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¿Qué es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)?

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¿Qué es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)?

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Es una técnica de laboratorio utilizada para hacer muchas copias de una determinada secuencia de ADN.  En otras palabras, permite la producción rápida de millones a miles de millones de un segmento específico de ADN. Esto a su vez permite que esa secuencia especifica de ADN se pueda estudiar en mayor detalle.

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Es un grupo de fosfato junto a una pentosa azucar y una base nitrogenada

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Se agrega una 7-metil guanosina (mostrada a la izquierda) en el extremo 5' del ARNm. La tapa protege el extremo 5' del ARNm de la degradación por nucleasas y también ayuda a posicionar el ARNm correctamente en los ribosomas durante la síntesis de proteínas.

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Cuando la célula necesita producir una proteína, selecciona el gen que contiene en su estructura la secuencia necesaria y lo copia a un molde de ARN

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Imagina que estás a cargo de una fábrica de libros y acabas de imprimir todas las páginas de tu libro favorito. Ya que tenemos las páginas, ¿el libro estaría completamente listo? Pues... los libros generalmente tienen cubierta y contraportada; tal vez se las quieras agregar. Además, ¿no habrán quedado páginas en blanco o en desorden durante la impresión? Sería bueno revisar eso y quitar esas páginas antes de vender tus libros, o podrías terminar con algunos clientes descontentos.

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Es el proceso donde el ADN se transforma en un ARNm, lo cual es necesario para la síntesis de proteínas

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! El promotor son secuencias de bases nitrogenadas del ADN, este promotor es el que marca el inicio a la ARN polimerasa.

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En este proceso la principal actor es la enzima polimerasa, durante la transcripción esta enzima realiza los siguientes procesos:

1. La enzima ARN polimerasa se une a un sitio en el ADN donde inicia un gen.

2.  Polimerasa se desplaza por medio del gen, separando las cadenas del ADN

3.  Después de separar las cadenas, Polimerasa empezará a emparejar nucleótidos de ARN con las bases complementarias de la cadena de 3' a 5' del ADN.

4. En este apareamiento de bases complementarias el ARN no tiene timina, así que el uracilo se empareja con la adenina.

5. El ARN se separa del ADN y la doble hélice se vuelve a formar.

6. La transcripción se detiene al final del gen y se libera la molécula de ARN completa

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Las células procariotas al no tener membrana nuclear el ARNm que fue replicado simplemente sale hacia los ribosomas para dar el siguiente paso a la traducción.

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En la replicación de las células eucariotas se añadirán participantes al inicio y al final del Pre-ARNm como:

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En la replicación de las células eucariotas se añadirán participantes al inicio y al final del Pre-ARNm como:

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La caperuza 5 es una guanina modificada que ayudará en la traducción conforme los ribosomas se lleguen a unir a ella, esta cap 5 se encuentra al inicio del ARNm

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Se le llama cola poli-A debido a que lleva un montón de Adeninas en su extremo. Lleva aproximadamente 100-200 nucleótidos 'A' al extremo 3'.

Los poli-A ayudan en la traducción y también a verificar a que la información que lleva el ARNm sea más resistente

La caperuza y la cola de poli-A en un ARNm también son indicaciones de que el ARNm está completo (es decir, no defectuoso).

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Los intrones son secuencias que son parte del ARNm que no se van a traducir por lo cual, deben ser eliminados del Pre-ARNm.

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Son las secuencias codificantes del gen que contiene el ARNm, son aquellas secuencias que se van a traducir

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Las células eucariotas al tener membrana nuclear necesitan realizar un proceso más para convertir ese Pre-ARNm en ARNm listo y maduro para salir e ir hacia los ribosomas

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El proceso de eliminar los intrones y volver a unir las secciones codificantes o exones, del ARNm, se denomina empalme.

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Los Intrones son reconocidas y eliminados por un complejo enzimático especializado llamado espliceosoma.

