viernes, 3 de septiembre de 2010
Transcripción del ADN
La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza un ARN usando como molde al ADN. Muchos tipos de ARN pueden ser sintetizados asì por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las bacterias y los de las celulas de animales superiores.
Los genes eucariotas son complejos y discontínuos es decir que poseen regiones codificantes (que formarán parte de la proteína) y otros que son no codificantes y se remueven rapidamente antes que el ARN salga al citoplasma a ser traducido. Las regiones codificantes se llaman EXONES y las no codificantes se llaman INTRONES.
La transcripción comienza en el punto 0 (cero) muy cerca del promotor y termina en las bacterias en una secuencia llamada terminadora. La polimerasa al copiar esa región de ADN, se enlentece y se desprende del molde. En algunos casos hay una proteína que ayuda en ese proeceso denominada Rho.
Un esquema del ARN trasncripto de esa región termiandora se pliega en el espacio fromando una horquilla ya que el ARN es de cadema simple
La secuencia de la trasncripción en eucariotas en cambio no se conoce ya que antes está la secuancia de polyadenilación, que se relata más abajo.
Ademas el ARN m sufre modificaciones luego de ser transcrito como la adición del Cap y la cola poly.
El proceso en el cual se eliminan los intrones y empalman los exones se denomina SPLICING. Es un proceso muy importante pues de lo contrario si no ocurriera splicing se transcribiría con errores o informacion que no sirve.
Por su lado los genes eucariotas suelen organizarse como Unidades de Transcripción complejas, es decir que un gen no es tan simple como se creía antes sino que puede poseer más de un sitio para iniciar la transcripción que será reconocido en distintos tejidos segun la proteína específica para ese tejido y/o poseer mas de una señal de polyadenilación o sufrir splicing alternativo. Es decir que en algunos tejidos puede ser eliminado junto a intrones un exón que sin emabrgo es necesario en otros. Por ello se denomina alternativo, puede ser distinto en diferentes tipos celulares.
En cambio en las bacterias (procariotas) los genes se transcriben juntos en un mismo ARNm denominado policistrónico. Esto es porque el genoma es mucho más pequeño y así los genes que codifican proteínas relacionadas en una misma vía metabólica se transcriben todos al mismo tiempo para luego traducirse juntos también.
Los genes eucariotas son complejos y discontínuos es decir que poseen regiones codificantes (que formarán parte de la proteína) y otros que son no codificantes y se remueven rapidamente antes que el ARN salga al citoplasma a ser traducido. Las regiones codificantes se llaman EXONES y las no codificantes se llaman INTRONES.
La transcripción comienza en el punto 0 (cero) muy cerca del promotor y termina en las bacterias en una secuencia llamada terminadora. La polimerasa al copiar esa región de ADN, se enlentece y se desprende del molde. En algunos casos hay una proteína que ayuda en ese proeceso denominada Rho.
Un esquema del ARN trasncripto de esa región termiandora se pliega en el espacio fromando una horquilla ya que el ARN es de cadema simple
La secuencia de la trasncripción en eucariotas en cambio no se conoce ya que antes está la secuancia de polyadenilación, que se relata más abajo.
Ademas el ARN m sufre modificaciones luego de ser transcrito como la adición del Cap y la cola poly.
El proceso en el cual se eliminan los intrones y empalman los exones se denomina SPLICING. Es un proceso muy importante pues de lo contrario si no ocurriera splicing se transcribiría con errores o informacion que no sirve.
Por su lado los genes eucariotas suelen organizarse como Unidades de Transcripción complejas, es decir que un gen no es tan simple como se creía antes sino que puede poseer más de un sitio para iniciar la transcripción que será reconocido en distintos tejidos segun la proteína específica para ese tejido y/o poseer mas de una señal de polyadenilación o sufrir splicing alternativo. Es decir que en algunos tejidos puede ser eliminado junto a intrones un exón que sin emabrgo es necesario en otros. Por ello se denomina alternativo, puede ser distinto en diferentes tipos celulares.
En cambio en las bacterias (procariotas) los genes se transcriben juntos en un mismo ARNm denominado policistrónico. Esto es porque el genoma es mucho más pequeño y así los genes que codifican proteínas relacionadas en una misma vía metabólica se transcriben todos al mismo tiempo para luego traducirse juntos también.
La replicación del ADN
Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. Tres modelos de replicación era plausibles.
1. Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.
