómo una célula adquiere y mantiene una
identidad genética propia?
Esta es una de las preguntas más relevantes dentro de la biología
moderna
El centro de dichas preguntas consiste en conocer el papel que desempeñan los complejos multiproteicos
en conjunto con el DNA, en el núcleo de una célula eucarionte
Dicha regulación genética está mediada a través de interacciones entre secuencias reguladoras
específicas en el DNA y factores transcripcionalesespecíficosde un tejido o de una etapa, en el
desarrollo de un organismo, en el cual debe expresarse un gen.

46. ¿Cuáles elementos básicos de regulación recuerdas?
Promotores: que representan regiones
en el ADN cercanas al sitio de inicio de
la transcripción de un gen
“estimuladores” (enhancers) y
“silenciadores” (silencers): elementos dentro
del ADN que tienen la capacidad de modular
la actividad transcripcional de un gen
En células eucariontes, la transcripción se realiza con base en la actividad de tres
diferentes tipos de polimerasas, las RNA-polimerasas I, II y III. Cada uno de estos
grupos tienen, en su región promotora, al menos dos elementos: los elementos que
constituyen el promotor basal y los elementos moduladores o proximales del promotor
Los elementos basales son necesarios y
suficientes para determinar la especificidad
de una de las RNA-polimerasas, además de
dirigir niveles bajos o basales de
transcripción
Los elementos moduladores
incrementan o reducen los niveles
basales de transcripción de manera
específica

47. ¿Cómola cromatina
pueda compactarse y
descompactarse de
manera regulada, en el
momento apropiado, a
lo largo de la vida de
una célula?
¿Cómo es posible que un gen pueda ser
accesible a la maquinaria transcripcional?
Los cromosomas tienen la
información necesaria
que permite, de manera
regulada, prender o
apagar un gen, controlar
su propia duplicación,
reparación y
empaquetamiento en el
interior del núcleo
La estructura de la
cromatina posee una
organización
regulada de manera
tejido/específica

48. 1.La facilidad con la que proteínas asociadas a cromatina podrían acceder al ADN, las
modificaciones actuarían como señal de reconocimiento para proteínas reguladoras, y
por tanto, las formas modificadas resultaría relevantes para la regulación génica.
2.La generación de combinaciones de modificaciones en un extremo de histona, o en
varios dentro de un nucleosoma.
3.Las estructuras de eucromatina y heterocromatina serán en mayor medida
dependientes de las concentraciones locales de histonas modificadas.
4.La información contenida en estas histonas podría ser heredada por las células hijas
tras la replicación del ADN.
En conclusión, estas modificaciones podrían extender la información potencial del
material genético, almacenándola en la cromatina de forma epigenética.
Se ha postulado una teoría denominada código de histonas: la modificaciones sobre las colas amino-
terminales de las histonas pueden tener consecuencias en cuanto a:

49. La pérdida de pluripotenciade las
células madre embrionarias
durante su diferenciación en tipos
celulares concretos se acompaña
del silenciamiento y la activación
selectivos de subconjuntos
específicos de genes, procesos
mediados en parte por la
metilación y demetilaciónde
ADN.
Imagen modificada de Allis et al., 2007 (Allis, C. D., Jenuwein, T., and Reinberg, D.
(2007). Epigenetics (Cold Spring Harbor, N.Y., Cold Spring Harbor Laboratory
Press).

50. La acetilación, una reacción que se
produce corrientemente en la
célula, neutraliza las cargas positivas
de las histonas, convirtiendo las
aminas en amidas y reduciendo así
la capacidad de las histonas para
unirse al ADN.
Las histonas metiladasson capaces de unirse con
mayor afinidad alADN, impidiendo así el acceso
de la maquinaria transcripcionaly por tanto de
latranscripciónde losgenessituados en la región
regulada.

51. •Replicación del ADN:
https://www.youtube.com/watch?v=9Y2NjVMA0wk&list=PLMELPB73Rk4OFlh-NzH7HTqrC474m2CD6&index=41
•Transcripción:
https://www.youtube.com/watch?v=7z8oviQB0cc&list=PLMELPB73Rk4OFlh-NzH7HTqrC474m2CD6&index=42
•Splicingy splicingAlternativo
https://www.youtube.com/watch?v=y-T2GsSusbg&list=PLMELPB73Rk4OFlh-NzH7HTqrC474m2CD6&index=43
•Traducción
https://www.youtube.com/watch?v=Ox2Z3PPHJyI&list=PLMELPB73Rk4OFlh-NzH7HTqrC474m2CD6&index=22
•Modificaciones después de la traducción:
https://www.youtube.com/watch?v=JnU8-M_j6sA&list=PLMELPB73Rk4OFlh-NzH7HTqrC474m2CD6&index=44
Videos que pueden ser de ayuda para el estudio