Resumen BIOMOLÉCULAS, DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR PDF

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Resumen 1° parte1.- Componentes químicos de la materia: Biomoléculas Los organismos vivos son sistemas químicos autónomos. Están hechos de un conjunto distintivo y restringido de pequeñas moléculas a base de carbono que son esencialmente las mismas para todas las especies vivas. Cada una de estas...

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Resumen 1° parte

1.- Componentes químicos de la materia: Biomoléculas  Los organismos vivos son sistemas químicos autónomos.  Están hechos de un conjunto distintivo y restringido de pequeñas moléculas a base de carbono que son esencialmente las mismas para todas las especies vivas.  Cada una de estas moléculas está compuesta por un pequeño conjunto de átomos unidos entre sí en una configuración precisa a través de enlaces covalentes.  Las categorías principales son azúcares, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos.  Los azúcares son una fuente primaria de energía química para las células y pueden incorporarse a los polisacáridos para el almacenamiento de energía.  Los ácidos grasos también son importantes para el almacenamiento de energía, pero su función más crítica es la formación de membranas celulares.

 Los polímeros que consisten en aminoácidos constituyen las macromoléculas notablemente diversas y versátiles conocidas como proteínas.  Los nucleótidos juegan un papel central en la transferencia de energía. También son las subunidades a partir de las cuales se forman las macromoléculas, ARN y ADN. 

La mayor parte de la masa seca de una célula consiste en macromoléculas que se han producido como polímeros lineales de aminoácidos (proteínas) o nucleótidos (ADN y ARN), unidos covalentemente entre sí en un orden exacto.

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Las moléculas de proteína y muchos de los ARN se pliegan en una conformación única que depende de su secuencia de subunidades.

 Este proceso de plegado crea superficies únicas y depende de un gran conjunto de interacciones débiles producidas por fuerzas no covalentes entre los átomos.  Estas fuerzas son de cuatro tipos: enlaces iónicos, enlaces de hidrógeno, atracciones de van der Waals y una interacción entre grupos no polares causada por su expulsión hidrofóbica del agua.  El mismo conjunto de fuerzas débiles gobierna la unión específica de otras moléculas a las macromoléculas, haciendo posible la miríada de asociaciones entre moléculas biológicas que producen la estructura y la química de una célula. 2.-Proteínas

 La conformación tridimensional de una molécula de proteína está determinada por su secuencia de aminoácidos.

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La estructura plegada se estabiliza mediante interacciones no covalentes entre diferentes partes de la cadena polipeptídica.

 Los aminoácidos con cadenas laterales hidrófobas tienden a agruparse en el interior de la

molécula, e interacciones locales de enlaces de hidrógeno entre los enlaces peptídicos vecinos dar lugar a hélices α y β hojas.

 Regiones globulares, conocidas como dominios, son las unidades modulares de la que muchas proteínas están construidas; dichos dominios contienen generalmente 40-350 aminoácidos.

 Las proteínas pequeñas típicamente consisten de un solo dominio, mientras que las grandes proteínas se forman a partir de varios dominios unidos entre sí por tramos cortos de la cadena de polipéptido.

 Como las proteínas han evolucionado, los dominios se han modificado y combinado con otros dominios para construir nuevas proteínas. Los dominios que participan en la formación de un gran número de proteínas se conocen como módulos de la proteína

 Hasta el momento, aproximadamente 1000 formas diferentes de plegar un dominio se han observado, entre más de aproximadamente 10.000 estructuras de proteínas conocidas.  Las proteínas se unen en estructuras más grandes por las mismas fuerzas no covalentes que determinan el plegamiento de proteínas. Las proteínas con sitios de unión para su propia superficie puede montar en dímeros, anillos cerrados, cáscaras esféricas o polímeros helicoidales.

 Aunque las mezclas de proteínas y ácidos nucleicos puede ensamblarse espontáneamente en

estructuras complejas en un tubo de ensayo, muchos procesos de montaje biológicos implican pasos irreversibles. Por consiguiente, no todas las estructuras de la célula son capaces de re ensamblaje espontáneo después de que han sido disociadas en sus partes componentes.

