Lunes 20 de Octubre de 2014 | Hay 46 usuarios online en este momento!
 

Biologia Molecular

Imprimir
Recomendar a un amigo
Recordarme el recurso
Descargar como pdf

Seguinos en en Facebook


El ciclo celular, el ADN, informacin gentica, ARN, etc.

Agregado: 12 de ABRIL de 2000 (Por ) | Palabras: 7271 | Votar! |
6 votos | Promedio: 6
| Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografas > Biologa >
Material educativo de Alipso relacionado con Biologia Molecular
  • Parcialito de Biologia 3: Profase- cariocinesis- mitosis:
  • Biologia Molecular: El ciclo celular, el ADN, informacin gentica, ARN, etc.
  • Consideracion de la flexibilidad conformacional molecular en los estudios QSAR: ...

  • Enlaces externos relacionados con Biologia Molecularnalga

    Biologa Molecular

    Introduccin

    Para algunos autores no existe una sustancia mas importante que el ADN. Esta idea se basa ppalmente en 3 postulados:

           El primero indica que el ADN contiene dentro de su molcula la informacin que determina la estructura de protenas generadoras universales de las funciones celulares.

           El segundo indica que el ADN tiene la capacidad de transmitir esta informacin en forma hereditaria.

           El tercer postulado indica que esta molcula ha dado la base de todos los procesos evolutivos que han generado los miles de millones diferentes de formas de vida que ocupan la tierra desde la existencia de las primeras formas de vida hace 3 o 4 mil millones de aos.

    El conjunto de instrucciones genticas esta ubicado en el llamado genoma: el ADN que codifica estas instrucciones junto con protenas necesarias para ejercer su funcin forman los denominados cromosomas.

    Todas las formas de vida estn constituidas por clulas, que son compartimientos cerrados por una membrana y llenos de soluciones de elementos de naturaleza qumica.

    El bagaje gentico esta organizado en cromosomas, los cuales estn compuestos por ADN y protenas en estructuras fuertemente comprimidas.

    Cada cromosoma esta compuesto por miles de genes, las zonas funciones del ADN y por otras zonas no codificantes. Cada gen es la unidad funcional mas pequea y contiene la informacin para la sntesis de una proteina.

    La funcin de generar un organismo ha sido asignada a las clulas germinales. Estas son capaces de reducir el numero de cromosomas a la mitad por una divisin celular llamada meiosis. Los productos de la meiosis son clulas haploides llamadas gametas. Estas clulas presentan una sola copia de los cromosomas autosomicos y uno de los cromosomas sexuales.

    Las gametas se combinan para formar una clula nica diploide con capacidad para generar 10 billones de clulas constituyentes del organismo.

    La divisin celular de estas clulas somticas mediante los procesos de mitosis aseguran la transmisin de la informacin gentica existente en el ADN.

    La unidad de un tejido es la clula, de tal manera que en el mal funcionamiento de las clulas de un tejido da lugar al mal funcionamiento del rgano al cual pertenece dicho tejido.

    Ciclo Celular

    Cada clula esta capacitada para duplicar su material gentico, mediante la duplicacin del ADN, y luego dividirse para formar clulas hijas. Estas mismas clulas a su vez tienen la capacidad de generar la formacin de protenas tambin a partir del ADN. Estos procesos denominados duplicacin de ADN o duplicacin del material gentico y transcripcin o generacin del intermediario (ARN) para la sntesis de protenas se realiza en etapas del ciclo denominado Ciclo Celular.

    Se denomina ciclo celular al conjunto de etapas que sigue la clula durante su crecimiento y divisin.

    La mayora de los componentes de una clula se sintetizan durante la Interfase. Este es el periodo entre divisiones y ocupa el 90% del ciclo. La primera parte de la interfase se denomina G1, proviene de gap que significa interrupcin o suspensin de la continuidad (en este caso primera interrupcin), le sigue la fase S, en la cual hay sntesis de ADN y G2 o segunda interrupcin. En G1 hay un crecimiento rpido con una gran actividad metablica, que incluye sntesis de ARN y de protenas. El periodo de crecimiento celular continua en la fase S y es aqu cuando se duplica el ADN. En la fase G2 la clula continua su crecimiento y prepara la clula para su divisin. La divisin celular en si misma, o sea, la mitosis se conoce como fase M. Las clulas que no se dividen por periodos largos de tiempo, no tienen duplicacin de ADN y se las considera en periodo de reposo, o sea en periodo G0. Los oncogenes actan acelerando la velocidad de crecimiento celular en la fase G1 y pueden llegar a provocar que la clula proceda a una mitosis en vez de hacia la fase G0. los genes supresores de tumor pueden actuar como seales de freno en G1 para frenar o desacelerar el ciclo celular antes de la fase S. A lo largo de todo ciclo celular los genes que codifican para enzimas reparadoras de ADN pueden estar activos, y particularmente lo estn en la fase G2 despus de la duplicacin de ADN, antes que los cromosomas estn listos para la mitosis.

    Esquema del Ciclo Celular

    La programacin de las clulas eucariotas a travs del ciclo celular esta gobernada por una formacin, Activacion y desactivacin de un complejo enzimtico de protenas quinasas denominadas ciclinas (cdk).

