Redes Genéticas: Biocomplejidaden las Organizaciones Sociales

Roberto Pineda ChavarríaSábado 21 de mayo 2011

Auditorio FIAUniversidad San Martin de Porres

genoma

Célula

cromosomas

genes

los genes

contienen

instrucciones

para hacer

proteínas ADN

proteínas

las proteínas actúan

solas o en complejos

para realizar las

funciones celulares

ADN ADN

ARN

PROTEÍNAS

BASES MOLECULARES

DE LA VIDA

Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’

Hebras antiparalelas

Punta 3’ librePunta 5’ libre

ACIDOS NUCLEICOS

Crick demostró que los aminoácidos de una proteína van a estar codificados por la secuencia de tres bases consecutivas (codones) en el mRNA

Los codones que codifican para una proteína son los que se encuentran después de un triplete de inicio AUG.

CÓDIGO GENÉTICO

Código GenéticoSegunda letra

Primera

letra

Tercera

letra

Gen 2

Polimerasade RNA

Cadena molde gen 1

Polimerasade RNA

RNA Cadena molde gen 2

Cadena antisentido gen 2

Cadena antisentidogen 1

Gen 1

Cadenas de DNA utilizadas como molde en la transcripción

TRANSCRIPCIÒN

La ARN polimerasa se activa cuando forma un complejo con los factores de transcripción o elementostrans. La interacción de estos entre sí, y con las secuencias reguladoras del ADN(los factores cis) es la que determina donde, cuando y con qué rapidez ocurre la transcripción

ARN de transferencia activado: cargado con el aminoácido correspondiente

Aminoacidos

tRNA

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR

Hebra molde

Transcripción

Traducción

TRADUCCIÓN

ARN --- Proteína

Cuatro monómeros de aminoácidos

Reacción de condensación

Polipéptido

Enlace peptídico catalizado por el complejo enzimático localizado en el ribosoma

01_03_3.jpg

No polares o hidrofóbicos

01_03_2.jpg

Polares neutros

En sus residuos tienen grupos aminos, hidroxilos o sulfidrilos

01_03_3.jpg

No polares o hidrofóbicos

Estructura primaria(Secuencia lineal)

Residuos de los distintos aminoácidos

Estructura secundaria(forma adoptada espontáneamente)

Estructura terciaria(Forma tridimensional: globular,tubular, como una rueda, etc.)

Las proteínas sufren transformaciones post-traduccionales

Estructura cuaternaria: combinación de monómeros

Microtúbulos• Los microtúbulos intervienen en diversos

procesos celulares que involucran desplazamiento de vesículas de secreción, movimiento de orgánulos, transporte intracelular de sustancias, así como en la división celular (mitosis y meiosis) y que, junto con los microfilamentos y los filamentos intermedios, forman el citoesqueleto. Además, constituyen la estructura interna de los cilios y los flagelos.

• Los microtúbulos son heteropolímeros de α- y β-tubulina, los cuales forman dímeros, que son su unidad estructural.1 Los dímeros polimerizan en 13 protofilamentos, que luego se agregan lateralmente para formar estructuras cilíndricas huecas. Para polimerizar se requiere la presencia de dímeros a una concentración mínima determinada denominada concentración crítica, aunque el proceso se acelera por la adición de núcleos, que son elongados.

Luciferasa: • La imagen muestra a una molécula

globular con un centro de color fosforescente. Una explicación simplificada del funcionamiento de esta proteina nos dice que con la ayuda de otra proteina llamada luciferin se forma un complejo que cataliza oxígeno y otra molécula energética llamada trifosfato de adenosina o ATP (por sus siglás en inglés) para generar dióxido de carbono que en el proceso emite fotones de luz verde. Además de su uso en la naturaleza, científicos usan esta enzima para medir procesos biológicos que consumen energía proveniente del ATP.

Receptores Nucleares o Citoplasmáticos • Los receptores nucleares o citoplasmátics son proteínas solubles

localizadas en el citoplasma o en el núcleo celular. La hormona que pasa a través de la membrana plasmática, normalmente por difusión pasiva, alcanza el receptor e inicia la cascada de señales. Los receptores nucleares son activadores de la transcripción activados por ligandos, que se transportan con el ligando u hormona, que pasan a través de la membrana nuclear al interior del núcleo celular y activan la transcripción de ciertos genes y por lo tanto la producción de una proteína.

