BIOLOGIA_I.VELOSO_MODULO_1-4_MEDIO

Colegio Alberto Blest Gana
“Jóvenes emprendedores para el siglo XXI”
Coordinación Académica
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SUBSECTOR DE APRENDIZAJE: BIOLOGIA
NOMBRE MÓDULO DE APRENDIZAJE: INFORMACIÓN GENICA Y PROTEINAS
NIVEL: 4°MEDIO
PROFESORA: IVETTE VELOSO
OBJETIVOS MODULO DE APRENDIZAJE:
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Describir los experimentos clásicos (Friedrich Griffith, Oswald Avery, Hershey y Chase) que revelaron al DNA como la molécula que
contiene la información genética y reflexionar sobre la simpleza de su composición química en comparación con las proteínas.
Explicar las características más elementales y el hecho que el DNA es un polímero de estos nucleótidos (base nitrogenada, azúcar:
desoxirribosa, fosfato) unidos con una orientación bien definida, llamada 3’ –5’.
Describir el modelo de la doble hebra del DNA de Watson y Crick (bases pirimidicas se unen a bases púricas) y su relevancia en la
replicación y transcripción del material genético.
Identifica al nucleótido como la subunidad que se repite y forma al ADN.
Reconoce que cada nucleótido consiste en un grupo fosfato unido a un azúcar de 5 carbonos que a su vez se une a una base
orgánica. El fosfato le da carácter ácido a los nucleótidos. Las bases generalmente se abrevian A, G, C, y T. Por conveniencia, esta
abreviación de una sola letra se usa cuando se escriben las largas secuencias de nucleótidos en el DNA.
Identificar al ARN como el candidato intermediario entre el gen y la proteína, lo que se pudo establecer a través del experimento de
“pulso y caza”.
Explica el dogma central de la biología molecular, que plantea que la información genética contenida en el ADN es transcrita en
forma de ARN y traducida en proteínas.
Explicar el proceso de replicación del ADN, las enzimas que participan en este proceso, así como las hipótesis propuestos sobre
los mecanismos de replicación (Conservativa, Semiconservativa, Dispersa).
Explicar el proceso de transcripción así como las enzimas que participan en dicho proceso.
Código genético. Explicar el proceso de traducción ó síntesis de proteínas así como las enzimas involucradas en dicho proceso.
I. En busca del soporte físico de la herencia
Si bien 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. 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. 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, 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.
El concluyó que la unidad básica (nucleótido) estaba compuesta de una base pegada a un azúcar y que el fosfato también estaba
pegado al azúcar y, 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).
1. Descubrimiento del “Principio de transferencia”
En 1928, un bacteriólogo británico llamado Frederick Griffith intentaba desarrollar una vacuna contra el neumococo, la
bacteria causante de la neumonía.
Este investigador trabajó con dos cepas para este propósito: una de las cepas forma colonias lisas y cada bacteria está
encapsulada por una cubierta de naturaleza glucosídica. La otra cepa forma colonias rugosas y las células carecen de cápsula
envolvente. La presencia o ausencia de cápsula es un rasgo hereditario.
Lo más curioso en el trabajo de Griffith era el hecho de que las bacterias encapsuladas causaban la muerte a las ratas a
las cuales se les inyectaba. Las bacterias de tipo "sin cápsula" no les causaban daño.
Un resultado insólito se produjo cuando las ratas fueron inyectadas con una mezcla de neumococo sin cápsula y con
neumococo encapsulados, estos últimos muertos por acción del calor. Las ratas enfermaron y murieron, y lo más sorprendente de
todo fue que de las ratas muertas se recuperaron bacterias vivas encapsuladas.
Griffith explicó el fenómeno de la "transformación bacteriana" afirmando que "algo" de las células encapsuladas muertas
había convertido a las células inofensivas vivas, en células encapsuladas vivas; y este algo pasaba de generación en generación.
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En 1944: O. Avery, C.Macleod y M.McCarty se propusieron descubrir la naturaleza del principio transformador.
-Repitieron los experimentos de transformación en un tubo de ensayo.
-Descubrieron que podían convertir la cepa R en cepa S simplemente añadiendo un extracto sin células de la cepa S a la cepa R.
¿Pero qué había en este extracto sin células capaz de convertir la cepa R en cepa S?
¿Era una proteína?
¿Era un ácido nucleico?
¿Era un lípido?
Para poder llegar a una conclusión, tomaron el extracto sin células y lo trataron con varias enzimas para probar si seguía siendo
efectivo a la hora de transformar R → S.
1) Trataron el extracto sin células con proteasas (que cortan proteínas) → el extracto seguía siendo activo, por lo que no se trataba
de una proteína
2) Trataron el extracto sin células con ribonucleasa (corta el ARN) → el
extracto seguía siendo activo, por lo que no era el ARN.
3) Trataron el extracto sin células con deoxiribonucleasa (corta ADN) →
NO era activo, DEBÍA SER EL ADN.
La naturaleza del material que transformaba la cepa R en cepa S era
ADN (ácido desoxiribonucleico).
A pesar de la prueba que supusieron estos ensayos, la gente no estaba
convencida de que el ADN constituyese el material genético.
¿Por qué? Porque el ADN se consideraba una molécula poco
interesante. Las proteínas eran consideradas mucho más interesantes;
¡había muchos tipos de proteínas!
2. Estructura del ADN
El ADN está formado por 3 componentes:
a) Azúcar (una pentosa): Los carbonos corresponde a las puntas del pentágono (excepto el oxígeno) y por convección se utilizan
número para hacer referencia a ellos. Por ejemplo, en el caso de la desoxirribosa al carbono 2 se une un hidrógeno, al carbono 1 se
une la base nitrogenada y para unir a otro nucleótido se hace al carbono 3. El carbono 5 está fuera del anillo (pentágono)
Azúcar + base = nucleósido
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b) Base: en el ADN hay 4 tipos: La base está ligada al carbón C1´ del azúcar.
Bases del ADN
Purinas: Adenina (A) y Guanina (G).
c) Trifosfato: 3 grupos fosfato
Azúcar + base + grupo fosfato = nucleótido
Piramidinas: Citosina (C) y Timina (T).
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La polimerización de los nucleótidos:
El ADN está compuesto de monómeros denominados desoxiribonucleótidos trifosfato (dNTPs). Los dNTPs están ligados entre sí
mediante uniones de azúcar-fosfato, que constituyen el esqueleto del ADN:
El azúcar (la desoxiribosa) está ligada covalentemente al grupo fosfato a través de una unión fosfodiester.
Esqueleto azúcar-fosfato del ADN:
ADN: Ácido desoxiribonucleico
3. Virus bacterianos y el experimento de Hershey-Chase
1952: El rol genético del ADN recibió más muestras de apoyo tras los experimentos realizados por A. Hershey y M. Chase con un
virus que infecta a las bacterias E.coli.
Estos virus se denominan bacteriófagos (virus o patógenos
que infectan a las bacterias).
conforme se va liberando la descendencia del virus,
resultando así la muerte celular.
