QUIMICA BIOLOGICA Ing. en Alim. y Lic. en CyT de los Alim. Bolilla 10: Acido desoxirribonucleico. ADN, principales características estructurales. Proceso de replicación del ADN, complejos enzimáticos que intervienen. Etapas. Concepto de mutaciones y mutágenos. Procesos de reparación del ADN. Flujo de la información genética: ARN. Tipos de ARN: mensajeros, ribosomales y de transferencia, estructuras y funciones. Síntesis del ácido ribonucleico: transcripción, enzimas que intervienen. Etapas. Importancia de los procesos de maduración, intrones y exones. Bolilla 11: Biosíntesis de Proteínas. Traducción de la información genética. Universalidad del código genético. Activación de los aminoácidos, fidelidad de la síntesis proteica. Etapas de iniciación, formación del enlace peptídico, elongación y terminación de la síntesis, factores que intervienen, consumo energético y regulación. Inhibidores de la síntesis. Nociones sobre alimentos transgénicos.

ADN ARN Péptido o proteína Replicación Transcripción DOGMA CENTRAL Traducción DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA

Acidos nucleicos: Estructura del ARN

Tipos de ARN y características específicas ARN mensajero ARN ARN transferencial ARN ribosomal Tipo de ARN Características estructurales Función ARN mensajero (mARN) Transcripto primario. Cola poli-A 3’. Caperuza de 7-metil guanosina 5’. Molde para síntesis de proteína ARN transferencial (tARN) Un tARN específico para c/aa. Extremo 3’: CCA Transporte de aa en la síntesis de proteínas. ARN ribosomal (rARN) Se asocia con proteínas. 3 tamaños diferentes en procariotas y 4 en eucariotas. Componente estructural de ribosomas

Tipos de ARN: ribosomal, transferencial y mensajero ARNt 5’ P 3’ HO ARNm L: proteínas de la subunidad mayor (del inglés: Large). S: proteínas de la subunidad menor (del inglés: Small). S: unidades Svedberg, del coeficiente de sedimentación de la partícula. Theodor Svedberg, galardonado con el premio Nobel de Química en 1926. Gracias a su invención de la ultracentrífuga y a la metodología analítica, fue posible la separación de macromoléculas o partículas en las dispersiones coloidales y otros sistemas dispersos, así como la medición precisa del coeficiente de sedimentación.

Estructura de un gen Región codificante del ARN Gen: fragmento de ADN que codifica la información necesaria para la síntesis de un compuesto biológico. Región codificante del ARN

Secuencia del gen de la beta-globina humana

Representación esquemática de la 5’ 3’ Promotor σ ARN polimerasa ADN templado Pu PPP 1- Unión no específica de la Pol y migración hacia el promotor. 2- Formación de un complejo Pol-promotor cerrado. 3- Formación de un complejo Pol-promotor abierto. 4- Iniciación de la síntesis de mARN, casi siempre con una purina. N rNTPs 5- Elongación del mARN en 8 nucleótidos más. 6- Liberación de la subunidad σ a medida que la Pol progresa corriente abajo sobre el ADN. Representación esquemática de la iniciación y elongación de la transcripción

Complejo de transcripción

Transcripción de un gen eucariota y maduración del ARNm preARN: 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA ARNm maduro: polyA ATG TAA 5‘CAP / Polyadenylation/Splicing Maduración del ARNm Adición del capuchón de metil-GDP en extremo 5´. Poliadenilación del extremo 3´. Eliminación de intrones (splicing). active protein: CPLTW ..............GFL Splicing alternativo CPLTW ..............PJC Modificación post-transduccional CPLTW ..............LAC

Reacciones de adición del cap 5´ (Caping 5´) 􀂾􀂾La base terminal en 5’ es una guanina. Un rGDP se añade a la molécula original de ARN después de la transcripción, en una reacción de condensación catalizada por la enzima guanilil transferasa. 􀂾El ribonucleótido (rGDP) añadido, tiene orientación contraria respecto a los demás nucleótidos. Así, el extremo 5’ del ARNm tiene dos nucleótidos conectados por un enlace trifosfato 5’-5’ y grupos metilados en distintas posiciones.

Poliadenilación del extremo 3´del ARN Se llama cola poli-A a un tramo de residuos de Adenina que se adiciona al extremo 3’ del mRNA. La secuencia de nucleótidos de Adenina no está codificada en el ADN sino que se añade al transcripto después de la transcripción. La adición de la cola está catalizada por la enzima Poli-A polimerasa que reconoce la secuencia AAUAAA en el transcripto primario y añade ~200 residuos de A al extremo 3’ (-OH libre) del mARN. No necesita molde. - La poliadenilación estabiliza el ARNm.

