Biosíntesis de Macromoléculas

TEMA 3: Transcripción, procesamiento y maduración del ARN. Regulación de la transcripción
1. Dogma Central: ADN<--->ARN--->Proteína
  1. Retrotranscripción (retrovirus)
2. Circuitos de control de la Transcripción
  1. Control negativo de inducción o represión
  2. Control positivo de inducción o represión
3. Procariotas
  1. Características Procariotas
    1. ADN se encuentra en el citoplasma
    2. La transcripción se lleva a cabo en el citoplasma
    3. Posee dos centros promotores (TTGACA, y TATAAT)
    4. ARNm suelen ser policistrónico
    5. Durante la transcripción también se comienza a producir la traducción
    6. Sólo existe un tipo de ARN polimerasa
    7. No suelen poseer intrones
    8. Un único cromosoma
  2. Transcripción Procariotas
    1. Iniciación
      1. El factor sigma reconoce el promotor
      2. Se produce la unión entre la ARN polimerasa y el ADN, y se desenrollan las hebras de ADN
      3. La ARN polimerasa inicia la síntesis del ARNm con unos pocos nucleótidos
      4. Se produce la liberación del factor sigma
    2. Elongación
      1. La ARN polimerasa lee el ADN en dirección 3'--->5', por lo que la síntesis del ARN se produce en sentido 5'--->3'
    3. Terminación
      1. Independiente de ro
        La señal terminadora suele ser una región palindrómica, por lo que se forma una horquilla
      2. Dependiente de ro
        Secuencia a la que se une una serie de proteínas reguladoras específicas
    4. Regulación en procariotas
      1. Operón lac de la lactosa
      2. Operón araBAD de la arabinosa
      3. Regulón SOS de respuesta de emergencia
      4. Operón trp del triptófano
  3. Degradación ARN
    1. Diversas enzimas
      1. PAP I
      2. PNPasa: Polinucleótido fosforilasa
      3. RNasa E
      4. RNasa II
    2. Complejos
      1. Degradosoma en eubacterias
      2. Exosoma en arqueobacterias
4. Eucariotas
  1. Características Eucariotas
    1. ADN se encuentra en el núcleo
    2. Existen tres ARN polimerasas (I,II, III)
    3. La transcripción se produce en el núcleo
    4. El centro promotor más común es el compartimento TATA
    5. ARNm suelen ser monocistrónicos
    6. Se debe producir la maduración del ARNm en el núcleo antes de ser transportado al citoplasma, dónde se producirá la traducción
    7. Posee intrones
    8. Numerosos cromosomas
  2. Transcripción Eucariotas
    1. Los genes se encuentran interrumpidos por intrones
      1. Intrones descubiertos por Richar J. Roberts y Phillip A. Sharp, de forma independiente
    2. Regulación en eucariotas
      1. Potenciadores
        Pueden tener diferentes orientaciones e interaccionan con los factores de transcripción
      2. Factores de Transcripción
        Son proteínas de unión al ADN, e interaccionan con el surco mayor (Ej, cremallera de leucina)
      3. También existen factores que inactivan o activan la transcripción
    3. Iniciación
      1. Proceso cooperativo con reacciones en cascada.Se identifica al promotor (compartimento TATA) y la ARN polimerasa II inicia la transcripción
      2. Está regulado por factores de la transcripción (activadores, coactivadores y represores)
    4. Elongación
      1. Se produce en sentido 5'--->3'.En el extremo 5' del ARN sintetizado se une una caperuza de metilguanosina trifosfato
        Sirven para proteger al ARNm de las nucleasas e intervienen en la regulación
    5. Terminación
      1. Se produce la unión en el extremo 3' de una cola poli-A, lo que desencadena la terminación
        Sirven para proteger al ARNm de las nucleasas e intervienen en la regulación
    6. Maduración
      1. En el proceso de ayustamiento del pre-ARNm se eliminan los intrones, quedando sólo las regiones codificantes, los exones. Así obtenemos el ARN maduro
  3. Degradación ARN
    1. Desadenilación dependiente
    2. Desadenilación independiente
      1. MicroARN y ARN pequeños de interferencia favorecen la desadenilación
    3. Endonucleasa dependiente
    4. Complejo exosoma humano
TEMA 4: Regulación de la biosíntesis y degradación de proteínas. Traducción. Plegamiento asistido de proteínas. Modificaciones postraduccionales y degradación de proteínas
1. Código Genético
  1. Es la relación de correspondencia entre los nucleótidos del ARNm y los aminoácidos que cofidifica para la síntesis de la proteína
