119/07/2015 principios de biologÍa molecular curso de bioquímica general 2015
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121/04/23
PRINCIPIOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR
Curso de Bioquímica General 2015
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221/04/23
TEMAS
•Introducción.•Dogma central Biol. Mol.
•Acidos nucleicos •Estructura
•Replicación•Transcripción•Traducción
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321/04/23
Introducción
Seres vivos
Diversidad
Morfología
Metabolismo
Composición química
Organización celular
Unidad
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421/04/23
Interacción entre los niveles
de complejidad
Individuo
Sistema
Organo
Tejidos
Célula
Moléculas
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521/04/23
Eucariontes y procariontesMembranacelular
Núcleo
Citosol
Paredcelular
PlantasOrganelos ADN
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621/04/23
Principales grupos de organismos
Evolución prebiótica
Origen de la vida yúltimo ancestro común
BacteriaE coli
B. subtilisThermotoga
Borreliaburgdorferi
Bacterias sulfurosasverdes
Flavobacterias
ArqueobacteriaSulfolobulus
Thermococcus
Methanobacterium
Halococcus
HalobacteriumMethanococcusjannaschii
Diplomonads
Euglena
FungiPlantasEucariontesAnimales
Ciliados
Microsporidia
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721/04/23
Moléculas y macromoléculas
•Acidos nucleicos (ADN y ARN)
•Polipéptidos (proteínas)
•Lípidos (grasas)
•Carbohidratos (azúcares)
•Agua
•Iones
•Oxígeno
•Carbono
•Compuestos nitrogenados
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821/04/23
Evolución
Variación al azar de las características de los organismos
y selección de los más aptos
CaracterísticasVariación
Codificación
Variación
Lectura e interpretación
Blancos de acción
Heredable
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921/04/23
Dogma central de la Biología Molecular
ADN
Replicación
Retrotranscripción
ARNm
Transcripción
Polipéptido
Traducción
Regulación
ADN ARNm Polip
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1021/04/23
Estructura de los ácidos nucleicos
CH
CH
HC
NH
HC
N
12
34
5
6 Pirimidinas
C
C
HC
N
HC
N
N
CH
NH
1
23
4
56 7
8
9Purinas
HOH
O
H
HHH
CH2HO P
OH
O
O
Base
1’
3’ 2’
4’
5’
Desoxirribonucleótidos (ADN)
O
OHOH
H
HHH
CH2HO P
OH
O
O
Base
1’
3’ 2’
4’
5’
Ribonucleótidos (ARN)
ADN ARNm Polip
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1121/04/23
Nucleótidos
Pirimidinas
Purinas
C
C
HC
N
HC
NN
CH
N
1
23
4
56 7
8
9
HOH
O
HHHH
CH2HO P
OH
O
O1’
3’ 2’
4’
5’
Desoxirribonucleótidos (ADN) Ribonucleótidos (ARN)
CH
CH
HC
N
HC
N
12
34
5
6
HOH
O
HHHH
CH2HO P
OH
O
O1’
3’ 2’
4’
5’
C
C
HC
N
HC
NN
CH
N
1
23
4
56 7
8
9
OHOH
O
HHHH
CH2HO P
OH
O
O1’
3’ 2’
4’
5’
CH
CH
HC
N
HC
N
12
34
5
6
OHOH
O
HHHH
CH2HO P
OH
O
O1’
3’ 2’
4’
5’
FosfatoAzúcarPentosa
Basenitrogenada
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1221/04/23
PirimidinasPurinas
C
C
C
N
HC
N
N
CH
N
1
23
4
56 7
8
9
NH2
H
C
CH
C
N
HC
HN
12
34
5
6
H
O
CH3
O
H
CH
CH
C
N
C
HN
12
34
5
6
O
O
C
C
N
C
HN
N
CH
N
1
23
4
56 7
8
9
O
H
H2N
CH
CH
C
N
HC
N
12
34
5
6
H
NH2
Adenina (A)
Guanina (G)
Uralicio (U)
Timina (T)
Citocina (C)
ADN
ARN
Ambos
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1321/04/23
Bases nitrogenadas
ADN ARN
Adenina (A)
Guanina (G)
Uralicio (U)Timina (T)
Citocina (C)
Adenina (A)
Guanina (G)
Citocina (C)
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1421/04/23
ADN
HO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
C
HO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
A
HO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
G
HOH
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
T
5’
3’
P
C A G T G C C
OH
3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’
5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’
5’ C-A-G-T-G-C-C 3’
5’ 3’
5’ 3’
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1521/04/23
Estructura de la doble hélice
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1621/04/23
Estructuras alternas
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1721/04/23
Replicación
ADN
Replicación
ARNm Polipéptido
ADN polimerasa
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1821/04/23
ReplicaciónAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGAI 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’
5’
3’
3’
