Biología Molecular 1.0

1. Células y Genomas
1. Origen del universo y la vida
  1. Creación de materia a partir de la nada: Planck, Maxwell, Einstein, Heisenberg
    1. Big Bang y evolución
      1. Gran Explosión (He, H)
        Formación de elementos de la tabla periódica (Meyer, Newands y Mendeleev) en las estrellas. Las supernovas explotan -> nubes de polvo -> estrellas y planetas
        Síntesis de moléculas orgánicas prebióticas (Oparin)
        Experimentos de Urey y Miller. Energía de descargas=aminoácidos
        Calor y radiaciones: Péptidos y A. Nucleicos
        Meteoritos: Extinciones o Evolución
  2. Ley de conservación de la energía
  3. ¿Por qué existe?
    1. Energía neta del universo=0
  4. Radiotelescopios: solo hay vida en la Tierra
  5. ¿Cómo?
    1. Generación espontánea
  6. Hipótesis del Mundo de ARN
  7. Síntesis y crecimiento de membranas celulares: agitación, sonicación y temperatura
  8. Evolución biológica: Wallace y Darwin
2. La Célula y la Vida
  1. Importancia del C; el agua presenta las propiedades básicas para la vida (dipolo); Principios inmediatos (Glúcidos, lípidos, Proteínas y A. Nucléicos
  2. Vida=Homeostasis
  3. Unidad Básica de la vida
  4. Seres Vivos
    1. Autótrofos (Quimio/fotosintéticos) y Heterótrofos
    2. Procariotas (Bacterias y arqueas); Eucariotas (Protistas, Plantas, Hongos, Animales y Organismos de Biología sintética)
    3. Organismos unicelulares, pluricelulares y reproducción
      1. Organismos unicelulares sufren más mutaciones y por tanto más evolución
      2. Todos derivan de una célula (Reproducción sexual o asexual)
      3. Algunos seres vivos forman colonias, división del trabajo, simbiosis o helotismo
  5. Parásitos obligados
    1. Virus: ADN/ARN de cadena doble o sencilla; lineal o circular
    2. Virusoides y viroides
  6. Teoría endosimbiótica
    1. Bacterias que dan lugar a Mitocondrias y Cloroplastos
  7. Membrana Plasmática: Protege y permite el intercambio de sustancias. Algunas células también tienen pared celular
  8. Información Genética: ADN de cadena doble, circular o lineal. Mitocondrias y cloroplastos tienen ADNds
  9. Entidades Biológicas: ARNss circular
  10. Los Ácidos Nucleicos están superenrollados, se replican y transfieren la información genética
    1. Leyes de la Herencia: Mendel
      1. Herencia vertical u horizontal
    2. Dogma Central de la Biología Molecular: Transferencia de la información genética: Transcripción (ADN-ARN) - Traducción (ARN-Proteínas). Excepción: Retrovirus (ARN-ADN mediante retrotranscriptasa; como el virus del SIDA)
3. Diversidad Genómica y Árbol de la vida
  1. Los genomas pueden aumentar de tamaño incluyendo poliploidía
  2. Duplicaciones
  3. Genes conservados evolutivamente
  4. Eucariotas tienen origen polifilético
  5. Genes NOTCH2NL
    1. Se encuentran en regiones cromosómicas asociadas a trastornos del neurodesarrollo, y que mediante sus duplicaciones aumentaron el córtex cerebral y nos hicieron humanos
Estudio de las biomoléculas y procesos de la vida
2. Estructura del Material Genético
1. Base Molecular de la información Genética
  1. -Mendel: Herencia (1865) -Miescher: Estudio de la tuberculosis; el núcleo se tiñe con colorantes (Ácidos Nucleicos)
  2. Griffith (1928): Principio transformante: Los genes de neumococos vivos pasan a los muertos
    1. El principio transformante es ADN. (Avery, McLeod y McCarthy)
      1. Aceptación del ADN: Hershey y Chase
      2. Las proteínas del virus son radiactivas, no el ADN
  3. 1ª Ley de Chargaff
    1. A=T G=C
      1. A; G: Purinas
      2. T; C: Pirimidinas
  4. Watson y Crick: Estructura del ADN Franklin: cristalografía, flotodifracción de rayos X de fibras de ADN
    1. Estructura Helicoidal Distancia entre bases: 0,34nm Distancia repetida cada 3,4nm
    2. Doble Hélice: Premio Nobel (Watson, Crick y Wilkins) 1962
  5. Ácidos Nucléicos
    1. Nucleósido: Grupo fosfato+azúcar Nucleótido: Grupo fosfato+azúcar+base nitrogenada
    2. Cadenas polinucleotídicas: sentido 5´ a 3´
2. Ácido desoxirribonucleico: ADNC
  1. Gira a derechas (ADN-B): pero puede girar a izquierdas (ADN-Z)
  2. Surcos mayor y menor: el represor del fago se une al surco mayor lo que produce cambios de conformación y energía libre