 Las proteínas reversiblemente cambian su forma cuando ligandos se unen a su superficie. Los

cambios alostéricos en la conformación de proteínas producidas por un ligando afecta a la unión de un ligando de segundo, y esta relación entre dos sitios de unión a ligando proporciona un mecanismo crucial para la regulación de procesos celulares. alostéricos (molécula que se une a un lugar distinto del centro activo, modificando la función la proteína a la cual está unido.)

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Los cambios en la forma de la proteína puede ser accionada de una manera unidireccional por el gasto de energía química. Mediante el acoplamiento de los cambios alostéricos de forma para la hidrólisis de ATP, por ejemplo, las proteínas pueden realizar trabajo útil, tal como la generación de una fuerza mecánica o movimiento para largas distancias en una sola dirección.

 Las estructuras tridimensionales de proteínas, determinadas por cristalografía de rayos X, han puesto de manifiesto cómo un pequeño cambio local causado por la hidrólisis de nucleósidos trifosfato se amplifica para crear cambios importantes en otras partes de la proteína.

 Máquinas de proteínas altamente eficientes se forman mediante la incorporación de

muchas moléculas de proteínas diferentes en ensamblajes más grandes en los que los movimientos alostéricos de los componentes individuales están coordinados. Tales

máquinas son ahora conocidos para realizar muchas de las reacciones más importantes en las células. Replicación, transcripción, traducción Replicación, transcripción y traducción 1.- La capacidad de una célula para mantener orden en un ambiente caótico depenla duplicación exacta de la gran cantidad de información genética transportada en su DNA. 2.- Cada una de las dos cadenas de DNA puede actuar como un molde para la sínSíntesis de la otra cadena. Una doble hélice de DNA porta, por lo tanto, la misma Información en cada una de sus cadenas. 3.- Una molécula de DNA es duplicada (replicada) mediante la polimerización de nuevas cadenas complementarias utilizando cada una de las cadenas viejas de la doble hélice de DNA como molde. Se forman dos moléculas de DNA idénticas que permiten que la información genética sea copiada y pasada de la célula madre a la célula hija, y del progenitor a la descendencia. 4.- A medida que una molécula de DNA se replica, sus dos cadenas son separadas formando una o más horquillas de replicación con forma de Y. La enzima DNA polimerasa situada en la horquilla establece una nueva cadena de DNA complementario sobre cada cadena progenitora y, de esta manera, da origen a dos nuevas moléculas de doble hélice. 5.- La DNA polimerasa replica un molde de DNA con fidelidad notable ya que comete menos de un error por cada 10? pares de bases leídas. Esta precisión es posible, en parte, por un proceso de corrección‘ en el que la enzima elimina sus propios errores de polimerización a medida que se desplaza a lo largo del DNA. 6.- Debido a que la DNA polimerasa puede sintetizar DNA nuevo únicamente en una,dirección, solo la cadena adelantada en la horquilla de replicación puede ser sintetizada de manera continua. Sobre la cadena retrasada el DNA se sintetiza en un proceso discontinuo de pespunte hacia atrás, que produce fragmentos de DNA cortos, que posteriormente son unidos por la enzima DNA ligasa que produce una cadena de DNA continua. 7.- La DNA polimerasa es incapaz de comenzar una cadena de DNA nueva. En su lugar, la síntesis de DNA es cebada por una RNA polimerasa, denominada primasa, que produce RNA cortos (cebadores), que son alargados por la DNA polimerasa. Posteriormente son eliminados y reemplazados con DNA. 8.- La replicación del DNA requiere de la cooperación de muchas proteínas; que forman una maquinaria de replicación multienzimática que cataliza la síntesis de DNA. 9.- El flujo de la información genética en todas las células vivas es DNA -» RNA -> proteína. La conversión de las instrucciones genéticas de DNA a RNA y proteínas se denomina expresión génica. 10.- Para expresar la información genética transportada en el DNA, la secuencia de nucleótidos de un gen primero es transcripta a RNA. La transcripción es catalizada por la enzima RNA polimerasa. Las secuencias de nucleótidos de la molécula de DNA le indican a la RNA polimerasa dónde comenzar y dónde terminar la transcripción.

