Blocs de continguts avaluables a partir del curs 2009-2010Metabolisme (Bloc 1) Immunologia (Bloc 2)

Genètica mendeliana i evolució (Bloc 3) Disseny experimental (Bloc 4)

Biotecnologia (2a part del Bloc 5)

Biotecnologia. Idees bàsiques sobre els processos de transcripció, traducció i replicació del DNA, i sobre l’estructura del DNA i les proteïnes.

Concepte de biotecnologia. El DNA recombinant. Caracterització del procés de transgènesi. Aplicacions de la biotecnologia alimentària

(aliments funcionals i transgènics). Ús de microorganismes en processos industrials (agricultura, farmàcia, alimentació i bioremediació).

ESTRUCTURA I COMPOSICIÓ DELS ÀCIDS NUCLÈICSNucleòsid=sucre+base nitrogenada

Nucleòtid=sucre+base nitrogenada +grup fosfat

Bases nitrogenades:

Púriniques (més grans): A, G

Pirimidíniques (més petites): C, T, U

ENLLAÇ N-glicosídic (C1glúcid i N9 puríniques o N1 en pirimidíniquesENLLAÇ fosfoéster (al C5 del glúcid)

ADN ARN

• Desoxiribosa• A, T, G, C• Cadenes llargues• Dues cadenes

complementàries (normalment)

• Molt estable

• Ribosa• A, U, G, C• Cadenes més curtes• Una sola cadena

(normalment)• Poc estable• Tipus: ARN ribosòmicARN transferènciaARN nucleicARN missatger

Xargaff estudia l’ADN de diverses espècies i conclou que a totes elles es compleix que:

- Proporció de bases púriques = pirimidíniques- Proporció d'adenina = timina- Proporció de guanina = citosina- La proporció relativa de les 4 bases presenta una gran variabilitat entre les espècies i és més similar entre indv. de la mateixa espècie

A+G=T+C

Aquestes dades s'indiquen a la TAULA DE XARGAFF:

Característiques de la doble-hèlix de Watson o Crick (1953): l’ADN està format per dues cadenes de nucleòtids que-- són antiparal·leles: si una és 5'-3', l'altra és 3'-5' -- són complementàries: una A comporta una T, una C comporta una G i viceversa.-- Enrotllament dextrògir-- Les bases estan a l’interior i la pentosa i el fosfor formen l’esquelet extern.-- Plans de les bases perpendiculars a l’eix de l’hèlix-- Les dos cadenes esten unides per ponts d’hidrogen. -- Tenen un plegament plectonímic: com el d'una trena. -- Tenen capacitat autoreplicativa: poden fer còpies d'ella mateixa. -- No varia ni amb l'edat ni amb l'alimentació, però pot mutar

Diari d’ahir: 15 cigarros una mutació

Ponts d’H

ADN ARN

20 Ǻ

3,4 Ǻ

34Ǻ

Nivells estructurals i empaquetament-- estructura primària: seqüència de nucleòtids. Aquesta seqüència determina el missatge biològic o informació genètica

Dins de cada espècie el percentatge bases és gairebé igual per a tots els individus ja que el missatge és molt semblant

-- estructura secundària: doble hèlix. Amb tres models

-- forma B la de Watson i Crick

-- forma A dextrògira i plans de les bases inclinats. Apareix en assecar-se la forma B. No existeix a la natura.

-- forma Z levògira, enrotllament irregular, Moltes C i G

-- estructura terciària i empaquetament: amb histones i protamines, per aconseguir que càpiga dins el nucli de la cèl·lula i per a formar cromosomes.

Una característica interessant:

a 100ºC l’ADN es desnaturalitza, es trenquen ponts H, i torna a renaturalitzar si es disminueix la Tº. Permet la hibridació si es parteix de diferents filaments d’ADN

Tipus ADN

• bicatenari i lineal: nucli de les cèl·lules eucariotes i en virus

• bicatenari i circular: A les cèl·lules procariotes i en mitocondris i cloroplasts i en virus.

• Unicatenari i lineal: en virus

• Unicatenari i circular: en virus

Longitud de l’ADN

• Virus polioma 1,7 micres

• Escherichia coli 1,36 mm

• Drosophila 11,2 cm

• Eriçó de mar 0,57 m

• Gall 0,93 m

• Gos 1,89 m

• Nosaltres 2,36 m dels 46 cromosomes

ADN ProteïnesARNm transcripció inversa

traducció

Funcions dels àcids nuclèics

L’ADN porta la informació de com serà i com funcionarà un organisme: aquesta informació en diem informació genètica o hereditària. En alguns virus la informació biològica de com és l'organisme es troba dins d'una molècula d'ARN en lloc d'ADN.

replicació

transcripció

ReplicacióLa replicació o duplicació de l'ADN.Per originar nous individus cal la formació de còpies de l'ADN del seu progenitor o dels seus progenitors.