• Los ligandos típicos de los receptores nucleares son hormonas lipofílicas como las hormonas esteroideas, por ejemplo la testosterona, la progesterona y el cortisol, derivados de la vitamina A yvitamina D. Estas hormonas desempeñan una función muy importante en la regulación del metabolismo, en las funciones de muchos órganos, en el proceso de desarrollo y crecimiento de los organismos y en la diferenciación celular. La importancia de la fuerza de la señal es la concentración de hormona, que está regulada por:

• Los receptores nucleares que son activados por hormonas activan receptores específicos del ADN llamados elementos sensibles a hormonas (HREs, del inglés Hormone Responsive Elements), que son secuencias de ADN que están situados en la región promotora de los genes que son activados por el complejo hormona receptor. Como este complejo activa la transcripción de determinados genes, estas hormonas también se llaman inductores de la expresión genética.

Androgen Receptor

Ecdysone Receptor

Vitamin D Receptor

1950 S.XX

Rosalind Franklin y la difracciónDe rayos X

Watson y Crick

Microscopía vs. Rayos X

Experimento de Difracción

Difracción de Rayos X (I)

Experimento de Difracción

Experimento de Difracción

Difracción de Rayos X (I)18000

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

TIOUREA2 data - background

TIOUREA2 peaks

1200

1000

800

600

400

200

0

31-1934 Thiourea

20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0

Difracción de Rayos X (I)

Retículo Recíproco

* b c

aa b c

* c a

ba b c

* a b

ca b c

RD RR

Fuente de RX

Detecto

r de R

ayos X

Esfera de Ewald

Retículo

Recíproco

Esfera de Ewald (I)

Los orbitales s (l=0) tienen forma esférica. La extensión de este orbital depende del valor del número cuántico principal, asi un orbital 3s tiene la misma forma pero es mayor que un orbital 2s.

• Los orbitales p (l=1) están formados por dos lóbulos idénticos que se proyectan a lo largo de un eje. La zona de unión de ambos lóbulos coincide con el núcleo atómico. Hay tres orbitales p (m=-1, m=0 y m=+1) de idéntica forma, que difieren sólo en su orientación a lo largo de los ejes x, y o z.

• Los orbitales d (l=2) también están formados por lóbulos. Hay cinco tipos de orbitales d (que corresponden a m=-2, -1, 0, 1, 2)

HibridaciónEn química, se habla de hibridación cuando en un

átomo, se mezcla el orden de los electrones entre orbitales creando una configuración electrónicanueva, un orbital híbrido que describa la forma en que en la realidad se disponen los electrones para producir las propiedades que se observan en los enlaces atómicos.

Hibridacion sp3

Agua

• Las propiedades del agua radican en la simplicidad de su estructura molecular formada por dos átomos de hidrógeno y uno oxígeno a través de dos enlaces O—H .

• Los enlaces O—H se forman por solapamiento de un orbital sp3 oxígeno (el oxígeno presenta cuatro orbitales hibridos sp3, dispuestos según los vértices de un tetraedro)y un orbital 1s del hidrógeno. Los átomos de hidrógeno de la molécula de agua se localizan en dos vértices del tetraedro, mientras que los dos pares de electrones del oxígeno que no participan en el enlace se localizan en los otros dos vértices.

• La carga neta de la molécula de agua es cero, no obstante una cierta polaridad debido a la diferencia de electronegatividades entre el oxígeno (3,5) y el hidrógeno (2,1). Esta diferencia de polaridad entre los átomos de oxígeno y hidrógeno conlleva a la deformación de la nube electrónica del enlace, favoreciendo que los electrones se encuentren más cerca del oxígeno que del hidrógeno, de esta forma el oxígeno tiene una cierta densidad de carga negativa y el hidrógeno una cierta densidad de carga positiva, formando un dipolo permanente.

• Además esta polaridad del enlace entre el oxígeno y el hidrógeno permite que se formen enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. El hidrógeno al tener densidad de carga positiva es atraído por el oxígeno de otra molécula de agua que presenta densidad de carga negativa . Este enlace tiene una fuerza de unión que es de un 5% de la presentada por un enlace covalente.

• Estos puentes de hidrógeno entre las diferentes moléculas de agua son los que permiten que el agua sea líquida en un intervalo de temperatura muy amplio (0° a 100°C). Cada molécula de agua puede unirse por puentes de hidrógeno a otras 4 moléculas en disposición tetraédrica.

