SlideShare a Scribd company logo
UNITAT 14
El DNA, portador del
  missatge genètic


                       1
Què estudiarem?
1.   El DNA com a material genètic
2.   La duplicació del DNA
3.   Síntesi de noves cadenes del DNA
4.   El mecanisme de duplicació del DNA
5.   Gens, enzims i caràcters
6.   L’expressió del missatge genètic
7.   El codi genètic
8.   La traducció. Biosíntesi de les proteïnes
9.   La regulació de l’expressió gènica
                                                 2
1. El DNA com a material genètic
• Els humans posseeixen 46 cromosomes i 80000 gens
  que es codifiquen per proteïnes.
• La ciència de la genètica es va desenvolupar en el
  moment en que es va descobrir que les característiques
  dels individus estaven determinades per unitats
  hereditàries que es transmetien d'una generació a la
  següent de manera uniforme i predictible.
• El primer problema va ser el d'identificar exactament el
  material genètic, la seva localització i la seva naturalesa
  química.
• El desenvolupament d'aquesta línia d'investigació ha
  donat lloc a una branca de la genètica denominada
  genètica molecular.
                                                            3
• En la recerca i identificació del material genètic
  s'estableixen 4 requisits generals que s'espera
  que acompleixi el material genètic:
  – Que es repliqui exactament abans de la duplicació
    cel·lular.
  – Que la seva estructura sigui prou estable perquè els
    canvis hereditaris (mutacions) només es produeixin
    rarament.
  – Que pugui dur qualsevol tipus d'informació biològica
    necessària.
  – Que transmeti la informació a la cèl·lula.
• Per altra banda, eren ja coneguts els
  esdeveniments que ocorrien en les cèl·lules
  durant la mitosi i la meiosi.
                                                       4
• Els protagonistes d'ambdós processos són, sens dubte,
  els cromosomes i l'atenció dels científics es va dirigir
  cap a ells per les següents raons:
   – Es dupliquen amb precisió i es divideixen amb exactitud en la
     mitosi proporcionant a cada cèl·lula un joc complet de
     cromosomes.
   – El seu comportament durant la meiosi concorda amb el que s'ha
     d'esperar de l'herència, que es deu a les contribucions d'ambdós
     progenitors.
   – L’encreuament que sofreixen durant la meiosi subministra una
     font important per a la variabilitat que s'observa entre els
     individus d'una mateixa espècie.
   – A més existeixen proves considerables que les aberracions
     cromosòmiques poden estar associades a l'herència de
     característiques específiques.


                                                                    5
• Per tot lo anterior semblava evident que el material
  genètic calia buscar-lo en els cromosomes.
• Els components dels cromosomes són:
   – Les proteïnes.
   – L'àcid desoxiribonucleic (DNA).




                                                     6
1.1. Confirmació del DNA com a
 portador de la informació genètica
Experiments clau:
• Griffith (1928):
  – Principi transformador.
• Avery, MacLeod i McCarthy (1944):
  – Identificació    química   del   principi
    transformador.
• Hershey i Chase (1952):
  – Experimenten amb el bacteriòfag (fag) T2
    (corroboració).
                                            7
• Frederic Griffith (Streptococcus neumoniae):
  – Soca S: letal (amb càpsula de polisacàrids)
  – Soca R: No letal




                                                  8
• Conclusió: Existeix un “factor transformant”.
                                                  9
• Avery, McLeod i MacCarthy:
  – Basant-se en l’experiment d’en Griffith varen
    tractar les mostres del principi transformador
    per aïllar i destruir diverses substàncies
    (proteïnes, àcids nucleics, lípids, glúcids).
  – La resposta era sempre la mateixa: Si es
    destruïa el DNA de la mostra, no existia
    l’activitat transformadora.
  – Varen aïllar el DNA del principi transformador
    i van demostrar que presentava una elevada
    activitat en la transformació bacteriana.

                                                 10
• Hershey i Chase:
  – Realitzat     amb      el
    bacteriòfag T2 que
    infecta bacteris.
  – El fag T2 esta format
    per un nucli d’DNA i
    una       coberta     de
    proteïnes.
  – Quina part del fag entra
    en el bacteri actuant de
    material hereditari?
  – Conclusió: L’ADN.