    Las entradas a las diferentes fases o etapas del ciclo celular esta regulada por la Activacion y tambin por la regulacin negativa del complejo cdk. Esta regulacin tiene principalmente un fin, que no se prosiga en el ciclo sin haber sido completada la fase correspondiente producindose todos los eventos moleculares necesarios. A estos ptos de regulacin se los denomina check points. Dentro de estos, uno de los mas estudiados y documentados es aquel que monitorea la terminacin de la sntesis de ADN y la formacin del huso funcional actuando en la transicin de G2 a M y en la salida de la mitosis. Por ejemplo, en algunos sistemas cuando el ADN no esta replicado se inhibe la Activacion del complejo cdk por inhibicin de la defosforilacion de una proteina quinasas la ciclina b-cdk2. Esta quinasa cuando esta fosforilada en una tirosina en la posicin 15 activa el complejo y regula la transicin de la fase G2 a M.

    Este mecanismo de regulacin negativa requiere la Activacion de varios genes que finalmente dan lugar a la Activacion de una quinasa denominada Wee 1- MlK-1, la cual es la encargada de mantener fosforilada la tirosina.

    Existen check points en las etapas tempranas del ciclo celular que controlan la entrada a la fase S.

    Todos estos eventos estn regulados por la accin de factores de origen proteico actuando a travs de sus receptores de membrana. Hay diversos factores que interviene, entre los que se encuentran los factores de crecimiento y las Citoquinas. Podemos definir a los factores de crecimiento como polipptidos que estimulan o inhiben la proliferacin celular, en tanto que las citoquinas son reguladoras de la inflamacin y la rta inmune. Ambos actan a travs de receptores de membrana de alta afinidad. Muchos factores de crecimiento tambin tienen efecto en migracin celular, formacin de la matriz, diferenciacin y apoptosis.

    Un numero elevado de factores de crecimiento entre los cuales se encuentran el EFG, factor de crecimiento fibroblastico (FGF), PDGF, factor de crecimiento de macrfagos (CSF) y los factores de crecimiento insulino-smiles estimulan la mitosis celular por interaccin con receptores de membrana.

    La mayora de los factores de crecimiento cumplen su funcin modificando la actividad de enzimas por reacciones de fosfo-desfosforilacion.

    El receptor de insulina tiene actividad de tirosina quinasa. O sea que la primera fosforilacin en el mecanismo de accin de los factores de crecimiento es la fosforilacin en tirosina de enzimas. Esta fosforilacin iniciara la cascada de eventos que dan lugar a la regulacin del complejo enzimtico de las ciclinas.

    Los receptores presentan en su constitucin proteica un domino extracelular que reconoce a los factores de crecimiento que esta ligado por un dominio orientado de citoplasma a otro dominio que posee el sitio cataltico de la actividad de tirosina quinasa. En esta flia de receptores se pueden distinguir 3 tipos. El receptor tipo I tiene como representante al EGF. En el tipo II estn presentados los factores de crecimiento insulino-smiles y en los del grupo III PDGF y los oncogenes c-fms que codificaran protenas relacionadas a este receptor.

    Estos receptores son componentes claves para el control del crecimiento y diferenciacin celular por su habilidad de generar seales mitogenicas. A su vez estas seales proporcionan y estn encuadradas como llaves para el entendimiento de los procesos de transformacin celular. Por ejemplo, un incremento en la expresin de una subclase de receptores para factores de crecimiento con actividad de tirosina quinasa, debido a una amplificacin deben la expresin de su gen, da como resultado el crecimiento de clulas malignas aun en humanos.

    El mecanismo exacto por el cual los factores de crecimiento pueden regular el crecimiento y diferenciacin celular es motivo de numerosas investigaciones. Dentro de estas hiptesis existe la regulacin de la fosforilacin de una proteina ribosomal denominada S6 como uno de los probables gatillos para que se produzca la iniciacin de la sntesis de ADN.

    El/los mecanismo/s de accin de factores de crecimiento/citoquinas en la estimulacin de la proliferacin celular es muy compleja. La mayora se une a receptores transmembrana que tienen actividad de tirosina quinasa en algn dominio o se une a una tirosina quinasa Src-smil como Jak o Tyk. Cuando el factor se une al receptor produce una transfosforilacion del receptor en tirosina. Esta tirosina fosforilada sirve de soporte a enzimas citosolicas o molculas adaptadoras las cuales a su vez se fosforilan en tirosinas y se activan desencadenando mecanismo de seales de transduccin para cambios en forma celular, diferenciacin o proliferacin. Los pasos de proliferacin pueden incluir molculas adaptadoras como Shc o Grb2, las cuales producen un incremento en el GTP unido a Ras, Activacion de Raf y estimulacin de la cascada de quinasa de serina-treonina MAP, la cual culmina con la fosforilacin de factores de transcripcin.

    Un mecanismo alternativo incluye la fosforilacin de factores de transcripcin por receptores e involucra la fosforilacin de STAT (transductores de seales y activadores de transcripcin). Las protenas STAT se conoce que una vez fosforiladas migran al ncleo para unirse al factor de transcripcin secuencias activada gamma (GAS); este mecanismo, muy complejo de seales inicia el ciclo celular muy temprano en la fase G1, para avanzar en la progresin del ciclo celular siendo regulado por las CDKs.

    La ausencia de estos factores de crecimiento hace que las clulas se detengan en la fase temprana de G1 llamada tambin G0. El factor inhibidor del crecimiento denominado TGF beta o growth inhibition transforming factor inhibe la entrada de las clulas a la fase G1. Este factor trabajando tambin a travs de la Activacion de receptores de membrana genera las seales necesarias para inhibir la Activacion del complejo ciclina o ciclin complex. Este mecanismo se produce por la inhibicin de la expresin de una de las enzimas del complejo denominada cdk4.

    Existe otra proteina denominada Cip 1 que inhibe el complejo cyclin-cdk, que es inducida por otra proteina denominada p53 a cuyo gen se lo denomina gen supresor.

