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  • 1. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas11GUIA N° 5 TRASCRIPCIÓN .El ADN, es el material genético de las células, o sea, la moléculaque lleva la información en forma codificada de una molécula aotra y de los progenitores a sus hijos. La expresión de un gen selogra mediante su copia en ARN que a su vez dirige la síntesis deproteínas específicas (última etapa de la información genética).El ADN a pesar de contener la información genética no puedeservir de molde directo para la formación de proteínas y, por ello,de ocurrir la trascripción.La trascripción es un proceso de copia del ADN para formar ARN.Este proceso es realizado por la enzima ARN polimerasa. Es unproceso asimétrico porque solo se copia una de las hebras delADN. Por otra parte, la longitud de las cadenas de ARN esheterogenia y refleja la longitud de la cadena polipeptídica para lacual codifica.La ARN polimerasa opera de la misma forma que la ADNpolimerasa, moviéndose en dirección 3’ a 5’ a lo largo de la cadenamolde de ADN, sintetizando una nueva cadena complementaria denucleótidos (ribonucleótidos), en la dirección 5’ a 3’ , así la cadenade ARN es antiparalela a la cadena molde de ADN de la cual estranscripta.Cuando la enzima inicia la transcripción se une al ADN en unasecuencia especifica llamada secuencia promotora o promotor, abrela doble hélice en una pequeña región, así, quedan expuestos losnucleótidos de una secuencia corta de ADN. Luego, la enzima vaañadiendo ribonucleótidos, moviéndose a lo largo de la cadenamolde, desenrollando la hélice y exponiendo así nuevas regiones.El proceso de elongación de la nueva cadena de ARN continuahasta que la enzima encuentra otra secuencia especial denominadaseñal de terminación. En este momento, la enzima se detiene ylibera a la cadena de ADN molde y a la recién sintetizada cadenade ARN.La mayoría de los genes contienen secciones de ADN que nocodifican. Estas zonas son luego separadas a nivel del ARN paraempalmarse los segmentos restantes. Los segmentos removidos sedenominan intrones o secuencias intercaladas y os segmentos quepermanecen en el ARNm maduro son los exones. Los ARNm queposeen intrones no pasan al citoplasma hasta perder el ultimo intrónlo cual asegura que no se traduzca en una proteína incorrecta. Asíel procedimiento ocurre en el núcleo.El procedimiento del ARN permite hacer distintas combinacionesde exones, de manera que se pueden formar de 15 a 20 proteínasdiferentes a partir de una única unidad transcripcional.
  • 2. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas22Representación del proceso de transcripción. Observe que la dirección de la trascripción siempre es de 5´a 3´, es decir, la elongación o crecimiento de la molécula de RNA es siempre por el extremo 3´. Etapas de la transcripción:Se estudió inicialmente en Escherichia coli y el proceso consta de cuatro fases:A) Iniciación o ensamblaje de moléculas.B) Elongación o crecimiento de la molécula de RNA.C) Terminación o conclusión de la cadena de RNA.D) Maduración o transformación del RNA transcrito.A) IniciaciónLa RNA polimerasa se une fuertemente cuando entra en contacto con una secuencia específica de DNA,llamada promotor. En el promotor se encuentran dos cortas secuencias situadas entre -35 y -10 nucleótidosdel inicio (0) de la transcripción. La misión de las secuencias promotoras es indicar dónde se inicia latranscripción, en cuál de las dos hebras del DNA y en qué lugarB) Elongación.Después de unirse al promotor, la RNA polimerasa abre una región localizada de la doble hélice, de formaque expone los nucleótidos de ambas cadenas de una pequeña zona del DNA. Una de las dos cadenasexpuestas del DNA actúa como patrón para el apareamiento de las bases complementarias y se inicia laformación de una cadena de RNA. De esta forma, la cadena de RNA va creciendo nucleótido a nucleótido endirección 5’ a 3’. El proceso de elongación de la cadena continúa hasta que la enzima encuentra una segundasecuencia especial del DNA, la señal de terminación.Durante la elongación de la cadena de RNA, la polimerización alcanza una velocidad de 30 nucleótidospor segundo a 37º C. Por consiguiente, una cadena de RNA de 5.000 nucleótidos tarda unos tresminutos en sintetizarse.
  • 3. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas33C) TerminaciónExisten diversas señales de terminación en el DNA molde que son secuencias que desencadenan laseparación de la enzima RNA polimerasa de la cadena molde y del RNAtranscrito.D) Maduración En procariontes el RNA mensajero, antes de terminar el proceso de transcripción empieza a sertraducido, por lo tanto no necesita de maduración, habitualmente son policistrónicos. Los RNAribosomal y de transferencia se forman a partir de transcritos primarios. La maduración consiste enmodificaciones tales como rupturas de la cadena y añadidos de nucleótidos (-CCA) en el extremoterminal 3’. En eucariontes cada gen eucariota se transcribe separadamente (monocistrónico), con un controltranscripcional independiente para cada uno. Los distintos RNA transcritos en los eucariontes presentanuna serie de especializaciones no encontradas en procariontes.Algunos pre mRNA (RNA heteronuclear)pueden ser procesados en más de una forma.En algunos casos se utiliza el mismo gen paraproducir una proteína en un tejido y otradistinta en otro tejido. Esto es posible porquealgunos genes producen moléculas depremRNA que tienen múltiples patrones deempalme. Se ha observado que estospremRNA presentan un segmento que puedeser Intrón o Exón. Este procesamientodiferencial del RNA nuclear permite, a lascélulas de cada tejido, producir su propiaversión de mRNA correspondiente al genespecífico.