                                11
12
2. La duplicació del DNA
• La necessitat que el material genètic es
  autodupliqui exactament és la primera
  exigència que ha de complir.
• En el model de Watson i Crick es
  plantejava la possibilitat que les brins de la
  doble hèlix se separessin i cadascuna
  servís de matriu per a formar la cadena
  complementària.
• Aquest procés va rebre el nom de
  replicació.
                                               13
2.1. Hipòtesi sobre la duplicació del DNA
 • Les dues cadenes complementàries se separen
   mitjançant un enzim específic i cada una servirà
   de motlle per a sintetitzar una nova cadena
   complementària.
 • Hi ha tres hipòtesis:
    – Semiconservativa. Cada cadena en forma una de
      nova (una nova i una vella).
    – Conservativa. Cada cadena en forma una de nova
      (dues noves i dues velles).
    – Dispersiva. Les cadenes es van formant a partir de
      parts de la nova i parts de la vella.

                                                       14
Semiconservativa   Conservativa   Dispersiva




                                               15
2.2. Experiment de Meselson i Stahl

• Els experiments de Meselson i Stahl van
  trobar una forma senzilla per diferenciar
  les cadenes d’DNA paternes de les noves:
  el marcatge per densitat.
  – Utilitzaren un isòtop pesat del nitrogen (15N).
  – Les molècules de DNA que contenen 15N són
    més denses que les molècules amb 14N.
  – La conclusió a la que varen arribar va ser que
    el DNA segueix el model semiconservatiu per
    replicar-se.
                                                  16
17
3. Síntesi de noves cadenes de DNA
 • Ja sabem com es produeix la replicació
   del DNA, però... com pot copiar-se la nova
   cadena a partir de la cadena motlle?
   – Síntesi de DNA in vitro (Kornberg i Ochoa).
   – Síntesi de a DNA in vivo.




                                                   18
3.1. Síntesi de DNA in vitro

• Kornberg va aïllar, del bacteri E. Coli, un
  enzim capaç de sintetitzar DNA in vitro, la
  DNA-polimerasa.
• La DNA-polimerasa:
  – Enzim constituït per uns mil aminoàcids.
  – Es troba al nucli i als mitocondris.
  – Afegeix nucleòtids a partir d’una cadena
    motlle (incapaç d’iniciar una cadena de novo).


                                                 19
• Perquè la DNA-polimerasa
  actuï es requereix la
  presencia de:
  – Ions Mg2+.
  – Una barreja de 4 nucleòtids
    (d’ATP, de GTP, de CTP i de
    TTP). És suficient amb que
    falti un dels quatre perquè no
    actuï la DNA-polimerasa.
  – Bàsicament aquest enzim
    realitza     dues     funcions:
    polimerització i correcció.
  – La        cadena       sencera
    s’anomena patró i comença
    a l’extrem 3’.
  – L’extrem 3’ de la cadena que
    es     sintetitza   s’anomena
    encebador.
                                      20
Com actua la DNA-polimerasa?

• 1. Funció polimeritzadora:
   – Recorre els brins del motlle (va de l’extrem 3’ al 5’ al DNA patró)
     i selecciona a cada moment el nucleòtid que tingui la base
     complementària (G-C, A-T).
   – Una vegada localitzat, la DNA-polimerasa catalitza la seva
     hidròlisi separant un grup pirofosfat (P-P) i unint la resta
     (desoxirribonucleòtid-monofosfat) a la cadena de DNA que
     s'està formant mitjançant un enllaç fosfodièster.
   – L'energia necessària per a aquesta unió s'obté de la hidròlisi del
     grup pirofosfat.

• 2. Funció autocorrectora:
   – Després d'unir cada nucleòtid comprova si s'han produït errors
     abans d'incorporar el nucleòtid següent.
   – Si detecta un error, elimina l'últim nucleòtid col·locat i ho
     substitueix pel correcte.

