Estructura del ADN El ADN es un ácido nucleico formado por nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres elementos: un azúcar: desoxirribosa en este caso (en el caso de ARN o ácido ribonucleico, el azúcar que lo forma es una ribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada Si la molécula tiene sólo el azúcar unido a la base nitrogenada entonces se denomina nucleósido.

Estructura del ADN Las bases nitrogenadas que constituyen parte del ADN son: adenina (A), guanina (G) –purinas-, citosina (C) y timina (T) –pirimidinas- Estas forman puentes de hidrógeno entre ellas, respetando una estricta complementariedad: A sólo se aparea con T (y viceversa) mediante dos puentes de hidrógeno, y G sólo con C (y viceversa) mediante 3 puentes de hidrógeno.

Estructura del ADN Los extremos de cada una de las hebras del ADN son denominados 5’-P (fosfato) y 3’–OH (hidroxilo) en la desoxirribosa. Las dos cadenas de polímero se alinean en forma paralela, pero en direcciones inversas (una en sentido 5’ → 3’ y la complementaria en el sentido inverso), pues la interacción entre las dos cadenas está determinada por los puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas. Se dice, entonces, que las cadenas son antiparalelas.

Estructura del ADN Un nucleosoma consiste en ADN enrollado alrededor de ocho proteínas (histonas), que se mantiene unido por otra histona. Las histonas son unas proteínas pequeñas que están en el núcleo. Son muy básicas lo que les facilita unirse al ADN para ejercer su función de empaquetarlo formando parte de la cromatina. Las histonas ayudan a la regulación de la transcripción.

Estructura del ADN

Estructura del ADN La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cuál se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN.

Estructura del ADN De esta manera, la transcripción del ADN también podría llamarse síntesis del ARN mensajero. Lógicamente que debemos dentro de todo este adn que se copia, establecer ciertas categorías tales como: secuencias altamente repetidas (5-45% del genoma).- constituidas por el ADN satélites y telomérico. Las secuencias presentan típicamente entre 5 y 300 pares de bases por repetición, y pueden verse duplicadas hasta 105 veces por genoma.

Estructura del ADN El ADN satélite está constituido por secuencias cortas que se repiten en pares cientos de miles o millones de veces en un genoma. Posee mayor contenido en G+C. Estas secuencias carecen de función codificadora y se acumulan en regiones determinadas de los cromosomas del genoma de una especie. Concretamente, se acumula en los centrómeros y regiones subteloméricas, principalmente.

Estructura del ADN Secuencias moderadamente repetidas (20-40% del genoma).- incluye el ADN heterodisperso, los genes de los ARNr, de las histonas y algunas familias de genes (por ejemplo: globinas, inmunoglobinas, colágenos).  Secuencias únicas (un 5 - 10% del genoma). Incluye los genes estructurales y el espaciador intergénico. 

Estructura del ADN Los genes eucarioticos pueden contener exones e intrones Un intrón es una región del ADN que debe ser eliminada del transcrito primario de ARN, a diferencia de los exones que son regiones que codifican para una determinada proteína. Los intrones son comunes en todos los tipos de ARN eucariota, especialmente en los ARN mensajeros (ARNm), además pueden encontrarse en algunos  ARNt y ARNr de procariotas.

Estructura del ADN En cambio, en los genes que codifican una proteína, son los exones los que contienen la información para producir la proteína codificada en el gen. En estos casos, cada exón codifica una porción específica de la proteína completa, de manera que el conjunto de exones forma la región codificante del gen. En eucariotas los exones de un gen están separados por regiones largas de ADN (llamadas intrones) que no codifican.

Replicación del ADN La replicación del ADN se da en la dirección 5’→ 3’. El extremo 5’ del nucleótido de ADN libre se une al extremo 3’ de la cadena de nucleótidos que ya ha sido sintetizada. El ADN se replica de una manera semiconservativa, es decir que la nueva cadena se sintetiza utilizando una de las hebras preexistentes como molde. Las moléculas de ADN “hijas” están formadas por una cadena nueva y una original que sirve como molde. 

Replicación del ADN La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

Replicación del ADN

Replicación del ADN La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN. Esto plantea un problema, y es que las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser sintetizada en dirección 3' → 5'.

Replicación del ADN

Replicación del ADN una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que, en honor A SU DESCUBRIDOR, se denominan fragmentos de Okazaki. Su longitud suele variar entre 1000 y 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 y 400 nucleótidos en eucariontes.

Replicación del ADN

EN RESUMEN, EL PROCESO ENZIMATICO DE REPLICACION DEL ADN ES DE LA SIGUIENTE MANERA La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice permitiendo el avance de la horquilla de replicación. La topoisomerasa impide que el ADN se enrede debido al superenrollamiento producido por la separación de la doble hélice. Las proteínas SSB se unen la hebra discontínua de ADN, impidiendo que ésta se una consigo misma.