11.- El RNA difiere del DNA en varios aspectos. Contiene el azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa y la base uracilo (U) en lugar de timina (T). En las células, los RNA son sintetizados como moléculas monocatenarias, que a menudo se pliegan en formas tridimensionales precisas. 12.- Las células producen varios tipos funcionales diferentes de RNA, como RNA mensajero (mRNA), que transporta las instrucciones para sintetizar proteínas; RNA ribosómico (rRNA), que es un componente de los ribosomas; y RNA de transferencia (tRNA), que actúa como una molécula adaptadora en la síntesis proteica. 13.- La transcripción comienza en sitios del DNA denominados promotores. Para iniciar la transcripción, las RNA polimerasas eucariontes requieren el ensamblaje de un complejo de factores de transcripción general en el promotor, mientras que la RNA polimerasa bacteriana sólo necesita una subunidad adicional, denominada factor sigma. 14.- En el DNA eucarionte, la mayor parte de los genes están compuestos por una serie de regiones codificadoras más pequeñas (exones) intercaladas con regiones no codificadoras (intrones). Cuando un gen eucarionte es transcripto de DNA a RNA, se copian tanto los exones como los intrones. 15.- Los intrones son eliminados de los transcriptos de RNA en el núcleo por el proceso de corte y empalme del RNA. En una reacción catalizada por pequeños complejos ribonucleoproteicos, denominados snRNP, se escinden los intrones del RNA y se unen los exones entre sí. 16.- Los mRNA eucariontes pasan por varios pasos de procesamiento adicionales antes de abandonar el núcleo, como el encapuchamiento y la poliadenilación del RNA. Estas reacciones, junto con el corte y empalme, tienen lugar a medida que se transcribe el RNA. Después, el mRNA maduro es transportado al citoplasma. 17.- La traduccion de la secuencia nucleotídica del mRNA a proteínas tiene lugar en el citoplasma sobre grandes ensamblajes de ribonucleoproteínas, denominados ribosomas a medida que un mRNA es enhebrado a través de un ribosoma, su mensaje es traducido a proteína. 18.- La secuencia de nudeótidos del mRNA se lee en grupos de tres nucleótidos (codones), y cada codón corresponde a un aminoácido. 19.- La correspondencia entre aminoácidos y codones es especificada por el código genético. Las combinaciones posibles de 4 nudeótidos diferentes en el RNA dan origen a 64 codones diferentes en el código genético. La mayor parte de los aminoácidos es especificada por más de un codón. 20.- El tRNA actúa como una molécula adaptadora en la síntesis de proteínas. Las enzimas denominadas aminoacil-tRNA sintetasas unen aminoácidos a sus tRN apropiados. Cada tRNA contiene una secuencia, de tres nudeótidos, el anticodon, que se une a un codón del mRNA por apareamiento de bases complementarias entre el codón y el anticodón. 21.- La síntesis proteica comienza cuando un ribosoma se ensambla en el codón de iniciación (AUG) del mRNA, proceso que está regulado por proteínas denominadas factores de iniciación de la traducción:-.La cadena proteica terminada es liberada del ribosoma cuando se alcanza un codón de terminación (UAA, UAG o UGA). 22.- La unión escalonada de aminoácidos a una cadena polipeptídica es catalizada por. una molécula de rRNA de la subunidad ribosómica grande. Por lo tanto, el ribosoma es un ejemplo de ribozima, una molécula de RNA que puede catalizar una reacción química.

Replicacion

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Las enzimas y otros factores proteicos que llevan a cabo la replicación del ADN en E. coli y en las células eucariotas son análogos, lo que sugiere que el mecanismo bioquímico de la replicación del ADN es similar en todas las células.