    1. La codificación de los aminoácidos viene especificada por secuencias de tres nucleótidos (tripletes o codones)
  2. Severo Ochoa
    1. Descubrió la fosforilasa de polinucleótido
2. Procariotas
  1. Durante la transcripción del ARNm ya comienza su traducción, ya que ambos procesos ocurren en el citoplasma.
  2. ARNm policistrónico
  3. Ribosomas 70S
    1. Subunidad grande 50S
    2. Subunidad pequeña 30S
  4. En el ARNm el extremo 5' no contiene una caperuza de metilguanosina
  5. El ARNm no contiene en su extremo 3' una cola poli-A
3. Eucariotas
  1. El ARNm sintetizado en el núcleo debe ser transportado hasta el citoplasma para que pueda ser traducido
  2. ARN monocistrónico
  3. Ribosomas 80S
    1. Subunidad grande 60S
    2. Subunidad pequeña 40S
  4. El ARNm contiene en su extremo 5' una caperuza de metilguanosina
  5. El ARNm contiene en su extremo 3' una cola poli-A.
4. Plegamiento de proteínas
  1. Estructura nativa
    1. Activa.Tienden a ser las conformaciones de menor energía
    2. Plegamiento espontáneo y asistido por chaperonas (proteínas grandes) y chaperoninas (proteínas pequeñas)
      1. Sistema Hsp 70: proteína de choque térmico, evita agregación
      2. Sistema Hsp60/Hsp10: facilitan plegamiento proteínas
  2. Estructura sin plegar
    1. Inactiva
5. Modificaciones postraduccionales de proteínas
  1. Prenilación
  2. Hidroxilación
  3. Sulfonilación
  4. Metilación
  5. Puentes disulfuro
  6. Glicosilación
  7. Acilación
  8. Lipidación
  9. Fosforilación
  10. Ubiquitinación
  11. Proteolisis
6. Degradación de proteínas
  1. Proteosomas
    1. Marcaje mediante poliubiquitinación, captura y entrada en el proteosoma y digestión
    2. Su inhibición favorece la apoptosis, la senescencia celular y los efectos citotóxicos de la quimioterapia
    3. También actúan activando péptdios
  2. Lisosomas
    1. Mezcla de enzimas hidrolíticas
7. Traducción
  1. Proceso mediante el cual se decodifica la información contenida en el ARNm para la síntesis de una proteína
    1. Para que la información del ARNm sea traducida a aminoácidos se necesita de una molécula intermediaria, el ARN transferente (ARNt)
      1. Estructura secundaria, trébol, y terciaria, L invertida.
      2. Anticodón, que es complementario al codón (en el brazo anticodón) y en el extremo 3' un triplete CCA que sujeta al aminoácido
    2. Gran gasto de energía en forma de GTP
  2. Procariotas
    1. Iniciaciación
      1. Secuencia consenso Shine-Dalgarno y triplete iniciador (AUG)
    2. Elongación
      1. Crecimiento de la cadena polipeptídica mediante la adición de aa. Es necesario el factor de elongación para que se acoplen los nuevos ARNt-aminoacil
    3. Terminación
      1. La síntesis se detiene gracias a uno de los tres codones de STOP y al factor de terminación
    4. El ARNm puede ser leído por varios ribosomas: polirribosoma
  3. Eucariotas
    1. Iniciación
      1. Secuencia consenso de Kozak, incluye el triplete de iniciación (AUG) y factores de iniciación
      2. Dependiente de caperuza de metilguanosina y de IRES (sitio de entrada interno del ribosoma)
    2. Elongación
      1. Crecimiento de la cadena polipeptídica mediante la adición de aa. Se van produciendo ciclos de elongación. Es necesario el factor de elongación eucariótico
    3. Terminación
      1. La síntesis se detiene gracias a uno de los tres codones de terminación y al factor de liberación eucariótico
    4. Polirribosoma y múltiples sitios de inicio y terminación
TEMA 5: Mecanismos moleculares del transporte de proteínas a diferentes estructuras y compartimentos celulares
1. Envueltas Celulares
  1. Limita el exterior de la célula con su interior, proporcionándole protección y regulando el intercambio de sustancias
    1. Presentes en bacterias (eubacterias), arquibacterias y eucariotas
2. Transporte de proteínas en Eucariotas
  1. Las proteínas se sintetizan en el citoplasma, y mediante los péptidos con secuencia señal se le asigna el compartimento de destino, o se quedan en el citoplasma
  2. Núcleo
    1. Interaccionan con los complejos del poro de la envoltura nuclear. Gasta energía en forma de GTP, y a veces en ATP
    2. Ciclo del transporte nuclear Ran-GTP para la importación y exportación. Participación de proteínas importinas y exportinas
