Información en los seres vivos

1. Información en los seres vivos • El fenotipo se correlaciona con el genotipo • Dogma central: ADN - ARN - proteínas - rasgos • Estable y transmisible • Puede ser copiada y diseminada • Capacidad de modificación • Mutación • Recombinación • Sexo (intercambio de material genético)

2. Del genotipo al fenotipo Material genético (ADN) Genes Proteínas Estructura molecular Función Rasgos Bacterias Plantas Animales Hongos

3. Almacenamiento de la información genética: estructura del ADN

4. Estructura del genoma de los organismos procariotas • Contienen un único cromosoma de estructura circular • Básicamente ADN desnudo • Mayoría de la secuencia de ADN compuesta por genes • E. coli- 4.6 Mb • ~87% --- 4288 genes

5. Estructura del genoma de los organismos eucariotas • Material genético almacenado en el núcleo • Organizado de forma compleja en varios cromosomas de estructura linear • ADN asociados a proteínas (histonas y no histonas): fibras de cromatina

6. En los eucariotas la información genética se reparte en un nº variable de cromosomas

7. Complejidad del genoma eucariota • Parte del genoma de los organismos eucariotas no codifica para proteínas: • ADN altamente repetitivo, centrómeros, ADN satélite, telómeros (5% del genoma humano) • ADN moderadamente repetitivo, SINEs, LINEs, ARNr y VNTRs (30% del genoma humano) • Los organismos eucariotas contienen secuencia no codificante (no traducida a proteína) incluso dentro de la secuencia génica

8. Replicación del ADN

9. O El ADN se replica en dirección 5’ – 3’ OH Extremo ·3’ Extremo 5’ P T A P O O P T A P O OH C P P P P G OH C P Extremo 5’

10. Replicación del ADN

11. Video replicación del ADN • http://www.youtube.com/watch?v=zmu9OPuXj-k&feature=related

12. El ADN contiene la información para producir las proteínas de un organismo

13. Naturaleza química de las proteínas • La unidad básica de la proteína es el aminoácido, existen 20 aminoácidos distintos • Los aminoácidos están unidos covalentemente mediante enlaces formando cadenas (polipéptidos)

14. Proteínas • Las proteínas son la clase más versátil de macromoléculas en la célula • Existen 20 amino ácidos diferentes que forman parte de las proteínas • Gran variedad de características químicas • Pueden sufrir muchas modificaciones bioquímicas que alteran o regulan su función • Llevan a cabo la mayoría de las funciones celulares

15. Niveles de organización de las proteínas

16. ADN Código de 4 letras Largas moléculas con miles de genes Proteína Código de 20 letras Moléculas de tamaño discreto Flujo de la información genética para generar proteínas

17. (RT) TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN

18. Estructura los genes eucariotas

23. Transcrito

25. El “splicing” tiene lugar en el “spliceosome” http://www.youtube.com/watch?v=FVuAwBGw_pQ

26. Transcripción • Proceso complejo que implica varios pasos • La ARN polimerasa sintetiza un molécula de ARN monocatenario usando como molde la secuencia de una de las cadenas de ADN • El inicio de la transcripción está regulado por factores de transcripción que reconocen secuencias normalmente situadas justo antes del punto de inicio de la transcripción (extremo 5’) • Existen secuencias que indican el final de la transcripción, al ARN recién sintetizado se le añade una secuencia de adeninas, la denominada cola poli A

27. TRANSCRIPCIÓN (RT) TRADUCCIÓN

34. Video síntesis de proteínas • http://www.youtube.com/watch?v=FNqmh4PoMPQ

35. Flujo de información, de la secuencia geníca a la proteína

36. Regulación del flujo de la información genética ADN Pre-ARNm ARNm Proteína Proteína activa Transcripción Splicing Traducción Modificaciones post-traduccionales Cromatina ADN-B ADN-Z Estabilidad Nivel principal de regulación Splicing alternativo Transcripciónal Post-transcripción Post-Traduccional

37. Splicing alternativo • Hace referencia a variaciones en la forma de combinar exones que generan diversas formas de una proteína • El splicing alternativo de pre-ARNm es un importante mecanismo de regulación de la expresión de genes en eucariotas superiores. Regulación cualitativa • Explica por ejemplo la existencia de aproximadamente 1.000.000 de anticuerpos diferentes en humanos a pesar de que el genoma humano contiene únicamente unos 30.000 genes

39. Fig 24.4 Alternate splicing of transcripts from the rat troponin T gene. “Splicing alternativo” Result in slightly different action of muscle

40. Fig 24.5 Alternate splicing of transcripts from the Sex-lethal gene in male and female Drosophila. Genes expressed that lead to female development Genes expressed that lead to male development

41. Bioinformática • Las nuevas tecnologías de secuenciación permiten secuenciar el genoma completo de un organismo • Se está generando una enorme cantidad de datos • ¿Cómo analizar todos estos datos? • Bioinformática • Fusión de las ciencias de la computación con la ciencia genómica • Desarrollo de nuevas herramientas para analizar datos

42. Contig 190 25703 - 32806 • 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43. Terminología • Genoma: conjunto de ADN de un organismo • Transcriptoma: población total de ARNm en una condición determinada • Proteoma: población total de proteínas en una condición determinada • Interactoma: descripción de todas las interacciones que tienen lugar entre moléculas • Metaboloma: descripción de todos los reactivos/productos/enzimas implicados en metabolismo • ORFeoma/predictoma: descripción de todas las proteínas potenciales codificadas por el genoma. Genoma anotado • Secretoma: descripción de todas las proteínas secretadas codificadas por el genoma

44. Fig 21.17 Annotated, sequence-based map of an 8-mb segment of DNA at the tip of human chromosome 1. © 2003 John Wiley and Sons Publishers

46. Fig 15.18 A single gene may produce a family of closely related polypeptides by using alternate pathways of exon splicing.

47. Genomas bacterianos • Un gran número de genomas bacterianos secuenciados • Mycoplasma genitalium – 580,070 bases • Mycobacterium tuberculosis- 4.4 Mb • E. coli- 4.6 Mb • ~87% --- 4288 genes • ~30% bien caracterizado • ~38% función desconocida • Espacio promedio entre genes – 118 bp • 0.7% elementos repetitivos no codificantes • ~11% elementos reguladores o de función desconocida

48. Genoma de levadura Sacchromyces cerevisae • 16 cromosomas – 12 Mb • 5885 genes codificantes de proteínas (1 gene/~2100 bp) • 140 genes ARNr • 275 genes ARNt • 40 genes ARNsn • Principal diferencia con procariotas • Redundancia genética • Múltiples copias de genes y secuencias no codificantes • Útil para estudair evolución de secuencias

49. Genoma de C. elegans • Primer organismo multicelular secuenciado • 97 Mb • Relativamente poca cantidad de ADN repetitivo • 19,099 genes (1 gene/~5100 bp) • Mismo # de proteínas que llevan a cabo funciones básicas de la célula • Muchos genes específicios de organismo multicelulares • Señalización intercelular • 43% similitud con proteínas humanas

50. Genoma de Drosophila melanogaster • 180 Mb • ~30% heterocromatina centromérica • 97% de eucromatina secuenciada • 13.601 genes • # de genes de copia única similar al de C. elegans • Contiene ~180 genes similares a 290 human genes humanos implicados en enfermedades • Drosophila un buen modelo para estudiar enfermedades