¿Cómo tiene lugar el proceso de infección?
¿Inyecta el bacteriófago su ADN, su cápside proteica o
ambos?
Para poder identificar qué material se introducía en la célula,
era necesario distinguir entre el ADN y las proteínas.
Para encontrar la ubicación del ADN y de la proteína en el
interior de la célula, emplearon radioisótopos.
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El material genético del virus se almacena en el interior de
una cápsida proteica.
Cuando el fago infecta las bacterias, inyecta su ADN viral en
el interior de la célula. El ADN se replica y se crean nuevos
viriones (partículas de virus). La célula se va lisando
- Utilizaron el isótopo P para marcar el ADN viral (sólo
señala el ADN, porque el fósforo no está presente en las
proteínas).
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- Utilizaron el isótopo S para marcar la proteína viral (sólo
señala la proteína, porque el azufre no está presente en el
ADN).
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Las partículas de virus, más pequeñas que las bacterias, permanecieron, tras la centrifugación, o bien en la parte líquida o en el
sobrenadante de la mezcla del tubo de ensayo. Las bacterias, por el contrario, y debido a su mayor peso, formaron una pequeña
aglutinación en el fondo del tubo de ensayo.
Resultado del experimento:
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1) La mayor parte del marcador P (ADN del fago) se encontró en el interior de las células bacterianas.
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2) La mayor parte del marcador S (proteína del fago) se encontró en el sobrenadante.
Conclusión: Ya que en el interior de las células se encontró principalmente ADN, concluyeron que el ADN era el material genético.
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Se encontró una cierta cantidad de marcador S asociado a las células bacterianas, por lo que algunas personas creyeron que el
material genético era la proteína que estaba pegada a la célula.
PERO, en general, la mayoría de la gente creyó que el ADN era el material genético.
Estos experimentos reforzaron las nociones propuestas anteriormente por Avery, MacLeod y McCarty.
4. La estructura del ADN
Los estudios realizados por E.Chargaff (1950) y M.Wilkins (principios de los años cincuenta) permitieron obtener alguna información
acerca de la naturaleza del ADN.
A partir de los resultados de estos estudios, J.Watson y F.Crick dedujeron la estructura del ADN en 1953.
Modelo de la estructura del ADN: 1953 J.Watson y F.Crick
Enlaces A con T 2 puentes de hidrógenos (A=T)
1) El ADN consiste en 2 polinucleótidos antiparalelos y
Enlaces C con 3 puentes de hidrógeno (C=G)
complementarios que se envuelven mutuamente formando
4) Hay 10 pares de bases (pb) en cada vuelta de hélice = 34
una doble hélice dextrógira.
ángstroms
2) Las bases de purina y pirimidina se sitúan en el interior de
la hélice mientras que el esqueleto azúcar-fosfato se ubica
**El aspecto más importante del modelo de ADN de Watsonen el exterior de la hélice.
Crick fue el emparejamiento de bases encontrado en el ADN.
3) Las dos cadenas se mantienen unidas mediante puentes
Las purinas siempre estaban emparejadas con las
de hidrógeno, formados específicamente entre las bases:
pirimidinas, pero la A sólo se podía emparejar con la T y la G
sólo se podía emparejar con la C debido a los requisitos de
los puentes de hidrógeno.
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Pares de bases encontradas en el ADN:
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- Antes (en 1950, con anterioridad a los descubrimientos de
Watson y Crick), E.Chargaff había analizado el contenido de
purinas y pirimidinas de varias cadenas de ADN de fuentes
diferentes: levaduras, bacterias, humanos, etc.
- Chargaff descubrió que el porcentaje de A era siempre
igual al de T, y que el porcentaje de G era siempre igual al
de C.
Reglas de Chargaff
%A=%T
%G=%C
Pero Chargaff no supo explicar sus descubrimientos. Hasta
que Watson y Crick propusieron su modelo de la estructura
del ADN, las reglas de Chargaff no “tuvieron sentido”.
Entonces, ahora que ya se había deducido el modelo del ADN, ¿qué es lo que hacía del ADN algo realmente emocionante?
¿Era el ADN el secreto de la vida? ¿Cómo transmite uno “la herencia” a los hijos?
El conocimiento de la estructura del ADN permitió que se comenzasen a elaborar respuestas para algunas de estas preguntas.
Cada hebra de la doble hélice de ADN es una “copia” complementaria de la otra hebra.
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El modelo de doble hélice del ADN sugería la existencia de un mecanismo para la replicación (copia) del ADN.
La estructura del ADN (dos hebras complementarias de ADN) explica:
1) El proceso de replicación del ADN : Cada hebra actúa de molde para el copiado: acorde con el modelo de herencia
2) Las mutaciones: Las mutaciones (cambios en la secuencia de ADN) serían el resultado de errores en el proceso de replicación
del ADN (la inserción de una base no complementaria en el copiado del ADN).
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5. La puesta a prueba del modelo de Watson-Crick
Durante la replicación del ADN, cada hebra sirve de molde para la síntesis de la otra hebra. Cada nueva molécula de ADN
consistirá de una hebra parental (vieja) y una hebra hija (nueva).
Si cada hebra sirve de molde para la replicación del ADN, la replicación del ADN debería tener lugar mediante un mecanismo
semiconservativo: esto es, cada nueva molécula de ADN está compuesta de una hebra nueva y otra vieja.
El mecanismo semiconservativo de la replicación del ADN fue propuesto por Watson y Crick.
Se propuso otro modelo: el del la Replicación Conservativa.
1957 M. Meselson y F. Stahl querían confirmar si la replicación del ADN tenía lugar mediante un mecanismo semiconservativo.
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Para ello, utilizaron un isótopo pesado ( N) de N (nitrógeno).
Experimentos:
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1) - Cultivaron bacterias E. Coli en un medio que contenía NH4Cl como única fuente de nitrógeno.
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- El N se incorpora a las bases de pirimidina y purina; por lo tanto, el ADN pasa a ser más pesado de lo habitual.
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- Cultivaron muchas generaciones de bacterias en N para que las hebras de ADN contuviesen N. Aislaron una parte de este
ADN pesado.
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2) Tomaron las bacterias cultivadas en N y las transfirieron a un medio que contenía NH4Cl. El ADN fue aislado en varias
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ocasiones a partir de la nueva ubicación de la bacteria en el medio N. Cultivaron las bacterias durante dos generaciones más y
aislaron el ADN.
3) Utilizaron la técnica denominada centrifugación por gradiente de densidad, que permite separar entre sí moléculas de ADN según
su densidad.
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Centrifugación por gradiente de densidad
El ADN está mezclado con una solución de cloruro de cesio (CsCl). La mezcla de CsCl y ADN se centrifuga a una fuerza G alta en
un tubo de centrifugación. El ADN dejará banda en el gradiente de CsCl (formada por la centrifugación) a su densidad
correspondiente.