    De este modo, la maquinaria para el ciclo celular es un pto de convergencia intracelular de seales de crecimiento en la fase G1. Una vez iniciada la cascada de seales de transduccin por los receptores tirosina quinasa, progresa la accin, controlada ahora por las CDKs.

    Estas CDKs estn presentes en todo el ciclo celular y su actividad es regulada por ciclinas que las activan y por inhibidores de CDKs. Las ciclinas CDKs e inhibidores de CDKs son responsables de la regulacin de la progresin de G1 a S del ciclo celular.

    La ciclina tipo D se expresa en la fase media de G1 y une CDKs; una vez fosforilado este complejo holoenzimatico por CAK (quinasa activadora de CDK) se activa para fosforilar otras protenas incluyendo Rb. La ciclina D1 es idntica a los oncogenes bc11 y PRAD1. La ciclina D2 se comprob su identidad con el oncogen Vin-1. La ciclina E se expresa en la fase G1 tarda, une CDK2 la cual es activada por CAK y fosforila Rb (Rb es el gen supresor de retinoblastoma).

    Los inhibidores de CDK son reguladores importantes de la actividad de CDK2 y CDK4. Otras protenas (INK4, p16MTSI/INK4A y p15MTS2/INK4B) representan genes supresores de tumor que estn deleccionados en muchos canceres e inhiben el complejo ciclina D-CDK2. otros inhibidores de CDK tienen una especificidad muy amplia inhibiendo la actividad de ambos complejos de ciclinas: D-CDK4 y E-CDK2; estos son p21WAF1/CIP1, que se induce por el gen supresor de tumor p53 como rta al dao de ADN, y p27KIP1. Ha sido demostrado que Rb es un blanco estratgico de seales regulatorias que gobiernan la transicin G1/S en muchos tipos celulares. Cuando Rb se encuentra como proteina no fosforilada en G1 es activa como supresora de crecimiento y esta actividad esta vinculada a su capacidad de unir protenas de la familia del factor de transcripcin E2F. En la fase G1 tarda la pRb esta hiperfosforilada y se libera E2F, lo cual activa la transcripcin de genes que se requieren para la transicin G1/S, y para la sntesis de ADN. Adems de pRb hay otras 2 protenas pRb-smiles, p107 y p130, recientemente identificadas que tambin regularan el crecimiento durante la fase G1 y son blanco de fosforilaciones especificas en el ciclo celular por quinasa dependientes de ciclinas.

    Estos reguladores nucleares de la progresin del ciclo celular son potenciales puntos clave para una teraputica en cncer. Todos estos puntos de control del ciclo son importantes para el mantenimiento de la integridad genomica. Estos genes integran un sensor de las condiciones del entorno para una adecuada rta ante un dao en el ADN; estos mecanismo estn frecuentemente deteriorados en clulas cancerigenas y se manifiesta como la alta inestabilidad genomica que presentan. Aunque esta inestabilidad genomica no necesariamente significa que se generaran estos eventos malignizantes, s incrementa mucho la posibilidad de que ocurran , a travs de inactivacion de genes supresores y de la Activacion de oncogenes, ya que la malignizacion celular es un proceso de muchos pasos que da lugar a una gran heterogeneidad celular.

    Si bien las clulas mamferas tienen muchos mecanismo para mantener la integridad gentica, cuando se alteran estos pasos en cncer da lugar a las metstasis y resistencia a las drogas. Estos fenmenos se inician cuando la clula sufre un dao en su ADN ya sea provocado por procesos endogenos o exgenos, lo cual altera su estructura, la progresin del ciclo celular se frena mientras el dao del ADN se repara o la clula es eliminada por apoptosis. En las clulas en las cuales hay mutaciones que alteran los pasos de deteccin, reparacin o rta al dao de ADN, el ciclo celular no se frena, se producen alteraciones cromosomicas que activan oncogenes o inactivan genes supresores de tumores.

    Estructura y Funcin del ADN

    Cada molcula de ADN contiene dos cadenas de nucletidos, compuestos de un azcar (desoxirribosa), grupo fosfato y 4 bases nitrogenadas: A, C, T y G.

    Una cadena de ADN se forma por la union de los nucletidos en forma covalente y se realiza entre el OH del azcar y el grupo fosfato una union fosfodiester.

    Las dos cadenas se complementan entre si como imgenes espejo y se encuentran interaccionando entre ellas por enlaces pte de H que son uniones no covalentes. (C-G y A-T).

    Se puede decir entonces que el ADN esta formado por dos polmeros de nucletidos, cada uno formado por uniones covalentes de nucletidos. Estos polmeros esta unidos entre si por uniones no covalentes enfrentndose en forma de imagen especular.

    La estructura final del ADN fue conocida en 1953 por Watson y Crick, quienes disearon el modelo tridimensional del ADN que es aceptado actualmente.

    Este modelo propone que el azcar y el grupo fosfato estn mirando hacia fuera de la estructura tridimensional de doble hlice y las bases hacia adentro de ella.

    La secuencia completa de ADN en todos los cromosomas de una especie se denomina genoma. El genoma humano normal se compone por 23 pares de cromosomas: 22 pares autosomicos y un par de cromosomas sexuales (X e Y).

    La parte central del cromosoma se denomina centrmero y separa los dos brazos: el corto denominado p y el largo denominado q.