BIOSÍNTESI DE L’ADN

La duplicació de l’ADN és un procés multienzimàtic on les dues cadenes es separen i es sintetitzen dues de noves.

La replicació és semiconservativa segons va proposar ja Watson i Crick

La replicació de l’ADN en eucariotes es fa en la fase S del cicle cel·lular

Mecanisme de replicació

ENZIMS

• Helicasa: trenca ponts d’H

• Topoisomerasa: regira la molècula

• Primasa o ARN polimerasa: inicia amb ARN encebador

• ADN pol III allarga per l’extrem 3’

• ADN pol I o nucleasa: treu els ARN i posa ADN

• Ligasa uneix els fragments

L’ADN-polimerasa III:

l’enzim principalEnzim d’uns 1000 aa

Sintetitza ADN

Treballa a 1000 nucleòtids per minut (16,6 per seg)

No sap iniciar la síntesi, necessita un encebador

Només sap afegir a l’extrem 3’

Col·loca els nucleòtids antiparal·lels i complementaris

REPLICACIÓ SEMICONSERVATIVA

1. Desenrotllament i obertura de la cadena:

1.1. La cadena perd la seva estructura secundària (es trenquen els ponts d’hidrogen)

1.2. Es formen bombolles de replicació. Les cadenes s’han d’obrir i en els costats, en les forquetes de replicació es permet que els enzims que han de llegir l’ADN ho puguin fer

2. Síntesis de les noves cadenes d’ADN

2.1 Una primasa (ARN polimerasa) inicia la síntesi i fa un encebador o primer, que és una petita seqüència de nucleòtids d’ARN complementària a la cadena d’ADN

2.2 l’ADN polimerasa III segueix la síntesi amb nucleòtids d’ADN per l’extrem 3’.

2.3. Més endavant, l’ADN polimerasa I o nucleasa hidrolitza el tros d’ARN i substitueix els nucleòtids d’ARN per nucleòtids d’ADN

2.4. A mesura que la

forqueta de replicació

avança, la cadena 5’ a 3’

resta sense duplicar.

Okazaki proposà

que la cadena 5’ a 3’

es duplicava “a salts”.

Aquests salts feien

aparèixer fragments

nous d’ADN denominats

fragments d’Okazaki

2.5. Més endavant, els fragments s’uneixen gràcies a ligases

Replicació Eucariotes: en el nucli, en mitocòndries i cloroplasts

Procariotes: en el citoplasma

Origen replicació

molts un

Presència d’histones

Les histones queden associades al fil conductor. I apareixen nous polímers en la cadena retardada

ADN sense histones (actualment sembla que hi ha algunes proteïnes associades)

fragments d’Okazaki

Petits (100-200) Llargs (1000-2000)

velocitat lent Ràpid, unes 100 vegades més

enzims ADN polimerasa (en nucli)

ADN polimerasa (en mitocondris)

ADN polimerasa III ADN polimerasa I

El sucre: Ribosa. Les bases nitrogenades: A, U, G, CCadenes més curtes (5’-3’)Monocatenari (bicatenari en reovirus)Menys estable i més abundant que l’ADN

Tipus: ARN transferència ARN missatger ARN ribosòmicARN nucleolar

ARN

L’ou o la gallina

• L’ARN en algun cas té funció biocatalitzadora, per això s’ha suggerit que en l’origen de la vida l’ARN van poder ser les primeres molècules en autoduplicar-se i després seria l’ADN l’encarregat de guardar la informació genètica, ja que té la cadena més estable

Tipus d’ARN

ARN transferència• 70-90 nucleòtids• Està al citoplasma, uns

50 tipus diferents• Transporta o transfereix

aa de forma específica• Monocatenari, amb zones

d’estruc. 2ària (en doble hèlix) i zones 1ària: estructura de trèvol

• Té algunes bases derivades (10%)

Braç D, unió amb l’enzim Amino-acilsintetasa

Braç T

ARN missatger• lineal, monocatenari• Té poques zones estruc. 2ària• Va del nucli on es sintetitza al

citoplasma• transporta la informació de l’ADN

als ribosomes • Està associat a proteïnes• Dura uns quants minuts• És monocistrònic en eucariotes

(duu informació per a 1 proteïna)• Estructura d'un ARNm madur

eucariota inclou una caputxa al 5‘ (una guanosina trifosfat invertida), 5'UTR,regió codificant, 3'UTR i la cua poli-A

ARNm en procariotes

• No té exons i introns

• No té caputxa

• No té cua poliA

• És policistrònic

ARNrESTRUCTURA DEL rRNA:molt llarg, molt plegat per complementarietat de bases intracatenària.

