ADN – ARN -‐ PROTEÍNAS
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 1
Biotecnología
El uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener
productos de valor para el hombre
No es ciencia. Enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias:
Biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina, veterinaria, farmacia, microbiología, bacteriología, etc.
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 2
Una vieja amiga!!!
Preparación de pan (6000 años – Egipcios) Preparación de bebidas alcohólicas
Cerveza (8000 años – Sumerios y Babilónicos) Vino
Preparación de derivados lácteos (6000 años – China) Quesos Yogurt
Compostaje Inoculación (1701) y vacunación (1798) para prevenir
viruela Antibióticos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 3
La era biotecnológica
1976 Robert Swanson y Herbert Boyer fundan la compañía Genetic Engineering Tech, Inc. (Genentech, Inc.).
1977 Producción de somatostatina producida en una bacteria
1978 Producción de Insulina en una bacteria por medio de ADN recombinante.
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 4
Biotecnología en salud Algo mas que insulina Proteínas recombinantes
Vacunas contra Hepatitis B Factores de crecimiento = Regeneración celular Hormona de crecimiento Citoquinas (inmunomodulares) Interferones y Factor de Necrosis Tumoral
Anticuerpos monoclonales Pruebas diagnósticas (ELISA) Análisis patológicos Anticuerpos anticancerígenos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 5
Biotecnología en salud Algo mas que insulina Animales genéticamente modificados
Transgénicos = producción de proteínas Knock-‐out = generación de modelos de enfermedad
Células madre Terapia regenerativa Transplantes de médula ósea Ingeniería de tejidos
Terapia génica Diagnóstico genético
Mutaciones Identificación de patógenos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 6
Biotecnología
El uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor
para el hombre
No es ciencia. Enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias:
Biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina, veterinaria, farmacia, microbiología, bacteriología, etc.
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 8
Biología Molecular
“Estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista
molecular”
“El estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente
importantes” Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 9
Biología Molecular
Estudio de interacciones entre los diferentes sistemas de la célula Ácidos Nucleicos (ADN y ARN) Proteínas Carbohidratos Lípidos
Explicar las funciones biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel molecular
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 10
Nacimiento Biología Molecular
Gregor Mendel Leyes de la herencia
Combinación independiente
Principio de segregación Uniformidad (dominancia)
Friedrich Miescher Descubrimiento del ácido nucléico Material ácido con alto contenido de fosfatos (nucleina)
13
Dogma Central (Crick 1961)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 14
ADN -‐ Propiedades
Estable Replicación Capacidad de aceptar alteraciones (limitada) Direccionalidad Formado por cuatro nucleótidos presentes en todos los organismos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 15
Composición ADN
Polímero de nucleótidos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 16
Enlace fosfato-‐azucar involucradrados en estructura del ADN
Base nitrogenada involucrada en la información
Bases nitrogenadas
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 17
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 18
El ADN (ARN) se escriben y leen en sentido 5’-‐3’.
AGCTAGCTAGCT
Moléculas de ADN tienen distintas composiciones
La composición del ADN (relación de los cuatro nucleótidos) varia de un organismo a otro.
ADNs aislados de diferentes tejidos de un mismo organismo tienen la misma composición.
La composición no varia con la edad, estado nutricional o cambios ambientales.
En todos los organismos el número de A = T y el de G = C
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 19
ADN FORMADO POR DOS HÉLICES ANTIPARALELAS COMPLEMENTARIAS
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 20
REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA
Dos copia de ADN son generadas cada una con una copia del ADN original y otra del nuevo.
Bases nitrogenadas están unidas por puentes de hidrógeno Fácil apertura de las dos hebras
Doble hélice se abre en puntos específicos Replicación se lleva a cabo en las dos hebras. Los nucleótidos son adicionados siguiendo
complementariedad postulada por Watson y Crick
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 21
Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 23
• Diseño, síntesis y ensamblaje de un genoma de 1,08 Mpb de Mycoplasma mycoides.
• Inicio con una secuencia digitalizada que luego fue transplantada a una célula de Mycoplasma
capricolum para crear una nueva Mycoplasma mycoides.
