TEMA 8 CONTROL CELULAR: NÚCLEO Y NUCLEOIDE, Apuntes de Biología

¡Descarga TEMA 8 CONTROL CELULAR: NÚCLEO Y NUCLEOIDE y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! TEMA 8 CONTROL CELULAR: NÚCLEO Y NUCLEOIDE 1. NÚCLEO Y NUCLEOIDE 1.1. ESTRUCTURA GENERAL DEL NÚLEO 1.1.1. ENVOLTURA NUCLEAR 1.1.2. NUCLÉOLO 1.1.3. CROMATINA Y CROMOSOMAS 1.2. NUCLEOIDE 2. LAS RUTAS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA 2.1. REPLICACIÓN DEL ADN 2.2. TRANSCRIPCIÓN 2.3. TRADUCCIÓN: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS 3. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA 3.1. REGULACIÓN EN PROCARIOTAS 3.2. REGULACIÓN EN EUCARIOTAS 1. NÚCLEO Y NUCLEOIDE En eucariotas (núcleo) con envoltura nuclear y en procariotas (nucleoide) sin ella. Tienen en común que contienen el ADN. El ADN es el portador de la información genética (información para llevar a cabo todas las actividades celulares. (Control celular, que lo llevaran a cabo el núcleo y el nucleoide)). El ADN mediante el proceso de transcripción va a formar una molécula de ARNm, y el mensaje que porte se va a traducir en una proteína. Además, se va a sintetizar el ARNt (síntesis de aminoácidos), ARNr (mas proteínas ribosomas), ARNs… Este proceso lleva a cabo la réplica del ADN. 1 GEN 1 ENZIMA 1 GEN 1 PROTEINA 1 GEN 1 CADENA POLIPEPTÍDICA = siempre va a venir codificada por un gen. 1.1. ESTRUCTURA GENERAL DEL NÚCLEO El núcleo tiene una doble membrana toda rodeada por poros nucleares, en su interior se va a encontrar el ADN, pero se va asociar con proteínas y se va a formar la cromatina. 2. LAS RUTAS DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA 2.1. REPLICACIÓN DEL ADN Es semiconservativo, es decir, se conserva la mitad. Se separan las hebras de ADN y cada una de ellas va a servir como molde, y a su lado se van a sintetizar las nuevas hebras. Inicio  la replicación comienza en unos puntos específicos, que se llaman orígenes de replicación. Va a ser diferente en eucariotas, que en procariotas. Los procariotas tienen un único origen de replicación, a partir de donde comienzan abrirse las 2 hebras y se van sintetizando las 2 hebras hijas. Se forman 2 moléculas hijas de ADN. En eucariotas, son cromosomas lineales, hay varios orígenes de replicación, con lo cual se forman varias burbujas de replicación, y se van sintetizando las nuevas hebras al lado de las antiguas. Dan lugar a 2 moléculas hijas de ADN. Esta burbuja de replicación podemos dividirla en lo que se llama horquilla de replicación. La enzima encargada y principal es el ADN polimerasa, que reconoce específicamente el ADN y se encarga de sintetizar las nuevas hebras. El ADN polimerasa no puede comenzar una nueva hebra, lo que hace es añadir nucleótidos a una cadena de información, añadiéndolos a un extremo 3’ formando un enlaces fosfodiéster. Cataliza la unión con desoxirribonucleótidos trifosfato. Los dos últimos fosfatos se hidrolizan y el P que queda forma el enlace fosfodiéster. Une al 3’ en función de la cadena molde frente a T  A y viceversa. Y frente a C  G y viceversa. La cadena que se va formando es antiparalela y complementaria, es decir, en sentido 3’  5’. La helicasa abre la doble hélice. La topoisomerasa gira las hebras de ADN. Las proteínas de unión a la hebra simple de ADN estabilizan las hebras separadas. Ya tenemos dispuesta la horquilla de replicación, ahora tiene que comenzar a trabajar el ADN polimerasa, pero como no puede empezar una nueva horquilla, interviene la primasa (ARN polimerasa) que sintetiza el ARN cebador. Este ARN se sintetiza con las bases complementarias a la cadena de ADN patrón. Esto se debe a que gracias al ARN cebador, la ADN polimerasa tiene un extremo 3’ para comenzar a unir nucleótidos. En la hebra 5’3’ la ADN polimerasa no puede unir nucleótidos al ARN cebador, pues los uniría en el extremo 5’. Luego se coloca otro ARN cebador y la ADN polimerasa trabaja en dirección 3’5’. Se van formando fragmentos, denominados fragmentos de Okazaki (el ARN cebador también entra dentro del fragmento de Okazaki). Hay dos hebras: la conductora y la retardada o retrasada. La ADN polimerasa de la que hablamos es la ADN polimerasa III, y trabaja en sentido 5’3’. La ADN polimerasa retira los ribonucleótidos del cebador y reemplaza con desoxirribonucleótidos en dirección 5’3’. La ADN ligasa cierra el hueco en el esqueleto azúcar-fosfato, une todos los fragmentos. Hay un problema con los extremos de los cromosomas en eucariontes (telómeros), que son lineales. En la hebra retrasada, al final queda un ARN cebador en sentido 3’5’. Hay un extremo que se queda sin