  3. Retículo endoplásmico rugoso (RER)
    1. Vía SRP, por lo que se produce un consumo de energía en forma de GTP
    2. SRP se une a su señal en la secuencia y para la traducción. A continuación el ribosoma se une a la membrana del RER
    3. Se produce la unión de GTP a SRP y al receptor de SRP, y se abre el poro para que el polipéptido entre hacia el lumen del RER
    4. GTP se hidroliza y SRP es liberado. Por último el polipéptido entra completamente en el lumen del RER y se libera el ribosoma y el poro es cerrado
  4. Aparato de Golgi
    1. Modificación, etiquetaje (glucosilación y fosforilación), empaquetamiento, transporte y distribución de proteínas sintetizadas en el RER para su posterior exportación
  5. Endosomas y vesículas de secreción
  6. Peroxisomas y lisosomas
    1. Peroxisomas proceden del RE, y son orgánulos pequeños rodeados de membrana y que contienen enzimas oxidativos (peroxidasas y catalasas)
    2. Lisosomas proceden del Golgi, y son pequeños orgánulos rodeados de membrana que contienen enzimas digestivos (hidrolizan biomoléculas)
  7. Flujos de membrana
    1. Exocitosis (expulsión de materiales) y endocitosis (tomar partículas del medio). Ayudan al mantenimiento de la membrana
    2. Transporte bidireccional entre el retículo endoplásmico rugoso y el aparato de Golgi, transporte anterógrado (COPII) y retrógrad (COPI)
    3. Recubrimiento por Clatrina. Las proteínas de membrana se ensamblan y desensamblan promoviendo el transporte de vesículas
    4. Receptores manosa 6-fosfato (M6PR), capturan hidrolasas del Golgi y las transportan a los lisosomas
  8. Mitocondrias
    1. Tansporte y plegamiento de las proteínas se realizan en el mismo proceso, gracias a Hsp 70 y Hsp 60. Gasta energía en forma de ATP
    2. También se puede producir transporte desde la matriz al espacio intermembrana
  9. Cloroplastos
    1. Transporte y plegamiento de proteínas mediante el complejo de traslocación de la membrana interna/externa (tic/toc), Hsp 70 y Hsp 60. Gasta ATP
    2. Transporte entre el estroma y el lumen de los tilacoides mediante secuencias señales hidrofóbicas
    3. También se puede producir transporte desde el estromaal espacio intermembrana
3. Envueltas celulares de Procariotas
  1. Según la tinción de Gram
    1. Gram positiva (azules)
      1. Sólo una membrana lipídica y pared de peptidoglucano muy gruesa
    2. Gram negativas (rojas)
      1. Dos membranas lipídicas, y situada en medio una fina pared de peptidoglucano
4. Transporte proteínas en Eucariotas
  1. SRP: partícula de reconocimiento de señal
  2. Rutas de secreción
    1. Para proteínas desnaturalizadas
    2. Dependiente o no de SRP. Se gasta energía en forma de GTP o ATP.
  3. Rutas de traslocación de argininas gemelas
    1. Para proteínas plegadas
    2. Usa gradiente de protones como fuente de energía.
TEMA 2: Reparación del ADN. Implicaciones de la reparación en el ciclo celular
1. Reparación de daños en una cadena
  1. Por escisión de bases
    1. Eliminación de la base por glucosilasas, y reparación posterior por polimerasas
  2. Por escisión de nucleótidos
    1. Mediante la enzima NER. Repara con más eficiencia el ADN que se está transcribiendo
  3. Reparación de desapareamientos en procariotas (reconocimiento por desmetilación) y en eucariotas
2. Autocorrección de la polimerasa de ADN
  1. Movimiento en zig-zag con actividad autocorrectora
3. Reversión directa
  1. PRE: enzima fotorreactivadora
    1. Repara mutaciones de dímeros de timina
  2. MGMT: MetilGuanina MetilTransferasa
    1. Desmetilación de guaninas
  3. AlkB y TET enzymes
    1. Desmetilación de adeninas y citosinas
4. Reparación de daños en ambas cadenas
  1. Unión de extremos no homólogos
    1. Mediante la ADN polimerasa o la polinucleótido quinasa
  2. Unión de extremos microhomólogos
    1. Genera inserciones y delecciones
  3. Recombinación homóloga
    1. Procariotas (RecBCD)
    2. Eucariotas (DSBR)
5. Daño y mutación del ADN
  1. El ADN dañado es en el que se ha producido una lesión, y puede convertirse en ADN mutado si se replica sin una reparación correcta
6. Tolerancia mediante síntesis translesión
  1. Ocurre por polimerasas de ADN propensas a error
  2. Modelo de mutasoma de procariotas
  3. La sustitución de polimerasas en eucariotas (hay muchas distintas) genera tolerancia