La eliminación de secuencias de "basura" llamadas intrones. Los intrones son algo así como páginas en blanco o sin sentido que se hacen durante la impresión de un libro y deben ser eliminadas para que el libro sea legible.

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Espliceosoma está formado por proteínas y pequeños ARN que se asocian para formar enzimas proteína-ARN llamadas ribonucleoproteínas nucleares pequeñas o snRNP (SNURPS pronunciado).

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¿Como sabemos dónde inicia y termina un intrón?

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¿Como sabemos dónde inicia y termina un intrón?

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El empalme debe ser capaz de reconocer las uniones intrones.

La secuencia de bases al inicio (extremo 5' o izquierdo, también llamado sitio donante) de un intrón es GU mientras que la secuencia en el extremo 3' o derecho (también conocido como sitio aceptor) es AG. También hay una tercera secuencia importante dentro del intrón, llamada punto de ramificación, que es importante para el empalme.

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1-En la primera etapa, el pre-ARNm se corta en el sitio de empalme 5' (la unión del exón 5' y el intrón). El extremo 5' del intrón se une entonces al punto de ramificación dentro del intrón. Esto genera la molécula en forma de lazo característica del proceso de empalme

2-En la segunda etapa, se corta el sitio de empalme 3', y los dos exones se unen entre sí, y se libera el intrón.

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Un punto clave aquí es que es solo los exones de un gen codifican proteína.

Los intrones no solo carecen de información para construir una proteína, en realidad tienen que ser eliminados para el ARNm codifique una proteína con la secuencia correcta. Si el espliceosoma no quita un intrón, se obtendrá un ARNm con "basura" extra y se producirá una proteína errónea durante la traducción.

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No sabemos realmente por qué existe el empalme y, de cierta forma, parece un sistema derrochador. Sin embargo, el empalme posibilita un proceso llamado empalme alternativo, en que puede hacerse más de un ARNm del mismo gen. Mediante el empalme alternativo, los humanos (y otros eucariontes) podemos codificar un número mayor de proteínas que los genes que tenemos en nuestro ADN.

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Muchos pre-ARNm tienen un gran número de exones que pueden ser empalmados juntos en diferentes combinaciones para generar diferentes ARNm maduros.

Esto se llama empalme alternativo, y permite la producción de muchas proteínas diferentes usando relativamente pocos genes, ya que un solo ARN puede, al combinar diferentes exones durante el corte y empalme, crear muchos mensajes codificadores de proteínas diferentes. Debido al corte y empalme alternativo, cada gen en nuestro ADN da lugar, en promedio, a tres proteínas diferentes.
Una vez procesados los mensajes de codificación de proteínas mediante la caperuza, empalme y adición de una cola de poli A, se transportan fuera del núcleo para traducirlos en el citoplasma.

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Es la cadena que el ARN busca replicar, es decir copia la secuencia de ésta, a excepción de que en el ARNm ya no va a estar presente la timina sino el uracilo

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Cadena del ADN que el ARN utiliza para complementar las bases nitrogenadas.

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Señala a la ARN Polimerasa cuando parar, este crea tacticas hace que la polimerasa no pueda continuar

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Sobre la replicación del ADN se tenían presente tres teorías:

1. La replicación Conservativa

2. La replicación Semiconservativa

3. La replicación Dispersa

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Es el proceso en cual el ARNm se traduce para formar una cadena de polipéptidos.

Este proceso depende del apareamiento de bases complementarias entre los codones en el ARNm y los anticodones en el ARNt (Transferencia)

La traducción es necesaria para la creación de polipéptidos, que estos a la vez son necesarios para la creación de proteínas.

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El ribosoma consta de dos subunidades:

La subunidad grande consiste de tres moléculas de ARN y alrededor de 46 proteínas.

La subunidad pequeña está formada por una molécula de ARN y 32 proteínas.

Cada subunidad está compuesta por miles de nucleótidos y miles de aminoácidos.

