Biologia Molecular: DNA, RNA, Replicació i Transcripció

DNA

Molècules grans formades per dues cadenes complementàries, antiparal·leles i enrotllades. Watson i Crick van proposar, l'any 1953, el model de la doble hèlix. Desnaturalització: amb altes temperatures es trenquen els enllaços d'hidrogen i amb el fred es tornen a formar. Les bases estan a l'interior, establertes per ponts d'hidrogen entre les bases complementàries. Si es coneix una de les cadenes, es pot saber l'altra. En eucariotes forma cromatina i cromosomes, i en procariotes, DNA circular.

RNA

Més petit que el DNA. En els virus porta la informació genètica (monocatenari o bicatenari). Diferents tipus:

• mRNA (missatger): Dirigeix la síntesi de proteïnes a partir de la informació del DNA. Les molècules són curtes i lineals. Són còpies dels gens. Es crea i es destrueix contínuament segons les necessitats de proteïnes de les cèl·lules. Cada 3 bases (triplet) és un codó que correspon a un aminoàcid. Transfereix la informació del nucli al citoplasma.
• tRNA (transferència): Estructura terciària, forma de trèvol i algunes zones complementàries. Transporta els aminoàcids per a la síntesi de proteïnes (en la traducció). Estructura petita, pocs nucleòtids. Té un anticodó, complementari al codó del mRNA que correspon a un aminoàcid.
• rRNA (ribosòmic) i nRNA (nucleolar): Junt amb d'altres proteïnes formen els ribosomes (enzim). El rRNA és responsable de la síntesi de proteïnes. El nRNA forma part dels nuclèols i és el precursor del rRNA. N'hi ha d'altres com el RNA d'interferència, d'interferència curta o micro, que tenen funcions de regulació.

El nucli

Normalment de forma esfèrica. Grandària entre 5 μm i 30 μm. Funcions: conté la informació genètica i regula l'activitat metabòlica.

• Embolcall nuclear: Doble membrana (membrana externa: s'hi troben els ribosomes; membrana interna). Complex de porus (format per nucleoporines) amb la funció de transportar substàncies del nucli al citoplasma i a l'inrevés. És una estructura activa i selectiva (capaç de distingir, valorar i quantificar). Làmina nuclear.
• Nucleoplasma: Format per una matriu col·loïdal (en suspensió) i proteïnes fibril·lars que donen consistència.
• Cromatina: Formada per DNA, proteïnes (octàmer i no històniques) i RNA en regions.
  • Eucromatina: forma de collarets de perles, nucleosomes (8 histones) units per DNA.
  • Heterocromatina: condensada i inactiva per a la transcripció.
    • Constitutiva: sempre condensada (pas constant d'eucromatina a heterocromatina).
    • Facultativa: en algunes cèl·lules està condensada i en d'altres no, depenent de la funció de la cèl·lula i del moment. Està enganxada a la membrana.
• Nuclèol: Format per DNA, RNA i proteïnes. Té quatre parts:
  • Heterocromatina
  • Component granular: precursor del ribosoma (on es fa la transcripció)
  • Component fibrós: format per ribonucleoproteïnes (d'on surten els ribosomes)
  • Matriu nucleolar (magatzem de material)
  Funció: síntesi de rRNA amb ajuda d'ATP.

Replicació

Un cop cada generació cel·lular (temps entre divisió i divisió). Procés semiconservatiu: a partir d'una cadena mare es fa la seva complementària. Procés ordenat i seqüencial: té punts d'origen, és progressiu, bidireccional i amb un mecanisme que determina el final. Sentit 5' → 3' (comença amb el fosfat). Procés semidiscontinu: la cadena 3'—5' és contínua (filament conductor); la cadena 5'—3' és discontínua (filament retardat, ha de començar amb fosfat). S'utilitzen molècules trifosfatades per obtenir energia i formar els enllaços. Es fan servir els anomenats fragments d'Okazaki en la discontínua. DNA polimerasa I, II, III actuen a partir d'un motllo i poden corregir errades. Tres etapes (procariotes):

• Iniciació: Complex multienzimàtic, replicó. Només un punt d'inici (ORI C): és una seqüència concreta de bases reconeguda per una sèrie de proteïnes, que desenrotllen el dúplex de DNA (acció de l'helicasa amb energia d'ATP). Després s'afegeixen una sèrie de proteïnes (proteïnes d'unió de DNA) que regulen el trencament. La RNA primasa fabrica uns encebadors (cadena curta de 10 nucleòtids) de RNA a partir de DNA, ja que, si no, les DNA pol III no poden actuar.
• Elongació:
  • Filament conductor (sentit 3'—5'): la DNA pol III va afegint molècules trifosfatades fins que arriba a l'encebador d'inici (forma circular) i la DNA pol I el substitueix.
  • Filament retardat (sentit 5'—3'): la primasa va fent encebadors per a cada fragment d'Okazaki per tal que la DNA pol III pugui actuar. La DNA pol I destrueix els encebadors i els substitueix per DNA, a part de corregir errades.
• Terminació: Intervé la ligasa per unir un sucre final amb un fosfat inicial i acaba la replicació.