El rRNA s'uneix a proteïnes per formar els ribosomes i té també una certa activitat catalítica a la traducció: TOT I NO SER UNA PROTEÏNA!!

Ribosomes 70s (procariotes)

Ribosomes 80s (eucariotes)

Subunitat gran 50 SARN 5 S + ARN 23 S +

proteïnes

Subunitat gran 60 SARN 28 S + ARN 5,8 S + ARN 5 S +

proteïnes

Subunitat petita 30 SARN 16 S + + proteïnes

Subunitat petita 40 SARN 18 S + proteïnes

ARNn

• L’ARN nucleolar associat a proteïnes

• Està al nuclèol

• Proporciona els diferents ARN que formaran els ribosomes

Les funcions dels ARN:

Rep la informació de l’ADN en la transcripcióFer la traduccióEmmagatzemar informació genètica en alguns virus

Transcripció

Transcripció en procariotes

-iniciació: l’ARNpol reconeix un promotor (seqüència d’ADN). I a certa distància s’inicia la síntesi d’ARN

-elongació: es copia de la cadena d’ADN (3’-5’) a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’)

-finalització quan es troba una seqüència rica en G i C

-Maduració: només maduren els ARNt i ARNr i no ho fan els ARNm

Transcripció en eucariotes

Hi ha 3 ARNpol. Té lloc al nucli

-iniciació: l’ARNpol II reconeix un promotor (seqüència de l’ADN). I a certa distància s’inicia la síntesi d’ARN

-elongació: es copia una cadena d’ARN (5’-3’) de la cadena d’ADN (3’-5’) a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’). Es posa la caputxa.

-finalització quan es troba una seqüència TTATTT. Es posa la cua poliA

-Maduració: en el nucli, maduren tots els ARNt i ARNr i els ARNm en els quals cal eliminar els introns

Maduració al nucli

A l’extrem 5’ s’hi afegeix la caputxa, una guanosina trifosfat invertida que impedeix l’acció de les exonucleases i que serà reconeguda pel ribosoma

Els UTRs (untranslated regions) són seqüències no codificants que flanquegen la regió gènica pròpiament dita. Aquestes regions contenen seqüències senyal que seran necessàries per la correcta traducció proteica. Els UTRs són presents a l'mRNA, i per tant també es trobaran en la seqüència genòmica inicial.

addició de la cua poliA a l'extrem 3'.

Transcripció

ADN ARN

procariotes eucariotes

Té lloc al citoplasma al nucli

enzims Una ARN pol Hi ha 3 ARNpol

iniciació l’ARNpol reconeix un promotor. I a certa distància separa les cadenes d’ADN i s’inicia la síntesi d’ARN

elongació 40 nucleòtids /seg a 40 nucleòtids /seg i es forma una cadena d’ARN (5’-3’). Es posa la caputxa als ARNm.

finalització quan es troba una seqüència rica en G i C

quan es troba una seqüència TTATTT. Es posa la cua poliA

maduració només maduren els ARNt i ARNr i no ho fan els ARNm

maduren tots els ARNt i ARNr i els ARNm en els quals cal eliminar els introns

Traducció

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/MRNA-interaction.png

La clau genètica o codi genètic

Per passar informació de la seqüència de l’ARNm a la seqüència d’aa de les proteïnes es podia fer:

1 nuc-1aa= 4 aa

2nuc-1 aa= 16 aa

3nuc-1 aa= 64 aa

És un codi que es llegeix cada 3 nucleòtids o codó de l’ARNm

És universal

Degenerat: triplets sinònims

Senyals: inici i STOP

Traducció• Primer s’activen els aa per unir-los als ARNt corresponents

aa+ATP aa-AMP + PP

Aa-AMP + ARNt aa-ARN + AMP

En segon lloc passa tot això:

Un exemple de mRNA: el de l'ovoalbúmina de pollastre: Les lletres que hi a sobre dels codons representen els aminoàcids que es col·locaran a la proteïna.Observa a partir de quin codó comença a col·locar-se aminoàcid i amb quin codó s'acaba:

La traducció s’inicia abans d’acabar la transcripció

La traducció es fa al citoplasma. L’ARNm ha d’anar del nucli al citosol

Els ribosomes reconeixen els ARNm per la regió lider complementària als ARNr

Els ribosomes reconeixen els ARNm per la caputxa

La traducció s’inicia al primer AUG amb un ARNt amb formilmetionina

La traducció s’inicia al primer AUG amb un ARNt amb metionina

Estructura de les proteïnes

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Peptidformationball.svg