  3. Nanobiotecnología
    1. Transporte y liberación de medicamentos anticáncer y sistemas de edición genómica (CRISPR-Cas9)
3. Cromosomas
  1. Virusoides: viroides defectivos que necesitan virus coadyuvantes (Parásitos celulares) Cromosomas: ARNss
  2. Virus: ADNss o ADNds/ ARNss o ARNds circular/lineal (variabilidad)
  3. Bacterias: Excepcionalmente, cromosomas y plásmidos de ADNds lineal
    1. Asociado a proteínas y membrana plasmática
  4. Eucariotas
    1. Lineales ADNds asociados a histonas (nucleosomas) -Centrómeros: segregación de cromosomas en la división -Telómeros: protegen los extremos de los cromosomas y las telomerasas mantienen la longitud en la replicación
    2. -Motor de condensina: Organizar y compactar la cromatina -Interactoma global de ARN-cromatina: regular la expresión génica
4. Propiedades del ADN
  1. Físicas
    1. -Curvatura, flexibilidad, elasticidad, estabilidad(más en ADN) transiciones mecánicas. -Aumenta la densidad al aumentar CG y viscosidad mayor en la doble cadena -Superenrrollamiento
  2. Térmicas, Ópticas y eléctricas
    1. -Tª de fusión y ebullición modeladas por la cantidad de AT vs CG -Absorbancia de radiación electromagnética, hipercromacidad e hipocromacidad -Electroforesis
  3. Químicas
    1. -material genético ácido -Síntesis natural y artificial
  4. Biológicas
    1. -ADN celular y usado en ingeniería genética -Replicación en vivo y en vitro -Transcripción y traducción -Recombinación Genética
  5. Codificación de la información
    1. -Uniones de Holliday y enlaces cruzados dobles -Ensambalajes tipo ceja y celosía -Andamiajes de papiroflexia
  6. Topológica
5. Ácido Ribonucleico: ARN
  1. Codificantes: ARNm (portan la información genética)
    1. Procariotas: policistrónicos Eucariotas: mnocistrónicos
  2. No codificantes
    1. ARNt: unen cada aminoácido con su codón
    2. ARNr: Forman parte de los ribosomas y regulan la traducción
    3. ARNpn; ARNsn; ARNpno; ARNsno; microARN; ARNlargos; ARNcirculares
  3. Nanobiotecnología
    1. CRISPR-Cas9
  4. Incremento de ARN y NOTCH2NL: evolución
3. Replicación Cromosómica
1. Replicación del ADN
  1. Es semiconservativa: Meselson y Stahl
  2. Diferencias principales entre procariotas y eucariotas
    1. Procariotas
      1. Exonucleasas; Un origen de replicación; Fragmentos de Okazaki de 1000-2000 residuos; No proteínas con el ADN; Cromosomas circulares y pequeños
    2. Eucariotas
      1. Varios orígenes de replicación; Fragmentos de Okazaki de 100-200 residuos; Histonas asociadas con el ADN; Cromosomas lineales y grandes
      2. Estructuras anidadas: Replicones; Isócoros (H y L); Bandas
  3. Estrategias para copiar los telómeros
    1. Horquillas y proteínas con residuo cebador equivalente al 3´-OH (Procariotas)
    2. Telomerasa: Longevidad mediante transposición (Eucariotas)
    3. Recombinación Homóloga (Conversión Génica)
    4. Producción de Isómeros ópticos de fármacos y bacterias resistentes a virus (Quiral de enantiómeros)
2. Replicación y Ciclo celular
  1. División Celular
    1. Procariotas
      1. Fisión Binaria
    2. Eucariotas
      1. Mitosis
      2. Meiosis
  2. Reproducción
    1. Sexual
      1. Meiosis
    2. Asexual
      1. Mitosis
      2. Fisión Binaria
  3. Ciclo celular
  4. Meiosis
  5. Coordinación
    1. Licencia; Activación mediante fosforilaciones; CDK: quinasas dependientes de cidinas
    2. Regulación de la replicación y chequeo de daños del ADN
  6. Evolución
    1. 66% de cánceres humanos son debidos a fallos en la replicación; teniendo como consecuencia la evolución
4- Reparación del ADN
1. Mutación y Evolución
  1. Vía selección: Resistencia bacteriana a antibióticos
  2. Mayoría de mutaciones: Perjudicales
    1. Mecanismos de reparación
      1. Reparación de daños en una cadena
        Autocorrección: Más fácil, porque tiene otra cadena (molde ADNdc); zigzag de la polimerasa
        Reversión directa por fotoreactivación (energía de la luz visible)
        Reversión directa por desmetilación de guaninas
        Por escisión de base
        Por escisión de nucleótidos (la cadena transcrita se repara antes)
        Desmetilación: Proceso costoso energéticamente
        Reparación de cadena no transcrita