Replicación del ADN

La ADN polimerasa sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada. La ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada. La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki. El proceso se puede dividir en 3 fases: iniciación, elongación y terminación. El cebador: son pequeñas unidades de RNA que se unen a los fragmentos para que la ADN polimerasa reconozca donde debe unirse.

Replicación del ADN

Replicación y Transcripción del ADN Los cebadores los quita la polimerasa y se colocan bases a la cadena en crecimiento por la ligasa. Transcripción del ADN El extremo 5’ del nucleótido de ARN libre se une al extremo 3’ de la molécula de ARN que ya ha sido sintetizada. Debemos recordar que existen 2 cadenas de ADN: sentido (codificantes) y antisentido (no codificantes).

Transcripción del ADN La cadena sentido tiene la misma secuencia de bases que el ARNm, pero con uracilo en lugar de timina. La cadena antisentido (molde) es la que se transcribe. Los precursores en la síntesis de ARN (unidades estructurales) son cuatro ribonucleótidos trifosfatados: rATP; rCTP; rGTP; rUTP

Transcripción del ADN en procariotas 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.

Transcripción del ADN en procariotas: UNIÓN de la ARN polimerasa al ADN la ARN polimerasa – Holoenzima- se une 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.

Transcripción del ADN en procariotas: UNIÓN de la ARN polimerasa al ADN 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.

Transcripción del ADN en procariotas: INICIACIÓN de la síntesis del ARN mensajero Luego de la unión holoenzima-adn, se produce el desenrollamiento de la cadena. El desenrollamiento es local y se produce cuando la Holoenzima contacta con la TATA Box –la que permite menor gasto de energía al abrirla ya que sus enlaces son de puente de hidrogeno-. La fase de iniciación no se completa hasta que se hallan polimerizado los primeros seis ribonucleótidos.

Transcripción del ADN en procariotas: ELONGACIÓN de la cadena Después que se han colocado los primeros seis ribonucleótidos, la holoenzima sufre un cambio en su conformación, perdiendo la sub unidad σ –forman también parte de ella las partes 2α, β y β’-, transformándose en estado Core. El Core se mueve a lo largo del ADN colocando los anticodones a la cadena de ADN molde, abriendo la hélice a medida que se desplaza, formando un hibrido ADN-ARN.

Transcripción del ADN en procariotas: ELONGACIÓN de la cadena El híbrido tiene una longitud aproximada de 12 PARES DE BASES –pb- y el nuevo ARN es liberado de estas uniones cuando el ADN recupera su estado de doble hélice por desplazamiento del Core. TERMINACIÓN y LIBERACIÓN del ARN sintetizado La terminación ocurre en una secuencia determinada del ADN, denominada Secuencia Ternimadora.

Transcripción del ADN en procariotas: TERMINACIÓN y LIBERACIÓN del ARN sintetizado 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. Normalmente, este sector es palíndromo El palíndromo está caracterizado por poseer repeticiones inversas conteniendo un segmento central no repetido (ej. ATCATCGACTA). La secuencia palindrómica continúa con una secuencia de pares A-T, las cualesproducen en el ARN mensajero una secuencia de 6 a 8 Uracilos en el extremo transcripto.

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.

Transcripción en Células Eucariotas 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)

Transcripción en Células Eucariotas 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 exones son unidos para formar finalmente el ARN mensajero maduro e) Los ARNm eucariotas son Monocistrónicos.

Traducción del ADN Cada molécula de ARNt es reconocida por una enzima de activación del ARNt (aminoacil-ARNt-sintetasa) que une un aminoácido especifico con el ARNt, usando ATP como fuente de energía. Las moléculas encargadas de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma y de reconocer los codones del ARN mensajero durante el proceso de traducción son los ARN transferentes (ARN-t).

Traducción del ADN Los ARN-t tienen una estructura en forma de hoja de trébol  con varios sitios funcionales: Extremo 3': lugar de unión al aminoácido (contiene siempre la secuencia ACC). Lazo dihidrouracilo (DHU): lugar de unión a la aminoacil ARN-t sintetasa o enzimas encargadas de unir un aminoácido a su correspondiente ARN-t. Lazo de T ψ C: lugar de enlace al ribosoma. Lazo del anticodón: lugar de reconocimiento de los codones del mensajero.

Traducción del ADN Normalmente el ARN-t adopta una estructura de hoja de trébol plegada en forma de L o forma de boomerang. Los ARN-t suelen presentar bases nitrogenadas poco frecuentes como son la pseudouridina (ψ), metilguanosina (mG), dimetilguanosina (m2G), metilinosina (mI) y dihidrouridina (DHU, UH2).

.                                                                                                                               

Traducción del ADN Al igual que la transcripción, el proceso de traducción se da en cuatro etapas: Inicio, alargamiento de la cadena, translocación terminación.

Traducción del ADN Durante la traducción, el ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm hacia el extremo 3’. El codón de inicio se encuentra más cerca del extremo 5’.

Traducción del ADN los ribosomas libres sintetizan proteínas principalmente para su uso en el interior de la célula los ribosomas ligados sintetizan proteínas fundamentalmente para su secreción o para los lisosomas.