2. En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas.
3. La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.
El experimento de Meselson-Stahl consiste en cultivar la bacteria Escherichia coli en un medio que contenga nitrógeno pesado (15Nitrógeno que es mas pesado que el isótopo mas común: el 14Nitrógeno ). La primera generación de bacterias se hizo crecer en un medio que únicamente contenía 15Nitrógeno como fuente de N. La bacteria se transfirió luego a un medio con 14N. Watson y Crick habían pronosticado que la replicación del ADN era semiconservativa, de ser así el ADN extraído de las bacterias luego de cultivarlas por una generación en 14N tendría un peso intermedio entre el ADN extraído del medio con 15N y el del extraído de medio con 14N y así fue.
Los detalles del experimento que incluye un proceso de ultracentrifugación en cloruro de Cesio (CeCl2) puede encontrarse en el Curtis.
La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada generación celular, necesita de muchos "ladrillos", enzimas, y una gran cantidad de energía en forma de ATP (recuerde que luego de la fase S del ciclo celular las células pasan a una fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la división celular). La replicación del ADN en el ser humano a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo, en procariotas a 500/segundo. Los nucleótidos tienen que se armados y estar disponibles en el núcleo conjuntamente con la energía para unirlos.
La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación, requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas.
Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación" . Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas".
Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' to 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada.
Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.
Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. Tres modelos de replicación era plausibles.
1. Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.
2. En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas.
3. La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.
El experimento de Meselson-Stahl consiste en cultivar la bacteria Escherichia coli en un medio que contenga nitrógeno pesado (15Nitrógeno que es mas pesado que el isótopo mas común: el 14Nitrógeno ). La primera generación de bacterias se hizo crecer en un medio que únicamente contenía 15Nitrógeno como fuente de N. La bacteria se transfirió luego a un medio con 14N. Watson y Crick habían pronosticado que la replicación del ADN era semiconservativa, de ser así el ADN extraído de las bacterias luego de cultivarlas por una generación en 14N tendría un peso intermedio entre el ADN extraído del medio con 15N y el del extraído de medio con 14N y así fue.
Los detalles del experimento que incluye un proceso de ultracentrifugación en cloruro de Cesio (CeCl2) puede encontrarse en el Curtis.
La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada generación celular, necesita de muchos "ladrillos", enzimas, y una gran cantidad de energía en forma de ATP (recuerde que luego de la fase S del ciclo celular las células pasan a una fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la división celular). La replicación del ADN en el ser humano a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo, en procariotas a 500/segundo. Los nucleótidos tienen que se armados y estar disponibles en el núcleo conjuntamente con la energía para unirlos.
La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación, requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas.
Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación" . Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas".
Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' to 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada.
Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.
El modelo de Watson y Crick
A fines de Febrero de 1953, Rosalind Franklin, escribió en su cuaderno de notas que la estructura del ADN tenía dos cadenas, ya antes había deducido que que los grupos fosfatos se encontraban en el exterior y que el ADN existe en dos formas.
Watson y Crick eran investigadores teóricos que integraron todos los datos disponibles en su intento de desarrollar un modelo de la estructura del ADN. Los datos que se conocían por ese tiempo eran :
que el ADN era una molécula grande también muy larga y delgada.
los datos de las bases proporcionados por Chargaff (A=T y C=G; purinas/pirimidinas=k para una misma especie).
los datos de la difracción de los rayos-x de Franklin y Wilkins (King's College de Londres).
Los trabajos de Linus Pauling sobre proteínas (forma de hélice mantenida por puentes hidrógeno), quién sugirió para el ADN una estructura semejante.
El ADN es una doble hélice, con las bases dirigidas hacia el centro, perpendiculares al eje de la molécula (como los peldaños de una escalera caracol) y las unidades azúcar-fosfato a lo largo de los lados de la hélice (como las barandas de una escalera caracol). }
Las hebras que la conforman son complementarias (deducción realizada por Watson y Crick a partir de los datos de Chargaff, A se aparea con T y C con G, el apareamiento se mantiene debido a la accion de los puentes de hidrógeno entre ambas bases). Tome nota que una purina con doble anillo siempre se aparea con una pirimidina con un solo anillo en su molécula.
Las purinas son la Adenina (A) y la Guanina (G). Durante este curso hablamos del Adenosin trifosfato (ATP), pero en ese caso el azúcar era la ribosa, mientras que en el ADN se encuentra la desoxirribosa.
Las Pirimidinas son la Citosina (C) y la Timina (T).
Las Pirimidinas son la Citosina (C) y la Timina (T).
Las bases son complementarias, con A en un lado de la molécula únicamente encontramos T del otro lado, lo mismo ocurre con G y C. Si conocemos la secuencia de bases de una de las hebras, conocemos su complementaria.