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En este proceso, un ARNm se une a la subunidad pequeña del ribosoma

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Una secuencia de tres nucleotidos en el ARNm se llama codón

Una secuencia de tres nucleotidos en el ARN t se llama Anticodón.

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4 x 4 x 4= 64 maneras diferentes de combinar las nucleotidos

61 codones

22 aminoácidos estándar

3 codones de terminación (Su función es detener el proceso)

AUG es el codón donde se da inicio siempre.

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El ARNm tiene una secuencia de codones que específica la secuencia de aminoácidos del polipéptido.

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¿Cuál es la función del Ribosoma en la traducción?

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¿Cuál es la función del Ribosoma en la traducción?

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1. El ribosoma viaja desde el extremo 5' a 3' prima, leyendo y tomando información del ARNm.

2. Para luego traducirla a una secuencia de aminoácidos, que generen polipétidos y estos por ultimo se juntan y generen proteínas especificas.

"Los ribosomas actúan como sitio de unión para el ARNm y los ARNt y también catalizan la formación del polipéptido."

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Trae consigo el anticodon (o los 3 nucleótidos ) este anticodón porta el aminoácido correspondiente al codón del ARN m.

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1. Se une al ribosoma una molécula de ARNt con un anticodón complementario al primer codón del ARNm que se va a traducir

2. A continuación, se une un segundo ARNt con un anticodón complementario al segundo codón del ARNm

(Pueden estar acoplados a un mismo tiempo un máximo de dos ARNt.)

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1. El ribosoma transfere el aminoácido portado por el primer ARNt al aminoácido en el segundo ARNt, creando un nuevo enlace peptédico. El segundo ARNt ahora porta una cadena de dos aminoácidos: un dipéptido.

2. El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm; así, se libera el primer ARNt y el segundo se convierte en el primero.

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Sitio P: Lugar donde se crea la cadena polipeptidica

Sitio A:  Lugar donde entra un nuevo ARN t con un anticodón y el aminoácido apropiado

Sitio E (exit): Donde los anticodones salen, sin el aminoácido

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La replicación se considera como la duplicación del ADN

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La replicación se considera como la duplicación del ADN

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2. Puntos importantes a conocer antes de profundizar el proceso de replicación

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2. Puntos importantes a conocer antes de profundizar el proceso de replicación

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En la replicación se presenta el: Apareamiento de Bases Complementarias

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En la replicación se presenta el: Apareamiento de Bases Complementarias

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Cada cadena contiene conjuntos de base nitrogenadas, la cadena plantilla (original) es la que determina las bases de la cadena que se estará construyendo (recién sintetizada).

A este proceso se le llama Apareamiento de Bases Complementarias: se basa en que solo se puede añadir a la cadena nueva un nucleótido que se complemente con el de la cadena original

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¿Qué son bases nitrogenadas?, éstas son un compuesto químico que contienen carbono y nitrógeno, los tipos de bases nitrogenadas son las siguientes de la imagen

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¿Cuáles bases son complementarias entre sí?

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¿Cuáles bases son complementarias entre sí?

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En el caso de la rezagada:

A esta se le llama así ya que no puede trabajar adecuadamente del extremo 5' a 3', al contrario, si quisiera trabajar fluido debería hacerlo de 3' a 5', pero como no puede hacerlo, trabaja moviéndose de 5' a 3' en el extremo 3' con ayuda de los cebadores de la primasa.

Para que esto se realice se debe hacer lo siguiente:

1. La primasa va a añadir un cebador como si fuese un solo nucleótido, sin embargo, ese cebador está compuesto por al menos 10 nucleótidos.

2. Luego de añadir el nucleótido polimerasa puede moverse en dirección 5' a 3', pero esta vez añadiendo los nucleótidos en el extremo 3', y así continuamente

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¿Por qué las bases deben complementarse?

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¿Por qué las bases deben complementarse?

