BLOQUE 3: BIOLOGÍA MOLECULAR

Introducción a la Biología Molecular

• Concepto y origen de la Biología Molecular
• Aportaciones experimentales clave en el desarrollo de la Biología Molecular
• Objetivos de la Biología Molecular en relación a la Medicina: diagnóstico, terapia convencional y terapia génica
• Dogma central de la Biología Molecular

Estructura primaria de los ácidos nucléicos

• Tipos de ácidos nucléicos y características generales
• Elementos químicos estructurales de los nucleótidos y tipos de enlaces que los mantienen
• Unión de los nucleótidos en la estructura primaria de los ácidos nucléicos: partes constantes y variables de la estructura y polaridad de las cadenas
• Representaciones esquemáticas de la secuencia
• Otras funciones de los compuestos con carácter nucleotídico en los organismos

Organización de las secuencias del ADN

• Contenido de ADN y complejidad de los organismos: diferencias en la organización de la información genética entre procariotas y eucariotas
• Tipos de secuencias en el ADN eucariótico: secuencias únicas, moderadamente repetidas y altamente repetidas
• El proyecto genoma humano: aportaciones y proyección futura
• Concepto y características de los genes eucarióticos

TEMAS 18-19. Análisis de las secuencias del ADN

• Métodos de análisis de la secuencia de los ácidos nucléicos
• Hidrólisis enzimática del ADN: exonucleasas, endonucleasas y endonucleasas de restricción
• Técnicas de localización de secuencias concretas: Southern y Northern Blotting y su importancia práctica en el diagnóstico médico
• Técnicas de secuenciación: métodos químico y enzimático

Niveles superiores de organización de los ácidos nucléicos

• Estructura secundaria del ADN y fuerzas que lo estabilizan: modelo doble helicoidal del ADN B de Watson y Crick
• Flexibilidad y dinamismo del ADN: otras formas del ADN y su importancia bioquímica y fisiológica
• Desnaturalización y renaturalización del ADN y su importancia práctica
• Efecto hipercrómico y temperatura de fusión
• Estructura y funciones de las moléculas de ARN: diferencias químicas, estructurales y funcionales con el ADN
• Características e importancia de la modificación de bases en el ADN y ARN
• Niveles superiores de organización y compactación del ADN
• Control enzimático del superenrollamiento en procariotas y sus implicaciones terapéuticas
• Organización y estructura de los nucleosomas en eucariotas y formación de las fibras de cromatina

TEMAS 21-23. Estudio de la replicación del ADN

• Características generales de la replicación
• Mecanismo general de actuación de las ADN polimerasas: requerimientos para su funcionamiento
• Tipos de ADN polimerasas en procariotas y su función: características estructurales y funcionales de la ADN polimerasa III
• Bases bioquímicas e importancia de su capacidad correctora
• Otras proteínas necesarias en el proceso de replicación: primosoma, replisoma y replicón
• Mecanismo de la replicación en procariotas: estudio de las unidades de replicación (diferencias entre la hebra retardada y la conductora)
• Replicación en eucariotas: principales diferencias con procariotas e importancia de las telomerasas
• Aplicaciones prácticas derivadas del conocimiento del mecanismo bioquímico de la replicación: Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) y método enzimático de secuenciación

TEMAS 24-25. Características generales y mecanismo bioquímico de la transcripción

• La transcripción es el primer paso en la vía de expresión génica: de la genómica a la proteómica
• Características generales de la transcripción
• Mecanismo general de actuación de las ARN polimerasas: requerimientos para su funcionamiento
• Tipos de ARN polimerasas en procariotas y eucariotas y su función: características estructurales y funcionales de la ARN polimerasa procariótica, e importancia del factor σ
• Las ARN polimerasas inician la transcripción a partir del reconocimiento de los centros promotores de los genes: concepto de promotor y secuencias consenso de los diferentes promotores
• Mecanismo de la transcripción en procariotas: reconocimiento del promotor e iniciación, elongación (burbuja de transcripción) y tipos de terminación
• Transcripción en eucariotas: principales diferencias con procariotas e importancia de su estricto control por factores en cis y en trans (factores de transcripción, coactivadores, activadores, represores, intensificadores y silenciadores)
• Mecanismos adicionales de control de la transcripción por la ARN pol II: fosforilación de su dominio CTD, factores de elongación, metilación del ADN y organización del ADN en los nucleosomas (modificaciones químicas de las histonas)
• Resumen general de las similitudes y diferencias entre los procesos de replicación y transcripción

Modificaciones y procesamiento post-transcripcional del ARN

• Concepto y función de las modificaciones post-transcripcionales
• Modificaciones del hnARN para formar mARN:
  • Cap (estructura, tipos y función)
  • Cola poliA (mecanismo de incorporación y probables funciones)
  • Eliminación de intrones y religado de exones (proceso autocatalítico, partes estructurales del intrón implicadas en el splicing, organización de los espliceosomas, reorganización diferencial de exones, mutaciones en intrones y enfermedades genéticas)
  • Editado (concepto e importancia bioquímica y fisiológica)
• Modificaciones de los transcritos primarios para generar rARNs y tARNs: transcritos primarios conjuntos, endonucleasas y exonucleasas, modificación enzimática selectiva de bases y azúcares
• Concepto e importancia práctica de los cADN y de losl ARN antisentido y de interferencia