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Los eventos enzimáticos en la horquilla en crecimiento son consecuencia de dos propiedades de la doble hélice de ADN y dos de las ADN polimerasas.

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La hélice de ADN contiene cadenas antiparalelas (es decir, la dirección 5 '→ 3' de una cadena es opuesta a la dirección 5 '→ 3' de la otra), y las dos cadenas están entrelazadas, por lo que no pueden simplemente fundirse a lo largo de toda su longitud de una vez.

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Las ADN polimerasas requieren un cebador de ácido nucleico, ya sea una molécula de ADN o de ARN, para comenzar la síntesis, y todo el crecimiento de la cadena de ADN ocurre mediante la adición de nucleótidos en el extremo 3 '.

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En todas las células, una nueva cadena de ADN, la cadena principal, se sintetiza continuamente en la dirección del movimiento de la horquilla en crecimiento por elongación desde el extremo 3 'de una base de cebador de ARN emparejada a una cadena de plantilla. La síntesis de la otra cadena, la cadena retrasada, se produce en la dirección opuesta a la dirección general del movimiento creciente de la horquilla a partir de una serie de cebadores de ARN cortos formados por primasa en múltiples sitios en la segunda cadena molde. Los segmentos resultantes de ARN más ADN se denominan fragmentos de Okazaki. Después de quitar los cebadores y rellenar los espacios entre los fragmentos, se unen.

Transcripcion 

Antes de que pueda comenzar la síntesis de una proteína particular, la molécula de ARNm correspondiente debe producirse por transcripción. Las bacterias contienen un solo tipo de ARN polimerasa (la enzima que lleva a cabo la transcripción de ADN en ARN). Se produce una molécula de ARNm cuando esta enzima inicia la transcripción en un promotor, sintetiza el ARN por alargamiento de cadena, detiene la transcripción en un terminador y libera tanto la plantilla de ADN como la molécula de ARNm completa. En las células eucariotas, el proceso de transcripción es mucho más complejo, y hay tres ARN polimerasas, designadas polimerasa I, II y III, que están relacionadas evolutivamente entre sí y con la polimerasa bacteriana.

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El ARNm eucariótico es sintetizado por la ARN polimerasa II. Esta enzima requiere una serie de proteínas adicionales, denominadas factores de transcripción generales, para iniciar la transcripción en una plantilla de ADN purificada y aún más proteínas (incluidos los complejos de remodelación de la cromatina y las acetiltransferasas de histona) para iniciar la transcripción en su plantilla de cromatina dentro de la célula.

 Durante la fase de elongación de la transcripción, el ARN naciente sufre tres tipos de

eventos de procesamiento: se agrega un nucleótido especial a su extremo 5 '(protección), las secuencias de intrón se eliminan del medio de la molécula de ARN (empalme) y y se genera el extremo 3 'del ARN (escisión y poliadenilación)

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Algunos de estos eventos de procesamiento de ARN que modifican la transcripción de ARN inicial (por ejemplo, aquellos involucrados en el empalme de ARN) se llevan a cabo principalmente por pequeñas moléculas especiales de ARN.

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Para algunos genes, el ARN es el producto final. En eucariotas, estos genes generalmente se transcriben por ARN polimerasa I o ARN polimerasa III. La ARN polimerasa I produce los ARN ribosómicos. Después de su síntesis como un gran precursor, los ARNr se modifican químicamente, se cortan y se ensamblan en ribosomas en el nucleolo, una estructura subnuclear distinta que también ayuda a procesar algunos complejos de ARNproteína más pequeños en la célula. Las estructuras subnucleares adicionales (incluidos los cuerpos de Cajal y los grupos de gránulos de intercromatina) son sitios donde los componentes involucrados en el procesamiento de ARN se ensamblan, almacenan y reciclan.