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Se centrifugó una pequeña cantidad del N / N ADN
y las diferentes muestras de ADN tomadas de las
generaciones 1 y 2, en el gradiente CsCl. Tras la
centrifugación de las diferentes muestras:
¿Por qué razón forma el ADN una “banda” en una
posición determinada del gradiente CsCl?
El ADN se sedimenta formando una capa en la
posición del tubo en la cual la densidad de la solución
de CsCl es igual a la del ADN.
Los experimentos de Meselson y Stahl demostraron
que el ADN se replica siguiendo un método
semiconservativo.
** La ausencia de la banda en la posición pesada del gradiente tras 1 generación contradecía el método conservativo; por lo tanto,
la replicación era semiconservativa.
** El modelo de Crick y Watson era correcto – la replicación del ADN mediante un método semiconservativo: 1 hebra de cada
molécula de doble hebra de ADN se conserva en la nueva molécula hija de ADN.
El flujo de la información génica
En los años veinte se encontró una molécula similar al ADN, también un
ácido nucleico, que tenía unidades similares pero con diferencias en el
azúcar y en una de sus bases nitrogenadas, que se llamó ácido
ribonucleico (ARN). Esta molécula aparecía en mayor concentración en
aquellas células que mostraban una alta actividad de síntesis de
proteínas. Lo interesante del ARN era que a diferencia del ADN
exclusivamente
nuclear,
parecía
encontrarse tanto en
el núcleo como en el
citoplasma de la
célula.
Teniendo
presente que las
proteínas
se
sintetizan justamente
en el citoplasma, se
postuló que podría
servir de mediador
Fig 4
entre el ADN y la
síntesis proteica. En base a esta hipótesis, un grupo de investigadores ideó un
experimento que aprovecha la composición particular que tiene el ARN: en vez
de la base nitrogenada timina, posee uracilo.
En el experimento se incubaron células con uracilo marcado radiactivamente con
tritio (un isótopo del hidrógeno) durante 60 minutos, lo que se llama "un pulso".
Luego de retirar el nucleótido radiactivo, se reemplazó con uracilo normal,
incubando por dos horas más. Las células se observaron mediante autoradiografía, una técnica que permite localizar marcas
radiactivas, en dos momentos: inmediatamente tras el pulso radiactivo y luego de las dos horas de incubación con los nucleótidos
normales. En la figura 4 se muestran los resultados.
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Tal como muestran las autoradiografías, el uracilo (y por tanto el ARN) migra desde el núcleo hacia el citoplasma. Con esto se
confirma la posibilidad que el ARN sirve de intermediario entre el gen del ADN y la síntesis de proteínas. Con posterioridad, a esta
molécula se le llamó ARN mensajero o ARNm.
De esta manera, el flujo de la información génica se podría representar de la siguiente manera:
Figura 5. El modelo de la acción génica: el dogma central de la biología molecular:
El ADN contiene la información genética en forma de un código de cuatro letras (A,T,G,C)
Un tipo de ácido ribonucieico llamado ARN mensajero toma esta información de la molécula de ADN (transcripción) y la transporta
hasta los ribosomas. En estos organelos el mensaje portado por el ARN mensajero es
traducido expresándose en forma de polipéptidos (traducción).
El modelo de la acción génica, esquematizado en la figura 5, llamado el dogma central de
la biología molecular, contiene varias ideas importantes que es necesario subrayar.
 El ADN controla el fenotipo de cada individuo a través de la formación de proteínas que
actúan desencadenando las reacciones bioquímicas propias de la especie a la que
pertenece el ADN.
 La formación de determinada proteína implica la ordenación de los aminoácidos que la
constituyen en una secuencia determinada.
 La información codificada en la molécula de ADN se transmite al ARN mensajero
(transcripción) que la lleva al sitio de síntesis proteicas (ribosomas).
 Una vez en los ribosomas, el código es traducido fielmente, formándose la proteína
indicada (traducción).
 Observa cuidadosamente la figura a la derecha que seguramente te resulta familiar.
Ella te permitirá relacionar el proceso de transcripción y traducción con las estructuras
celulares en que ocurren (temas tratados en 2º medio).
ARN
m
Transcripción
La expresión génica se concretiza por la transformación de la información genética desde moléculas de ADN a moléculas de ARN y
desde estas hasta los polipéptidos correspondientes.
Las moléculas de ARN son sintetizadas usando como molde a segmentos específicos de ADN, en la reacción de polimerización que
es catalizada por la enzima conocida como ARN polimerasa.
Existen 3 clases principales de ARN, todas ellas participan en la síntesis de proteínas: ARN ribosomal (rRNA), ARN de
transferencia (tRNA) y ARN mensajero (mRNA): todos ellos son sintetizados a partir de moldes de ADN en un proceso denominado
transcripción.
En 1958, Francis Crick resumió la relación entre ADN, el ARN y las proteínas en un diagrama de flujo que nombró como el DOGMA
CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR:
"el ADN dirige su propia replicación y su transcripción a ARN, el cual a su vez dirige su traducción a proteínas"
Actualmente, dogma significa un punto fundamental de
una doctrina religiosa o filosófica, cuando Crick formuló
es de la Biología molecular, se refirió a una idea para la
cual no hay evidencia razonable.
Papel del ARN en la síntesis de proteínas.
Las proteínas que han de construirse, están
especificadas en el mRNA y se sintetizan en los
ribosomas. Esta idea surge del estudio de la inducción
enzimática, que es un fenómeno en el cual las bacterias
varían sus velocidades de síntesis de proteínas en
respuesta a cambios en el ambiente. Este proceso
ocurre como consecuencia de la regulación de la
síntesis de mRNA por proteínas que se unen
específicamente a los templados para el mRNA en el
ADN.
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Debemos tener en cuenta antes de sumergirnos en el proceso de transcripción:
A) Los precursores en la síntesis de ARN (unidades estructurales) son cuatro ribonucleótidos trifosfatados: rATP; rCTP; rGTP; rUTP
B) La secuencia de bases, del ARN a polimerizar, esta determinada por medio de la secuencia de bases de la molécula de ADN
utilizada como molde para su síntesis. He ahí que se la denomine Cadena Molde de ADN.
C) La cadena de ARN crece en dirección 5’ – 3’. Esta dirección coincide con la síntesis de ADN.
D) La ARN polimerasa, a diferencia de la ADN polimerasa, es capaz de iniciar su síntesis sin la presencia de ningún tipo de
molécula cebadora.
Etapas en la síntesis del ARN mensajero
Con la finalidad de ordenar el estudio de la transcripción, dividiremos la misma en cuatro etapas fundamentales:
1° etapa- UNIÓN de la ARN polimerasa al ADN
2° etapa- INICIACIÓN de la síntesis
3° etapa- ELONGACIÓN de la cadena de ARN mensajero
4° etapa- TERMINACIÓN de la síntesis y liberación de la cadena de ARNm.