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA5’ 3’
AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT 5’3’
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA5’ 3’
AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT 5’3’
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
UCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA5’ 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
ADN
Separación de las cadenas
ReplicaciónADN ARNm Polip
Templado 1
Templado 2
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1921/04/23
Sitios de origen de la replicación
Genoma circular1 sitio origen
de la replicación
Genoma linealvarios sitios origen
de la replicación
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2021/04/23
Transcripción
ADN ARNm
Transcripción
Polipéptido
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2121/04/23
TranscripciónAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGAI 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’
5’
3’
3’
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA5’ 3’
AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT 5’3’
TCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGATTCGAATCGGA5’ 3’
AGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCTAAGCTTAGCCT 5’3’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
ADN
Separación de las cadenas
TranscripciónADN ARNm Polip
Cadena codificante
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2221/04/23
Inicio de la transcripción en bacterias
Dirección de la transcripción
Solo hay 1 ARN polimerasa bacteriana para la transcripción de tARN, rARN y mARN y Factores sigmas alternativos
“downstream”“upstream”
Números - Números +
+1
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2321/04/23
Promotor
+1-10-35 a
TATAATTTGACAT
ARNpolimerasa
Represor
Secuencias consenso
Receptor AMPc
Operador
•Activadores•Represores
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2421/04/23
Regulación inicio de la transcripción
Secuencia efecto en cis
Efecto en trans
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2521/04/23
Operón
PolicistronesTranscripción y traducción
puede ser simultánea
Policistrón
Polipéptido A
Polipéptido B
Polipéptido C
Polipéptido D
Polipéptido E
Polipéptido F
Operon.- unidad de transcripción que contiene varios genes
mRNA
Ribosomas
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2621/04/23
Regulación inicio de la transcripción
Secuencia efecto en cis
Regulón.- operones regulados de manera coordinada
Efecto en trans
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2721/04/23
Eucariontes
ARN polimerasa I
ARN polimerasa II
ARN polimerasa III
Pre ARNr
Pre ARNm y sn ARN
ARNt, 5s ARN, sARN
Multiméricas, más complejas que las procariontes
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2821/04/23
Promotor
+1 puede variar20 a 200 bp-25 ó -35-100 a 200
TATA boxElementos proximales
IniciadorSecuencia muy variable
Enhancers•Upstream•Downstream•En intrones•DS ultimo exon
-Kb
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2921/04/23
Activadores y represores
•Activadores•Represores
Dominio de unión al ADN
Dominio activo
Motivos estructurales
•Homeodominio•Dedos de zinc•Zipper de leucina•Hélice vuelta hélice
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3021/04/23
Enhanceosoma
+1 puede variar20 a 200 bp-25 ó -35-100 a 200
TATA boxElementos proximales
IniciadorSecuencia muy variable
Enhancers•Upstream•Downstream•En intrones•DS ultimo exon
-Kb
Se forma en la región del enhancer, y son complejosnucleoproteicos, que se forman de la unión cooperativa de Factores de transcripción
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3121/04/23
Traducción
ADN ARNm Polipéptido
Traducción
ARN mARN tRibosomas
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3221/04/23
RNA
OHO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
C
OHO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
A
OHO
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
G
OHOH
O
HHHH
CH2
O P
O
OO
1’
3’ 2’
4’
5’
U
5’
3’
P
C A G U G C C
OH
3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’
5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’
5’ C-A-G-U-G-C-C 3’
ADN ARNm Polip
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Taller de Introducción a la Bioinformática
3321/04/23
Estructuras 2ias y 3ias
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3421/04/23