  • 4. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas44TRADUCCIÓN (Biosíntesis de Proteínas).La traducción corresponde a la síntesis de proteínas y representa un proceso irreversible.La información genética se organiza en el ADN en forma de 4 nucleótidos: A, G, C y T. La información quecontiene el ADN para la formación de una proteína específica pasa al ARN a través del proceso detrascripción.El ARN mensajero se le traduce ahora en otra clase de información que son los aminoácidos que formanparte de una proteína.En la síntesis de proteínas participan los ribosomas, ARNm, ARNt y una serie de proteínas específicas.El ribosoma está formado por dos subunidades; una pequeña y otra grande. Cuando ambos se unen formandos espacies llamados sitio aminoacil o A y sitio peptidil o P. Los ARNt se unen a los sitios del ribosoma ycon ayuda de enzimas específicas se va produciendo una cadena de aminoácidos que constituyen a controlarel color de la piel, del pelo o de cualquier otra característica hereditaria de nuestro organismo.
  • 5. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas55Código genético.El, proceso de síntesis de proteínas evidencia que existe una clave genética la cual controla la producción deuna cadena polipeptídica. El esclarecimiento de esta clave o código genético, contenido en el ADN ycopiado al ARNm, tuvo una destacada participación de Severo Ochoa y Grunberg-Manago, en 1955. Luegoen la década de los 60, Nirenberg, Leder y Khorana, realizaron experimentos que les permitieron esclarecerla presencia de una secuencia de tres nucleótidos o triplete que dirigían la síntesis de una proteína.Sabemos que el ARNm se organiza en base a 4 nucleótidos (A, U, C y G), pero su unidad funcional estáformada por 3 nucleótidos: el cual recibe el nombre de triplete o codón. Por ejemplo AUU, CAG, CCA, etc.El número máximo de codones diferentes que se pueden formar son 64 (43). El conjunto de estos 64 codonesdel ARNm conforman el código genético, el cual está encargado de codificar los 20 aminoácidos diferentesque existen en la naturaleza.Este código genético es universal, ya que todos los organismos usan los mismos codones para determinarlos aminoácidos. La excepción está dada por las mitocondrias que presentan algunos codones diferentes alresto de los seres vivos.Por otra parte, 3 de los 64 codones se denominan sin sentido debido a que no determina ningún aminoácidoy su rol es de señalar el término de la traducción (stop). Los 61 codones restantes se encargan de determinarlos 20 aminoácidos diferentes, por lo necesariamente deben existir sinónimos, por ejemplo el aminoácidovalina es determinado por los codones GUU. GUC, GUA y GUG. Esta propiedad se le ha denominadoAmbigüedad o degeneración del código genético.Son un grupo pequeño de ARN (entre 75 y 85 nucleótidos de longitud) que sirven como adaptadoresmoleculares durante la síntesis proteica. Los aminoácidos no pueden reconocer por si solos los codones delARNm, El ARNt posee un triplete de nucleótidos denominado anticodón que establece puentes dehidrógeno con el codón del ARNm, simultáneamente puede unir al aminoácido correspondiente al codón quese leyó. Así un aminoácido específico es llevado al ribosoma en respuesta al codón adecuado.Los ARNt tienen una estructura secundaria en hoja de trébol. Esta se logra por regiones que no soncomplementarias y que tienen forma de asa o mango y otras regiones cortas que si son complementarias.Los ARNt se unen a su aminoácido correspondiente en el citoplasma, proceso que requiere gasto de ATP.TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE LAS CADENAS POLIPEPTÍDICASLa síntesis de las cadenas polipeptídicas es la segunda etapa observada en el dogma central, y es el procesopor el cual la información lineal, escrita con cuatro letras (A, U, G, C), se traduce en informacióntridimensional, escrita con 20 letras (20 aminoácidos). Si bien esta etapa es, en sus fundamentos, similarentre procariontes (bacterias) y eucariontes, existen diferencias que serán mencionadas a medida que seavance en el desarrollo del tema.mRNA, el transportador de la información.El mRNA es la molécula responsable de transportar la información lineal, que debe traducirse a informacióntridimensional (proteínas). En bacterias, el mRNA es traducido, sin mayor modificación, aún cuando susíntesis no haya concluido. Por esto, se puede decir que en bacterias la transcripción y traducción soneventos paralelos, que ocurren en un mismo compartimiento (en el citoplasma celular). En el caso de loseucariontes, los eventos de transcripción y traducción se hallan separados, espacial y temporalmente.Los mRNA se sintetizan fundamentalmente en el núcleo de la célula eucarionte y se combinan con diversasproteínas.Ribosoma, “la fábrica de proteínas”.Microscópicamente, la estructura sub-celular relacionada con la síntesis proteica es un corpúsculodenominado ribosoma.