Características de la ARN polimerasa procariota
La ARN polimerasa es una de las enzimas más grandes que se conoce. Consta de cinco sub-unidades: dos alfa (α), beta (β), beta
prima (β’) y sigma ( ). La enzima completa es denominada Holoenzima y se divide en dos componentes principales:
• La enzima central, denominada Core, formada por las sub unidades 2 α, β y β ’
• El Factor Sigma (el polipéptido )
Los nombres indican que solamente la Holoenzima tiene la capacidad de unirse a la cadena molde de ADN e iniciar la transcripción;
pero una vez realizada esta, el factor es liberado, dejando que el Core continúe con la elongación. En definitiva, es el factor
el que le da la capacidad a la ARN polimerasa para poder iniciar la síntesis del ARN mensajero en el sitio apropiado.
La Holoenzima reconoce un sitio de unión específico en el ADN, este sitio es denominado Promotor.
Como consecuencia de lo dicho, la ADN polimerasa puede encontrarse en dos estados:
1) Un estado apropiado para la unión con el Promotor: “estado de iniciación” u Holoenzima.
2) Un estado apropiado para la elongación: Core de la enzima
La unión de la Holoenzima con el promotor, determina el Complejo Promotor Abierto, y esto es posible
gracias a la presencia del factor
La ARN polimerasa es lo bastante grande como para tomar contacto con muchas bases del ADN, así la enzima cubre
aproximadamente unas 60 pb (pares de bases), aunque el segmento de ADN desenrollado, y que sirve como molde, comprende
únicamente unos 17 pb.
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El Promotor Procariota: la señal de inicio
Se mencionó anteriormente que la ARN polimerasa se unía a un sitio específico del ADN denominado Promotor. La enzima es
capaz de reconocer este sitio del ADN y,¿convenientemente, abrir localmente las cadenas de ADN para poder leer la cadena
molde. Es de esperarse entonces que, el sitio de contacto con la Holoenzima tuviese regiones comunes a todos los Promotores.
Se ha comprobado que estos sitios mencionados contienen secuencias de bases comunes, a las que se las ha denominado
“Secuencias de Consenso”.
Por mera convención entre los científicos, se
considera que el sentido de la transcripción de un
gen determinado es hacia la derecha. Al punto en
el cual se inicia este proceso se lo denomina
“punto 0”. Con números negativos se señalan las
bases ubicadas a la izquierda del punto 0. Con el
mismo criterio, se señalan con números positivos
a las bases ubicadas a la derecha del punto 0.
La secuencia de consenso más importante y mejor
estudiado, comprende seis bases y su centro está ubicado a diez bases a la izquierda del punto de inicio (-10). La secuencia de
consenso es TATAAT y se la denomina “TATA box o Caja Pribnox”. Esta caja es responsable de orientar a la ARN polimerasa en
la dirección de síntesis de ARN y es la región en la cual la doble hélice se abre para formar el Complejo Promotor Abierto. El hecho
de que la TATA box contenga las bases A-T no es mera casualidad, ya que estas se unen con sus complementarias por medio de
dos enlaces del tipo Puente de Hidrógeno, lo cual implica un menor gasto de energía para la apertura del ADN.
INICIACIÓN de la síntesis del ARN mensajero
La iniciación se produce mediante la unión de la ARN polimerasa (Holoenzima) al ADN de doble cadena. Para que la cadena molde
esté disponible para el apareamiento de bases con los
ribonucleótidos, las dos cadenas de ADN deben separarse. El
desenrollamiento es local y se produce cuando la Holoenzima
contacta con la TATA Box.
Una vez que el complejo promotor se encuentra abierto, la
ARN pol. Comienza la síntesis. La fase de iniciación no se
completa hasta que se hallan polimerizado los primeros seis
ribonucleótidos.
ELONGACIÓN de la cadena:
Después que se han colocado los primeros seis
ribonucleótidos, la ARN polimerasa sufre un cambio en su
conformación, perdiendo la subunidad
. Se continúa la
síntesis en el estado de Core anteriormente descrito.
El Core se mueve a lo largo del ADN colocando los ribonucleótidos
complementarios a la cadena de ADN molde, abriendo la hélice a medida
que se desplaza. Los ribonucleótidos se unen al extremo 3’ de la cadena
de ARN en crecimiento, formándose un Híbrido ARN-ADN en la región
desenrollada, el cual se mantiene estabilizado mediante enlaces puente
de Hidrógeno. El híbrido tiene una longitud aproximada de 12 pb y el
nuevo ARN es liberado de estas uniones cuando el ADN recupera su
estado de doble hélice por desplazamiento del Core.
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TERMINACIÓN y LIBERACIÓN del ARN sintetizado
La terminación ocurre en una secuencia determinada del ADN, denominada Secuencia Terminadora. En este punto, la enzima deja
de añadir los ribonucleótidos a la cadena de ARN en crecimiento, liberando el producto terminado y disociándose del ADN.
La terminación requiere que todos los enlaces Puente de Hidrógeno, que mantenían al Híbrido ARN – ADN, se rompan volviéndose
a reconstituir el ADN dúplex.
Las secuencias terminadoras muestran las siguientes similitudes:
i) Todas contienen secuencias Palindrómicas justo antes del punto de terminación. El palíndromo está caracterizado por poseer
repeticiones inversas conteniendo un segmento central no repetido (ej. ATCATCGACTA).
ii) La secuencia palindrómica continúa con una secuencia de pares A-T, las cuales producen en el ARN mensajero una secuencia
de 6 a 8 Uracilos en el extremo transcripto.
La secuencia de Uracilos suministra la señal que
permite a la ARN polimerasa disociarse del ADN molde.
Transcripción en Células Eucariotas
La estructura de los ARNm y el proceso de transcripción en las células eucariotas, es similar a lo expresado anteriormente para las
células procariotas. Sin embargo, debemos considerar las siguientes diferencias:
a) Las células eucariotas poseen tres clases de ARN polimerasas (I, II y III), las cuales se utilizan para sintetizar los distintos tipos
de ARN existentes.
b) Los extremos 3’ y 5´ de los ARNm están modificados. En el caso del extremo 5’ encontraremos una estructura denominada CAP
y, en el correspondiente extremo 3’, se encuentra adherido una larga secuencia de nucleótidos cuya base nitrogenada es la
Adenina (Cola Poly A)
c) Las moléculas de ARNm, luego de ser sintetizas, son modificadas. Los “transcriptos primarios” eucariotas sufren un proceso por
el cual determinadas secuencias (Intrones) son eliminadas.
d) Los ARNm eucariotas son Monocistrónicos. Las ARN polimerasas eucariotas:
Ya se ha mencionado que, en las células del tipo
Eucariota, encontramos tres tipos de ARN
polimerasa las cuales se denominan: ARN
polimerasa I, ARN polimerasa II y ARN polimerasa
III. Sus composiciones en sub unidades son
complejas y aun no se conoce en exactitud la
función de cada una de estas sub unidades. Lo que
sí se conoce con exactitud, es la localización y el
producto de cada una de ellas.