7. Respuesta SOS
  1. Respuesta que se desencadena cuando las lesiones en el ADN son demasiado graves, y así limitar el riesgo de mutación, pero son propensas a error
8. Implicaciones de la reparación en el ciclo celular
  1. Sobrecruzamiento de cromosomas
    1. Reparación mediante recombinación homóloga
  2. Reparación ADN ciclo celular
    1. Puntos de control (G1, S y G2-M)
      1. En estos puntos se para o continua el ciclo celular, dependiendo del daño, llegando a producir la apoptosis
    2. Quinasas dependientes de ciclinas
    3. Los genes de reparación de ADN están relacionados con la longevidad
TEMA 1. Replicación del ADN. Coordinación de la replicación con el ciclo celular
1. Ácido desoxirribonucleico (ADN)
  1. En el siglo XIX se empezó a investigar las factores de los que dependía la herencia genética
    1. Gregor Mendel
      1. Experimentos que manifestaban que existían una factores heredables
    2. Fiedrich Miescher
      1. Descubrió los ácidos nucleicos, a los que denominó nucleínas
  2. Descubrimiento de la estructura del ADN
    1. Erwin Chargaff y su ley de la complementaridad de las bases púricas y pirimidínicas
    2. Rosalind Franklin obtuvo imágenes de la molécula de ADN mediante difracción de rayos X
    3. Gracias a estos resultados James Watson y Francis Crick postularon la estructura del ADN
      1. Estructura helicoidal de doble cadena antiparalela
      2. Distancia entre bases 0,34 nm, y se repite cada 3,4 nm
      3. Surco mayor y surco menor
      4. Dextrógira
      5. Compuesta por nucleótidos
    4. Premio Nobel 1962: Watson, Crick y Wilkins
2. Replicación del ADN
  1. Posibles modelos
    1. Conservativa
    2. Semiconservativa
      1. Meselson y Stahl demostraron que este es el modelo correcto
      2. La estructura postulada por Watson y Crick explicaba este modelo
    3. Dispersiva
  2. Semiconservativa
    1. Se inicia en el origen de replicación. Se desenrrolla la doble hélice mediante topoisomerasas, y se separan las cadenas por la acción de helicasas. Estas se mantienen separadas gracias a las proteínas SSB (procariotas) y RPA (eucariotas)
    2. Se forma la horquilla de replicación, donde se lleva a cabo la síntesis de nuevas cadenas gracias a las ADN-polimerasas.
    3. Es un proceso bidireccional, y puesto que la síntesis ocurre en sentido 5'-->3', una cadena se forma de manera discontinua, mediante fragmentos de Okazaki
    4. Diferencidas
      1. Eucariotas
        Múltiples orígenes de replicación
        No todas las polimerasas con actividad exonucleasa
        Cromosomas lineales y grandes
        Se asocian a histonas
      2. Procariotas
        Cromosomas circulares y pequeños
        Un sólo origen de replicación
        Todas las polimerasas con actividad exonucleasa
        No histonas
3. Ciclo celular
  1. Proceso que transcurre desde que se forma una célula hasta que se divide y da lugar a dos células hijas
  2. Consta de las siguientes fases: G0, Interfase (G1, S y G2) y la Mitosis (M)
  3. G0: cuando las células no entran en división, está detenido el ciclo.
  4. G1: crecimiento celular y duplicación de orgánulos
  5. S: Duplicación del material genético
  6. G2: célula alcanza el tamaño adecuado y los cromosomas duplicados
  7. M
    1. Profase: los cromosomas se condesan y se forma el huso mitótico
    2. Metafase: alineamiento de los cromosomas
    3. Prometafase: los cromosomas se unen al huso mitótico
    4. Anafase: Separación de las cromátidas y migración a los polos
    5. Telofase: Desespiralización de los cromosomas y desorganización del huso
    6. Citoquinesis: se divide el citoplasma originando dos células hijas
  8. Meiosis
    1. División celular relacionada con la reproducción sexual, origina los gametos. Está formada por dos divisiones meióticas, cada una con sus respectivas fases: profase I y II, metafase I y II, anafase I y II, telofase I y II y citoquinesis
4. Coordinación replicación-ciclo celular
  1. Regulación origen replicación
    1. Procesos en cascada que se activan mediante fosforilaciones
      1. ORC,RAP, RFL, CDK
  2. Regulación ciclo celular
    1. CDK: quinasas dependientes de ciclinas, y ciclinas
    2. Control replicación cromosómica

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