Del ADN a las proteínas

Experimento de Griffith (1928) Primeras evidencias de que el ADN era el material hereditario.

Solamente cuando se eliminaba el ADN no se producía transformación y el ratón no moría.

Confirmaciónexperimental porHershey y Chase

Estructura del genoma y su expresiónEn la década de 1940 Beadle y Tatum fueron los primeros en establecer la existencia deuna relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de unaenzima, y propusieron la hipótesis de “un gen, una enzima”. Según esta hipótesis, ungen contiene la información para que los aminoácidos se unan en un determinado ordeny formen una enzima. Rayos X Se inducen mutaciones Las mutaciones afectan a ciertas enzimas Placa de cultivo con Neurospora crassa Como no todas las proteínas son enzimas, la expresión se transformó en: “un gen, una cadena polipeptídica”

Organismos procariotas• Un solo cromosoma circular• Genes continuos• Información adicional en plásmidos

Organismos eucariotas ADN• ADN en el núcleo• La mayor parte del ADN no codifica proteínas• Es más complejo que el genoma procariota debido a: o Mayor cantidad de ADN o Presencia de ADN repetitivo o Genes fragmentados (exones e intrones) o ADN asociado a proteínas (histonas) o Parte se encuentra en mitocondrias y cloroplastos (similar al genoma bacteriano)

Genoma mitocondrial

Flujo de la información genéticaEl ADN contiene la información Se necesita una molécula que El ADN está lleve la información desde el en el núcleo núcleo al citoplasmaLas proteínas se forman en el citoplasma ARNm

Con todos los datos anteriores, se elabora el siguiente diagrama del flujo de la información genética, también llamado, DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR ARNt ARNr ADN ARNm Proteína Transcripción TraducciónReplicación

El descubrimiento del mecanismo del flujo de información genética en algunos virus, capaces de llevar la información en forma de ARN y gracias a enzimas como la ARN replicasa y la transcriptasa inversa han hecho que se reformule el dogma central de la biología molecular, quedando: Transcripción ADN ARN Proteína Transcripción Traducción inversaReplicación Replicación

TranscripciónPara la síntesis de ARN se necesitan:1. Cadena molde de ADN. Una de las dos cadenas de ADN hace de molde (se transcribe). La otra, (cadena codificante) no.2. Enzimas. Son ARN polimerasas (3 en procariotas y 5 en eucariotas)En procariotas: a. ARN polimerasa I. Formación de ARNr b. ARN polimerasa II. Formación de ARNm c. ARN polimerasa III. Formación de ARNt y un ARNr de pequeño tamaño3. Ribonucleotidos trifosfatos de A, U, C y G (NTP) Hay tres etapas: iniciación, elongación y finalización. Posteriormente, con el ARNm ya formado se produce la maduración

Cadena Codificante 5’ ACG.CGT.TAA.CGT.ACG. AGT.CAA 3’ Cadena Molde 3’ TGC.GCA.ATT.GCA.TGC. TCA.GTT 5’ Cadena de RNA 5’ ACG.CGU.UAA.CGU.ACG.ACU.CAA 3’La cadena resultante del RNAm tiene la misma secuencia que la cadenacodificante, pero sustituyendo las Timinas por Uracilos.

IniciaciónLa ARN polimerasa reconoce un centro promotoren el ADN (señal de inicio de la transcripción,que indica cuál es la cadena molde)La ARN polimerasa abre la doble cadena parapermitir la incorporación de ribonucleótidos (porcomplementariedad de bases)• A-U• T-A En el ARN no hay• C-G timina• G-C

Elongación• Adición de sucesivos ribonucleótidos. Unión por enlaces ester, desprendiendo un pirofosfato (PP)• Sentido de lectura ARN polimerasa. 3’ 5’• Sentido de síntesis ARN polimerasa. 5’ 3’• Se sintetiza la cadena complementaria.• Adición de una caperuza (en eucariotas) formada por metil – guanosin- fosfato.