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El ARN mensajero en Eucariotas:
Si bien la síntesis y estructura de los ARN mensajeros en Eucariotas es similar a las Procariotas, deben mencionarse las siguientes
diferencias:
a) Ambos extremos están modificados, el 5’ presenta una estructura denominada CAP (caperuza) y el 3’ contiene una secuencia de
Ácido Poliadenílico denominada Cola Poly A.
b) La molécula que sirve de molde para la síntesis de proteína (ARNm maduro) es más corta que el ARN mensajero recién
sintetizado (Pre – ARN mensajero). Esto se debe a que los últimos sufren un proceso de eliminación de secuencias no codificantes.
Dicho proceso se denomina Splicing.
Modificaciones de los extremos del ARN mensajero Eucariota:
El extremo 5’ contiene dos nucleótidos conectados que siempre están metilados (-CH3).
La reacción de la incorporación del CAP ocurre inmediatamente después de iniciada la transcripción y siempre precede a cualquier
modificación que se le realice al ARN m precursor. El CAP tendría la función de proteger al ARNm de la degradación, con lo cual
aumenta su vida media.
En el extremo 3’, según se mencionó antes, los ARNm Eucariotas contienen una secuencia de 20 a 200 nucleótidos que poseen
como base nitrogenada a la Adenina. La secuencia Poly A no está codificada en el ADN, sino que es añadida al ARN después de
finalizada la transcripción. La función de la Cola Poly A es la de aumentar la estabilidad de los ARN m.
Maduración del ARNm
El proceso de maduración del ARNm solo ha sido observado en eucariontes, en donde los ARNm recién sintetizados o transcritos
forman complejos con proteínas nucleares, ribonucleoproteínas, que pueden desempeñar una función básica en el mecanismo de
cortar y empalmar el ARN y, por lo tanto, regular la
expresión génica.
De acuerdo a esto se puede establecer que el
ARNm recién transcrito no es igual al ARNm que se
usa finalmente para formar las proteínas. El ARNm
original posee dos zonas claramente definidas: una
zona donde existen segmentos que no participan en
la síntesis de proteínas, llamados intrones, que son
eliminados por las enzimas de restricción que se
encuentran en el núcleo, que funcionan como
verdaderas tijeras y cortan el ARNm exactamente
en el lugar correcto.
Las otras zonas de la cadena contiene los
segmentos que participan en la síntesis de
proteínas, que se llaman exones, y que son unidos
entre sí por enzimas presentes al interior del núcleo.
Por lo tanto, existe un sofisticado sistema de corte de intrones y empalme de exones, que finalmente determina una molécula de
ARNm madura, más corta que la original, pero con capacidad de traducción.
¿Existen otras modificaciones? Una de las más importantes es la poliadenilación. Esta consiste en agregar una larga secuencia de
nucleótidos adenina, que se denomina cola poliA. Esta cola es una señal para permitir la exportación del ARNm al citoplasma.
Síntesis de Proteínas
La secuencia de bases de un gen es colineal con la secuencia aminoacídica de su producto polipeptídico. El código genético es la
relación entre la secuencia de bases en el ADN (o su ARN transcrito) y la secuencia de aminoácidos en una proteína.
Los aminoácidos son codificados por un grupo de tres bases (llamadas codones) comenzando de un punto determinado (ver fig.
12).
Se pueden definir cuatro características generales del código genético:
1) El código no requiere de puntuación ni señal alguna para indicar el final de un triplete y el comienzo del siguiente, es decir el
código genético no tiene “comas”. Únicamente requiere de una molécula de mARN que este ubicada correctamente para su
lectura (5´3´) además de contar con el codón de inicio, AUG (en procariontes codifica la incorporación de N-formilmetionina
y en eucariontes metionina).
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2)
3)
4)
15
61 de 64 codones especifican algún aminoácido en particular. De esta forma, para la mayoría de los aminoácidos hay más
de un triplete (o codón). En otras palabras, el código es DEGENERADO. Codones que especifican el mismo aminoácido son
llamados sinónimos. La mayoría de los sinónimos difieren solamente en la última base del triplete. Esto presenta una
ventaja, debido a que la mayoría de las mutaciones conducen a la formación de tripletes sinónimos no provocando un cambio
en la secuencia peptídica.
La tercera base de los tripletes es menos especifica que las dos primeras. La degeneración implica solamente la tercera base
en la mayoría de los casos (excepto para Arginina, Leucina y Serina).
3 de los 64 tripletes no codifican para aminoácido alguno y estos son UAG, UAA y UGA llamados originalmente codones “sin
sentido” que constituyen las señales de termino de la síntesis de la cadena polipeptídica.
La síntesis de proteínas tienen lugar en la superficie de los ribosomas. Dicha síntesis requiere que los aminoácidos sean
“activados” en el citoplasma por la acción de aminoacil- tARN-sintetasas, que catalizan la formación de ésteres de
aminoácidos de tARN homólogos (unión de un aminoácido con su tRNA respectivo) y en forma conjunta en el proceso de activación
se hidroliza ATP produciendo AMP y pirofosfato. Las aminoacil-tARN-sintetasas son altamente específicas tanto para el
aminoácido como para su correspondiente tARN.
Aminoácido + ATP
Aminoacil- AMP + tARN
Aminoácido + ATP + tARN
aminoacil – AMP + PPi
aminoacil-tARN + AMP
aminoacil –tARN + AMP + PPi
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El aminoácido se une al extremo 3’ del tARN que posee la secuencia CCA, mientras que el anticodón esta a 80 Å de distancia en
el otro extremo (ver fig. 13).
3’
A
C
5’ C
Sitio de unión al
aminoácido
Loop DHU
Loop TC
anticodón
Figura 13. Estructura de hoja de trébol característica de un tARN
El ARN mensajero reconoce el anticodón de un tARN en vez de reconocer el aminoácido. Un codón en mARN se aparea con el
anticodón en el tARN. Algunos tARNs reconocen más de un codón porque la tercera base que se aparea de un codón es menos
especifica que las otras dos ( ver código genético).
Los Ribosomas.
La síntesis de proteína tiene lugar en los ribosomas, que están formados por una subunidad mayor y una menor, cada una de las
cuales están compuestas de dos tercios de ARNs y un tercio de proteínas. En E. coli, por ejemplo, el ribosoma 70 S ( 2.500
kdal) está formado por una sub-unidad de 30 S y una de 50 S. En cambio en eucariontes el ribosoma es de 80 S, formado por uno
de 40 S y uno de 60 S.
Hay tres fases en la síntesis de proteína: inicio, elongación y término.
CADENA NASCIENTE
40 S
3'
40 S
INICIO
INICIO
STOP
5'
ELONGACION
TERMINO
60 S
60S
40 S
60 S
Figura 14. Ciclo de la síntesis de proteína
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Inicio.
En procariontes el ARN mensajero, la formilmetionina- tARN y la sub-unidad ribosomal 30 S, forman el complejo iniciación de la
síntesis (en cambio para eucariontes este complejo está formado por mARN, metionina-tARN y la sub-unidad 40 S, ver fig. 14).
