Fisiologia de l'ADN: Estructura i Funció

I 146 flashcards i 100 preguntes més al document.

Text del document

FISIOLOGIA DE L'ADN L'ADN com a portador de la informació genètica. Replicació de l'ADN. Hipòtesi conservativa, semiconservativa i dispersiva. Expressió gènica. Transcripció i traducció. Diferències bàsiques en l'expressió gènica d'eucariotes i procariotes. El codi genètic Control de l'expressió gènica. Concepte de mutació i reparació del material genètic. El càncer El cicle cel·lular Mitosi i Meiosi. Cargando… L'ADN COM A MATERIAL HEREDITARI El DNA va ser aïllat i estudiat per primera vegada pel suís Friedrich Miescher el 1869. Perquè una molècula sigui portadora de la informació genètica ha de complir quatre condicions: Capacitat d'emmagatzematge i conservació. Capacitat d'expressió.

Capacitat de transmissió. Capacitat de variació Friedrich Miescher Cargando… L'ADN COM A MATERIAL HEREDITARI 1. EXPERIMENT FREDERICK GRIFFITH 1928. Streptococcus pneumoniae. Soca S "smooth" patògena Soca R " rough"no patògena. "Principi transformant" 2. EXPERIMENT D'AVERY, MACLEOD I McCARTY 1944. Identificació del principi transformador. Inactivació dels àcids nucleics, els glúcids, els lípids i es proteïnes. Quan es destrueix l'ADN ni hi ha transformació 3. EXPERIMENT HERSHEY, I CHASE 1952 Demostren què és l'ADN i no pas les proteïnes, el portador de la informació hereditària. Utilitzen isòtops marcats radioactivament: P-32 i S-35.

REPLICACIÓ DE L'ADN Per originar nous individus cal la formació de còpies de l'ADN del seu progenitor o dels seus progenitors. La hipòtesi semiconservativa ( Watson i Crick), en la qual es manté que en les dues noves molècules d'ADN de doble hèlix produïdes, un dels filaments seria l'antic, que actuaria com a motlle, i l'altre el modern. En la hipòtesi conservativa es proposa que després de la duplicació queden, d'una banda, els dos filaments antics junts i, d'una altra, els dos filaments nous. En la hipòtesi dispersiva es proposa que els filaments, al final, estan constituïts per fragments diferents d'ADN antic i d'ADN acabat de sintetitzar. 1.

EXPERIMENT DE MESELSON I STAHL 1957 Matthew Meselson 1930 Franklin Stahl 1929 2. EXPERIMENT DE KORNBERG 1958 Arthur Kornberg 1917-2007 Síntesi d'ADN "in vitro" Descobreix l'enzim ADN pol. 1000 aminoàcids. Present al nucli i els mitocondris. Polimeritza en sentit 5' 3' Necessita patró i encebador. Funció polimeritzadora i reparadora. Cargando… 3. EXPERIMENT DE CAIRNS 1963 John Cairns 1922 La duplicació de l'ADN " in vivo" Incubació d'E. Coli amb H3 Autoradiografia amb emulsió fotogràfica Demostra: ADN circular d' E.Coli Confirma semiconservativa Sentit 5' 3' Origen de rèplica. Erròniament suposa que la rèplica és unidireccional quan en realitat és bidireccional. 4.

EXPERIMENT OKAZAKI 1968 Tsuneko Okazaki 1933 Reiji Okazaki 1930-1975 Va trobar fragments de mil a dos mil nucleòtids de ADN i uns cinquanta nucleòtids de ARN, que s'afegien discontínuament sobre la cadena patró. A mesura que s'obria la forquilla de replicació s'iniciava la síntesi d'un nou fragment d' Okazaki. Una cadena de la forquilla es copiava de forma contínua en direcció 5' 3' i l'altra ho feia de forma discontínua, mitjançant els fragments d' Okazaki, també en direcció 5' 3'. Els nucleòtids de ARN eren afegits per l' ARN polimerasa, enzim que no precisa encebador, i després la ADN-polimerasa anava incorporant els desoxiribonucleòtids, sobre l'encebador.

