Biomoléculas

Las biomoléculas son compuestos químicos que forman los seres vivos. Se clasifican en orgánicas e inorgánicas:

• Orgánicas: Lípidos, carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Inorgánicas: H₂O, sales minerales, O₂ y CO₂.

Dogma Central de la Biología

El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética:

ADN → (Transcripción) → ARNm → (Traducción) → Proteína

• Ubicación: ADN en el núcleo; Transcripción en el núcleo (en procariotas ocurre en el citoplasma); Traducción en el citoplasma o RER.
• Código genético: Universal, degenerado, no solapado.
• Codón de inicio: AUG (metionina).
• Codones de paro: UAA, UAG, UGA.

Niveles de Control de Expresión Génica

• Epigenético: Modificación de histonas, metilación, acetilación.
• Transcripcional: Activadores y represores.
• Post-transcripcional: Splicing (eliminación de intrones y unión de exones), adición de cap 5’ y cola poli-A (protección y transporte del ARNm).

Replicación del ADN

Procariotas

• ADN circular, origen de replicación OriC, tiempo aproximado 30 minutos.
• Enzimas involucradas:
  • Helicasa (rompe puentes de hidrógeno).
  • Primasa (coloca cebadores).
  • Polimerasa III (síntesis en cadena líder).
  • Polimerasa I (reemplaza cebadores).
  • SSB (proteínas estabilizadoras de hebra).
  • Girasa/topoisomerasa (elimina la tensión).

Eucariotas

• ADN lineal, múltiples orígenes de replicación.
• Enzimas:
  • Helicasa.
  • Primasa.
  • Polimerasas α, δ y ε.
  • RPA/RFA (proteínas estabilizadoras).
  • Topoisomerasa.

Notas Generales

• La cadena retrasada forma los fragmentos de Okazaki. La DNA ligasa une los fragmentos.
• La girasa genera tensión en la horquilla de replicación.
• PCR: reacción en cadena de la polimerasa.

Transcripción

Procariotas

• ARN policistrónico (un ARNm codifica varios genes).
• Regiones promotoras -35 y -10 (Caja Pribnow).
• No hay procesamiento post-transcripcional.

Eucariotas

• ARN monocistrónico (un ARNm por gen).
• Factores de transcripción: TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH.
• Modificaciones post-transcripcionales: adición de cap 5’, cola poli-A, splicing.
• ARN polimerasa II participa en la transcripción del ARNm.

Traducción

Ocurre en los ribosomas del citoplasma o en el retículo endoplásmico rugoso.

• El ARNm lleva el mensaje genético.
• El ARNt transporta los aminoácidos.
• El ARNr forma parte de la estructura del ribosoma.
• El ribosoma eucariota está compuesto por la subunidad pequeña (40S) y grande (60S).
• El proceso comienza en el codón AUG (metionina) y termina en uno de los codones de paro (UAA, UAG, UGA).

Ácidos Nucleicos

• ADN: Bicatenario, almacena la información genética.
• ARN: Monocatenario, varios tipos:
  • ARNm: mensajero.
  • ARNr: ribosomal.
  • ARNt: transferencia.
  • ARNsn: procesamiento nuclear (splicing).
  • ARNsno: modificaciones en ARN ribosomal.

Gene Ontology (GO)

• Proceso biológico: El proceso celular que se realiza (ej. mitosis).
• Función molecular: Actividad bioquímica que realiza una molécula (ej. unión a ATP).
• Componente celular: Parte de la célula donde ocurre el proceso (ej. núcleo, membrana).

ATPasa

• Enzima que genera energía en forma de ATP.
• Ubicada en cloroplastos, participa en la fotosíntesis y en el transporte de protones (H⁺).

Plásmidos

¿Qué es un plásmido?

Molécula de ADN circular extracromosómico, presente en bacterias, se replica por sí misma (replicón), puede transferirse por conjugación, descubierto por Joshua Lederberg en 1952.

Formas de los plásmidos

Superenrollado, circular abierto, lineal; la forma influye en su velocidad de migración en gel de agarosa.

Función de los plásmidos

No son esenciales para la vida bacteriana, pero otorgan ventajas como resistencia a antibióticos, capacidad para causar enfermedades (virulencia), y metabolizar compuestos específicos.

Partes importantes del plásmido

Ori (origen de replicación), promotor (activa transcripción), gen marcador (resistencia a antibiótico), gen reportero (permite verificar si la clonación fue exitosa).

Plásmidos como vectores de clonación

Se usan para insertar ADN en células, pueden ser plásmidos, cósmidos o cromosomas artificiales, tienen la capacidad de replicarse independientemente del ADN cromosómico.