En cada extremo de una doble hélice lineal de DNA, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas, es decir, tienen una orientación diferente. En el esqueleto azucar -fosfato de del ADN los grupos fosfato se conectan al carbono 3´ de la molécula de desoxirribosa y al carbono 5´ de la siguiente, uniendo azúcares sucesivos. La prima (´) indica la posición del carbono en un azúcar. Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'-P a la
El descubrimiento del ADN
Para comenzar un poco de historia...
Como es bien sabido,el período entre principios de siglo y la Segunda Guerra Mundial (1900 a 1940) ha sido considerado la edad de oro de la genética, los científicos aún no habían determinado que, en el ADN y no en las proteínas, se encontraba el material hereditario, nuestro material genetico. Sin embargo en esa época se realizaron muchos descubrimientos genéticos y se estableció la relación entre genética y evolución.
El ADN fue aislado por Friedrich Miescher en 1869 de esperma de salmón y de pus de heridas abiertas. Dado que la encontró solamente en los núcleos, Miescher denominó a este compuesto nucleína.("Se levantaba en pleno invierno a las 4 y se iba a orillas del Rhin con su ayudante para pescar. Luego, procedía a la extracción de nucleína en un laboratorio abierto a todos los vientos, donde la temperatura rondaba los 2 °C. Una temperatura demasiado elevada habría impedido manipular la nucleína..." ***)
Posteriormente se lo cambió a ácido nucleico y por último a ácido desoxirribonucleico (ADN).
Robert Feulgen, en 1914, describió un método para revelar por tinción el ADN, basado en el colorante fucsina. Se encontró, utilizando este método, la presencia de ADN en el núcleo de todas las células eucariotas (poseen núcleo), específicamente en los cromosomas.
Durante los años 20, el bioquímico P.A. Levene analizó los componentes del ADN. Encontró que contenía cuatro bases nitrogenadas: citosina, timina, adenina, y guanina; el azúcar desoxirribosa; y un grupo fosfato.
Finalmente concluyó:
1. Que la unidad básica (nucleótido) estaba compuesta de una base pegada a un azúcar y que el fosfato también estaba pegado al azúcar y
2. Lamentablemente también concluyó erróneamente que las bases estaban en cantidades iguales y, que un tetranucleótido era la unidad repetitiva de la molécula.
Sin embargo queda su idea de la estructura del nucleótido el cual es realmente la unidad fundamental (monómero) del ácido nucleico (polímero).
Existen cuatro nucleótidos que integran el ADN: uno con citosina (C), uno con guanina (G), uno con adenina (A), y uno con timina (T)
Como es bien sabido,el período entre principios de siglo y la Segunda Guerra Mundial (1900 a 1940) ha sido considerado la edad de oro de la genética, los científicos aún no habían determinado que, en el ADN y no en las proteínas, se encontraba el material hereditario, nuestro material genetico. Sin embargo en esa época se realizaron muchos descubrimientos genéticos y se estableció la relación entre genética y evolución.
El ADN fue aislado por Friedrich Miescher en 1869 de esperma de salmón y de pus de heridas abiertas. Dado que la encontró solamente en los núcleos, Miescher denominó a este compuesto nucleína.("Se levantaba en pleno invierno a las 4 y se iba a orillas del Rhin con su ayudante para pescar. Luego, procedía a la extracción de nucleína en un laboratorio abierto a todos los vientos, donde la temperatura rondaba los 2 °C. Una temperatura demasiado elevada habría impedido manipular la nucleína..." ***)
Posteriormente se lo cambió a ácido nucleico y por último a ácido desoxirribonucleico (ADN).
Robert Feulgen, en 1914, describió un método para revelar por tinción el ADN, basado en el colorante fucsina. Se encontró, utilizando este método, la presencia de ADN en el núcleo de todas las células eucariotas (poseen núcleo), específicamente en los cromosomas.
Durante los años 20, el bioquímico P.A. Levene analizó los componentes del ADN. Encontró que contenía cuatro bases nitrogenadas: citosina, timina, adenina, y guanina; el azúcar desoxirribosa; y un grupo fosfato.
Finalmente concluyó:
1. Que la unidad básica (nucleótido) estaba compuesta de una base pegada a un azúcar y que el fosfato también estaba pegado al azúcar y
2. Lamentablemente también concluyó erróneamente que las bases estaban en cantidades iguales y, que un tetranucleótido era la unidad repetitiva de la molécula.
Sin embargo queda su idea de la estructura del nucleótido el cual es realmente la unidad fundamental (monómero) del ácido nucleico (polímero).
Existen cuatro nucleótidos que integran el ADN: uno con citosina (C), uno con guanina (G), uno con adenina (A), y uno con timina (T)
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