TerminaciónLa ARN polimerasa reconoce señales de terminación en el ADN.• Cierre de la burbuja de transcripción• Separación del ARN polimerasaSeñal de terminación en PROCARIOTAS:• Secuencias de unos 40 pares de bases que contienen una región rica en GC seguida por una serie de 6 o más adeninas (A).• Cuando se transcribe da lugar en el ARN a una secuencia rica en pares GC seguida de 6 o más uracilos (U).• La región rica en pares GC forma una estructura en forma de horquilla seguido de uracilos y que actúa como señal para la separación de la ARN polimerasa del ADN y terminación de la transcripción.

Señal de terminación en EUCARIOTAS:• La ARN polimerasa transcribe regiones de ADN largas (más que la proteína)• Un enzima encuentra una señal de corte (AAUAAA) y corta el ARN• La ARN polimerasa sigue transcribiendo, pero el transcrito, ARN sobrante, se degradará (no lleva caperuza).• Otro enzima poli-A-polimerasa añade al extremo 3’ unos 200 nucleótidos de adenina (cola poli A)

Maduración del ARNEn PROCARIOTAS• Si el ARN formado es ARNm, no hay maduración• Si se trata de ARNr o ARNt, hay un transcrito primario que sufre un proceso de cortes y empalmes.• El ARNm de procariotas puede originar varias proteínas (policistrónico).

•ARNm monocistrónico: solo tiene un codón de inicio AUG, que es reconocido porlos ribosomas para iniciar la traducción, por lo que solo da lugar a una proteína. Sedice que lleva la información de un único gen. Habitual en eucariotas.•ARNm policistrónico: tiene varios codones de inicio AUG, por lo que da lugar avarias proteínas. Se dice que lleva información de varios genes. Habitual enprocariotas

En EUCARIOTAS • Los intrones (regiones no codificantes) son eliminados mediante procesos de corte • Los exones quedan unidos (intervienen ribozimas y ARN ligasas). • Un transcrito primario puede sufrir diferentes cortes y empalmes que originan moléculas de ARNm distintas, con información para diferentes proteínas. • Cada ARNm origina una proteína (monocistrónico).• En los casos del ARNt y ARNr, los transcritos primarios elaborados por las ARN pol I y III, también sufren un proceso de maduración que incluye la adquisición de su correcta configuración espacial.

Descubrimiento del código genético ¿Cómo se pasa de una combinación de 4 letras (A,U,C y G) a los 20 aminoácidos que forman las proteínas?Hipótesis de trabajo• 1 nucleótido determina un aminoácido  solo se codifican cuatro aminoácidos diferentes. NO ES VALIDA• Dos nucleótidos codifican un aminoácido, las combinaciones posibles son 42 = 16. Tendríamos solamente 16 dinucleótidos diferentes. NO ES VALIDA• Tres nucleótidos determinan un aminoácido. Las combinaciones posibles son 43 = 64. Existen 64 tripletes diferentes. SI ES VALIDA

EXPERIMENTOSUTILIZACIÓN DE HOMOPOLÍMEROS.El uso de homopolímeros de una sola base nitrogenada servía para la síntesisde una proteína formada por un solo aminoácido.EXPERIMENTO DE NIRENBERG Y MATTHAEI.ARN, incluso ajeno a un organismo (bacterias) era capaz de dirigir la síntesis deproteínas en ese mismo organismo. Fabricando distintos tipos de ARNsintéticos comprobaron que se podían sintetizar con 61 combinaciones los 20aminoácidos y las otras tres combinaciones provocaban la terminación de lasíntesis.