Mecanisme de replicació en bacteris. Mecanisme de replicació en eucariotes TRANSCRIPCIÓ I TRADUCCIÓ Mecanisme de transcripció en bacteris. 1. Iniciació. En primer lloc, l'ARN- polimerasa s'associa amb el cofactor sigma, que permet a aquest enzim reconèixer i associar-se a una regió concreta de l'ADN anomenada promotor. 2. Elongació o allargament. El procés continua a raó d'uns quaranta nucleòtids per segon. 3. Finalització. La finalització presenta dues variants: una en la qual es necessita el cofactor rho, i una altra en la qual no es necessita. Mecanisme de transcripció en eucariotes Tenen tres ARN polimerases (a part de les mitocondrials i dels cloroplasts) Els gens són discontinus.

Estan formats per introns i exons. Iniciació El reconeixement del promotor per l'ARN polimerasa depèn de les proteïnes del complex de preiniciació. CAAT i la TATA (TATA box) Elongació L'ARN polimerasa transcriu un precursor d'ARN missatger que inclou exons i introns formant un transcrit primari Modificació de l'extrem 5' per addició de la caputxa (CAP) Finalització Relacionada amb la seqüència TTATTT.

A continuació, hi intervé l'enzim poliadenilat- polimerasa que afegeix a l'extrem final 3' un segment d'uns 200 ribonucleòtids d'adenina, l' anomenada cua de poli-A, al transcrit primari o pre- ARNm, també anomenat ARN heterogeni nuclear (ARNhn) Maduració Eliminació d'introns (splicing) aquest procés el duen a terme unes partícules anomenades espliciosomes. Els ARNm són (monocistrònics) La transcripció i la traducció tenen lloc en compartiments separats. La traducció o biosíntesi de les proteïnes Activació dels aminoàcids. Aminoacil ARNt Traducció: INICIACIÓ En els bacteris, l'ARNm no experimenta maduració. Fins tot abans d'acabar-se la síntesi, ja es comença a traduir.

En les cèl·lules eucariotes, l'ARN se sintetitza al nucli i abans de sortir experimenta un procés de maduració. Factors d'iniciació. ELONGACIÓ. Peptidil-transferasa Translocació ribosomal. Factors d'elongació. FINALITZACIÓ El final de la síntesi està informat pel anomenats triplets sense sentit: UAA, UAG i UGA Associació de diverses cadenes polipeptídiques i, de vegades, de grups prostètics, per construir les proteïnes.

PROCARIOTES EUCARIOTES RIBOSOMES 7O S RIBOSOMES 8OS INICIACIÓ Unió de l'ARNm a la subunitat petita, 6 nucleòtids de longitud, localitzades a uns quants nucleòtids cap a l'extrem 5' del codó d'inici AUG, anomenada seqüències Shine-Delgarno AGGAGG INICIACIÓ Unió de l'ARNt iniciador amb la metionina a la subunitat petita del ribosoma, a continuació es produeix la unió de l'ARNm i, finalment s'associa la subunitat gran. El senyal de l'ARNm reconegut per la subunitat petita i que li permet associar-se correctament a l'extrem 5' és el CAP metil- guanosina DIVERSOS PUNT D'INICIACÓ NOMÉS UN PUNT D'INNICIACIÓ.

3 FACTORS D'INICIACIÓ 12 FACTORS D'INICIACIÓ FORMILMETIONINA METIONINA Unió de grups prostètics: glúcids, lípids, grups hemo, etc. Modificació de certs aminoàcids mitjançant fosforilacions, acetilacions, metilacions, hidroxilacions, etc. Eliminació d'un aminoàcid o més de l'extrem amino terminal, molt sovint s'elimina la metionina inicial. Eliminació de segments d'aminoàcids interns. Formació de ponts disulfurs que ajuden al plegament. Associació amb altres cadenes polipeptídiques, que defineixen l'estructura quaternària.