        La rotura no se transcribe; NT-SSBs facilita o inhibe la transcripción; cambios de conformación; superenrrollamiento positivo y negativo
      2. Reparación de daños en ambas cadenas
        Proceso energéticamente costoso, con gran dificultad; Proceso cooperativo con reacciones en cascada
        Reparación de cromosomas homólogos
        Procariotas
        Eucariotas
        Conservación de proteínas de recombinación homóloga en bacterias, arqueas y eucariotas
        Unión de cromosomas rotos no homólogos
        mutaciones
        supervivencia
        Unión de extremos microhomólogos pueden causar: deleciones o inserciones
      3. Reparación de emergencia
        Síntesis de ADN translesión=Replicación translesión
        Mutasoma con polimerasas de ADN propensas a error
        Mutagénesis
        Supervivencia a base de riesgo de mutaciones
        Proceso cooperativo con reacciones en cascada
        Supervivencia SOS
        En procariotas y eucariotas
        La proteína cambia de conformación y función, rompe los represores del ADN y lo repara provocando mutaciones
        Grabadores moleculares que usan las mutaciones para:
        Grabar eventos biológicos
        Aplicaciones informáticas
    2. Los mutágenos dañan al ADN, que puede mutar por replicación o reparación errónea
2. Reparación del ADN y ciclo celular
  1. Morgan
    1. Sobrecruzamiento de cromosomas
  2. Recombinación homóloga
  3. Lesiones, puntos de control y quinasas (transductoras)
  4. Respuesta doble cadena: cambios de transcripción, controles del ciclo celular y reparación del ADN
  5. Luz UV y Tabaco
    1. Melanina
      1. -Se producen dímeros de timina -Especies activas de N2 y O2 excitan electrones de la melanina -Estados de tripletes cuánticos que inducen dímeros de timina, independiente a la raciación UV.
      2. Protectora/Cancerígena
  6. Inhibición de quinasas: Aumenta la actividad de CDK y el inicio de replicación dproduciendo roturas de ADN (cáncer)
  7. Vida Saludable
    1. Consumo de etanol: tóxico
      1. Cirrosis
      2. Acetaldehído
        Mutaciones en células
        Somáticas (cáncer)
        Germinales (defectos congénitos)
      3. Destruye el cerebro: Alzheimer
  8. Supervivencia o muerte celular y del organismo depende de:
    1. Continuar, retrasar o parar el ciclo celular en los puntos de control, para reparar el ADN dañado con posibilidad de mutagénesis o carcinogénesis
  9. Genes relacionados con la reparación del ADN y con la longevidad, favorecida por las dietas hipocalóricas
5. Transcripción
1. Dogma central de la Biología Molecular
2. Mayor complejidad en eucariotas que en procariotas
  1. Expresión génica
    1. Procariotas
      1. 1 polimerasa de ARN
      2. Policistrónicos
    2. Eucariotas
      1. Monocistrónicos
      2. ARNm
        Caperuza
        Metilación
        Cola Poli-A
3. Fases
  1. Procariotas
    1. (Si no se le pega el factor sigma, tiene energía libre y hay conformación)
    2. Terminación: independiente/dependiente de ro
    3. Algunos ARNm de bacterias tienen colas poli A
  2. Eucariotas
    1. Represores se unen a los silenciadores y reprimen la expresión génica
    2. Genes interrumpidos por intrones: Descubierto de froma independiente
      1. Robert
      2. Sharp
    3. El ARNm se puede metilar
    4. Caperuza al extremo 5´ y la poliadenilación (que desencadena la terminación): Protegen al ARNm de las nucleasas e intervienen en la regulación de la traducción
    5. Mecanismos de Ayustamiento
      1. ARN como enzima: origen de la vida
      2. Intrones requieren snRNP (Ribonucleoproteínas nucleares pequeñas
4. Degradación del ARN
  1. Procariotas
    1. Bacterias Gram negativas y Gram positivas; Poliadenilación
    2. PNPasa (enzima que lo degrada): Degradosoma de eubacterias
    3. Arqueas: Exosomas (como eucariotas e intrones)
    4. CRISPR
      1. Sistema que degrada ADN/ARN extraño
        Cas: proteína asociada
        Efectos colaterales
      2. Ingeniería genética
        Revolución Biotecnológica
  2. Eucariotas
    1. Procesos de interferencia de ARN pueden favorecer la desadenilación y degradan el ARN
    2. Exosoma
    3. Interferencia/Silenciamiento