                                                                       21
ADN patró
              Nucleòtids

                           Mg2+




            ADN cebador




                                  ADN polimerasa




                                              22
3.2. Síntesi de DNA in vivo
• Experiment de John Cairns (1963):
  – Encaminat a conèixer com té lloc la duplicació del
    DNA.
  – Va marcar amb triti (H3) el DNA bacterià (E. coli).
  – Cada 2 o 3 minuts s’extreia el DNA i feia una
    autoradiografía de la molècula (amb emulsió
    fotogràfica).
  – Els resultats d’aquest experiment van confirmar la
    hipòtesi semiconservativa i van evidenciar l’existència
    d’un punt d’inici de la replicació.
  – Va obtenir tres tipus d’imatges:
     •   Imatges inicials amb forma de V.
     •   Imatges intermèdies amb forma de mitja lluna.
     •   Imatges finals amb forma de cercle esclafat.

                                                          23
Formes observades                               Interpretació


                                                           1.ª generació     2.ª generació




Als 5 minuts            Als 12 minuts




                                              Punto de
                                             creixement                    Hèlix de la 2.ª
                                                                            generació


                                        Hèlix de la 1.ª
Als 28 minuts           Als 48 minuts                                       Punto de
                                         generació
                                                                           creixement
                                                          Origen




                                                                                         24
• Les imatges inicials amb forma de V
  corresponien a les forquilles de replicació,
  formades per les dues noves cadenes de DNA.
• Les imatges intermèdies amb forma de mitja
  lluna corresponien a les bombolles de replicació.
• Les imatges finals amb forma de cercle esclafat
  eren degudes a que el DNA de l’E. Coli és
  circular.

• Aquests resultats permetien confirmar la hipòtesi
  semiconservativa i evidenciaven un punt d’inici
  de la replicació.

                                                  25
• Els experiments d’en Cairns van plantejar
  dues noves incògnites:
  – Com començava a sintetitzar la DNA-
    polimerasa?
  – Com podien créixer en paral·lel les dues
    cadenes si una ho feia en sentit 5’ → 3’ i
    l’altre 3’ → 5’?


• Aquestes dues incògnites van quedar
  aclarides el 1968 per Reiji Okazaki.

                                             26
• Especificacions sobre l’activitat catalítica de la
  DNA-polimerasa:
  – La DNA-polimerasa és capaç d'anar llegint la cadena
    que actua de motlle en sentit 3‘ → 5' i va sintetitzant
    la nova cadena en sentit 5‘ → 3‘ (bri conductor).
  – La cadena complementaria discorre en sentit
    antiparal·lel, és a dir, 5' → 3' i la DNApolimerasa no
    pot llegir-la en aquest sentit:
     •   La DNA-polimerasa sintetitza petits fragments d’DNA
         anomenats fragments de Okazaki (≈50 nucleòtids RNA
         +1000-2000 nucleòtids DNA) que creixen en sentit 5' → 3'
         igual que el bri conductor i més tard s'uneixen per a formar el
         bri complet.
     •   La síntesi en aquest sentit s’anomena retardada perquè se
         sintetitza més lentament.
  – La DNA-polimerasa és incapaç d'iniciar per si sola la
    síntesi d'una nova cadena d’DNA i necessita un curt
    fragment de RNA, anomenat RNA-encebador (o
    “primer”), que actuï com iniciador de les rèpliques i
    que s'elimina posteriorment de DNA format.
                                                                       27
Forquilles observades

5’                                                                   3’


3’                                                                   5’




                                         Cap polimerasa afegeix
        Punt d’inici                   nucleòtids en aquests punts
5’                                                                   3’
                 3’    5’             3’
                            5’
3’                                                                   5’



                                 Origen de
       Creixement                                   Creixement
                                 replicació
         continu                                    discontinu

5’                                                                   3’