    Durante la gametogenesis las clulas diploides producen clulas haploides a travs de dos divisiones celulares especiales en un proceso denominado meiosis. Cada clula germinal haploide que resulta de la meiosis contiene uno de cada uno de los 22 pares de cromosomas autosomicos y un cromosoma X o Y. En la fertilizacin se fusionan un espermatozoide y un ovocito para formar una clula diploide normal. La cigota se replica en sucesivas divisiones mitticas, en las cuales todos los cromosomas son replicados en cada una de las clulas de la descendencia, por esto si una mutacin esta presente en el espermatozoide o en el ovocito que dieron lugar la clula cigota, cada clula de nuevo ser contendr esa mutacin. En este fenmeno se basa la transmisin de mutaciones que predisponen a enfermedades hereditarias. Es importante comprender que un gen puede tener distintas formas o variaciones en su secuencia de ADN en los individuos de una poblacin. Esas formas o variantes del mismo gen se llaman alelos.

    En la meiosis los pares de cromosomas se separan, de modo tal que un vulo o un espermatozoide tiene solo un alelo de cada par. Cuando las dos clulas germinales se fusionan, la descendencia tendr dos copias para cada alelo. Si la descendencia hereda dos alelos del mismo tipo, se la considera homocigota para ese alelo, si en cambio, los alelos heredados son distintos se la considera heterocigota para ese alelo. Esta herencia de genes se la conoce como segregacin alelica.

    Duplicacin del ADN

    La duplicacin del ADN es un proceso que se realiza antes de la divisin celular e involucra la polimerizacin de los diferentes nucletidos.

    Esta replicacin se realiza por un complejo multienzimatico donde intervienen enzimas y protenas sin actividad enzimatica.

    La duplicacin es un proceso en el cual una secuencia de nucletidos del ADN es copiada, sintetizndose dos cadenas complementarias con nucletidos con bases complementarias.

    Este proceso necesita que un nucletido no polimerizado aun, reconozca su complementario en la cadena con nucletidos ya polimerizados. Para que ello ocurra se necesita que se separen las cadenas. Este mecanismo permite el enfrentamiento de los nucletidos no polimerizados con sus complementarios. Este proceso permite el inicio de la polimerizacin.

    Para comenzar la apertura de la hlice acta una enzima llamada helicasa (topoisomerasa II), que utiliza ATP para poder actuar a lo largo de la cadena.

    La hlice a pesar de estar formada por interacciones no covalentes es muy estable, es por ello que para abrir dicha hlice mediante la accin de la enzima helicasa, son necesarias adems, unas protenas llamadas protenas desestabilizantes o SSB.

    Estas protenas se ubican como en caravana a lo largo de la cadena de nucletidos de una forma muy particular, dejando libres las bases de nucletidos para que puedan ser reconocidos por las bases de los nucletidos que se complementaran y formaran la nueva cadena.

    A medida que la hlice se desenrolla comienza a existir una presin por delante de la abertura que hace girar al ADN. Este giro requerira gasto de energa para que no se produzca la ruptura de las hebras de ADN. Para evitar este fenmeno acta una enzima que sigue a la abertura de la hlice denominada topoisomerasa; esta tiene como funcin romper y reparar las uniones fosfodiester y as evitar el giro. A esta enzima se la denomina nucleasa reversa. De esta forma se desarrolla el ADN y permite que acte la enzima polimerizante.

    La polimerizacin del ADN se origina en sitios llamados regiones de origen, en los cuales actuaran algunas protenas poco caracterizadas llamadas protenas de iniciacin que indicara el punto de origen para el comienzo de la accin de la helicasa y la polimerasa.

    La polimerizacin se realiza por una enzima llamada ADN polimerasa que usa como sustratos a los desoxinucleotidos trifosfatos.

    Cada cadena es copiada formndose cuatro cadenas, donde dos de ellas ya estn previamente polimerizadas y son las llamadas cadenas molde o templados, a este proceso de duplicacin se lo llama semi-conservativo.

    Las cadenas de ADN estn enfrentadas de manera tal que el comienzo de una cadena de polmeros tendr un extremo 3 del azcar y en el otro extremo 5. La cadena que se enfrenta y es complementaria, tendr en el extremo 3de la primera cadena, el extremo 5 y en el otro extremo 5 tendr el 3. En otras palabras las cadenas de polmeros van en dos direcciones una de 3 a 5 y la otra de 5 a 3. Es por ello que se las denomina antiparalelas.

    La ADN polimerasa solo puede polimerizar en sentido 5-3. Ello representa que una cadena se puede copiar directamente pero la otra necesitara de un polmero pequeo de ADN que se denomina primer o iniciador. La ADN polimerasa usa como soporte para polimerizar los desoxinucleotidos a este primer.

    Este pequeo polmero esta formado por la accin de una enzima llamada ARN polimerasa ADN dependiente.

    Los desoxinucleotidos que se van a polimerizar por la accin de la ADN polimerasa, luego de la sntesis del cebo, se formaran en fragmentos. Este fenmeno fue descubierto por Okasaki, de all que los fragmentos se denominen fragmentos de Okasaki. De manera tal que una de las cadenas estar copiada en fragmentos a los cuales se los debe unir y adems eliminar los pequeos ribonucletidos usados de cebo.

    La sntesis de ADN se inicia normalmente en muchas regiones llamadas puntos de origen de replicacin y los mismos se encuentran en cada cromosoma. La iniciacin de esta sntesis esta controlada por la Activacion de las protenas quinasas dependientes de ciclina. La replicacin se origina en diferentes sitios pero adems cada origen de iniciacin se activa a diferentes tiempos en regiones del cromosoma que se organizan en el espacio en forma de clusters dentro del ncleo. La replicacin se produce solo una vez por el ciclo celular, o sea que se origina de una sola copia los cromosomas y no se producen nuevos sitios de origen de replicacin hasta no haber finalizado el ciclo.