Origen de replicación (OriC en bacterias)

Es el sitio donde inicia la replicación del ADN bacteriano, la replicación es bidireccional, participan proteínas como DnaA, DnaB, DnaC, HU, girasa y SSB.

Número de copias del plásmido

Depende de la secuencia del Ori, de su regulación interna, y de si es compatible o no con otros plásmidos presentes en la célula.

Antibióticos como marcadores

Ampicilina es inestable, carbenicilina es más estable, los antibióticos se degradan con calor o luz, no deben usarse en medios mayores a 55°C.

Enzimas de restricción

Cortan el ADN en sitios específicos, se debe verificar que el sitio de corte sea único, considerar compatibilidad de buffers y la posible metilación del ADN que impida el corte.

Fragmento de ADN a insertar

Puede ser ADN genómico, cADN, producto de PCR o ADN sintético, es común agregar sitios de restricción al fragmento mediante PCR.

Cebadores

Secuencias cortas de ADN, se usan para iniciar la replicación en técnicas como PCR o secuenciación, deben ser específicas para el sitio de interés.

Sistemas de clonación

Pueden ser tradicionales, basados en enzimas de restricción, o modernos, como el sistema Gateway que no requiere enzimas de corte.

Replicación (Definición y Características)

Definición de replicación

Proceso mediante el cual el ADN se duplica antes de que la célula se divida, garantiza que cada célula hija reciba una copia exacta del material genético.

Características de la replicación

Es semiconservativa, cada nueva molécula de ADN tiene una cadena original y una nueva, en células eucariotas ocurre en el núcleo.

Replicación en bacterias (procariotas)

Ocurre en el citoplasma, tiene un único origen de replicación (OriC), es bidireccional, involucra proteínas como helicasa, primasa, ADN polimerasa III, ADN polimerasa I y ligasa.

Replicación en eucariontes

Ocurre en el núcleo, tiene múltiples orígenes de replicación, también es bidireccional, participan ADN polimerasas alfa, delta y epsilon, además de proteínas como helicasa, primasa, ligasa y proteínas SSB.

Enzimas clave en la replicación

Helicasa (abre la doble hélice), primasa (sintetiza cebadores), ADN polimerasa (sintetiza nuevas cadenas), ligasa (une fragmentos), topoisomerasa (reduce el superenrollamiento).

Dirección de síntesis

La nueva cadena se sintetiza en dirección 5’ a 3’, una cadena es continua (líder) y la otra es discontinua (rezagada) formando fragmentos de Okazaki.

Fragmentos de Okazaki

Fragmentos cortos de ADN sintetizados en la cadena rezagada, posteriormente unidos por la ligasa para formar una hebra continua.

Proteínas SSB

Se unen a las cadenas separadas de ADN, evitan que se vuelvan a unir, estabilizan la estructura abierta durante la replicación.

Topoisomerasa (girasa en bacterias)

Evita el superenrollamiento del ADN por delante de la horquilla de replicación, permite el avance de la helicasa.

Origen de replicación

Es la secuencia específica donde inicia la replicación del ADN, en bacterias es único (OriC), en eucariontes hay múltiples por cromosoma.

Transcripción (Definición y Características)

Transcripción en bacterias

Proceso por el cual la información del ADN se copia a una molécula de ARN, ocurre en el citoplasma, el ARN transcrito está listo para la traducción sin modificaciones adicionales.

Fases de la transcripción

Iniciación: reconocimiento del promotor por la ARN polimerasa, Elongación: síntesis del ARN en dirección 5’ a 3’, Terminación: finalización al alcanzar una señal de terminación.

Transcripción en eucariontes

Proceso en el que la información genética del ADN se transcribe a ARN, ocurre en el núcleo, es más compleja por la estructura del genoma y mayor regulación.

Modificaciones al ARN en eucariontes

5’ Capping: adición de un capuchón en el extremo 5’, Splicing: eliminación de intrones y unión de exones, Poliadenilación: adición de una cola de poli-A en el extremo 3’.

ARN polimerasas en eucariontes

Encargadas de sintetizar ARN a partir del ADN, hay diferentes tipos según el tipo de ARN que producen.

Helicasa

Proteína que separa las dos cadenas de ácido nucleico, se desplaza a lo largo de los enlaces fosfodiéster, usa energía de la hidrólisis de ATP o GTP, actúa sobre ADN bicatenario, ARN bicatenario o híbridos ADN-ARN.

Cuadro Comparativo: Célula Procariota vs. Célula Eucariota