Codon
AUG UGU UUA CGA AUU UGA5’ 3’ mRNA
Met Cys Leu Arg Ile Polipéptido
5’-AUGUGUUUACGAAUUUGA-3’ ADN ARNm Polip
1a 2a 3a 64 codones20 aa
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Taller de Introducción a la Bioinformática
3521/04/23
Código genéticoPrimera Posición
(5’) Segunda posición
Tercera Posición
(3’)
Leu Pro His ArgLeu Pro His Arg
Leu Pro Gln ArgLeu (Met) Pro Gln ArgIle Thr Asn SerIle Thr Asn Ser
Ile Thr Lys ArgMet (Start) Thr Lys ArgVal Ala Asp GlyVal Ala Asp Gly
Val Ala Glu GlyVal (Met) Ala Glu Gly
Phe Ser Tyr CysPhe Ser Tyr Cys
Leu Ser Stop (och) StopLeu Ser Stop (amb) Trp
U C A G
U
C
A
G
UC
AGUC
AGUC
AGUC
AG
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3621/04/23
Cambio en el significado de codones
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
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3721/04/23
Cambio de marco de lectura
GCU UGU UUA CGA AUU
Ala Cys Leu Arg Ile
UGA5’ 3’ mRNA
Polipéptido
5’ 3’CUU GUU UAC GAA UUU- - G GA - mRNA
PolipéptidoLeu Val Tyr Glu Phe - - -
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 31 2 3
1 2 3
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Estructura tRNA
I G C
C
AC Tallo aceptor
Asa TCG
Asa variableAsa anticodón
Asa D
Anticodón
Codón
C C G 5’
5’3’
Aminoácido
3’
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Estructura de Ribosomas
23S(2900 bases)
rRNA
5S(120 bases)
Proteínas(31)
Proteínas(21)
16S(1500 bases)
28S:5.8S(4800+160 bases)
5S(120 bases)
28S
5.8S
18S(1900 bases)
Euc
ario
ntes
Pro
cari
onte
s
Proteínas(50)
Proteínas(33)
50S
30S
60S
40S
70S
80S
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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
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RNAs mensajerosPolicistrones Transcripción y
traducción puede ser simultáneaMonocistrones Transcripción y
traducción separadas
ADN
RNA polimerasa
ARNm
Polipéptido
Ribosomas
Procesam
iento
Cap PoliA
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Operón
PolicistronesTranscripción y traducción
puede ser simultánea
Policistrón
Polipéptido A
Polipéptido B
Polipéptido C
Polipéptido D
Polipéptido E
Polipéptido F
Operon.- unidad de transcripción que contiene varios genes
mRNA
Ribosomas
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Procariontes Eucariontes
ADN codificante > no codificante ADN codificante < no codificante
Operon, policistrones Sencillos, monocistrones,Intrones-exones
Intrones-exones- Transcritos simples- Complejos
-Splicing alternativo-Sitio PoliA alternativos-Exon skipping
ADN circular, 1 ORI ADN lineal, varios ORI
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Cantidad ADN y “complejidad”
ORGANISMO pico gramos ADNconjunto cromosomas haploide
Levadura 0.015Mosca de la fruta 0.15Pollo 1.3Humano 3.2Trigo 7.0Frijol 14.6Cebolla 16.8
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ADN
ADN
Regiones reguladoras
RegionesEstructurales
?
Función ?
ADNmóvil
Genes
Regionescodificantes
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Clasificación ADN IIGenes que codifican para polipéptidos
Genes únicosGenes duplicados y genes que con divergencia(Familias genes funcionales y pseudogenes)
Genes repetidos en TandemARNr, ARNr, ARNt, histonas
ADN repetitivoADN de secuencia simpleADN moderadamente repetitivo (ADN móvil)
TransposonesRetrotransposones viralesLINES (retrotransposones no virales)SINES (retrotransposones no virales)
ADN espaciador
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Genoma de organelos
Mitocondrias y cloroplastos
•Circulares•Mayoría es codificante•Algunos cambios en el código genético•Productos no se exportan al citoplasma•Algunas características similares a procariontes•Posible origen como endosimbiontes
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Métodos en Biología Molecular
•Electroforesis•Clonación•Vectores
•Enzimas de restricción•Transformación•Síntesis de oligos•cADN•Hibridación•EST•Secuenciación•PCR
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Biología molecular
-Biología molecular-Bioquímica-Genética-Biología celular-Biología del desarrollo
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR
óBIOLOGIA MOLECULAR
DE LA CELULA
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5021/04/23
PRINCIPIOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR
Curso de Bioquímica General 2015
FINFIN