• El agua en estado líquido forma una media de 3,4 uniones por puente de hidrógeno. De esta manera el agua en estado líquido forma una extensa red mantenida por enlaces por puente de hidrógeno. Es decir se puede concebir como una red compuesta por el agrupamiento oscilante de moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno que continuamente se están reorganizando.

• El agua cuando está en estado sólido es debido a que se han establecido los cuatro enlaces por puente de hidrógeno en todas las moléculas de agua, adquiriendo una conformación de red cristalina fija que no se encuentra en continuo movimiento.

CARBONOsp2 sp3

http://www.youtube.com/watch?v=8O3qEtH76OA

1800 S.XIX

Darwin Mendel

El Viaje de Darwin

en.wikipedia.org/wiki/Image:Charles_Darwin_by_G._Richmond.jpgen.wikipedia.org/wiki/Image:HMS_Beagle_by_Conrad_Martens.jpg

Voyage of the Beagle

• de 1831-1836, un joven naturalista llamado Charles Darwin realiza un viaje por el mundo abordo del HMSBeagle.

• el quedo asombrado por la enorme diversidad biologica y empezo a cuestionarse sobre como pudieron averse originado.

Selección Natural

• en su libro el origen de las especies publicado en 1859, Darwin propuso una explicacion sobre el como las especies pudieron haberse originado.

• cuando el alimento es limitado la competencia hace que solo el mas apto sobreviva.

•Pero la seleccion natural es mas que la sola asignacion de recursos , la seleccion sexual, la defenza contra depredadores y la adecuacion ambiental sol solo algunos de los otros aspectos de la seleccion natural.

Darwin in 1860

Genetica

en.wikipedia.org/wiki/Image:Mendel.pngen.wikipedia.org/wiki/Image:Doperwt_rijserwt_peulen_Pisum_sativum.jpg

Mendel and his peas • de1856-63, un monje llamado GregorioMendel cultivo 29,000 plantas de arverjaspara investigar como eran heredadas las caracteristicas

morfologicas (fenotipicas) de la planta.

• el definio los prinicipios basicos de la genetica, el mostro como las nuevas generaciones reciven caracteristicas de ambos padres , pero solo las caracteristicas dominantes son expresadas, lamentablemente el trabajo de Mendel recien sale a la luz en el 1900 , luego de su muerte.

Genotipo y Fenotipo

FenotypoGenotypo

Mutacion

upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Types-of-mutation.png humansystemstherapeutics.com/bb.htm

Types of mutation

Mutant fruitfly

• Errores de copiado.

• Radiacion, Virus y Oncogenes pueden inducir mutaciones.

• los organismos poseen mecanismos que reparan los errores de copiado

Fosiles Transicionales

Archaeopteryx

Algunos fosiles muestran claras transiciones entre una especie o grupo a otro.

Arqueopterix (1861) comparte caracteristicas de Dinosaurios y Aves.

Es una buena evidencia de que las aves descienden de dinosaurios.

Seleccion Natural • Los Alelos mutantes se dispersan en base a la reproduccion sexual.

• si el alelo representa un efecto negativo reduce la habilidad del individuo de transmitir ese alelo a su descendencia.

• Las mutaciones favorables pasan con EXITO a la siguiente generacion.

Selection of dark gene

Peppered Moth• Betularia de Haldane

• Revolucion Industrial

Haldane and the peppered moth

• el alelo seleccionado es menos visible para los depredadores el color oscuro sirve como camuflaje.

Además de la homología, se asumen dos condiciones para utilizar caracteres como indicadores de la filogenia:

Que sean heredables, o sea que tengan una base genética.Que sean independientes, o sea que la probabilidad de un cambio de estado en uno no dependa de un cambio en otro.

Largo del ÁrbolEl Largo del árbol es calculado por la suma de los cambios o transformaciones o estado de los caracteres a lo largo de cada rama o internado del árbol.

PRINCIPALES PARAMETROS

ESTADISTICA DE LA FILOGENIA

Estados de transformación de los caracteresPasos:

0 1

2 3

0 31 2 011

Global metabolism map (human)

Christakis demonstrate the “contagious” spread of obesity in a large social network (NEJM 2007).

http://oracleofbacon.org/

Solé & al – Universitat Pompeu FrabraRelaciones sintácticas (azul) y de precedencia

• http://www.google.com/trends

• http://ngrams.googlelabs.com/

Transición de red en estrella a red IE – Adquisición del lenguaje

¿Las Organizaciones son seres Vivos?