La señal de inicio en el mARN es AUG y esta precedida por una secuencia rica en purina que puede aparearse con el rARN 16 S
de la sub-unidad 30 S del ribosoma. La subunidad mayor ribosomal de 50 S se une a este complejo para formar un complejo de
iniciación de 70 S, (ver fig. 15) que esta listo para la siguiente fase (elongación). En el proceso de iniciación están participando
una serie de factores proteícos que son descritos en la Tabla IV.
mARN
fMet.tARNMet
30S
IF-1 IF-3
IF-1 IF-3
IF-2 GTP
IF-2·GTP·fMet-tARN Met
GDP +Pi
IF1
IF2
50 S
Figura 15. Fase de inicio de la síntesis de proteínas en
bacterias (procariontes). 30S y 50S son la subunidad menor
y mayo del ribosoma respectivamente. IF, son los factores
proteicos del inicio
30 S
Complejo de inicio 70 S
Elongación.
El ciclo de elongación consiste en (ver fig. 16) :
1) La unión de aminoacil-tARN (reconocimiento del codón).
2) Formación del enlace peptídico.
3) Transposición.
También durante la elongación se requiere la presencia de factores proteicos que son descritos en la Tabla V.
La dirección de lectura del mARN es de 5´ 3´y el crecimiento de la cadena polipeptidica es hecho
desde el extremo amino al extremo carboxilo.
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Sitio E
f- Met
Sitio A
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Sitio P
GTP
AUG- CGA- GCU------------3’
GDP+ Pi
----------------AUG.CGA -
Inicio de un
nuevo ciclo
f- Met
|
Arg
|
f-Met
Arg
Ingreso del
aminoaciltARN al sitio A
Formación del enlace
peptídico catalizado por
la peptidil transferasa
Sitio A
vacío
f- Met
|
Arg
|
Translocación
GDP + Pi
-AUG-CGA-GCU------
GTP
----------------- AUG-CGA-GCU
Figura 16. Fase de elongación de la cadena peptídica: unión del aminoacil-tARN, formación del enlace peptídico y translocación.
Termino.
La síntesis de proteína es terminada por factores de liberación, que reconocen los codones de terminación UAA, UGA y UAG
provocando la hidrólisis entre el polipeptido y el tARN (Tabla VI).
La energía requerida tanto en la formación del complejo de iniciación son 70 S como en la unión del aminoacil- tARN al ribosoma,
y en la transposición son obtenidos de la hidrólisis del GTP ( ver Tabla VII ).
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Varios pasos en la síntesis de proteína son específicamente inhibida por toxinas y antibióticos. Por ejemplo, puromicina inhibe la
síntesis de la cadena peptídica por su interacción con el peptidil - tARN en la ribosoma, formando peptidil- puromicina que libera el
complejo ribosomal ( ver Tabla VIII).
Por otro lado, los polirribosomas, también denominados polisomas, consisten en moléculas de mARN a las que están adheridos
muchos ribosomas, cada uno de los cuales, leen el mARN independientemente y construyen una cadena polipeptídica. En las
células eucarióticas, la síntesis proteíca puede tener lugares en ribosomas libres, o bién, en los ribosomas unidos al retículo
endoplasmático.
También existe síntesis proteíca en las mitocondrias y en los cloroplastos, los cuales poseen mARNs, tARNs específicos,
aminoacil- tARN-sintetasas y ribosomas.
SÍNTESIS DE ADN
Requerimientos para la duplicación del ADN.
En todos los organismos los requerimientos generales para la síntesis de ADN son los mismos:
- una hebra de ADN como molde, en otras palabras una sección de ADN que será copiado.
- la enzima encargada de copiar el ADN, llamada ADN polimerasa.
El proceso de síntesis puede ser resumido como sigue:
Mg+2
d (NMP)n + d NTP
d (NMP)n+1 + PPi
ADN polimerasa
donde d NTP es el deoxirribonucleósido trifosfato y d (NMP)n se refiere a un polímero de n deoxirribonucleotidos. El pirofosfato
(PPi) generado por la reacción anterior es hidrolizado a fosfato inorgánico conduciendo la reacción hacia la derecha ( PPi
2Pi)
Enzimas que participan en la duplicación.
En procariontes.La duplicación es un proceso complejo en la que participan muchas proteínas. En bacterias, como E.coli, existen 3 polimerasas
(Tabla I) y una ADN ligasa.
- ADN polimerasa I.
Es una de las enzimas que es capaz de catalizar la síntesis
de ADN.
Posee una sola cadena polipetídica de 109 kDa.
Contiene un átomo de zinc como cofactor.
Esta enzima sintetiza en la dirección 5´-->3´ ( ver fig. 2).
Todas las ADN polimerasas poseen una actividad exonucleasa; esto corresponde a la actividad de hidrolizar el ADN de hebra
simple, removiendo deoxirribonucleotidos terminales desde el extremo 3´ (actividad exonucleasa 3´ 5´) o desde el extremo 5´
(actividad exonucleasa 5´ 3´).
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- ADN polimerasa II
Esta enzima sintetiza ADN en forma similar a la ADN polimerasa I, pero no tiene actividad exonucleasa 5´ 3´.
-ADN polimerasa III
La enzima esta compuesta por lo menos por 10 subunidades. Todas las subunidades son requeridas para que la enzima exprese su
actividad total. Esta enzima es la responsable de la síntesis de ADN en E.coli.
Origen de duplicación.
La síntesis del cromosoma de E.coli siempre comienza en el mismo punto, llamado sitio ori C, una región de 245 pares de bases.
oriC
Enzimas que participan en la síntesis de ADN en Eucariontes.
Por otro lado, existen cinco polimerasas en eucariontes son conocidas como alfa , beta , gamma , delta y épsilon. Todos ellas
tienen mecanismos de acción similares a las enzimas en procariontes (E.coli).
- Las ADN polimerasas alfa y delta son las encargadas de la duplicación del ADN cromosomal.
- La ADN polimerasa beta consistente de una sola cadena polipeptídica es la responsable de la reparación del ADN.
- La ADN polimerasa gamma se encuentra en mitocondrias y es responsable de la duplicación del ADN mitocondrial.
- La ADN polimerasa épsilon, enzima recientemente descubierta y su actividad es similar a la polimerasa delta.
Proceso General de Síntesis de ADN (Fig. 2).
Las hebras de ADN son antiparalelas y la cadena del ADN que va en dirección 3´  5´ es copiada directamente por la enzima
ADN polimerasa III. La hebra hija sintetizada (5´ 3´) es llamada HEBRA PRINCIPAL o ADELANTADA.
La otra hebra del ADN padre que tiene la dirección opuesta, 5´ 3´, no puede ser copiada directamente, debido que no es sustrato
para la enzima y solamente puede ser sintetizada hasta que una parte del ADN se ha desdoblado. La hebra hija resultante se llama
HEBRA RETRASADA y es sintetizada en forma discontinua.
Esta síntesis discontinua resulta de la formación de cortas secciones de ADN de aproximadamente 1000 a 2000 nucleótidos que
reciben el nombre de FRAGMENTOS DE OKASAKI. Estas secciones son unidas por la acción de la enzima ADN ligasa
produciendo una hebra de ADN continua, que algunas veces se conoce como ADN+.
