T15 - Del adn a las proteínas (expresión génica).

T15 – DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).1. El ADN como material hereditario.2. Estructura del genoma y su expresión.3. Flujo de información genética.4. Transcripción: síntesis del ARN.5. Maduración del ARN.6. El código genético.7. El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.8. Regulación de la expresión génica.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).ANTECEDENTES PAU:2002 - Junio: traducción, etapas y explicación; código genético;2004 – Junio: transcripción y traducción, definición;2004 – Septiembre: transcripción y traducción, identificación en esquema y explicación;2005 – Septiembre: código genético, definición y características; reparación del ADN, cómo se produce;2006 – Junio: transcripción y traducción, definición y localización intracelular; ARN, tipos y función en la síntesis de proteínas; formación de ADN a partir de ARN;2008 – Septiembre: código genético, características;

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).1 – El ADN como material hereditario. - 1ª Evidencia - Experiencia de Griffith (1928) Las bacterias muertas de Streptococcus pneumaniae tenía un “principio transformante” que era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaban sus caracteres hereditarios convirtiéndolas en virulentas.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).1 – El ADN como material hereditario. - 2ª Evidencia - Experiencia de Avery, McLeopd y McCarthy (1944) Aislaron a partir de los extractos de neumococos S (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas: polisacáridos, lípidos, proteínas, ARN y ADN Con cada una de ellas intentaros transformar las células R vivas en S. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformarlos excepto la fracción que contenía ADN.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).1 – El ADN como material hereditario. - 3ª Evidencia -Experiencia de Hershey y Chase (1952)Experiencia con bacteriófagos en el que se utilizaron marcajes radiactivos con P32 (ADN) y S35 (proteínas). Se tuvo la certeza que el ADN era el portador de la información.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).2 – Estructura del genoma y su expresión.• GENOMA:Material genético (ADN) de un organismo que se almacena en forma de GENES.• GEN:Fragmento de ADN que lleva información para que unos determinados aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína.Es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable o FENOTIPO. G. Beadle y E. Tatum Establecen una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima: “un gen, una enzima”. No todas las proteínas son enzimas y hay proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas. La hipótesis se transforma: Neurospora crassa “un gen, una cadena polipeptídica”. moho con el que trabajaron produciendo mutaciones con rayos X

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).2 – Estructura del genoma y su expresión. La información se almacena en forma de GENES a lo largo del GENOMA, pero… ¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?C) PROCARIOTAS: • 1 solo cromosoma circular. • Genes continuos (no existen zonas sin información). • Plásmidos → moléculas pequeñas de ADN circular que se replican independientemente.D) EUCARIOTAS: • ADN se encuentra en el núcleo. • Mayor cantidad de ADN que en Procariotas. • Hay ADN repetitivo (secuencias ↑ repetidas que no codifican proteínas). • En los genes hay intrones (“sin información”) y exones (“con información”). • ADN se asocia a proteínas (histonas). • Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular (≈ Procariotas).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).3 – Flujo de información genética.ORGANICEMOS LAS IDEAS:2. El ADN ha de ser “leído” y “traducida” su información para ver qué aminoácidos se sintetizan.3. Un “intermediario” “lee” esa información y se la “copia”.4. A partir de la información del “intermediario”, se sintetizan los aminoácidos. Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).3 – Flujo de información genética.• Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN.• Otros poseen transcriptasa inversa, que sintetiza ADN a partir de ARN mediante retrotranscripción.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).3 – Flujo de información genética.RESUMIENDO…3. Replicación.4. Transcripción.5. Transcripción inversa (en algunos virus).6. Replicación de ARN (en algunos virus).7. Traducción.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).3 – Flujo de información genética. PROCARIOTAS EUCARIOTAS

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.La síntesis de ARN o transcripción necesita:• Cadena de ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE. ARN polimerasa I → ARNr• ENZIMAS → ARN-POLIMERASAS. En eucariotas ARN polimerasa II → ARNm ARN polimerasa III → ARNt y ARNr• RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO de A, G, C, U.FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN:• INICIACIÓN: ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble hélice.• ELONGACIÓN: ARN-polimerasa lee el ADN y sintetiza el ARNm.• TERMINACIÓN: ARN-polimerasa lee en el ADN una señal de terminación. Se cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del ARN transcrito.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.INICIACIÓN.• ARN-polimerasa reconoce el CENTRO PROMOTOR → secuencia corta debases nitrogenadas que indica en inicio y qué cadena de ADN será la molde.• ARN-polimerasa abre una pequeña región de la doble hélice de ADN.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.ELONGACIÓN.• ARN-polimerasa lee la hebra molde 3´→ 5´ y sintetiza el ARN en 5´ → 3´.• Selecciona el ribonucleótido cuya base es complementaria al ADN molde y loune mediante enlaces éster.• EUCARIOTAS: en el extremo 5´ se le añade al ARN una cabeza (caperuza olíder) de metil-guanosín-fosfato, necesaria para la traducción.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.TERMINACIÓN.• ARN-polimerasa reconoce en el ADN una señalde terminación, que indica el final de latranscripción.• PROCARIOTAS: • La señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (se lee igual de izq → dcha que dcha → izq) formada por G y C seguida de varias T que forma al final de ARN un bucle.• EUCARIOTAS: • La señal de terminación es la señal de poliadenilación (AAUAAA).• La enzima Poli-A-polimerasa añade en 3´ lacola poli-A (200 Adeninas) → interviene en lamaduración y transporte del ARN fuera delnúcleo.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN. TRANSCRITO PRIMARIO MADURACIÓN

