I. Estructura y Propiedades del ADN

Efecto Hipercrómico y Temperatura de Fusión (Tm)

El Efecto Hipercrómico es el aumento de la absorbancia a 260 nm cuando el ADN se desnaturaliza. Las bases apiladas en la hélice absorben menos luz que cuando están libres (desnaturalizadas), lo cual aumenta la absorbancia.

La Tm (temperatura de fusión) es la temperatura a la cual el 50% del ADN está desnaturalizado. Depende de:

• Contenido de GC (mayor número de enlaces de hidrógeno)
• Fuerza iónica del medio
• Longitud del ADN
• pH

Razones Fisicoquímicas de la Estructura Helicoidal del ADN

El ADN adopta una estructura helicoidal debido a que las bases nitrogenadas son hidrofóbicas y tienden a apilarse en el centro de la hélice para minimizar el contacto con el agua (interacción tipo pi-pi). Además, la rotación del ADN se produce porque el apilamiento (stacking) de bases no es perfecto una sobre la otra, sino que presenta un pequeño giro una respecto a la otra.

Interacciones de Hoogsteen

Las interacciones de Hoogsteen entre nucleótidos de ADN son apareamientos de bases alternativos a los de Watson-Crick. Permiten la formación de estructuras no canónicas como tripletes (triplex) o G-cuádruplex. En estas interacciones, una base puede interactuar con otra mediante enlaces de hidrógeno en ángulos distintos.

Elementos que Distorsionan la Hélice del ADN

• Secuencias repetidas
• Daños en el ADN (por ejemplo, dímeros de timina por UV)
• Unión de proteínas
• Hibridación con ARN

Topoisomerasas y Sobreenrollamiento del ADN

Definición de Topoisomerasas

Las topoisomerasas son enzimas que alivian o agregan tensión sobre el enrollamiento del ADN. Participan en eventos cruciales como la replicación y reparación del ADN.

Topoisomerasa I

La Topoisomerasa I relaja el ADN cortando una hebra y permitiendo su rotación sin requerir ATP.

Topoisomerasa II

La Topoisomerasa II corta ambas hebras del ADN y alivia el sobreenrollamiento negativo, utilizando ATP.

Número de Enlace (Linking Number)

El número de enlace (linking number) indica el grado de sobreenrollamiento del ADN. También equivale al número de cortes que hay que realizar en una de las dos hebras de ADN para separar ambas hebras.

II. Replicación del ADN

Fidelidad de la Replicación del ADN

Los factores que garantizan la fidelidad de la replicación durante la síntesis del ADN son:

• Selección precisa de la base (realizada por la ADN polimerasa III)
• Actividad de corrección (actividad exonucleasa 3’→5’)
• Reparación post-replicativa (Reparación de Desapareamientos o Mismatch Repair)

Rol de la Primasa

El rol de la primasa es crear cebadores (primers o partidores) de ARN sobre el ADN. Estos cebadores son esenciales para que pueda iniciarse la actividad de las ADN polimerasas dependientes de ADN.

Procesividad de la ADN Polimerasa III de E. coli

La ADN Polimerasa III de E. coli logra su elevada procesividad gracias a la presencia de una pinza beta (anillo) que envuelve el ADN monocatenario e interactúa con la polimerasa, minimizando su disociación del molde.

Resolución de Nicks en el ADN

La continuidad de la doble hebra de ADN se logra gracias a la acción de una ligasa, que cierra el “nick” (corte de una sola hebra) dejado, por ejemplo, por la ADN Polimerasa I.

Origen de Replicación

El origen de replicación es una región determinada del genoma o plásmido (ADN) que posee secuencias específicas para la unión de factores involucrados en el inicio de la replicación. En estas regiones, se encuentran secuencias ricas en AT, lo que favorece la separación de ambas hebras.

Nick Translation

El nick translation es un proceso por el cual la ADN Polimerasa I de organismos procariotas desplaza un nick desde una posición inicial a una final río abajo en sentido 5’ – 3’. Este proceso se observa, por ejemplo, en la reparación de fragmentos de Okazaki.

III. Transcripción y ARN

Promotores

Los promotores son secuencias específicas del ADN localizadas río arriba (upstream) del gen, donde se une la ARN polimerasa. Determinan el inicio y la eficiencia de la transcripción.

Promotores Procariotas

En procariotas, los promotores típicos incluyen las secuencias -10 (TATAAT) y -35 (TTGACA).

Promotores Eucariotas

En eucariotas, los promotores y elementos reguladores clave incluyen la TATA box, la CAAT box y los enhancers.