EL CODI GENÈTIC SEVERO OCHOA I GRUNBERG-MANAGO (1955) Van aïllar l'enzim "polinucleòtid fosforilasa", capaç de sintetitzar ARNm sense primer, i a partir de qualsevol tipus de patró. Severo Ochoa 1905 - 1993 Premi Nobel de Medicina i Fisiologia 1959 Marianne Grunberg-Manago 1921-2013 NIRENBERG (1961) Marshall Niremberg 1927-2010 1. Triplets. 2. Degenerat. 3. Seqüencial i no encavalcat: 4. No és ambigu. 5. Universal. l'ADN mit. UAG Trp (stop) AUA Met (Ile) REGULACIÓ DE L'EXPRESSIÓ GÈNICA Jacob i Monod ( 1947) sobre "l'efecte glucosa" : l'addició de glucosa a un medi de cultiu d' E Coli que conté lactosa, provoca la disminució dels nivells de l'enzim -galactosidasa. OPERÓ Lac.

Inducció enzimàtica Operó lac inducció Procariotes. Model Operó. https://www.youtube.com/watch?v=AVuj0q4mKa8 La interacció entre l'AMPc i la proteïna activadora del gen catabòlic CAP, provoca un augment d'afinitat entre la regió del promotor i l'ARNpol. La presència de glucosa en el medi fa minvar la quantitat d'AMPc i per tant redueix l'expressió dels gens estructurals. Aquest model de control justifica completament "l'efecte glucosa", descrit al començament Procariotes. Control per AMPc. OPERÓ Trp. Repressió enzimàtica. Aquest operó codifica cinc enzims necessaris per a sintetitzar l'aminoàcid triptòfan.

En absència d'aquest aminoàcid, aquest operó està actiu: el repressor no s'uneix a l'ADN de l'operador, l'ARN polimerasa transcriu els gens estructurals i se sintetitzen els enzims responsables de la síntesi del triptòfan. Medi amb triptòfan, l'aminoàcid actua com a corepressor, s'uneix al repressor, que s'activa i s'uneix a l'ADN de l'operador. En aquestes condicions l'operó s'inactiva i no se sintetitza triptòfan. Regulació en eucariotes El control de l'expressió gènica als eucariotes és més complex que als procariotes per diversos motius, entre els quals cal destacar: Contenen més informació gènica (uns 20.000 gens als metazous) Informació genètica repartida en diferents cromosomes.

ADN associat a proteïnes, formant cromatina. Hi ha una separació física entre la transcripció (al nucli) i la traducció (al citoplasma) Hi ha processament dels transcrits primaris abans de ser traduïts.. L'ARN és més estable i hi ha més control en la traducció. Control transcripcional EPIGENÈTICA Control del grau de condensació de la cromatina (llarg termini) Modificacions de l'ADN. L'addició enzimàtica de grups metil (metilació) a l'ADN afavoreix la condensació de la cromatina i impedeix la transcripció. Per exemple inactivació del cromosoma X. Modificacions de les histones. Acetilació/Desacetilació Metilació.

No impliquen canvis en les seqüències de l'ADN, Proteïnes reguladores específiques o factors de transcripció.( curt termini) TF Factors basals. Factors potenciadors Enhancers Factors inhibidors. Silencer https://www.youtube.com/watch?v=ZlTRpIvasQs Cargando… Control postranscripcional Processament alternatiu del transcrit primer Splicing alternatiu. Més d'un lloc de poliadenilació (per formar la cua de poli A) Patrons de tall i unió alternatius. Talasèmies: es dóna quan afecta a la globina, quan l'spliciosoma, no reconeix G (1r nucleòtid del donador) i no es produeix tall i unió.