                                                                     5’
3’
     Fragments
     d’Okazaki




                                                                          28
• Proteïnes que intervenen:
   – Primases (RNA polimerases, dependents de DNA):
      •   Sintetitzen RNA encebador usant com a motlle una cadena de DNA.
   – Helicases:
      •   Rompen els pont d'hidrogen entre les dues cadenes complementàries
          i les separen per a fer-les servir de motlle.
   – Topoisomerases:
      •   Eliminen les tensions generades a la doble hèlix.
   – Proteïnes SSB:
      •   S’uneixen a cadenes senzilles de DNA allà on s’ha desenrotllat la
          hèlix motlle però encara no ha començat la síntesi. Permeten que no
          s’enredi el DNA.
   – Nucleases:
      •   Rompen els enllaços fosfodièster entre nucleòtids.
      •   Donen lloc a l’origen de replicació.
      •   Escindeixen els RNA encebadors.
      •   Reparen lesions.
   – Lligases:
      •   Uneixen fragments de DNA.
   – DNA polimerases:
      •   Catalitzen la formació d’enllaços fosfodièster entre nucleòtids.

                                                                             29
• Tipus de DNA-polimerases a procariotes:
   – DNA-polimerasa I: Activitat polimerasa sentit 5’ → 3’ i exonucleasa
     en sentit 3’→5’ i 5’ → 3’
   – DNA-polimerasa II: Repara petites rotures a la cadena de DNA.
   – DNA-polimerasa III:Enzim principal de replicació a procariotes.
   – DNA-polimerasa IV i V: Reparació d’errors.

• Tipus de DNA-polimerases a eucariotes:
   – DNA-polimerasa α: Polimerasa iniciadora. Participa en la
     replicació del DNA nuclear i sintetitza la cadena retardada.
   – DNA-polimerasa β: Activitat reparadora. Uneix fragments
     d’Okazaki.
   – DNA-polimerasa γ: Replicació mitocondrial.
   – DNA-polimerasa δ: Activitat polimerasa, la principal en replicació
     DNA nuclear.
   – DNA-polimerasa ε: Polimeritza fragments d’Okazaki.


                                                                       30
4. Mecanisme de duplicació del DNA
  4.1. Duplicació del DNA en cèl·lules
              procariotes


 • Té lloc en tres etapes:
   – Fase d’iniciació.
   – Fase d’elongació.
   – Fase de terminació.


                                         31
• Fase d’iniciació:
   – Comença allà on es troba origen de replicació.
   – Seqüència de nucleòtids que actua com a senyal
     d’iniciació “origen de la replicació”.
   – Les helicases (enzims) rompen els ponts d’hidrogen
     que hi ha entre les dues cadenes complementàries i
     les mantenen separades.
   – Les topoisomerases (enzims) eliminen les tensions i el
     superenrotllament quan es trenca la doble hèlix.
   – Les proteïnes estabilitzadores SSB mantenen les
     cadenes separades i s’origina la forquilla de replicació.
   – El procés es bidireccional
   – Les forquilles enfrontades formen la bombolla de
     replicació.

                                                             32
• Fase d’elongació:
  – A més dels enzims anteriors, s’afegeixen les RNA-
    polimerases i les DNA-polimerases.
  – Primasa: Sintetitza un fragment curt d’RNA encebador
    (10 nucleòtids).
  – La DNA-polimerasa III (a partir de l’encebador)
    comença a sintetitzar en sentit 5’→3’, que anomenem
    cadena avançada.
  – Sobre l’altra cadena, cadena retardada, l’RNA-
    polimerasa (primasa) sintetitza uns quaranta nucleòtids
    en un punt que dista uns 1000 nucleòtids del senyal
    d’iniciació.
  – A partir d’aquests fragments de RNA, la DNA-
    polimerasa forma els fragments d’Okazaki.
  – Tot això es repeteix a mesura que es separen les dues
    cadenes.

                                                          33
• Fase de terminació:
  – Es produeix quan els dos brins de replicació
    del cromosoma circular es troben.
  – La lligasa uneix els fragments de DNA
    sintetitzats.
  – S'hauran format dos cromosomes circulars
    complets.