Traduccion La traducción de la secuencia de nucleótidos de una molécula de ARNm a proteína tiene lugar en el citoplasma en un gran conjunto de ribonucleoproteína llamado ribosoma. Los aminoácidos utilizados para la síntesis de proteínas se unen primero a una familia de moléculas de ARNt, cada una de las cuales reconoce, mediante interacciones complementarias de pares de bases, conjuntos particulares de tres nucleótidos en el ARNm (codones). La secuencia de nucleótidos en el ARNm se lee luego de un extremo al otro en conjuntos de tres de acuerdo con el código genético Para iniciar la traducción, una pequeña subunidad ribosómica se une a la molécula de ARNm en un codón de inicio (AUG) que es reconocido por una molécula iniciadora única de ARNt. Una subunidad ribosómica grande se une para completar el ribosoma y comenzar la fase de alargamiento de la síntesis de proteínas. Durante esta fase, los ARNt de aminoacilo, cada uno con un aminoácido específico, se unen secuencialmente al codón apropiado en ARNm formando pares de bases complementarias con el anticodón de ARNt. Cada aminoácido se agrega al extremo C-terminal del polipéptido en crecimiento mediante un ciclo de tres pasos secuenciales: unión de aminoacil-ARNt, seguido de formación de enlaces peptídicos, seguido de translocación de ribosomas. La molécula de ARNm progresa codón por codón a través del ribosoma en la dirección 5 'a 3' hasta que se alcanza uno de los tres codones de parada. Un factor de liberación luego se une al ribosoma, terminando la traducción y liberando el polipéptido completo. Los ribosomas eucarióticos y bacterianos están estrechamente relacionados, a pesar de las diferencias en el número y el tamaño de sus rRNA y componentes proteicos. El ARNr tiene el papel dominante en la traducción, determinando la estructura general del ribosoma, formando los sitios de unión para los ARNt, haciendo coincidir los ARNt con los codones en el ARNm y proporcionando la actividad de la enzima peptidil transferasa que une los aminoácidos durante la traducción.

En los pasos finales de la síntesis de proteínas, dos tipos distintos de chaperonas moleculares guían el plegamiento de las cadenas de polipéptidos. Estas chaperonas, conocidas como hsp60 y hsp70, reconocen parches hidrófobos expuestos en proteínas y sirven para prevenir la agregación de proteínas que de otro modo competiría con el plegamiento de proteínas recién sintetizadas en sus conformaciones tridimensionales correctas. Este proceso de plegamiento de proteínas también debe competir con un mecanismo de control de calidad altamente elaborado que destruye las proteínas con parches hidrófobos anormalmente expuestos. En este caso, la ubiquitina se agrega covalentemente a una proteína mal plegada por una ubiquitina ligasa, y la cadena multubiquitina resultante es reconocida por la tapa de un proteasoma para mover toda la proteína al interior del proteasoma para la degradación proteolítica. Se utiliza un mecanismo proteolítico estrechamente relacionado, basado en señales de degradación especiales reconocidas por las ubiquitina ligasas, para determinar la vida útil de muchas proteínas normalmente plegadas. Mediante este método, las proteínas normales seleccionadas se eliminan de la célula en respuesta a señales específicas.

Estructura de la membrana 1.- Las membranas celulares permiten que las células creen barreras que confinan determinadas moléculas en compartimientos específicos. 2.- Las membranas celulares están formadas por una doble capa o bicapa continua de moléculas lipídicas entremezcladas con proteínas. 3.- La bicapa lipídica provee la estructura fundamental y la función de barrera en todas las membranas celulares. 4.- Las moléculas lipídicas de las membranas poseen regiones hidrófobas e hidrofilas. Éstas se ensamblan de modo espontáneo cuando se las coloca en un medio acuoso para formar compartimientos cerrados que se vuelven a sellar en caso de rotura. 5.- Existen tres clases principales de moléculas lipídicas de membrana: fosfolípidos, esteroles y glucolipidos 6.- La bicapa lipídica es fluida y las moléculas lipídicas individuales pueden ...