Sindrome o distròfia muscular de Duchenne, els gens tenen milions de bases perquè els sistema no les reconeix i no les pot eliminar. Per petits mi'ARN Interferència per ARN i està induït per molècules petites d'ARN anomenades micro ARN (miARN), o d'interferència siARN Transcripció d'un ARN amb seqüències complementàries que li permeten plegar-se i formar un ARN de doble cadena d'uns 70 nucleòtids de longitud. ARN és tallat per una ribonucleasa anomenada DICER en petits fragments anomenats miARN. Complex de silenciament induït per ARN (RISC). Silenciament. MUTACIÓ I REPARACIÓ DE L'ADN Segons el tipus de cèl·lules on es produeixen, tenim: Mutacions somàtiques. Afecten a cèl·lules somàtiques.

Mutacions germinals. En aquest cas sí que són transcendentals, ja que totes les cèl·lules del nou organisme tindran la mateixa informació que la cèl·lula zigot. Segons la manera d'aparèixer, tenim: Mutacions espontànies o naturals: En els humans, la taxa de mutació espontània és d'un gen mutant per cada 100.000 gens, això vol dir una mitjana d'un gen mutat a cada gàmeta, per tant a cada generació s'incorporen dos gens mutats per individu. Mutacions induïdes: Provocades per mitjà de radiacions i determinades substàncies químiques, que s'anomenen agents mutàgens. Mutacions gèniques o puntuals Mutacions per substitució de parells de bases. Canvis d'un parell de bases per un altre Transicions.

Substitucions d'una purina per una altra, o d'una pirimidina per una altra. Transversions. Substitucions d'una purina per una pirimidina, o a l'inrevés. Mutacions per corriment de l'ordre de lectura. Degudes a la incorporació (addicions) o pèrdua (delecions) d'un parell o més de bases nitrogenades Causes Errors de lectura. Els canvis tautomèrics. Els canvis de fase. Són lliscaments del filament que es forma sobre el filament motlle de manera que queden bucles quan es tornen a aparellar. Lesions fortuïtes. Són alteracions de l'estructura d'un o uns quants nucleòtids, que apareixen de manera natural. Despurinització. Desaminació. Dímer de timina. Enllaç entre dues timines contigües.

Generalment el provoquen els rajos ultraviolats de la radiació solar. Transposicions. Són canvis de lloc espontanis de determinats segments d' ADN, els anomenats elements transposables. Barbara McClintock premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1983. Mutacions cromosòmiques Inversions. Es tracta d'un canvi de sentit d'un fragment en un cromosoma, és a dir, quan un fragment cromosòmic gira 180º respecte a la seva orientació normal. Deleció o deficiència . És la pèrdua d'un fragment de cromosoma. Si el fragment conté molts gens, la deleció pot arribar a ser letal. Duplicació. És la repetició d'un segment d'un cromosoma. Translocacions. És un canvi de localització d'un fragment cromosòmic.

Recíproca s'origina per l'intercanvi de segments entre dos cromosomes homòlegs; No recíproca, un segment d'un cromosoma se situa en altre cromosoma no homòleg o en el mateix cromosoma. Mutacions genòmiques Reparació de l'ADN Reparació amb escissió de l'ADN Endonucleasa. Exonucleasa ADN-polimerasa sintetitza el segment de forma correcta. Finalment una ADN-ligasa uneix l'extrem final. En el cas d'un error per mal aparellament, per exemple, l'aparellament G = T, el sistema distingeix si l'errònia és la G o la T Reparació sense escissió de l'ADN. Per exemple, el cas dels enzims fotoreactius. Així doncs, la llum produeix la reparació de la lesió que ella va originar.

Sistema SOS Acció prolongada d'un agent mutagen. Nombre elevat de faltes o alteracions de bases en el patró. Enzims correctors del sistema SOS, que elimina aquest bloqueig però a costa d'introduir una base complementària a l'atzar i per això molt probablement errònia. Així doncs, el sistema SOS permet que les alteracions que originen aquests agents mutàgens al final donin cèl·lules amb mutacions. (Divisió cel·lular i càncer) EL CÀNCER Conjunt de malalties genètiques que sorgeixen a causa de mutacions de gens que afecten múltiples activitats cel·lulars, entre les quals s'inclouen: La reparació d'ADN, La divisió i la mort cel·lular, La diferenciació. Les unions cèl·lula-cèl·lula.