replicar, puesto que se queda libre un extremo 5’ y la ADN polimerasa no puede unir nucleótidos. En cada replicación se hace más corto el cromosoma (relacionado con procesos de envejecimiento). En los gametos no puede pasar esto, pues el cromosoma debe pasar igual a la descendencia (mecanismo natural de reparación en gametos). En los gametos hay una enzima (telomerasa) que se encarga de que no se acorten los extremos del cromosoma. La telomerasa trae un fragmento corto de ARN, pone ese fragmento en el extremo, lo que deja un extremo 3’, al cual puede venir la ADN polimerasa y completar el hueco, restaurando la longitud original. Reparación de errores: Hay veces que se pueden cometer errores. El ADN polimerasa III tiene una actividad reparadora. La replicación se produce previamente a la división celular solamente. Los procesos e transcripción y traducción se dan en cualquier momento activo celular, no en división celular. En algunos virus, (retrovirus) el ARN pasa por el ADN por el proceso de transcripción inversa. 2.2. TRANSCRIPCIÓN: Aquel proceso por el cual se sintetizan los ARN. Muy diferente en eucariotas y en procariotas. En procariotas se sintetiza directamente el ARNm y casi inmediatamente se traduce en los ribosomas del citoplasma. En eucariotas se sintetiza primero un preARNm, y después sale del núcleo para ser traducido. Características: Catalizado por la ARN polimerasa, produce la síntesis de todos los ARN de una célula. La ARN polimerasa es muy semejante en algunas características a la ADN polimerasa: toma como molde una hebra de DNA; pero tiene diferencias: solamente va a ser una hebra. Para que se produzca la transcripción se utiliza sólo una de las dos hebras de DNA (cadena molde). Es semejante a la ADN polimerasa por la complementariedad de bases. Se diferencia en que en vez de timina, pondrá uracilo. Es semejante a la ADN polimerasa en que siempre se sintetiza la nueva hebra en dirección 5’3’. Siempre se añaden nucleótidos al extremo 3’. Diferencia: la ARN polimerasa es bastante independiente; no le hacen falta otras enzimas (topoisomerasa, helicasa…). Además, la ARN polimerasa puede iniciar una nueva hebra, no necesita cebador como la ADN polimerasa. Pasos del proceso de transcripción: Iniciación: Se inicia gracias a unas secuencias en el ADN (promotor). A continuación, se une la RNA polimerasa y se inicia la transcripción en dirección 5’3’. Se crea una burbuja de transcripción. Una de las cadenas sirve como molde. Elongación: Se va elongando la cadena de RNA, el transcrito. Se van añadiendo ribonucleótidos. Terminación: Se llega a una secuencia de terminación. Se separa el transcrito de RNA y la RNA polimerasa se va. La cadena molde depende: en unas zonas puede ser la 5’3’ y en otros las 3’5’. La otra cadena es la complementaria, la no molde. La cadena molde es la zona que se está transcribiendo. Los genes pueden estar en una hebra o en otra. Iniciación de la transcripción en procariotas: A la ARN polimerasa se le une otra proteína, denominada  Las dos subunidades del ribosoma se separan. La síntesis de proteínas tiene una característica tanto en procariotas como en eucariotas, y es que se lleva a cabo simultáneamente por multitud de ribosomas (polirribosomas). Ribosomas que leen una misma cadena de ARNm. Se sintetizan al mismo tiempo muchas cadenas polipeptídicas de esa proteína. Una característica diferencial es el que se pueda llevar a cabo casi simultáneamente transcripción y traducción (en procariotas), puesto que ocurre en el citoplasma al mismo tiempo. ¿Qué es un gen? Fragmento de ADN que codifica para una proteína. Flujo de información: El ADN lleva la información para que se sintetice una enzima que es la encargada de un carácter fenotípico. Las diferencias en el genotipo pueden dar lugar a diferencias en el fenotipo. Variaciones en el ADN: Un cambio en una base puede producir un cambio en un aminoácido. Pueden ser negativos (anemia falciforme) o positivos (evolución).  Mutaciones puntuales:  Mutaciones silenciosas: Un cambio no produce un cambio en los aminoácidos.  Mutaciones de sentido erróneo  Mutaciones sin sentido 3. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA Vamos a ver cómo se controla la expresión génica, la síntesis de proteínas. Las células van a regular la síntesis de proteínas, dependiendo de si se necesita o no. 3.1. Niveles de regulación de la expresión génica en procariotas Hay distintos niveles de control:  Control transcripcional (mediante proteínas reguladoras, ahorra energía y es lento),  Control de la traducción (implica cambios en la estabilidad (vida media) del ARNm: evita que sea traducido// más rápido) y  Control post-traduccional (evita que madure la proteína, gasta muchos recursos y es muy rápido). El nivel más normal es el primero, el control transcripcional. La transcripción va a estar regulada por un gen que puede estar en otra zona de la hebra que se denomina gen regulador, que codifica para una proteína que se denomina la proteína reguladora. A los demás genes se les denomina genes estructurales. Hay dos tipos de proteínas reguladoras: proteínas represoras o proteínas activadoras, que van a actuar de manera distinta. Las proteínas represoras dentro del promotor hay una zona que se denomina el operador. Las proteínas represoras reconocen las zonas operadoras y se unen a ellas. Por tanto, la ARN polimerasa no podrá unirse al promotor. Por tanto, no se produce la transcripción. En algunos casos, lo que va a ocurrir es que se va a unir un ligando, que reconoce específicamente la proteína reguladora, en este caso represora. Cuando el ligando está unido es cuando se une al operador. Si no tiene ligando, la proteína represora no se puede unir. Se le llama operón reprimible. Si no hay ligando, la transcripción normalmente es activa. Por ejemplo: El operón triptófano. En otros casos, también hay ligando, pero pasa lo contrario. Cuando el ligando está presente se une a la proteína represora y entonces no se puede unir al operador. Cuando no está presente el ligando, la proteína represora se puede unir al operador. Va a darse en casos de moléculas que se tienen que degradar (por ejemplo, lactosa). Cuando hay mucha lactosa, el ligando no está presente y hay transcripción. Se llama operón inducible. Por ejemplo: El operón lactosa. La lactosa se va a degradar en glucosa y galactosa. Intervienen tres enzimas: permeasa, beta galactosidasa y transacetilasa. Las proteínas activadoras van a reconocer una zona determinada, que también se puede llamar operador, pero que está fuera del promotor, está justo antes del promotor. En este caso, cuando se une al operador, promueve, facilita, la unión de la ARN polimerasa a la zona promotora. Por tanto, sí hay transcripción. La zona promotora, la zona operador y los genes es lo que se denomina operón. 3.2. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN EUCARIOTAS El primer nivel es el más eficiente y el más normal es la remodelación de la cromatina. El segundo nivel es el control de la transcripción. El tercer nivel es el procesamiento del RNA. Otro nivel de control sería la estabilización del RNAm. Otros niveles serían en la traducción y la modificación postraduccional. Remodelación de la cromatina: La ARN polimerasa no puede unirse a una fibra de cromatina directamente porque es un nivel muy compacto. Para la transcripción tiene que estar poco compactada. Si no se desea transcribir, la cromatina se compacta. Los mecanismos de descondensación (descompactación): el principal mecanismo es la acetilación de las histonas (las histonas se acetilan, un resto acetilo CH3-CO (por ejemplo, acetil-CoA) se une a las colas de las histonas, y esto hace que los nucleosomas se separen. Se descondensa la cromatina y la ARN polimerasa puede acceder y realizar la transcripción. Esta llevado a cabo por unas enzimas que acetilan o desacetilan (HATEnzima acetiltransferasa)). Son zonas eucromáticas. Los mecanismos de condensación (compactación): no hay transcripción. Se adicionan grupos metilo al ADN, lo que más se metila son las citosinas. Cuando las citosinas están metiladas la compactación es mayor. Esto son zonas heterocromáticas. Ejemplo heterocromatina facultativa: corpúsculo de Barr. La heterocromatina facultativa puede pasar a ser eucromatina a veces, por eso transcribe. Estas modificaciones se llaman modificaciones epigenéticas. Llevan cambios en la actividad del ADN, de la expresión. No son cambios en la secuencia del ADN. Se ha visto que estos cambios se heredan, y se denomina herencia epigenética. Tienen mucha importancia en el fenotipo. Control transcripcional: Elemento proximal del promotor (zona cercana al promotor) e intensificadores, que van a ser reconocidos por las proteínas activadoras, que se van a unir a esas zonas y al elemento proximal al promotor. Se unen y además van a empezar a unirse los factores de transcripción y la ARN polimerasa. Pero para que se produzca una transcripción se tiene que producir un bucle que ensambla todo. Aparece una nueva proteína, el mediador. Todo esto permite que la ARN polimerasa comience la transcripción, la activan.  Control postranscripcional: Corte y empalme alternativo (Splicing alternativo).