Estructura del ARNm Eucariota vs. Procariota

ARNm Eucariota

5´-Cap–UTR-Inicio AUG–Exones/Intrones–Stop–UTR–PoliA3´

ARNm Procariota

5´-UTR–Shine-Dalgarno-Inicio AUG–Codificante–Stop-3´

Modificaciones Post-Transcripcionales del ARNm Eucariota

En eucariotas, el ARNm sufre las siguientes modificaciones:

• Capping en 5’: Adición de una 7-metilguanosina en el extremo 5’.
• Poliadenilación del 3’: Adición de una cola de poli-A en el extremo 3’.
• Splicing: Eliminación de intrones y unión de exones.

Terminación de la Transcripción

Terminación Intrínseca (Rho-Independiente)

Se caracteriza por la formación de una horquilla rica en GC seguida por una cola de uracilos (U).

Terminación Rho-Dependiente

La proteína Rho interrumpe el complejo ARN-polimerasa/ADN, provocando la disociación de la ARN polimerasa.

UTR (Región No Traducida)

La UTR es una región no traducida del ARNm que existe tanto en el extremo 5’ como en el 3’. En el caso de los procariotas, la región 5’ UTR contiene la secuencia Shine-Dalgarno.

IV. Traducción y Proteínas

Aminoacil-tRNA Sintetasas

Las aminoacil-tRNA sintetasas son enzimas que catalizan la unión de cada aminoácido a su tRNA correspondiente. Son altamente específicas y controlan la fidelidad de la traducción. Por ejemplo, poseen un sitio de edición que elimina aminoácidos incorrectos (ejemplo: discriminación entre valina e isoleucina).

Estructura y Composición de los tRNAs

La estructura del tRNA se representa comúnmente como una hoja de trébol, con brazos funcionales clave:

• Brazo aceptor (3’-CCA), donde se une el aminoácido.
• Brazo anticodón, que contiene el anticodón complementario al codón del ARNm.
• Otros brazos como el brazo D y el brazo TΨC.

Fenómeno de Tambaleo o “Wobbling”

No existe un tRNA para cada codón del código genético. El fenómeno de tambaleo o “wobbling” permite que el emparejamiento entre el codón del ARNm y el anticodón del tRNA no sea perfecto en la tercera base del codón. Esta flexibilidad permite que un mismo tRNA pueda reconocer múltiples codones sin tener una complementariedad estricta de Watson y Crick en la tercera posición (ejemplo: una guanina (G) en el anticodón puede emparejar con una citosina (C) o un uracilo (U) en la tercera posición del codón).

Marco de Lectura Abierto (ORF)

Los marcos de lectura abiertos (ORF) son secuencias de codones (tripletes de nucleótidos) que codifican para proteínas. Se leen desde un codón de inicio hasta un codón de término.

V. Regulación Génica y Reparación del ADN

Operón

Definición de Operón

Un operón es un conjunto de genes que se regula por un único promotor. Se encuentra en organismos procariotas, principalmente en bacterias. Ejemplo: el operón Lac o el operón Trp.

Ejemplo: Operón Lac

El operón Lac es un grupo de genes o segmento de ADN que funciona como una unidad transcripcional regulada para el metabolismo (catabolismo) de la lactosa. El operón presenta un promotor y una región operadora, la cual es regulada por un represor (codificado por el gen LacI). Incluye tres genes adyacentes denominados LacZ, LacY y LacA, que codifican para beta-galactosidasa, permeasa y transacetilasa, respectivamente. El operón funciona mediante la actividad o inhibición del represor en condiciones de presencia o ausencia de lactosa, lo cual permite a la ARN polimerasa transcribir los genes del operón.

Regulación del Operón Lac

• Alta glucosa, sin lactosa disponible: No ocurre transcripción del operón.
• Alta glucosa y lactosa disponible: Ocurre transcripción basal del operón.
• Baja glucosa y lactosa disponible: Ocurre alta transcripción del operón.

Mecanismos de Reparación del ADN

Una bacteria presenta diversos mecanismos de reparación en respuesta a un daño en el ADN:

• BER (Base Excision Repair): Repara bases dañadas.
• NER (Nucleotide Excision Repair): Repara dímeros de timina (inducidos por UV).
• Mismatch Repair: Corrige errores de replicación.
• Recombinación Homóloga: Repara rupturas de doble cadena.
• Respuesta SOS: Sistema de emergencia que induce enzimas reparadoras de baja fidelidad.

Tipos de Splicing

Los tipos de splicing incluyen:

• Canónico (nuclear)
• Autocatalítico tipo I y II
• Splicing trans
• Alternativo