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).4 – Transcripción: síntesis del ARN.TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (Resumen).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).5 – Maduración del ARN.Organismos procariontes• Los ARNm no sufren proceso de maduración.• Los ARNt y ARNr se forman a partir de untranscrito primario que contienen muchas copiasdel ARNt y ARNr.Organismos eucariontes El ARN transcrito primario sufre un proceso de “corte y empalme” por la ribonucleoproteína pequeña nucleolar (RNPpn) llamada splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).5 – Maduración del ARN.MADURACIÓN en Eucariotas:• En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira losintrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.• En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5´) y AG(en el punto de corte 3´) de los intrones.• FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen. • Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm diferentes siguiendo dos procesos de “corte y empalme” distintos.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).6 – El código genético.• Es el “diccionario” que traduce la secuencia de bases del ARN → aminoácidos.• Incluye 64 tripletes posibles (4 bases organizadas de 3 en 3: 43 = 64) que codifican para 20 aminoácidos proteicos, por lo que cada aminoácido puede ser codificado por más de un triplete.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).6 – El código genético. CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO Universal Degenerado • Compartido por todos los organismos • A excepción de la metionina y el triptófano, un conocidos. Incluso los virus. aminoácido está codificado por más de un • El código ha tenido un solo origen evolutivo. codón. • Existen excepciones en las mitocondrias y • Esto es una ventaja ante las mutaciones. algunos protozoos. Carece de solapamiento Sin imperfección • Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir • Cada codón solo codifica a un aminoácido. bases nitrogenadas.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Activación del aminoácido. Unión de cada aminoácido con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP. Existen al menos 20 aminoacil ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Iniciación: • La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met) (Eucariotas) o ARNt-N formil metionina (f-Met) (Procariotas). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionia (Met).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación I: • A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2, la glutamina (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación II: • Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación III: • El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación IV: • El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región P (peptidil) del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aminoácido3.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación V: • Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteina (Cys).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VI: • Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteina (Cys).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VII: • Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VIII: • El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt-Cys-Gln- Met en la región peptidil (P) del ribosoma.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación IX: • Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación X: • Éste se sitúa en la región aminoacil (A).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XI: • Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XII: • Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XIII: • Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata de un codón de finalización o de STOP (UAG, UGA o UAA).

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Finalización I: • Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian hasta nueva síntesis y se separan del ARNm.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Finalización II: • Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Polirribosoma o polisoma: • Si el ARNm que se tiene que traducir es largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. INICIACIÓN La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm colocando el codón de iniciación AUG en el sitio P. A continuación se coloca el primer aminoacil- ARNt con el aminoácido N-f-Met en procariotas y el aminoácido Met en eucariotas. ELONGACIÓN Finalmente se une la subunidad grande del ribosoma.Se produce el alargamiento del péptido. Entraun nuevo aminoacil-ARNt complementario alcodón del sitio A.Se formará un enlace peptídico entre los dosaminoácidos presentes gracias a la peptidil-transferasa.A continuación se trasloca el ribosoma ensentido 5´→ 3´ sobre 3 bases del ARNm, se liberael sitio A y el segundo ARNt se sitúa en el sitio P.Entra un nuevo aminoacil-ARNt en A. Se forma unnuevo enlace peptídico y se repite el proceso.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. TERMINACIÓN Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UGA o UAG), entonces entra en el sitio A un factor de liberación proteico que separa el péptido del último aminoacil-ARNt. Todos los elementos se separan y la proteína adquiere su estructura tridimensional. Polirribosomas Si el ARNm a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leido por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).8 – Regulación de la expresión génica. Una célula no sintetiza todas las proteínas que es capaz, sino sólo aquellas que necesita según su función y momento vital. Es necesario un control que es muy complejo pero que en gran medida ocurre en la transcripción.• EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).Promotor: es una secuencia de nucleótidos en los que se une la ARN-pol para iniciar la transcripción.Genes estructurales: conjunto de genes relacionados con una misma función que se transcriben conjuntamente generando un ARN policistrónico.Operador: secuencia de nucleótidos situados entre el promotor y los genes estructurales.Gen regulador: codifica una proteína que actúa como represor uniéndose al operador e impidiendo que la ARN-pol pueda iniciar la transcripción. Si hay lactosa en el medio, la bacteria necesita metabolizarla y para ellos requiere 3 enzimas. Es un derivado de la lactosa quien se une al represor y lo inactiva de manera que deja libre el ADN y permite el trabajo de la ADN-pol.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).8 – Regulación de la expresión génica. • EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).Es un proceso mucho más complejo y menos conocido.Es importante destacar que es esta regulación la que permite que, a partir de un mismopaquete de genes, se origine la gran diversidad de tipos celulares presentes en unorganismo pluricelular complejo. Promotor: es una secuencia de nucleótidos que suele estar situado cerca del gen que se va a transcribir. Tiene un punto de unión para proteínas activadoras que permiten la unión de la ARN-pol. Elementos activadores: controlan la transcripción y pueden estar muy distantes del gen. Suelen ser activados para su transcripción por otras proteínas. Proteínas activadoras: actúan uniéndose al promotor y a los elementos activadores, permitiendo que a continuación se una la ARN-pol. Pueden activar múltiples elementos a la vez. LA REGULACIÓN HORMONAL Muchas hormonas actúan como mensajeros químicos que controlan la expresión génica. Es el caso de las hormonas esteroideas que pueden entrar en cualquier tipo de célula pero sólo en aquellas que presentan un receptor específico forman un complejo hormona-receptor que actúan como activador de la transcripción.

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by Ángel González

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