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Estas lo hacen debido a que, entre bases complementarias se forman puentes de hidrógeno que permiten estabilizar la estructura del ADN, en cambio, si se insertan las equivocadas dichos puentes no van a existir por que entre bases no se atraen.

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La helicasa: esta enzima podría clasificarse como la enzima "desenrrolladora", esta se encarga de:

1. Separar las cadenas del ADN, por medio de la destrucción de los puentes de hidrógeno que la estabilizan

2. Como resultado, dos cadenas separadas del ADN que funcionaran como plantillas para la formación de otras

La helicasa, son un grupo de enzimas que utiliza energía del ATP para romper los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias.
La Topoisomerasa: Esta enzima antes de que la Helicasa realice lo suyo ayuda a eliminar super enrollamientos de la molécula del ADN

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La Polimerasa: esta enzima se podría nombrar la constructora. Después de la helicasa haber separado las cadenas del ADN, Polimerasa realizará lo siguiente:

1. Se va a desplazar por la cadena que sirve de plantilla siempre en la misma dirección (de 5' a 3')

2.  Añadiendo a su vez nucleótidos de uno en uno

Durante la replicación hay nucleótidos libres, cada uno con una de las cuatro bases nitrogenadas, Polimerasa coloca el nucleótido de forma que pueda formarse puentes de hidrógeno, pero, si no se crean los puentes el nucleótido quedará libre otra vez.

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La replicación se realiza con la ayuda de diversas enzimas, entre ellas:

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La replicación se realiza con la ayuda de diversas enzimas, entre ellas:

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Helicasa

Topoisomerasa

ADN Polimerasa

ADN Primasa

ADN Ligasa

Cebador ARN

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Esta enzima consta de seis polipéptidos globulares organizados en forma de rosquilla.
Los polipéptidos se acoplan de forma que una de las cadenas de la molécula de ADN pasa por el centro de la rosquilla y la otra por fuera.

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Polimerasa y Primasa:  En este proceso están implicadas las enzimas polimerasa y primasa, esto debido a que, como se decía anteriormente la polimerasa solo trabaja moviéndose del extremo 5' a 3', sin embargo, esta no puede hacerlo sin ayuda de la primasa, ya que es quien le brinda el cebador o primer que es el que guía a la polimerasa para que conozca por donde iniciar su trabajo.

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En el proceso de replicación se encuentran dos cadenas la adelantada y la rezagada.

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En el caso de la adelantada:

Se le llama así ya que en esta se puede trabajar adecuadamente desde el extremo 5' a 3', solo va a necesitar del cebador que la primasa debe agregar y así polimerasa puede dar inicio.

Después de esto simplemente sería un proceso continuo:

1. Topoisomerasa desenrolla

2. Helicasa separa

3. Primasa añadió el cebador al inicio

4. Polimerasa comienza a unir nucleótidos

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Estos fragmentos son la formación de un corto fragmento del cebador con la unión de los nucleótidos que agregó la polimerasa, son estos fragmentos de Okazaki los que se encuentran presentes en la cadena rezagada.

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Son cadenas de aminoácidos

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La Ligasa: Esta enzima se va a encargar de unir los fragmentos de Okazaki, de forma que las cadenas se van a unir también.
De esta manera la Ligasa también sustituye al cebador de ARN por ADN, esto se va a realizar continuamente hasta que el proceso de replicación acabe.

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Esta basa sus fundamentos en que:
De una molécula original, se replica una molécula idéntica a la original y una molécula copia nueva.

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ADN:

Timina
Adenina

Guanina
Citosina

ARN:

Uracilo
Timina

Guanina
Citocina

# data[].attributes.attachment_link.title
Traducción (de ARNm a las proteínas) | Biología | Khan Academy en Español

# data[].attributes.attachment_link.title
Transcripción y procesamiento del ARNm | Biología | Khan Academy en Español

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En esta propone que de una molécula de ADN se repliquen dos moléculas compuestas por una mezcla de ADN original y ADN recién sintetizado, como se presenta en la imagen.