TerminaciónIniciación

Características del código genético1. El código está organizado en tripletes o codones: cada tres nucleótidos (triplete) determinan un aminoácido.2. El código genético nuclear es universal: el mismo triplete en diferentes especies codifica para el mismo aminoácido. La principal excepción a la universalidad es el código genético mitocondrial.3. El código genético es degenerado: existen más tripletes o codones que aminoácidos, de forma que un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete (codones sinónimos)4. No presenta imperfección: Ningún codón codifica más de un aminoácido5. El código genético es no solapado o sin superposiciones: un nucleótido solamente pertenece a un único triplete.6. La lectura es "sin comas": el cuadro de lectura de los tripletes se realiza de forma continua "sin comas" o sin que existan espacios en blanco.

Proceso de traducción• Requiere: – Ribososmas – ARNm – Aminoácidos activados – ARNt – Enzimas y energía – Factores de iniciación y terminación• Localización: RIBOSOMAS – Subunidad grande: se unen los aminoácidos – Subunidad pequeña: se une al ARNm E P A Sitio A : aminoácido Sitio P : péptido en formación Subunidad del ribosoma Sito E : ARNt descargado

Ribosoma procariota (70s)Ribosoma eucariota (80s)

ARN de transferencia • Transportan los aminoácidos. • 20 ARNt diferentes. • Partes importantes: – Anticodón: especificidad con el aminoácido. – Extremo 3’ : unión al aminoácido.

Activación de los aminoácidos• Es la unión del aminoácido con el ARNt específico, con gasto de ATP• Enzimas: aminoacil-ARNt-sintetasa (hay, al menos, 20 aminoacil-ARNt- sintetasas distintas. aa1 + ARN-t1 + ATP → ARN-t1-aa1 + AMP + PPi

Inicio de la traducción• Unión de la subunidad pequeña y el ARNm (cerca del codón iniciador)• Llegada del primer ARNt al sitio P • En procariotas lleva N-formilmetionina • En Eucariotas lleva metionina• Unión de la subunidad grande del ribosoma

En la iniciación de la cadenapolipeptídicaintervienen, además delprimer ARN-t, o ARN-tiniciador y las subunidadesribosomales, el ARN-m, enzimas, los factores deiniciación IF1, IF2 e IF3 yuna fuente de energíacomo GTP.

Elongación de la cadena proteicaTiene lugar por la formación de enlaces péptídicos entre los aminoácidossucesivos.Intervienen: el peptidil-ARN-t, los aminoacil-ARN-t, ribosomas, ARN-m, enzimas, factores proteicos de elongación EF-Tu, EF-Ts y EF-G y fuentes deenergía como GTP.

1. Un segundo aminoacil ARNt llega al sitio A 2. Formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos (peptidil transferasa) 3. Translocación del ribosoma (desplazamiento sobre el ARNm en sentido 5’ 3’) 4. Salida del primer ARNt (sin aminoácido) 5. Entrada de un tercer aminoacil ARNt al sitio A 6. …..El proceso consume GTP

Terminación de la cadena proteíca• Los ribosomas avanzan a lo largo del ARN-m y encuentran algún triplete STOP: UAA, UAG y UGA.• Intervienen unos factores proteicos de terminación.• No hay ningún ARN-t que reconozca a los tripletes de terminación. Los factores de terminación o liberación son los que reconocen los codones de STOP.• Cuando el último peptidil-ARN-t está en el sitio P los factores de terminación entran en el sitio A.• El polipéptido se libera de la sede P, se disocian las dos subunidades del ribosoma y se libera el ARN-t que estaba en la sede P. Esta reacción de terminación se lleva a cabo mediante la hidrólisis de GTP.

Un mismo ARNm puede ser leído por varios ribosomas al mismo tiempo,generando muchas copias de la misma proteína rapidamente.En procariotas, la traducción es simultanea a la transcripción (no hay separaciónfísica entre ambos procesos como en los eucariotas)

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120077/micro06.swfProceso de traducción de proteínasComparación de la traducción entre procariotas y eucariotas:http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120077/bio25.swf

Regulación de la expresión génica en procariotasPrincipio de economía: solo se sintetiza lo que se necesita en cada momento.Modelo del operón (Jacob y Monod, 1961)Esta formado por:• Genes estructurales (cistrones)• Promotor..• Operador.• Gen regulador.• Proteína reguladora.• Inductor.