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ADN girasa (reduce los giros)
Proteínas SSB (cubren ADN de una hebra)
Helicasas
(desdobla ADN)
Primosoma (hace el “primer”)
Holopolimerasa III
(agrega dNTPs)
Primer
Topoisomerasa
(relaja tensión)
Hebra
Adelantada
El primer es
removido y
llenado el
espacio
Hebra
Retrasada
Pol I
Ligasa
Figura 2. Proceso de síntesis de ADN.
Previo a la síntesis.
Previo al proceso de síntesis del ADN propiamente tal, el ADN padre de doble hebra debe desenrollarse, para lo cual se requiere
la acción de la proteína REP o HELICASA que necesita energía proveniente del ATP. Además en este proceso de desenrollamiento
participa la enzima ADN girasa, que actúa dando giros negativos al ADN padre cuando este se encuentra sobre enrollado.
Etapa inicial de la síntesis.
Para comenzar la síntesis de ADN se requiere la presencia de doble hebra como patrón-cebador. La segunda hebra
corresponde a una hebra de ARN, llamada “PRIMER” o PARTIDOR y es sintetizada por una enzima llamada PRIMASA. La forma
activa de esta enzima requiere una serie de proteínas. Entre estas proteínas se encuentra la PROTEINA N o dnaB, que
selecciona el sitio en que la primasa actuará. El complejo formado entre la primasa y las proteínas auxiliares recibe el nombre de
PRIMOSOMA.
Regla para la Síntesis.
La regla principal para la actividad de la ADN polimerasa es que cataliza la formación de un enlace fosfodiester solamente si la base
entrante es complementaria al nucleótido de la hebra padre. En otras palabras las ADN polimerasas son enzimas dirigidas por la
hebra patrón o padre.
Como mencionamos anteriormente las ADN polimerasas I. II y III poseen la actividad exonucleasa que permite aumentar la
fidelidad de la duplicación o replicación del ADN, removiendo los nucleótidos que fueron puestos erradamente.
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Proceso de Síntesis en procariontes
Una vez desenrollado la doble hebra de ADN, la enzima primasa coloca el ARN partidor y de ahí comienza la síntesis de la hebra
hija por la acción de la enzima ADN polimerasa III. Recordemos que esta enzima es la responsable de la duplicación, mientras que
la ADN polimerasa I actúa como enzima auxiliar sacando la hebra de ARN partidor y luego sintetizando el trozo faltante, además
ella también participa en la reparación del ADN.
Durante el proceso de duplicación del ADN circular (E.coli) se produce una estructura característica, formada por dos horquillas (o
frentes) de duplicación.
Dirección de
la replicación
La velocidad de síntesis en E.coli , es de 800 bases por segundo.
Otras proteínas del proceso de síntesis.
A continuación describiremos otras proteínas que participan en el proceso de duplicación del ADN:
- HELICASA: son enzimas requeridas para desdoblar y abrir la molécula de ADN padre debido que esto no ocurre
espontáneamente. Las helicasas requieren ATP como cofactor.
Dos diferentes helicasas han sido descritas, una de ellas se mueve en dirección 3´ 5´ del ADN padre y recibe el nombre
de REP o HELICASA II o COPOL III (subunidad beta de la ADN polimerasa III) y las otras se mueve en dirección 5´
3´, llamadas HELICASA I y III.
- PROTEINAS QUE SE UNEN A HEBRA SIMPLE (SSB): Las hebras simples de ADN generadas por las helicasas
son mantenidas separadas por la unión de las proteínas SSB a la hebra de ADN. (ver figura 3 y Tabla II)
- ADN LIGASA es una enzima que cataliza la formación de enlaces fosfodiester entre polinucleótidos preformados. La
ADN ligasa esta involucrada en la síntesis de ADN discontinua, uniendo los fragmentos de OKASAKI una vez que se ha
reemplazado el partidor de RNA. Ellas también están involucradas en los mecanismos de reparación del ADN dañado.
Existe un solo tipo de ADN ligasa en procariontes y dos en eucariontes; ambas funcionan en el núcleo.
Tabla II. Principales proteínas de la duplicación de E.coli.
Proteínas
Funciones
Proteína N o dnaB
Capacita a la primasa para comenzar la duplicación
Primasa
Helicasas
Proteínas SSB
ADN girasa
ADN polimerasa III
ADN polimerasa I
ADN topoisomerasa I
ADN topoisomerasa II
ADN ligasa
Sintetiza el ARN partidor.
Desdobla la doble hélice.
Estabiliza regiones de hebra simple.
Introduce giros a la superhélice.
Sintetiza el ADN.
Saca la hebra partidora y completa los espacios.
Corta una hebra de ADN.
Corta ambas hebras de ADN.
Une los extremos de los polinucleotidos preformados.
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Duplicación del ADN en Eucariontes.
El mecanismo de síntesis del ADN en eucariontes es probablemente similar al proceso en procariontes.
La velocidad de las polimerasas en eucariontes es mucho menor que en procariontes. Para compensar esto, las células
eucarioticas contienen más de 20.000 moléculas de enzimas. Además, las células eucarioticas tienen un gran número de horquillas
de duplicación y fragmentos de Okasaki mas pequeños de 40 - 300 bases. De esta forma la velocidad de duplicación del ADN es
mayor en eucariontes.
La ADN polimerasa delta es la encargada de sintetizar la hebra principal o adelantada y la polimerasa alfa la hebra retrasada. El
ADN en eucariontes esta unido con histonas, por lo tanto la duplicación involucra dos pasos extras;
- Primero el ADN se debe disociar de las histonas para comenzar la duplicación.
La síntesis de histonas tiene lugar al mismo tiempo que la síntesis de ADN y las histonas se deben unir al nuevo ADN.
Algunos virus poseen otra forma de sintetizar ADN, debido que tienen una enzima llamada TRANSCRIPTASA REVERSA (Inversa)
capaz de usar como hebra molde la molécula de ARN.
5’ 3’
3’
Figura 3: Esquema que muestra el loop que se
forma en la hebra retrasada para que la ADN
polimerasa III tenga la misma posibilidad de
actuar en ambas hebras
Procariontes
3’
3’ 5’
Hebra
adelantada
3’ 5’
Hebra
retrasada
Figura 4. Síntesis de ADN en eucariontes.
5'
Primasa
Pol 
3'
5'
Helicasa
PCNA
Pol 
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EJERCICIOS
1. ¿Cuáles eran las hipótesis de partida sobre la naturaleza de la molécula de la herencia? ¿Cuál era la hipótesis más apoyada por
la comunidad científica?
2. Explica a través de un mapa conceptual el experimento de Griffith y su principio transformante
3. Explica a través de un mapa conceptual el experimento de Avery, C.Macleod y M.McCarty.
4. De acuerdo a las hipótesis razonables de partida, ¿por qué crees que Avery, McLeod y McCarthy experimentaron con cinco
fracciones: polisacáridos, lípidos, proteínas, ARN y ADN?