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Representación gráfica del proceso de replicación

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Representación gráfica del proceso de replicación

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Enlaces de hidrógeno:
Como bien se sabe las dos cadenas del ADN se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno. Estos puentes son interacciones débiles, pero en una molécula de ADN hay gran cantidad de ellos y, así, consiguen mantener las cadenas juntas a temperaturas normales en la mayoría de las células

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La teoría aceptada es la Teoría de Replicación Semiconservativa, esto gracias al experimento de Meselson y Stahl

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Se propone que de una molécula de ADN se replicarían otras dos moléculas, cada una compuestas por una cadena original antigua y otra recién sintetizada.

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https://youtu.be/xHQLvsaIX-c

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Replicación del ADN - Meselson y Stahl IB

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Cadenas adelantada y rezagada en la replicación de ADN | Biología | Khan Academy en Español

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Se rompen los puentes de hidrógeno:

Si se calienta el ADN hasta alcanzar una temperatura alta, los puentes de hidrógeno acaban rompiéndose y las dos cadenas se separan.

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Se unen nuevamente los enlaces de hidrógeno:

Si después se enfría el ADN, se pueden formar puentes de hidrógeno que emparejan otra vez las cadenas. Este proceso se conoce como realineamiento

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El proceso de PCR se divide en los siguientes tres:

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El proceso de PCR se divide en los siguientes tres:

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En este, la máquina de PCR separa las cadenas de ADN calentándolas a 95´C durante 15 segundos y después enfría el ADN rápidamente hasta 54´C.
La reacción se calienta bastante para separar, o desnaturalizar, las cadenas de ADN. Esto proporciona los moldes de cadena sencilla para el siguiente paso.

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En este se enfría el ADN hasta 54´C. Normalmente, esto daría lugar a un realineamiento de las cadenas originales para formar ADN bicatenario. Sin embargo, hay presente un gran exceso de secciones cortas de ADN monocatenario denominadas iniciadores o cebadores. Los cebadores se unen rápidamente a secuencias complementarias y, al estar presentes en exceso, evitan el realineamiento de las cadenas originales. Como resultado, la copia de cada cadena original se inicia a partir de los cebadores.
La reacción se enfría para que los cebadores puedan unirse a sus secuencias complementarias en el molde de ADN de cadena sencilla.

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El siguiente paso de la PCR es sintetizar ADN bicatenario usando como plantillas las cadenas individuales con cebadores. Para ello se utiliza la enzima Taq ADN polimerasa.

Con la ayuda de la Taq ADN polimerasa, la PCR permite producir un enorme número de copias de una secuencia de bases seleccionada en un tiempo muy corto.

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Es una enzima que se encuentra en una bacteria llamada Thermus Aquaticus,  esta se encuentra generalmente en las termales, debido a su temperatura. En las fuentes termales varían entre 50´C Y 80´C.

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¿Por qué se utiliza la Taq ADN Polimerasa?

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¿Por qué se utiliza la Taq ADN Polimerasa?

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Como se sabe la mayoría de las enzimas de los organismos se desnaturalizan rápidamente si se encuentran en altas temperaturas, sin embargo, las Taq ADN polimerasa al estar adaptadas a las temperaturas de su ambiente (las fuentes termales) se mantienen estables sin desnaturalizarse debido a las altas temperaturas

La Taq ADN polimerasa se usa ya que es capaz de resistir un breve periodo de 95´C que es en el cual se van a separar las cadenas de ADN.

De la misma manera, funcionará a la temperatura de 54´C la cual se usa para acoplar los cebadores

Las temperaturas óptimas para que  Taq ADN Polimerasa trabaje es a los 72´C, en esta temperatura se añaden unos 1 .000 nucleótidos por minuto

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PCR: Reacción en Cadena de la Polimerasa (divulgación científica IQOG-CSIC)