Características diferenciales del operón:• Conjunto de genes estructurales (cistrones), cuya expresión genética depende de otras secuencias de ADN a las que está asociado y que codifican para distintas enzimas de una misma vía metabólica.• Se expresan de forma coordinada (están funcionalmente relacionados).Las secuencias de ADN asociadas a los cistrones, en el operón, son las siguientes:1. Promotor: Nucleótidos situados antes del punto de inicio de la síntesis de ARNm.2. Operador: Secuencia próxima a los genes estructurales y solapada al promotor. Permite o no la acción transcriptora de la ARN pol. Puede ser bloqueada por una proteína represora (represor).3. Regulador: Secuencia que puede estar más distante de los cistrones. Determina la síntesis de un represor. Genes estructurales (cistrones) Promotor Regulador Operador 1 2 3 OPERON

El operón Lactosa Este operón regula la síntesis de las tres enzimas que controlan la degradación de la lactosa (galactosidasa, permeasa y transacetilasa).En ausencia de lactosa:• El gen regulador se transcribe y se sintetiza la proteína represora.• El represor se une al operador y la ARN pol no puede acceder al promotor.• La transcripción de los genes estructurales queda bloqueada (represión).

En presencia de lactosa:• La lactosa actúa como agente inductor capaz de unirse al represor.• El represor sufre un cambio conformacional y no puede unirse al operador.• El operador no queda bloqueado Se inicia la transcripción de los genes estructurales (inducción).

OPERÓN HIS Este operón regula la síntesis de otro complejo enzimático, dependiendo de la mayor o menor concentración de un producto biosintético final (la histidina). 1) Ante un exceso de histidina: -El excedente de histidina actúa como un agente correpresor capaz de unirse a la proteína represora (inactiva en principio), activándola.-Se forma un complejo histidina-represor que bloquea al operador,impidiendo que la ARN pol accedaal promotor.-Como consecuencia, no tienelugar la transcripción de loscistrones (represión) y no seelabora el complejo enzimáticocorrespondiente.

2) Ante la disminución de la histidina:-El represor se sintetiza en forma inactiva.-Por tanto, no bloquea al operador.-Como consecuencia, la ARN pol puede actuar sobre el promotor específico parainiciar la síntesis de ARNm y la posterior elaboración del sistema enzimático(inducción).

Regulación de la expresión génica en eucariotas• Todas las células de un organismo eucariota proceden del mismo cigoto• El proceso de diferenciación que sufren se debe a un mecanismo de expresión génica diferencial.• La regulación de este mecanismo se realiza en varios momentos; antes, durante y después de la transcripción

Regulación antes de la transcripción• Está relacionada con la condensación de la cromatina.• Los genes situados en la heterocromatina no se expresan (los enzimas no pueden acceder a ellos debido a la compactación) Controles transcripcionalesExisten proteínas llamadas factores de transcripción específicos que se unen asecuencias cercanas al promotor y pueden facilitar o inhibir la transcripción. Controles postranscripcionalesExisten varios mecanismos después de la transcripción:1. Corte y empalme alternativo del ARN2. Degradación del ARNm3. Procesamiento después de la traducción.

Adición de la caperuza y cola poli A:http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=eM_8NUUg9YQhttp://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=6ojQYMC7_2AMaduración del ARNProceso de transcipción y traducciónhttp://www.elmundo.es/especiales/2003/02/salud/genetica/descifrar_la_vida.htmlOperon Lactosahttp://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/transcr/operon-lac.webm

http://www.educa.madrid.org	8690
http://www.edu.xunta.es	93
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http://iessalvadorgadea.edu.gva.es	19
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