                                               34
Origen de
Iniciació    la replicació




                                                               ADN pol III                                Proteïnes
Bombolla
                                                                                                       estabilitzadores
    de
replicació

                               Cadena
                              avançada
                                                                                                 Helicasa
                                                        Cadena
Elongació
                                                       retardada
                                                                                                            Forquilla de
                                                                                       Primasa
                                           ADN pol I                                                         replicació
                             ADN-lligasa

                                                                             ADN pol III


                                                               Direcció general de la replicació




                                                                                                                    35
4.2. Duplicació del DNA en cèl·lules
             eucariotes
• En trets essencials es igual a la de les
  procariotes. Les diferències més significatives
  són:
  – En els cromosomes eucariotes, el DNA es troba
    associat a histones (formant nucleosomes); fet que
    dificulta la progressivitat de les DNA-polimerases:
     •   A més, la replicació ha d’estar coordinada amb la síntesi
         d’histones.
  – El tamany dels fragments d’Okazaki es d’uns 150-200
    nucleòtids (molt més petit que a procariotes).

                                                                36
– La quantitat de DNA a les eucariotes es més
  gran que a procariotes:
  •   Molts punts d’origen de replicació.
  •   Moltes unitats de replicació (replicons).
– La replicació a les eucariotes té lloc al nucli
  (fase S) mentre que a les procariotes té lloc al
  citosol.
– DNA-polimerases diferents:
  •   A les procariotes les dues cadenes les sintetitza el
      mateix tipus de DNA-polimerasa, a les eucariotes no.
– La replicació dels telòmers no es pot completar
  als eucariotes (incapaç de sintetitzar en sentit
  3’→5’).

                                                        37
Cadena avançada   Origen de la replicació               Origen de la replicació




           Cadena
                                   Forquilla
          retardada
                                 de replicació

                              Cadena
                             retardada




                                                    Bombolles de replicació

Nucleosomes
                              Cadena avançada

      Nous nucleosomes




                                                                                          38
5. Gens, enzims i caràcters
• Garrod (1902):
   – Va estudiar la alcaptonúria (malaltia caracteritzada
     per artritisme i ennegriment dels cartílags) que es deu
     a la presència de l’àcid homogenístic.
   – A partir de les observacions va suggerir la relació
     entre malaltia, metabolisme i herència.
   – Va proposar:
      •   que l’àcid es produïa per un bloqueig en la ruta metabòlica
          degut a un error innat del metabolisme.
      •   que es tractava d’una malaltia hereditària (autosòmica
          recessiva).
• Anàlisis posteriors van demostrar que l’àcid
  homosgentísic desapareixia en els individus
  sans, per tant existia un paral·lelisme entre gen i
  substància química.
                                                                    39
5.1. Teoria “un gen, un enzim”

• Beadle i Tatum (1948):
  – Amb el fong Neurospora crassa sotmesa a
    elevades dosis de raig X van provocar
    mutacions en els seus gens.
  – Van veure que cada mutant necessitava un
    substrat (aminoàcid) específic per sobreviure.




                                                40
– Posteriorment, es va descobrir que:
   •   No totes les proteïnes són enzims.
   •   Certes proteïnes estan formades per varies cadenes
       polipeptídiques.
   •   La falta d’un enzim bloqueja el metabolisme en la substància
       sobre que actua.
– També es va deduir que un gen es una seqüència de
  DNA que conté la informació per sintetitzar un polipèptid.
– El gen es la unitat de funció, però no la unitat de mutació.
– La unitat de mutació es troba en els nucleòtids →
  produeixen alteració en el fenotip dels individus.
– En eucariotes, un gen pot codificar informació per més
  d’una proteïna degut al procés de maduració dels mRNA; i
  més d’un gen pot formar una proteïna.




                                                                41
6. L’expressió del missatge genètic
 • Francis Crick (1953):
   – Va proposar la “hipòtesi de la col·linealitat”, segons
     la que s’establia la correspondència entre la
     seqüència de nucleòtids d’un gen i la seqüència
     d’aminoàcids de l’enzim que el gen codifica.
   – El mecanisme pel qual es passa d’un gen a una
     seqüència d’aminoàcids té 2 processos:
      •   Transcripció:
           – A partir de la seqüència de nucleòtids d’un gen (DNA) es
             realitza una còpia amb la seqüència de nucleòtids
             complementaris a un mRNA.
           – A les eucariotes es du a terme al nucli, on hi ha el genoma.
           – A les procariotes es du a terme al citoplasma, a la zona on
             s’acumula el material genètic.
      •   Traducció:
           – S’obté una seqüència d’aminoàcids a partir de la seqüència de
             mRNA.
           – Es du a terme als ribosomes que formen part del citosol.
                                                                         42
• Les propostes de Crick es coneixen com el dogma central de la
  biologia molecular.