    En los sitios donde se generan sitios de origen, generalmente se encuentran en la secuencia del ADN regiones ricas en A/T. Existen unas secuencias llamadas ARS-binding factor (ABF-1), luego se identificaron dos complejos denominados ORC que esta formado por 6 polipptidos y se denomina multiprotein origin recognition complex. Otra proteina descripta involucrada en los mecanismos de iniciacin es la denominada replication protein A. Es una proteina que es fosforilada durante la fase S del ciclo celular por Activacion de las quinasas dependientes de ciclina.

    Cual es la seal que da lugar a la interaccin de este tipo de protenas con el ADN? Aparentemente durante la mitosis se producira la permeabilizacion de la membrana nuclear para dar lugar a la penetracin en el ncleo de un factor denominado licensing factor necesario para que se produzca la union de los complejos proteicos con secuencias de ADN y dar lugar a la formacin de nuevos y mltiples sitios de iniciacin.

    La enzima o los complejos enzimticos que finalmente dan lugar a la replicacin del ADN son los formados por unas enzimas llamadas ADN polimerasas. La funcin de estas enzimas es la de adicionar nucletidos para formar una cadena de ADN, comenzando por un pequeo grupo de nucletidos o base llamado primer. A su vez tienen la capacidad de reparar un error cambiando un nucletido incorporado errneamente.

    Se han realizado estudios estructurales en dos polimerasas, una denominada Fragmento Klenow de la ADN polimerasa de E. Coli y la transcriptasa reversa del virus HIV-1 del SIDA.

    La ADN polimerasa de Klenow normalmente usa como templado al ADN. La transcriptasa reversa puede usar ADN o ARN. Ambas enzimas tienen asociado un dominio que presenta actividad de nucleasa, pero este dominio tiene funciones diferentes en ambas enzimas. En la Klenow la regin de nucleasa sirve para reparar errores en la introduccin de nucletidos. Mediante este sitio la polimerasa saca el nucletido errneamente agregado por la misma enzima. Es una actividad de 3-5exonucleasa. En el caso de la transcriptasa reversa esta actividad de nucleasa sirve para romper la union entre el ARN que usa como templado y el ADN sintetizado. Tambin son diferentes en su estructura 4. La Klenow es un monmero y la transcriptasa reversa es un dimero formado por subunidades de diferente tamao.

    La estructura de la Klenow muestra que es una proteina constituida por dos dominios bien definidos. Uno largo c-terminal conteniendo una hendidura o hueco y otro mas pequeo globular en el amino-terminal. La actividad de exonucleasa esta localizada en el dominio amino-terminal, mientras que el sitio activo de polimerasa se encuentra en el dominio c-terminal. Este sitio a su vez puede ser dividido en 3 dominios denominados palm, fingers y thumb. El subdominio palm contiene estructura de hoja beta plegada y contiene al sitio cataltico. El subdominio fingers esta compuesto por estructuras de alfa hlice y el dominio thumb contiene dos cadenas alfa hlice paralelas de gran longitud. Se han descripto adems lugares de interaccin o binding sites para metales divalentes en la regin de exonucleasa como as tambin en la regin cataltica de polimerasa. Los iones que interaccionan son de Mg, Mn o Zn.

    La estructura de la transcriptasa reversa, la cual puede emplear ADN o ARN como templado dando hbridos de ADN-ARN o duplicados de ADN, se puede presentar como un heterodmero formado por una subunidad de 66 kDa y una de 51 kDa, encontrndose la actividad de polimerasa en la subunidad de 66 kDa. Esta transcriptasa tiene un dominio con actividad de ARNasa denominado ARNasa H y esta localizado en un dominio separado de la actividad de polimerasa y localizado en la regin c-terminal.

    El sitio activo de ambas polimerasas esta localizado en la regin denominada palm, contiene el sitio cataltico, la regin que une por el sitio 3 terminal la cadena donde se van polimerizando los nucletidos tambin denominada primer. Esta regin contribuye a la union del nucletido a ser agregado. Esta regin es la mas conservada de todas las polimerasas.

    La nomenclatura de las ADN polimerasas se puede encontrar indicado con letras griegas por ejemplo, ADN polimerasa a, d y e, tambin conocidas como polimerasas I, II y III, respectivamente. Existen otras ADN polimerasas descriptas, por ejemplo b, en levaduras, aunque su accin no seria en los procesos de replicacin sino mutagenesis, haciendo by pass en los sitios damnificados del ADN.

    De todas las ADN polimerasas en eucariotas, la delta es la mas conservada desde levaduras a humana. Las polimerasas tambin tienen actividad de exonucleasas, en el caso de la polimerasa delta ambas actividades residen en la subunidad de mayor tamao.

    La polimerasa epsilon humana tambin tiene dos subunidades, pero en este caso la subunidad cataltica tiene 225 kDa y la restante 50 kDa. Su funcin es desconocida. Esta polimerasa tiene su accin principalmente en la reparacin de ADN, sin embargo, esto no descarta que a su vez acte en los procesos de replicacin. Esta polimerasa tambin interviene en el control de los check points en la fase S, actuando como sensor para la replicacin, transmitiendo seales inhibitorias para prevenir procesos transcripcionales inapropiados durante esta fase del ciclo celular. Estas dos funciones residen en diferentes dominios de la proteina; en el amino terminal se encuentra la actividad de polimerasa y en el carboxilo terminal la funcin de control de check point.

    La distribucin de las polimerasas es asimtrica y se sabe que los errores en la replicacin pueden estar inducidos por error en la distribucin de las protenas o concentracin de nucletidos en estos sitios.