Característiques que el diferencien d'altres malalties genètiques: Només l'1% dels càncers s'associen a mutacions en cèl·lules germinals que incrementen la susceptibilitat de l'individu portador a certs tipus de càncer. Acumulació de moltes mutacions produïdes de manera seqüencial al llarg de molts anys. La freqüència d'aparició de càncer augmenta amb l'edat. Característiques de les cèl·lules tumorals. Origen clonal a partir d'una sola cèl·lula Activitat bioquímica alterada Citoesquelet anormal Anomalies cromosòmiques Capacitat de proliferació alta i incontrolada. Capacitat d'envair altres parts del cos.

Quan una cèl·lula deixa de respondre adequadament als senyals que controlen la seva divisió, comencen a proliferar i les seves cèl·lules filla formen una massa cel·lular, que s'anomena tumor. Les cèl·lules que formen el tumor romanen juntes, el tumor serà benigne. Si tenen la capacitat de separar-se les unes de les altres, i per via sanguínia o limfàtica, envaeixen altres teixits i formen tumors secundaris (procés anomenat metàstasi), el tumor s'anomena maligne o càncer. Causes del càncer. Condicions ambientals. Estil de vida,( obesitat, sedentarisme, tabac) Exposició a productes químics. Radiacions. Les infeccions de certs virus. (15%). Epstein-Barr (limfoma de Burkitt).

Hepatitis B (càncer de fetge), Papil·loma virus (càncer de coll d'úter Citomegalovirus (sarcoma de Kaposi). Causes del càncer. Condicions genètiques 5% i el 10% dels càncers tenen component hereditari, càncer de mama o de colon són més freqüents en famílies amb antecedents. Oncogens En una cèl·lula sana els oncogens produeixen unes proteïnes que estimulen la proliferació cel·lular. Quan té lloc una mutació en aquest tipus de gens fa que es fabriquin una quantitat excessiva de proteïnes. Sense la mediació dels factors de creixement els oncogens estan incontrolats i originen un creixement exagerat i desproporcionat.

El tipus més freqüents en tumors són els anomenats Ras, presents en el 25% de càncers. Gens supressors de tumors Tota cèl·lula normal està constituïda per uns gens que, en cas d'error, aturen el cicle de divisió cel·lular en uns punts concrets i indueixen a la mort cel·lular programada, apoptosi. En una cèl·lula mutada els mecanismes interns que donen els senyals d'alerta i que activen aquests gens estan alterats, per tant, la cèl·lula continua creixent i dividint-se incontroladament. El supressor de tumors més comú en càncers, és el p53, també anomenat "policia cel·lular" que vigila i vetlla per la integritat del DNA.

La divisió cel·lular es dóna quan: Hi ha un augment tal de la mida del citoplasma que la relació entre el volum del nucli i del citoplasma (relació nucleoplasmàtica). Hi ha un augment tal de la mida total de la cèl·lula que la relació entre la superfície i el volum és massa petita. Hi ha l'anomenada disponibilitat de l'espai . En el medi hi ha determinades substàncies químiques El cicle cel·lular: Comprèn el període de temps que va des que es forma la cèl·lula, fins que es divideix i genera noves cèl·lules. EL CICLE CEL·LULAR https://www.youtube.com/watch?v=WAGjRcoolds 1. Interfase: període sense divisió en el que hi ha una gran activitat bioquímica i es duplica el DNA de la cèl·lula.

Aquesta, però, no experimenta cap modificació estructural. Comprèn el 90% del cicle cel·lular . Etapa G1: període comprès entre el final de la divisió anterior i el començament del nou cicle cel·lular. La cèl·lula duu a terme la síntesi de proteïnes (traducció) i la síntesi de l'ARN (transcripció de gens). És una etapa de creixement cel·lular citoplasmàtic en què també es dupliquen els centríols(11h). Etapa S: etapa en què té lloc la duplicació del DNA (8h). Etapa G2: darrera etapa de preparació per la divisió cel·lular. Comença un cop el tot el DNA ja ha estat duplicat i acaba quan s'inicia la fase mitòtica.