• Posteriorment es va descobrir que els virus que tenen RNA com a
  material genètic (retrovirus) constitueixen una excepció a aquest
  dogma. Utilitzen la transcriptasa inversa com a enzim.
• Una altra excepció són els virus amb capacitat de generar RNA
  complementari a través de l’enzim replicasa.




                              .



                                                                  43
6.1. Mecanisme de la transcripció
• La transcripció és el pas d’una seqüència d’DNA a una
  seqüència d’RNA.
• Ho realitzen els enzims RNA-polimerases que utilitzen
  com a motlle la cadena de DNA.
• L’RNA-polimerasa aparella A, G, C i T del DNA amb U,
  C, G i A del RNA.
• Es comença a l’extrem 3’ del DNA i es comença
  formant un extrem 5’ del RNA.
• Només es transcriu a RNA una de les dues cadenes de
  DNA:
   – La cadena transcrita es diu codificadora.
   – La cadena que no es transcriu es diu estabilitzadora.
   – Segons el gen la cadena que es transcriu es una o es l’altra.


                                                                     44
• De DNA a DNA:
  –A→T
  –G→C
  –C→G
  –T→A


• De DNA a RNA:
  –A→U
  –G→C
  –C→G
  –T →A
                  45
6.2. Transcripció en procariotes

• Els procariotes tenen un únic tipus de
  RNA polimerasa que sintetitza tots els
  tipus de RNA.

• La transcripció té lloc en quatre fases:
  – Iniciació.
  – Allargament o elongació.
  – Terminació o acabament.
  – Maduració.

                                             46
1. Iniciació:
• Al DNA existeixen unes seqüències denominades
   promotores (que no es transcriuen) a partir de les quals
   s’estableix la unitat de transcripció.
• El promotor conté unes seqüències de nucleòtids,
   anomenades seqüències consens que són detectades
   per la RNA polimerasa.
• El promotor determina quina de les dues cadenes ha de
   ser transcrita.
• Una vegada fixada (RNA polimerasa) es desenrotlla la
   cadena i comença la síntesi.
• La cadena copiada s’anomena patró.


2. Allargament o elongació:
• La RNA-polimerasa recorre la cadena codificadora cap a
   l’extrem 5’ es produeix la síntesi del RNA en direcció
   contrària, 5’ → 3’.
                                                         47
3. Terminació o acabament:
• La transcripció acaba quan l’RNA-polimerasa
  arriba a una seqüència que està formada per G i
  C seguides de diverses T i que origina un bucle
  al final de l’RNA. Aquesta seqüència s’anomena
  seqüència d’acabament.
• L’RNA-polimerasa es separa i el DNA torna a
  formar el doble hèlix.

4. Maduració:
• Es dóna o no segons el tipus de RNA sintetitzat:
  – mRNA: Directament té lloc la traducció, donant lloc a
    una proteïna funcional.
  – tRNA o rRNA: transcrit primari; es fragmenta i
    s’empalmen els fragments que donaran lloc al RNA
    definitiu.
                                                       48
Promotor               ARN-polimerasa

5’                                           3’
3’                                           5’



                       Iniciació
5’                                           3’
3’                                           5’

                ARN
                      Elongació
5’                                           3’
3’                                           5’



                      Acabament
5’                                           3’
3’                                           5’



                          ARN transcrit




                                                  49
6.3. Transcripció en eucariotes
• Es més complexa que als procariotes
  (cromatina).
• Hi ha regions on el DNA esta sempre estès
  (transcripció contínua).
• Intervenen nombroses proteïnes reguladores
  (factors de transcripció) que interactuen amb la
  RNA polimerasa.
• Intervenen diversos tipus de RNA polimerases:
  – RNA-polimerasa I: fabrica els precursors de rRNA.
  – RNA-polimerasa II: produeix nRNA, precursor de
    mRNA.
  – RNA-polimerasa III: sintetitza precursors de tRNA i
    el RNA 5S de la subunitat gran dels ribosomes.