    En los ltimos aos se han descripto una serie de factores accesorios a las ADN polimerasas que pueden dividirse en tres grandes clases: a) protenas que se unen al ADN como cadena simple; b) factores de reconocimiento entre el templado (cadena de ADN) y el iniciador o primer y c) factores de procesamiento. Dentro de estos factores se puede mencionar una proteina denominada RP-A, cuyo equivalente en levadura es RV-A. Esta compuesta 3 subunidades y es requerida tanto para la iniciacin como para la elongacin de la cadena de ADN. Esta proteina es fosforilada y la fosforilacin en al menos una de sus subunidades tiene un papel fundamental en este proceso.

    Otro factor es el llamado PCNA y su papel es esencial durante la replicacin del ADN. Esta identificado como un factor auxiliar de la polimerasa delta. Este factor interacciona con una proteina denominada p21, que es un inhibidor de la proteina p53, proteina relacionada a los genes supresores y relacionadas a la cascada de las protenas quinasas dependientes de ciclinas.

    Otro factor el RFC (llamado factor de replicacin C) es una proteina que une ATP y tiene actividad ATPasa, siendo esta actividad mxima cuando se produce la interaccin del iniciador o primer con el templado.

    Expresin de la Informacin Gentica

    La expresin de la informacin gentica involucra la traduccin de una secuencia lineal de nucletidos de ADN en una secuencia colineal de aa.

    La copia del ADN dando lugar al ARNm se denomina transcripcin y la copia del ARNm en una secuencia lineal de aa se denomina traduccin.

    La translacin de la secuencia nucleotidica de ADN en protenas se basa en un cdigo de triplete de nucletidos.

    Cada triplete, llamado codon, codifica para un nico aa; existiendo 4 bases y expresndose como tripletes se forman 64 (43) posibles codones para codificar solo 20 aa, o sea que para cada aa hay mas de un codon, esto se denomina cdigo redundante.

    Algunos de los codones tienen funciones especiales: AUG codifica para metionina e inicia la traduccin de todas las protenas, hay 3 codones de finalizacin de traduccin que son UAA, UGA y UAG.

    ACIDOS RIBONUCLEICOS (ARN)

    La transcripcin da lugar a la formacin de tres tipos de ARN, mencionados el mensajero, el ribosomal y el de transferencia.

    Los ARNs son de simple cadena y las bases que los constituyen son: adenina, guanina y citosina; uracilo.

    Las molculas de ARN se sintetizan en el ncleo (algunas formas se sintetizan en la mitocondria) y son exportadas al citoplasma, mientras que las protenas que tienen funcin en el ncleo se sintetizan en el citoplasma y son importados al ncleo.

    El ncleo esta cerrado por una envoltura que consiste en un par de membranas concntricas. La membrana externa se continua con la membrana del RE y el espacio perinuclear, entre la membrana externa y la interna se continua el lumen del RE.

    El intercambio de los materiales se realiza a travs de los poros nucleares.

    ARNm

    El ARNm es tipo especial de ARN en el cual la secuencia nucleotidica del mismo es complementaria a una de las cadenas del ADN. Existen en el ARNm un conjunto de tripletes de nucletidos llamado codon que provee la informacin especifica para reconocer un aa.

    ARNt

    Estos ARNs son pequeas molculas cuya funcin es la de actuar como transportadores intracelulares de los aa hacia los ribosomas como sntesis proteica. De los 20 aa que se encuentran en las protenas, cada uno de ellos tiene por lo menos un ARNt que lo transportara especficamente. Algunos aa pueden ser transportados por mas de un ARNt.

    ARNr

    Al ARN ribosomal constituye cerca del 65% de la masa ribosomal. En clulas eucariotas existen 4 tipos de ARNr, cada uno identificado, cada uno identificado por su coeficiente de sedimentacin como 5S, 7S, 18S y 28S.

    transcripcin

    El ARNm es traducido a una proteina en una serie de reacciones catalizadas por un gran complejo llamado ribosoma.

    Los aa utilizados para formar la proteina son transportados hacia el ribosoma por el ARNt que representara el lpiz siguiendo el ejemplo grafico.

    Los ARNt presentan una estructura tal que cada 3 nucletidos del ARNm existen en el ARNt otros 3 nucletidos que se reconocen en forma complementaria. Este reconocimiento se realiza a travs de las bases de ambos ARN.

    Para que se produzca la expresin de estos genes en forma especifica y diferencial existen unas unidades denominadas de y tanscripcion, que dan lugar a la formacin de transcriptos especficos llamados transcriptos primarios.

    La unidad de transcripcin es una regin del gen que contiene una seal para la generacin del transcripto primario. Principalmente esta unidad de transcripcin debe contener un sitio de iniciacin y uno de terminacin de la transcripcin. El producto de esta unidad de transcripcin son los ARNs que darn lugar a la sntesis proteica.

    Un fragmento de ADN que servir para que finalmente se sintetice una proteina, previa formacin del ARNm, esta formada por varias regiones cada una con una funcin especifica a saber:

    1)       Una regin de control

    A la misma se le atribuye la funcin de controlar el incremento de la transcripcin. Estas secuencias de control tienen caractersticas muy interesantes como por ejemplo:

    -          Estn formadas por 300 a 500 pares de bases con secuencias repetitivas en su cadena con independencia funcional.

    -          Pueden actuar a distancia del sitio de iniciacin.

    -          No necesariamente se encuentran por delante del sitio de iniciacin de la transcripcin.

    2)       Una secuencia CAAT y una secuencia TATA

    Estas dos secuencias estn involucradas en la union e iniciacin de la transcripcin.

    3)       El punto de iniciacin de la transcripcin

    Este punto depende de la presencia de un promotor. La funcin que cumplira el promotor seria sealar el punto de inicio de la transcripcin.