Diferències en la replicació d'eucariotes

• Les DNA polimerases són diferents: 4 en el nucli i 1 en els mitocondris (plasts).
• Hi ha més factors de replicació (proteïnes d'iniciació) –múltiples orígens de replicació, ja que els cromosomes són més llargs.
• Es produeixen a una distància simètrica.
• Els fragments d'Okazaki són més petits.
• La part final de la cadena retardada no pot replicar-se, llavors, els cromosomes tenen telòmers, on la seqüència és especial i està regulada per l'enzim telomerasa.
• La telomerasa fa una petita seqüència de RNA al final per sintetitzar un tros més de DNA.
• La telomerasa no sempre és activa (cada cop els telòmers són més curts, i acaben morint).

Transcripció

Conjunt de processos pels quals el DNA es transfereix a una seqüència de RNA complementària.

• Codi genètic:
  • S'organitza en codons (triplets).
  • Lectura 5'—3'.
  • No té superposicions.
  • És degenerat (sobren triplets).
  • És universal (excepció: mitocondris).
  • Poden haver-hi mutacions puntuals.
• Consta de 3 fases:
  • Iniciació: Cal un promotor (com la caixa TATA) que és reconegut per la RNA polimerasa. La RNA polimerasa s'uneix al DNA i aquest es desespiralitza deixant una cadena motlle i una sense sentit. Es van unint els nucleòtids d'RNA trifosfats.
  • Elongació: L'enzim avança en sentit 3'—5' del DNA i afegeix en el sentit contrari. Actua en operons: 1. reguladors (inhibeix o no al promotor), 2. promotor, 3... operants. En les procariotes és un procés continu fins que no es mani el contrari.
  • Terminació: Pot acabar a causa de la intervenció de proteïnes que fan saltar a la RNA polimerasa, pot acabar a causa del reconeixement d'una seqüència específica, o processat postranscripcional en eucariotes.

Modificacions del RNA

• Maduració del mRNA: S'afegeix un cap i una cua a la seqüència completa de RNA. Els introns (part que no es codifica de RNA) tenen funció dins dels nucli però s'eliminen de la seqüència ajuntant així els exons i fent una cadena amb cap, cua i RNA codificat.
• Maduració del tRNA: 2 fragments amb un líder i un tràiler cadascun, s'ajunten mitjançant un espaiador.
• Maduració del rRNA: S'eliminen els espaiadors, el tràiler i el líder de la seqüència per deixar només la part 'important' que constitueix els ribosomes.

Traducció

Procés previ (molècules que hi intervenen): els aminoàcids s'uneixen al tRNA, el rRNA s'uneix a les proteïnes formant les dues subunitats dels ribosomes (màquina de síntesi), el mRNA s'uneix a proteïnes d'exportació (porta la informació). Intervé el rRNA que surt al citoplasma pel complex de porus, el qual reconeix substàncies gràcies a la forma i a les proteïnes adherides. Forma la subunitat gran amb 3 llocs actius (E, P, A) i la subunitat petita. Fases o parts de la traducció:

• Iniciació: mRNA + subunitat petita del ribosoma, presència de proteïnes, factors d'iniciació. Un tRNA de metionina s'uneix al complex pel lloc actiu P gràcies al codó del mRNA i a l'anticodó del tRNA (triplet complementari).
• Elongació: Es desplaça la subunitat petita per encaixar la metionina al lloc actiu E de sortida. Es llegeix el següent codó que correspon al següent aminoàcid que entra pel lloc actiu P. Es fa un enllaç peptídic entre els aminoàcids i es desfà l'enllaç entre aminoàcid i tRNA.
• Terminació: Quan a A es troba amb els codons de terminació (STOP) s'atura la lectura del mRNA i s'uneix una proteïna al lloc de terminació. La proteïna queda lliure i es dissocia el ribosoma en les subunitats.

Replicació (resum)

• Inici: ORI-C, l'helicasa amb ATP obre l'hèlix. Proteïnes d'unió regulen el trencament. mRNA primasa fabrica un encebador.
• Contínua: DNA polimerasa III afegeix molècules trifosfatades.
• Retardada: DNA polimerasa III afegeix molècules trifosfatades, polimerasa I treu l'encebador i posa DNA, ligasa lliga els fragments, telomerasa encebador més petit.

Transcripció (resum)

• RNA polimerasa s'uneix al DNA (promotor) i desespiralitza l'hèlix.
• RNA polimerasa comença la síntesi de les bases complementàries de la cadena motlle.
• Proteïna de terminació.