      1. ARNpi (pequeños de interferencia)
      2. Micro ARN
      3. ARNip (interacción piwi)
6. Traducción
1. Código Genético
  1. Traducción del lenguaje de ADN/ARN a proteínas
    1. Severo Ochoa (1959)
  2. Características
    1. Degenerado (redundante) y con señales de parada
    2. Universal
2. Procariotas y Eucariotas
  1. Ribosomas
  2. ARNm
    1. Policistrónico en Procariotas
    2. También metila en Eucariotas
3. Fosforilaciones: Activar/Energizar las moléculas
4. Hidrólisis del pirofosfato: Desplaza la reacción a la derecha
5. Proceso energéticamente costos0
6. Fases
  1. 1. Activación de aminoácidos
    1. ADN: Codógeno ARNm: Codón ARNt: Anticodón
  2. Procariotas
    1. Secuencia consenso de Shine-Dalgarno (sitio de unión al ribosoma: AGGAGG) e iniciación (ATG)
    2. Polisomas: antes de que acabe la transcripción empieza la traducción
  3. Eucariotas
    1. Polisomas y múltiples sitios de iniciación y terminación
    2. Iniciación dependiente de CAP e IRES
    3. Secuencia consenso de Kozak
      1. Iniciación: AUGG; no sitio de unión al ribosoma
    4. Polirribosomas y múltiples sitios de iniciación y terminación
7. Plegamiento de Proteínas
  1. Plegamiento espontáneo, con gasto de ATP
    1. Carabinas (chaperonas) y chaperoninas
  2. Plegamiento Incorrecto: Puede producir enfermedades como el Alzheimer
8. Modficaciones Postraduccionales
  1. Prenilación: Unión de grupos hidrofóbicos a péptidos
  2. Glucosilación
  3. Biosíntes de insulina incluyendo oxidación y proteolisis
  4. Ubiquitinación: Etiquetaje de péptidos para marcar su destino
9. Transporte de Proteínas en eucariotas
  1. Citoesqueleto:
    1. También aprovechado por los virus para llegar al núcleo
  2. Nanobiotecnología de péptidos
    1. Transporte y liberación de medicamentos anticáncer
10. Degradación de Proteinas
  1. Lisosomas
    1. Mezcla de enzimas hidrolíticas Proceso costoso (ATP)
  2. Proteosomas (conservados evolutivamente)
    1. Inhibición: Apoptosis, senescencia celular y efectos citotóxicos de la quimioterapia
    2. Marcaje y digestión
    3. Degradación y activación de péptidos
7. Regulación de la Expresión Génica
1. En Procariotas
  1. El operón lac no se induce en presencia de glucosa
  2. Catabolismo
  3. Anabolismo
    1. Doble mecanismo de regulación: El operón trp se reprime/atenúa cuando hay mucho/bastante triptófano
  4. Comunicación entre moléculas: Un cambio de conformación provoca un cambio de función de la proteasa específica
2. En eucariotas
  1. Modos de co-regulación de genes
    1. Potenciadores
      1. Pueden estar en posiciones distantes del gen al que regulan, tener diferentes orientaciones e interaccionar con factores de transcripción, que a su vez interaccionan con la polimerasa de ARN
      2. Super-potenciadores
        Están formados por múltiples potenciadores unidos coordinadamente a factores de transcripción
    2. Aisladores
      1. Bloquean la interacción de los potenciadores con los promotores
  3. Factores de transcripción activos e inactivos
  4. ´Monitorización de la transcripción mediante cuantificación de desacetilasas de histonas usando tomografía por emisión de positrones
    1. La disfunción epigenética/transcriptómica está implicada en muchos desórdenes neurológicos y psiquiátricos incluyendo la enfermedad de alzheimer y esquizofrenia.
  5. Control negativo (represor) y positivo (activador) de inducción o represión
    1. Los genes se inducen/reprimen
    2. Las enzimas se activan/inhiben
  7. Inducción de defensa en plantas mediante fragmentos virales de ARN de doble cadena y ARN de interferencia suministrados en nanopartículas de Bioarcilla. Tecnología con potencial terapéutico para animales
  8. Gen y transcripción
    1. ARN no codificantes
    2. ARN no codificantes y enfermedades
      1. Mecanismos de acción de ARNnc relacionadas con el cáncer y el alzheimer; envejecimiento y terapias dirigidas a miARN
      2. Relaciones funcionales entre ARNpnc, ARNlnc y enfermedades asociadas, incluyendo cánceres, inmunitarias y neurodegenerativas.
      3. Relación entre ARNnc y muerte celular, que puede explotarse para curar enfermedades como el cáncer
REALIZADO POR: LIDIA JURADO ORTIZ

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