5. ¿Qué científicos aportaron la primera evidencia experimental de que el DNA es el material genético?
6. En el experimento de Griffith (1928), cuando mueren los ratones.
7. Si el ADN de una bacteria contiene una cadena marcada con N15 y otra sin marca (N14) es colocada sucesivamente en medios
N14, entonces como serán las cadenas de ADN en la cuarta generación.
8. En el experimento de replicación del DNA de Meselson y Stahl, ¿qué porcentaje del DNA está formado por una hebra ligera y
otra hebra pesada después de una generación creciendo en un medio que contiene 14N?
9. Griffith (1928) utilizó dos cepas de las bacterias
Diplococcus pneumniae: la cepa R (por rough) que forma
colonias rugosas en medio sólido y que no tiene efectos
patológicos en el ratón; y la cepa S (por smooth) que
constituye colonias lisas y produce una infección letal en el
ratón. Griffith encontró que ni las bacterias R intactas ni las
bacterias S muertas por calor, podían por sí mismas causar
una infección letal en el ratón. Sin embargo, al inyectar un
ratón con una mezcla de ambas (R intacta + S muertas), se
desencadenaba una infección similar a la que causaban las
bacterias S normales (véase Figura 5.1)
a. Explique por qué las bacterias S fueron muertas y por qué
se utilizó calor.
b. ¿Hubiera dado los mismo inyectar al ratón con una mezcla
de bacterias S intactas y bacterias R muertas?. ¿Por qué?
c. ¿Cuál es la conclusión del experimento?
10. Hershey y Chase (1952) demostraron que el DNA era el
material genético, al mismo tiempo que establecieron la
naturaleza de la infección viral. Teniendo en cuenta que los
ácidos nucleicos contienen fósforo, mientras las proteínas no
lo contienen, y que la mayoría de las proteínas contienen
azufre y los ácidos nucleicos no, estos investigadores
diseñaron un experimento de mareaje radiactivo con azufre
(35S) o fósforo (32P), que permitía seguir la trayectoria,
respectivamente, de las proteínas o ácidos nucleicos virales,
en el proceso de infección de una bacteria. Hershey y Chase
demostraron así, que la cubierta proteica del virus no ingresa
a la bacteria que es infectada, mientras que el material
interno consistente de DNA sí lo hace. Entonces, siendo el
DNA el responsable de la producción de los nuevos fagos
(virus) durante el proceso de infección, éste es el material
hereditario y no las proteínas (véase Figura 5.3).
a. ¿Qué parte o partes de este experimento prueban que el
DNA es el material hereditario?
b. Si hubiera habido ingreso de las proteínas virales
marcadas a la bacteria, ¿se descartaría al DNA como
material hereditario?
c. ¿Por qué las bacterias que iban a ser infectadas no
debían tener marca?
d. ¿Cómo piensa que fueran marcados radiactivamente los
virus?
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11. Avery, MacLeod y McCarty (1944) investigaron sobre la naturaleza química del principio transformante a través de análisis
químicos, enzima-ticos, serológicos y de espectroscopia ultravioleta. Llegaron a establecer que la "fracción activa" (transformante)
no contenía proteínas, ni lípidos, ni polisacáridos serológicamente activos, sino que consistía principalmente, si no exclusivamente,
de una "forma viscosa de ácido desoxirribonucleico altamente polimerizado". El valioso aporte de Avery y colaboradores respecto
de la naturaleza química del material hereditario fue más meritorio aún, por cuanto la mentalidad científica de la época atribuía dicha
capacidad transformante a las proteínas cromosómicas, y ninguna, o escasa participación a los ácidos nucleicos.
a. En relación con lo relatado, ¿qué resultados experimentales debieron haber obtenido Avery y col. en los tratamientos enzimáticos
que se enumeran más abajo, corno para llegar a concluir que principalmente el DNA debía ser el principio transformante? Complete
la Tabla 5.2.
TABLA 5.2
Conservación de la actividad del “principio transformante” en extractos celulares tratados con diferentes enzimas
Extracto celular
Tratamiento
Actividad del principio transformante
enzimatico
a) Extracto celular
Ninguno
Sí
b) Extracto celular
Lipasas
c) Extracto celular
Proteasas
d) Extracto celular
Ribonucleasas
e) Extracto celular
DNAsas
b. ¿Considera Ud. que los resultados experimentales de la Tabla 5.2 son probatorios de la naturaleza del principio transformante?
12. Stardate 7.012.10.4.00 Diario personal del Médico militar del USS Hackerprise: Al regresar de una misión en Europa, su
compañero de tripulación, Noslen, se pone muy enfermo. Explora a Noslen en búsqueda de señales de infección y descubre que
está incubando un virus alienígena.
Descubre que este virus porta ácidos nucleicos, proteínas y lípidos. También averigua que este Virus puede infectar a las células de
E. coli, pudiéndose así analizar fácilmente en el laboratorio.
I. Si cultiva este virus con uno de los siguientes radioisótopos: 32P, 3H , o 35S.
a) ¿Qué macromolécula viral será marcada con 32P?
b) ¿Qué macromolécula viral será marcada con 3H?
c) ¿Qué macromolécula viral será marcada con 35S
II. Analiza el ácido nucleico y encuentra lo siguiente:
a) ¿Qué ácido nucleico tiene el virus?. ¿Por qué?
b) Dado que se trata de un virus alienígena, usted quiere determinar qué macromolécula (ácidos nucleicos, proteínas y lípidos)
constituye el material hereditario. Explique cómo procedería.
13. Escribir la secuencia complementaria en dirección 5’ 3’, luego transcriba la hebra complementaria y tradúzcala.
a) 5’- GATCAA- 3’
b) 3’- ACTGGCCTAA -5’
c) 5’- ACCTAGGGTA -5’
d) 3’- CCTGGATTAAG -5’
14. Escribir las secuencias de los mARN sintetizados de los siguientes ADNs
a) 3’- ATTGCCATGCTA-5’
b) 5’- AGCTACTTAACG-3’
c) 3’-GGACCTACGTT.5’
Además indique cuales son los codones sin sentido presentes.
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15. Cuantos aminoácidos pueden ser codificados de las siguiente secuencia de mARN.
a) Asumiendo que comienza la lectura en el extremo 5’ inmediatamente.
b) Comenzando en forma normal establecida por el código genético.
3. 13. 23. 3-
5’- UUGCCUAUGGAUUGGAUG-3´
3’-AUGUAGGUAAAGGUAGGCC-5’
3’- AGCGCCAGUGACCAUGUA-5’
16. Que secuencia es formado por la adición de un poli (UUAC) a un sistema de síntesis de proteínas.
17. Observa la siguiente imagen que representa a la molécula de ADN y luego:
a) Determina los posibles errores que hay en la imagen
b) Señala bases nitrogenadas púricas, pirimidícas, azúcares (desoxirribosa), grupo fosfato.
c) Encierra un nucleótido y luego enumera los carbonos del azúcar.
d) Se cumplen las reglas de Chargaff.
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