Regulación de la expresión génica en Procariotas

• Expresión génica y control de la actividad transcripcional
• Concepto de operón
• Control a nivel de la iniciación transcripcional
• Tipos de regulación
• El operón de la lactosa: regulación negativa y desinhibición por ligando
• El represor lac
• Control del operón lac por AMPc y proteína CAP
• El operón trp: un operón represible
• Control mediado por la estructura del RNA: terminación y antiterminación

Regulación de la expresión génica en Eucariotas (I)

• El genoma eucariota y procariota
• Especialización celular y expresión génica selectiva
• Elementos de control de la expresión génica en el DNA eucariota:
  • El Promotor
  • Elementos iniciadores
  • Elementos reguladores proximales y elementos amplificadores distales
  • Elementos en cis y en trans

Estructura y dinámica de los factores de transcripción

• Factores de transcripción en eucariotas: generalidades
• Interacción de los factores de transcripción con las regiones reguladoras
• Unión cooperativa y amplificosoma
• Motivos estructurales comunes de factores de transcripción
• Dominios de unión al DNA y de activación
• Dominio hélice-bucle-hélice
• Homeodominio
• Dominio básico + cremallera hidrofóbica
• Factores de transcripción con dedos de cinc

Regulación de la expresión génica en Eucarlotas (II)

• Estrategias de regulación
• Los patrones de expresión génica pueden variar en respuesta a señales
• Mecanismos de activación de factores de transcripción
• Modelo de regulación transcripcional por receptores nucleares: papel del ligando, reclutamiento de coactivadores y apertura de la cromatina

Bioquímica de oncogenes, protooncogenes y genes oncosupresores. I. Mutaciones del DNA y anomalías cromosómicas

• Mutación: definición y causas
• Mutaciones puntuales: sustitución, delección y adición (Cambio de la pauta de lectura)
• Mutación por carcinógeno
• Anomalías cromosómicas: inversión, delección, translocación e inserción
• Aneuploidias

Bioquímica de oncogenes, protooncogenes y genes oncosupresores. II. Protooncogenes

. Importancia del ciclo celular. Protooncogenes y genes oncosupresores. Mutación y oncogénesis. Los proto-oncogenes codifican proteínas normales que participan en el control de la división celular. Las mutaciones activadoras en proto-oncogenes generan oncogenes. Mecanismos de ganancia de función. Ejemplos: mutación puntual, delección, amplificación, translocación y proteínas de fusión.
TEMA 33: Bioquímica de oncogenes, protooncogenes y genes oncosupresores. III. Oncogenes retrovirales y genes oncosupresores. Oncogenes retrovirales. Clasificación: acción rápida y acción lenta. Genes oncosupresores: Rb y p53. La pérdida de heterozigosidad de los genes oncosupresores. Acumulación de alteraciones genéticas en el carcinoma.
TEMA 34: Biosíntesis de proteínas: visión general y código genético. Repaso de los componentes necesarios para la síntesis proteica: ribosomas (polisomas), aminoácidos activados, aminoacil-tARN-sintetasas, tARNs, mARNs, factores de iniciación, elongación y terminación, peptidil transferasa, Codones de inicio y terminación, requerimientos energéticos, capacidad correctora, sentido de lectura del mensajero y de síntesis de la cadena polipeptídica. Concepto y características del código genético estándar: codones sinónimos y efecto de balanceo. Código reconocido por las aminoacil-tARN-sintetasas: segundo código genético.
TEMA 35-36: Biosíntesis de proteínas: mecanismo bioquímico de la traducción. Características generales de la traducción: proceso citoplásmico. Etapa de activación de los aminoácidos: mecanismo bioquímico e importancia de la capacidad correctora de las aminoacil-tARN-sintetasas. Etapa de iniciación: codón y aminoácido iniciador, mecanismos de reconocimiento del codón de inicio en procariotas (secuencia Shine-Dalgarno, mARNs policistrónicos) y eucariotas (cap, mARNs monocistrónicos), montaje de la maquinaria de traducción y papel de los factores de iniciación). Etapa de elongación: características bioquímicas de un ciclo de elongación, sitios E, P y A del ribosoma, papel de los factores de elongación, actividad peptidil transferasa y capacidad correctora. Etapa de terminación: codones y factores de terminación, liberación de la cadena polipeptídica y reciclado de los componentes de la maquinaria de síntesis. Importancia de la traducción como diana de antibióticos antibacterianos.
TEMA 37: Biosíntesis de proteínas: modificaciones post-traduccionales de la cadena polipeptídica. Etapa de maduración de la cadena polipeptídica: concepto, significado y tipos de modificaciones post-traduccionales: plegamiento (chaperonas), modificación de los extremos, eliminación de secuencias señalizadoras (pre-proteínas) o inactivantes (pro-proteínas), formación de puentes S-S, unión de grupos prostéticos, adición de glúcidos o lípidos y modificación química de los restos laterales de los aminoácidos (fosforilación, metilación, carboxilación, hidroxilación,….).
TEMA 38-39: Tecnología del ADN y sus aplicaciones médicas. Repaso de las herramientas que permiten la manipulación del ADN (ADN recombinante o ingeniería genética). Aplicación de la tecnología del ADN al diagnóstico médico: enfermedades diagnosticables, ventajas, fundamentos metodológicos de las técnicas diagnósticas (el ejemplo de los RFLPs). Aplicación de la tecnología del ADN para la obtención de proteínas de utilidad terapéutica (terapia convencional): proteínas obtenibles, ventajas y metodología (clonación y expresión de genes humanos: genotecas, vectores, sistemas de expresión, concepto e importancia de los animales transgénicos). Tecnología del ADN y terapia génica: concepto de terapia génica, características y limitaciones.