• Nueva célula controlodada exclusivamente por el genoma sintético
• Nueva célula tiene el fenotipo esperado y capacidad de autoreplicación.
ADN se hibridiza por complementariedad
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 24
Organización del ADN
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 25
Gen
Cromosoma
Locus: posición específica en donde se ubica un gen dentro del cromosoma
Alelos: formas diferenes del mismo gen (en organismos diploides)
GENOMA
GEN Secuencia de ADN que codifica para un producto (polipéptido o ARN) con una función
catalítica o estructural
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 26
• Genes Constitutivos (housekeeping) • Genes regulados
Un gran número de genes no codifican para proteínas.
Un mismo gen puede codificar diferentes productos: Sitios de inicio de transcripción alternativos. Sitios de terminación de transcripción alternativos.
Splicing alternativo. Algunos genes pueden estar sobrelapados (muñeca rusa).
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 27
Procariotes
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 28
Genes policistrónicos
Eucariotes
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 29
ARN -‐ Propiedades
Uracilo por timina. Funciones:
Intermediario entre información del ADN y la secuencia de la proteína (ARNm).
ARN de transferencia ARN Ribosomal Ribosimas = ARN con capacidad catalítica
Reducido tiempo de vida media (baja estabilidad)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 32
ARN de interferencia
Proceso natural por el cual células eucariotes regulan la expresión de genes mediante la union de siRNA a ARNm.
La unión con el ARNm blanco produce su degradación lo cual evita su trandución.
Silenciamiento exógeno: Cancer (oncogenes) Infecciones virales
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 33
Transcripción
Síntesis de ARN a partir de un molde de AND ARN polimerasas
Procariotes: ARN polimerasa Eucariotes: ARN pol I (ARN ribosomal) ARN pol II (ARN mensajero) ARN pol III (ARN transferencia)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 34
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 35
Procesamiento ARNm
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 36
PROTEÍNAS
Proceso de traducción Polímero de aminoácidos 20 aminoácidos son los constituyentes de las proteínas
L-‐α-‐amino ácidos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 37
Código Genético (1965)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 38
Propiedades aminoácidos
Poseen carga positiva, negativa o neutra Punto isoeléctrico El grupo R-‐ determina las propiedades del amino ácido Polar
Cargados No cargados
Hidrofóbicos
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 39
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 40
Enlace peptídico (L. Pauling y R. Corey 1930)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 41
Extremo N-‐terminal Extremo C-‐
terminal • Perdida de una carga negativa y una positiva
• Carga neta de la proteína es determinada por los grupos R-‐
• Cargados a pH fisiológico
• Punto isoeléctrico
Clasificación proteínas
Solubles Citosólicas De membrana Globulares Fibrosas Lipoproteínas Glicoproteínas Metaloproteínas Enzimas
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 43
Estructura primaria
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 44
Secuencia lineal de aminoácidos codificados por la secuencia del gen
Estructura primaria Como sabemos la secuencia? Degradación de Edman (1950)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 45
Estructura primaria Como sabemos la secuencia?
Usando la información del ADN
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 46
ATGTATATCAAACCATTCATCCTTCCTGCC
ATG-‐TAT-‐ATC-‐AAA-‐CCA-‐TTC-‐ATC-‐CTT-‐CCT-‐GCC
Met Tyr Iso Lys Pro Phe Iso Leu Pro Ala
Herramientas computacionales http://expasy.org/tools/dna.html
Estructura secundaria
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 47
Plegamiento de pequeños fragmentos 3-‐30 a.a.
Estructura terciaria (Estructura tridimensional)
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 48
Estructura Cuaternaria
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 49
Modificaciones Post-‐transduccionales Modificación química después del proceso de traducción.
Adición de grupos funcionales Acetato Fosfato Lípidos Carbohidratos
Enlaces disulfuro Remoción proteolítica de extremos N-‐ u O-‐terminal
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 50
Enfermedades
Metabólicas: Perdida de actividad enzimática Error en la localización intracelular
Cancer Ganancia de actividad Ausencia de proteían reguladora
Enfermedad de Alzheimer Alteraciones en el plegamiento
Resistencia a antibióticos Ganancia de función
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 51
Carlos J. Alméciga Díaz QF, Ph.D. 52
Top Related