Sistemas de corte de intrones y empalme de exones (splicing) preARN: 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA mARN maduro Splicing polyA ATG TAA active protein: Traducción CPLTW ..............GFL ..............PJC Splicing alternativo Modificación post-transduccional ..............LAC

Mecanismo de splicing 1ºAtaque nucleofílico del 2’- OH del antepenúltimo nucleótido de A del intrón sobre el sitio 5’ (-P) del último nucleótido del exón 1 o sitio de splicing. 2º. El extremo 3’-OH libre del exón liberado ataca el enlace en el sitio 3’ de splicing.

ADN ARN Péptido o proteína Replicación Transcripción DOGMA CENTRAL Traducción DOGMA CENTRAL DE LA GENETICA

Transcripción de un gen eucariota, maduración del ARNm y traducción preARN o Transcripto primario 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA ARNm maduro: polyA AUG UAA 5‘CAP / Polyadenylation/Splicing 5’metGGAUG…….CAGUGGAAA……..CUAGUCGCC……..UAAAAAA…AAA-3’ MCPLTW..... ..............GFL Traducción Proteína

Código genético Universal: es idéntico para todas las especies anim. y veget. Degenerado: más de un codón codifican para el mismo aa. codón AUGCAGUGGAAACUAGUCGCCUAA ARNm anticodón UAC GUC ACC UUU GAU CAG CGG ARNt(s) stop Met Gln Trp Lys Leu Val Ala Péptido

Tipos de ARN: ribosomal, transferencial y mensajero

Activación de aminoácidos en procariotas (síntesis de los AA-ARNt) Aminoacil-ARNt sintetasa +NH3-C-COO- + ATP R Enz-+NH2-C-COO-AMP + PPi Complejo Aminoaciladenilato-Enzima +NH3-C-COO-ARNt + AMP + Enz R Enz-+NH2-C-COO-AMP + ARNt Aminoacil-ARNt sintetasa fMet Enz- -AMP Anticodón UAC fMet UAC

Traducción de Proteínas en procariotas. Iniciación. mARN P A Subunidad 30S IF-3 IF-1 Codón de inicio 3’ 5’ AUG tARN Anticodón fMet UAC IF-2 GTP NH2- 3’ A 5’ P AUG fMet UAC IF-3 IF-1 IF-2 GTP Subunidad 50S GDP + Pi Complejo de Iniciación 30 S 70 S NH2- IF: factor de iniciación

Aminoacil-tARN entrante Unión del Aminoacil-tARN entrante AA2 Aminoacil-tARN entrante EF GTP Unión del Aminoacil-tARN entrante GDP EF- Pi 3’ A 5’ P AUG fMet UAC Codón de inicio Codón siguiente Complejo de inicio 70S NH2- Traducción de Proteínas. Alargamiento de la cadena peptídica 3’ A 5’ P AUG fMet UAC AA2 NH2- Translocasa GTP GDP + Pi Peptidil transferasa

Traducción de Proteínas. Alargamiento de la cadena peptídica Val Leu fMet Cadena polipeptídica en formación tARN Gli Aminoácidos libres Anticodón Fen tARN transportando un Aminoácido Codones para los correspondientes aminoácidos Codón 5’ 3’ mARN Ribosoma Dirección de lectura del mARN P A 1 2 Enzima Peptidililtransferasa Translocasa Codón de terminación NH2-

Transcripción de un gen eucariota, maduración del ARNm y traducción preARN: 3'UTR 5'UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Intron 1 Intron 2 AAAAAAAAA ARNm maduro: polyA AUG UAA 5‘CAP / Polyadenylation/Splicing 5’metGGAUG…….CAGUGGAAA……..CUAGUCGCC……..UAAAAAA…AAA-3’ MCPLTW..... ..............GFL Traducción Proteína Modificaciones postransduccionales MCPLTW..... ..............GFL

Modificaciones postraduccionales de las proteínas Desformilación (eliminación de grupo formilo de la fMET inicial por deformilasas en procariotas). Glicosidación (adición de cadenas de oliosacáridos a las proteínas por acción de las glucosil transferasas). Formación de puentes disulfuros -S-S- (entre grupos –SH de cisteínas dentro de la misma cadena o de cadenas diferentes por acción de proteín-disulfuro isomerasa). Fosforilación. Acetilación. Metilación.

Modificaciones postraduccionales Fosforilación-Defosforilación Acetilación Carboxilación Metilación

R E G U L A C I O N

Regulación transcripcional en eucariotas GC CAAT TATA Inr Exon 1 Exon 2 Exon 3 Promotor atg +1 Intrones Sitios reguladores Región iniciadora 5’ 3’

Regulación transcripcional en procariotas. Operón Lac El operón lac es una unidad de transcripción que codifica proteínas (enzimas) requeridas para el transporte y metabolismo de la lactosa en la bacteria Escherichia coli, así como en algunas otras bacterias entéricas.

Regulación del operón lac En ausencia de Lactosa En presencia de Lactosa