  • 6. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas66Síntesis proteica.La síntesis de proteínas ocurre en tres etapas: Iniciación: Aquí ocurre la unión de las sub-unidades ribosómicas a la molécula de ARNm. Sitio dondese encuentra el codón AUG (codón de inicio). Elongación: Formación de los enlaces peptídico. Terminación: Se llega a esta etapa cuando se lee el codón UAA( codón sin sentido) el cual significa fin.De esta manera se separa la proteína formada.Regulación Genética.Las células somáticas heredan todas las misma cantidad y calidad de información genética. Esta situación escompatible con el concepto de totípotencialidad. Según la cual una célula es capaz de generar a unindividuo completo, con todos sus tejidos, órganos y sistemas. Esto no significa que una célula exprese todosu potencial genético.Por ejemplo, las células que se diferencian en la retina expresan aquella información que las células delhígado utilizan para desentoxicar al organismo, o generar bilis, etc.Otro aspecto importante en relación a la información genética de los organismos es la temporalidad de laexpresión genética, La información que posee una célula tiene un patrón de expresión en el tiempo, asícomo por ejemplo las actividad embrionaria requiere que las células migren, se dividan y activamente y/omueran. Luego en otra etapa de la vida de las células se van especializando desarrollando una función acordeal momento del desarrollo ellos los cambios hormonales de la pubertad, el desarrollo e involución posteriordel timo, etc. Estos ejemplos demuestran que la información genética debe expresarse en algún momento denuestra vida, e incluso parte de ella nunca se expresará y permanecerá latente.Mecanismos de Regulación de la expresión génica.Un gen puede ser concebido como una unidad de material hereditario que especifica una función y que setrasmite a la descendencia. Durante el ciclo de vida de una célula, algunos de sus genes estánpermanentemente activos (genes constitutivos). Mientras que otros están pasando desde estados a inactivosy viceversa (genes regulados).La relación de la expresión genética responde al hecho de que las células no requieren expresar la totalidadde su genoma, ya que representaría gasto energético innecesarios e inútil. Por lo tanto. La célula expresa susgenes a medida que sus condiciones de vida así lo requieran. Sólo aquellos genes cuya expresión esabsolutamente necesaria para la célula se expresan permanentemente (genes de las vías metabólicas).
  • 7. North American CollegeDpto. de CienciasSubsector de BiologíaNivel: Cuarto MedioMiss: Rita Villegas77Cuestionario N° 2. Trascripción.1. ¿Cómo se logra la expresión de un gen?.2. ¿Qué entiendes por trascripción? ¿Dónde se lleva a cabo este proceso?.3. ¿Qué es la ARN polimerasa y como actúa?4. ¿A que se denomina secuencia promotora o promotor?5. ¿Qué son los intrones y los exones?.6. ¿Cuántas proteínas se pueden formar a partir de una unidad trascripcional?7. Explica en forma resumida cual es la importancia de la transcripción.8. Si la secuencia de nucleótidos de la hebra de ADN molde es AACATTTGCGTTTCGAA. ¿Cuáldebería ser la secuencia que se transcriba al ARN.?9. A partir de la secuencia de ADN: ACTCGCTAAATCAGCCGCCTA. Escribe la secuencia de la hebra complementaria. Escribe la secuencia del ARNm que se formaría a partir de cada hebra de ADN.10. Averigua en qué consiste la biología molecular y que relación tiene con lo que estamos estudiando.(Tarea).Cuestionario N ° 3 Traducción.1. ¿A que corresponde la traducción?.2. ¿Quiénes participan en la síntesis de proteínas?.3. ¿Qué son los ribosomas?.¿De qué están formados?.¿Cómo se encuentran estructurados?4. ¿A que se denomina triplete?.5. ¿Cuál es el número máximos de codones que se pueden formar?.6. ¿Qué señala el termino de la traducción?.7. ¿Qué entiendes por ambigüedad o degeneración del código genético?.8. ¿A qué se denomina anticodón, donde se encuentra?.9. ¿Cuáles son las tres etapas de la síntesis de proteínas?,10. Explica los conceptos de totipotencialidad y temporalidad de la expresión genética.11. ¿A qué se denomina genes constitutivos y genes regulados?.Ejercicios1. Si una cadena de DNA está conformada por las siguientes secuencias de bases nitrogenadas: ATCGAA,¿cuál es la cadena complementaria?2. A partir de la siguiente cadena de DNA: A A T C C G C A T construye la molécula de m RNA.3. Menciona y describe los distintos tipos de RNA.4. ¿Qué significa que el código genético sea universal y degenerado?5. ¿Qué función cumplen los tripletes sin sentido?6. A continuación se indica la secuencia de bases nucleotídicas para un mRNA:m RNA 5’ –A – G – C – G – U – U – C – U – A – A – G – C – G – C – C - 3 ’Indica el número de codones de este mRNA.¿Cuántos aminoácidos tendría el polipéptido que codifica?