    4)       Los exones

    Son secuencias de nucletidos que darn lugar a la transcripcin de los nucletidos con bases complementarias para la formacin del ARN.

    5)       Los intrones

    Estas secuencias se hallan intercaladas entre las secuencias codificantes. Estas secuencias tambin son transcriptas pero luego se pierden en la etapa de maduracin del ARNm.

    6)       Una secuencia AAUAAA, un punto de poliadenilacion y una seal de terminacin

    Inmediatamente terminada la transcripcin una enzima denominada poliA-polimerasa efecta un corte y poliadenilacion del extremo 3, usando ATP como sustrato. Esta enzima agrega entre 100 y 200 residuos de cido adenilico. Esta adicin esta dirigida desde el lugar donde se halla la secuencia AAUAAA. La eliminacin o mutacin de esta secuencia evita la poliadenilacion. La poliadenilacion se realiza antes de que el ARN salga del ncleo.

    Todava no se conocen los mecanismos de terminacin de la transcripcin o cuales serian las secuencias que determinan que la enzima encargada de la sntesis de ARN (polimerasa) se desacople de la unidad de transcripcin.

    En las clulas de organismos eucariotas se han encontrado 3 tipos diferentes de polimerasas. Cada una de estas polimerasas son enzimas encargadas de sintetizar un tipo de ARN. La polimerasa llamada de tipo I es la encargada de catalizar la transcripcin del ARNr. Se encuentra en el nucleolo y es la encargada de producir alrededor del 50 al 70% de la transcripcin nucleolar total.

    La polimerasa tipo II que se halla en gran parte asociada a la cromatina es la responsable de la formacin del ARN precursor del mensajero. Este ARN precursor tambin se denomina heterogneo. El tercer tipo de polimerasa tipo III es la encargada de sintetizar ARN pequeos incluyendo la fraccin 5S del ribosoma.

    En el proceso de transcripcin para que se produzca la sntesis de ARN por apareamiento de nucletidos por intermedio de sus bases, en primer termino se deben separar las cadenas de ADN. Ello sucede en el punto de union de la ARN polimerasa y requiere la presencia de una secuencia determinada de nucletidos que como describimos anteriormente se denomina promotor. Luego se produce la elongacin de la cadena de ribonucletidos, donde los mismos son adicionados por accin de la polimerasa, formndose uniones covalentes adicionndose a partir de la cadena por el extremo 3avanzando la polimerasa en sentido 3-5. Por delante de la polimerasa las hebras de ADN se van desenrollando y por detrs de la polimerasa se van enrollando. Cuando la polimerasa reconoce el sitio de union de terminacin se agrega el ultimo ribonucletido y el transcripto se desacopla liberndose la polimerasa y volviendo el ADN a su configuracin original de doble cadena en forma helicoidal.

    Cuando se conocieron los mecanismo de transcripcin y traduccin se planteo la interrogante de cual fue la primer molcula existente el ARN o el ADN, dado que para el inicio de la sntesis de protenas se necesitan enzimas y las enzimas son protenas.

    En experimentos muy recientes se ha comprobado que el ARN puede presentar actividad enzimatica, sobre todo para la formacin de los enlaces entre aa. De ah que se haya elaborado la siguiente hiptesis para la explicacin de la aparicin de los organismos.

    Se postila que aparentemente se sucedieran una serie de eventos que, en la secuencia del tiempo, se pueden exponer en 4 etapas:

    1)       Formacin de polmeros de ARN capaz de dirigir su propia replicacin.

    2)       Desarrollo del mecanismo por el cual el ARN de lugar a la sntesis proteica.

    3)       Formacin de una membrana lipidica que contenga a la mezcla de ARN y protenas.

    4)       Desarrollo del mecanismo por el cual se forme el ADN capaz de conservar la informacin que transmita el ARN y de esta manera conservar la informacin y la especie ante cualquier destruccin de los ARNs.

    Resulta fundamental para el entendimiento del funcionamiento de un organismo tener el conocimiento de los elementos que dan lugar a la duplicacin del ADN, a la transcripcin con formacin del transcripto primario y se realiza antes de que los mismos abandonen el ncleo. El primer proceso es la adicin en el extremo naciente de un 7-metilguanilato. Esta adicin se realiza con una union 5-5trifosfato.

    A este proceso se los denomina adicin de la caperuza o camping.

    El segundo proceso es el de poliadenilacion y extraccin de las secuencias no codificadas transcriptas por los intrones. A este proceso se lo denomina de corte y empalme o splicing.

    El mecanismo de corte y empalme en el ARNr lo realiza el propio ARN. En este proceso no intervienen enzimas y se conoce que el propio ARN tiene la capacidad de realizarlo sin gasto de energa con ganancias y perdidas de uniones fosfodiester.

    El ARNt tambin sufre el proceso de corte y empalme, pero a diferencia del ribosomal, este proceso se realiza por accin de una endonucleasa. Esta enzima realiza dos cortes en el extremo de intron transcripto para luego actuar una ligasa y unir los dos extremos.

    El ARNm es acortado en forma diferente y por un proceso que involucra a ribonucleoproteinas. Estas se unen por complementariedad de bases a secuencias conservadas entre los nucletidos transcriptos por intrones y exones. Como paso intermedio en esta reaccin se forma una estructura en forma de lazo en la cual el extremo 5 se pliega sobre si mismo cerca del extremo 3. Estas secuencias que se localizan en los puntos de corte serian las principales determinantes de los puntos de corte y empalme. Se denominan secuencias consensuales y son las secuencias que se conservaran en la mayoria de los genes. La mutacin de una de estas secuencias llevara a la sntesis proteica anormal.