Al final d'aquesta, la cromatina es condensa i es comencen a fer visibles els cromosomes, moment en què comença la mitosi(4h). 2. Divisió: període en el qual es reparteix equitativament el material genètic (cromosomes) a les cèl·lules filles, formades a partir d'una única cèl·lula mare. Comprèn la mitosi (divisió del nucli cel·lular) i la citocinesi (divisió del citoplasma). Mitosi: període en què es divideix el nucli i en el que es produeix la separació del material genètic duplicat en la fase S. Inclou les següents etapes determinades: profase, prometafase, metafase, anafase i telofase.

Citocinesi: constitueix la segona i última fase de divisió cel·lular en la qual es divideix el citoplasma i es produeix la separació i independització de les cèl·lules filles. Control del cicle cel·lular De G1 a S: la ciclina G1 s'acobla a les CDK quinases dependents de ciclines, la unió de les quals desencadena els mecanismes de duplicació del DNA. Un cop la fase S ja ha tingut lloc la ciclina G1 es degrada i les CDK continuen la progressió del cicle. De G2 a M: un cop la cèl·lula ja està preparada per a la divisió, la ciclina mitòtica s'uneix a les CDK. La formació d'aquest complex desencadena l'inici dels processos de mitosi.

Quan aquesta ja ha començat la ciclina mitòtica es degrada i es produeix la divisió. Fets condicionants de l'acció de les CDK: L'entorn cel·lular. La mida. La correcta duplicació de l'ADN. Mitosi: Genera cèl·lules amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare. Fases: Profase: o Espiralització de l'ADN. o El nuclèol desapareix. o Els centríols es dupliquen. o Es forma el fus acromàtic o Desorganització de la membrana nuclear. Metafase o Els cromosomes es situen al pla equatorial. o Cada cromosoma s'uneix pel seu centròmer a una fibra del fus. Anafase o Separació de les cromàtides. o Les fibres cinetocòriques comencen a fer-se més curtes. Telofase o Reconstrucció dels nuclis fills.

o Citocinesis. Separació del citoplasma. LA MITOSI La meiosi és un tipus de divisió on la dotació cromosòmica és redueix a la meitat. 2n n Inclou dues divisions consecutives , amb una sola duplicació de l'ADN. Es dóna únicament a les cèl·lules destinades a la reproducció sexual, òvuls i espermatozoides o bé a les meiòspores. LA MEIOSI Primera divisió meiòtica: Comprèn quatre fases: Profase I o Leptotè Disposició en ramillet amb els cromòmers visibles. o Zigotè Formació del complex sinàptic Els cromosomes homòlegs s'uneixen. o Paquitè: Recombinació genètica . o Diplotè Separació de cromosomes homòlegs Formació de quiasmes o Diacinesi: Terminalització dels quiasmes.

Metafase I: Els cromosomes: es situen al pla equatorial s'uneixen a les fibres del fus acromàtic Es formen les fibres cinetocòriques. Anafase I: Les fibres cinetocòriques s'escurcen. Telofase I: Es reconstrueixen els nuclis fills i es separen les cèl·lules filles. Segona divisió meiòtica: Comprèn quatre fases: Profase II: Es trenca la coberta nuclear i es dupliquen els diplosomes. Metafase II: Els cromosomes es disposen a la regió equatorial. Anafase II: Les dues cromàtides de cada cromosoma se separen i els nous cromosomes fills migren cap als pols oposats. Telofase II o Els cromosomes es descondensen i s'envolten d'una coberta. nuclear, i sorgeixen dos nuclis.

o Citocinesi: Divisió del citoplasma. PROFASE I https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=BhJf9MHHmc4