    Uno se podra preguntar porque se transcriben los intrones si luego en el proceso de maduracin se cortan y solo se empalman los exones. Pues bien, no todos los intrones transcriptos se cortan y algunos siguen en el ARN, siendo reconocido que la funcin de los mismos seria regular el pasaje de los ARN del ncleo al citoplasma. Otra funcin importante de los intrones es aparentemente la de delimitar o estar entre las uniones de exones que darn lugar a la sntesis de dominios funcionantes en las protenas.

    Este proceso de corte y empalme tiene una funcin biolgica muy interesante que se ha observado en la sntesis de IG. De un mismo transcripto se pueden empalmar exones transcriptos no necesariamente contiguos. Esto trae como consecuencia que de una sola transcripcin se puedan sintetizar protenas diferentes con funciones diferentes. A este mecanismo se lo denomina empalme alternativo (splice alternativo).

    Luego de la maduracin del ARNm que abandona el ncleo representa entre el 1 y 2% de las secuencias presentes en el ADN.

    La regulacin de la transcripcin esta dada tanto al inicio como al final del proceso.

    Nosotros conocemos que una correcta expresin de genes, en un tiempo correcto, es el evento que dar identidad a cada clula. Como mencionamos anteriormente, existe una secuencia de ADN denominada promotor que determinara el sitio exacto de inicio de la transcripcin para un gen determinado y adems, tambin los niveles de ARN. El core de los elementos que componen el sitio promotor contiene la TATA BOX y los elementos iniciadores. Ellos se encuentran cercanos e inmediatamente despus hacia la regin 5 del punto de inicio o sitio de iniciacin de la sntesis de ARN. Casi todos los genes tienen un nivel mnimo de transcripcin que esta dado por una maquinaria mnima de transcripcin. Adems la regin promotora contiene sitios de reconocimiento para factores de transcripcin. Estas son secuencias especificas en el ADN que unen protenas. Estos sitios pueden activar (enhancer) o reprimir (represor) la transcripcin.

    Los activadores desde el punto de vista funcional, parecen ser protenas que interaccionan con el ADN por sus dominios cidos, ejemplificados por residuos ricos en glutamina o prolina. Los represores son menos conocidos desde este punto de vista, pero parece que principalmente se encuentran en los dominios ricos en alanina.

    La base de accin de estos activadores y represores, es la interaccin proteina-proteina y su consiguiente interaccin con secuencias especificas en el ADN.

    Dentro de los factores de transcripcin para la mayora de los promotores, los primeros identificados fueron los denominados TFII, conocindose 8 de ellos denominados: TFII A, B, C, D, E, F, G y H. Estos factores actan en la iniciacin de la transcripcin generado por la accin de la ARN polimerasa II. Estos factores se unen en la regin del promotor conocido por secuencias ricas en A y T, llamada TATA box y guardan una secuencia temporal de union, siendo aparentemente el TFIID el primero en interaccionar con la regin TATA, luego interaccionara el TIFA, TFIIB y TFIIF.

    La TATA box o los elementos iniciadores tambin son reconocidos por un componente del TFIID denominado proteina de union de la TATA box (TBP). Esta proteina acta con la ARN polimerasa I y II. La TBP es un componente integral de la maquinaria de transcripcin.

    Existe un grupo de protenas que actan junto al TBP y se denomina TAF. Se postula que los activadores se unen secuencialmente en el tiempo para activar la transcripcin va la interaccin con el TBP y los factores asociados a TBPs o TAFs.

    Existen otros factores llamados adaptadores, que conceptualmente no difieren de los TAFs y actuaran sin necesidad de reconocer el ADN, pero si al TBP como parte de los mecanismos de Activacion de la transcripcin. Dentro de estos adaptadores existe una proteina llamada CBP que se une a un factor de transcripcin CREB y es denominada CREB-binding protein. El primer CREB-binding protein factor caracterizado fue el CREB pero luego se han caracterizado por lo menos diez factores mas, comprobndose que estos factores pertenecen a una familia de genes con caractersticas similares. Son los siguientes: todos ellos pertenecen a la clase de factores de transcripcin denominados bZIP, caractersticos por tener entre 4 a 6 leucinas. En algunos, la histidina puede reemplazar a la leucina. Estos factores pueden heterodimizarse, pueden sufrir cambios por splicing y pueden actuar como activadores o represores. Estos factores contienen sitios de fosforilacin para PK A, C y quinasa de casena. Estos sitios una vez fosforilados pueden regular la actividad de CREB. Estos factores pueden ser regulados a travs de la Activacion de PKA dependiente de AMPc.

    Otra familia de factores es la denominada CREM, que tiene un papel muy importante en la rta nuclear al AMPc y tiene mucha importancia en la fisiologa neuroendocrina.

    Despus de la transcripcin de ADN en ARN, este ultimo es procesado antes de salir del ncleo. En este proceso las regiones que no codifican (los intrones) desaparecen. De esta forma solamente la informacin contenida en los codones de los exones es usada para formar la secuencia aminoacidica. Despus que los intrones son eliminados continua el proceso de maduracin del ARN pasa la citoplasma para ser traducido en proteina.


     
    Sobre ALIPSO.COM

    Monografias, Exmenes, Universidades, Terciarios, Carreras, Cursos, Donde Estudiar, Que Estudiar y ms: Desde 1999 brindamos a los estudiantes y docentes un lugar para publicar contenido educativo y nutrirse del conocimiento.

    Contacto »
    Contacto

    Telfono: +54 (011) 3535-7242
    Email:

    Formulario de Contacto Online »
     
    Cerrar Ventana
    ALIPSO.COM
    Cursos Multimedia Online, CD y DVD