                                                     50
• Els gens estan fragmentats de manera que
  sempre cal un procés de maduració en la que
  s’eliminen introns i s’empalmen les seqüències
  que tenen sentit, els exons.
• L’mRNA es monocistrònic (monogènic), només
  conté la informació per sintetitzar un polipèptid.
• El DNA està associat a histones formant
  nucleosomes.
• La transcripció té lloc en quatre fases:
  –   Iniciació.
  –   Allargament o elongació.
  –   Terminació o acabament.
  –   Maduració.

                                                  51
1. Iniciació:
• La RNA-polimerasa II es fixa a la regió promotor del
   DNA (formant el complex de transcripció).
• Els promotors en eucariotes tenen dues regions
   identificables: seqüència consens CAAT i regió TATA.
• Perquè es pugi fixar la RNA-polimerasa es necessària la
   intervenció dels factors de transcripció, unes proteïnes.
• Tot el conjunt rep el nom de complex d’iniciació de la
   transcripció.

2. Allargament o elongació:
• Síntesi continua en sentit 5’→3’.
• Una vegada s’han transcrits uns 30 nucleòtids s’afegeix
   a l’extrem 5’ una caputxa de metilguanosina invertida.
• Un mateix gen pot ser transcrit per diverses RNA-
   polimerases alhora.
                                                          52
Promotor              Unitat de transcripció

                     5’                                         3’
Iniciació
                     3’                                         5’


                                       ARN

            ARN-polimerasa



                     5’                                         3’
                     3’                                         5’


                          m7-Gppp

Elongació                 Caputxa 5'




                     5’                                         3’
                     3’                                         5’


                          m7-Gppp




                                                                     53
3. Terminació o acabament:
• Durant la transcripció, la RNA-polimerasa es pot trobar
   amb una seqüència d’acabament (TTATTT).
• Després d’aquesta seqüència s’afegirà una cua de poli-
   A (adició catalitzada per l’enzim poli-A-polimerasa)
   formada per uns 200 ribonucleòtids d’adenina.
• Ja està format el pre-mRNA.

4. Maduració:
• Es produeix al nucli i la realitza un enzim anomenat
   ribonucleoproteïna petita nuclear (pnRNP).
• Diversos pnRNP formen un complex de tall i unió que
   eliminarà els introns.
• Posteriorment una RNA-lligasa unirà els exons.

                                                       54
Maduració      5’                                                   3’
                         Exó 1           Intró            Exó 2

                                                                         Proteïna



            RNPpn

                                                    Espliceosoma



                    5’                                         3’




                                                                         Intró




                                 Exó 1           Exó 2
            ARNm         5’                               3’




                                                                                    55
5’                                                     3’
Finalizació
              3’                                                     5’




                                PoliA-polimerasa


                   m7-Gppp

                   Caputxa 5'
                                                   OH




               ARN heterogeni
                  nuclear


                                                        Cua poli-A
                   m7-Gppp                                                OH

                   Caputxa 5'




                                                                               56
7. El codi genètic
• El codi genètic es la clau que relaciona una seqüència
  polinucleòtidica de mRNA amb una seqüència
  d’aminoàcids de les proteïnes.
• L’RNA es un polímer lineal de 4 nucleòtids diferents i les
  proteïnes són polímers de 20 aminoàcids.
• El nombre mínim per codificar cada aminoàcid es de tres
  nucleòtids: 43 = 64 possibles triplets




                                                           57
7.1. Descobriment del codi genètic
• Severo Ochoa (nobel 1959) va aïllar l’enzim
  poliribonucleòtid fosforilasa capaç de sintetitzar RNA in
  vitro.
• Es varen fer diversos experiments:
   – Homopolimers: RNA sintètics que tan sols contenen un tipus
     de ribonucleòtidsnucleòtids:
      •   poli U: UUU FENILALANINA
      •   poli C: CCC PROLINA
      •   poli A: AAA ARGININA
      •   poli G: GGG GLICINA
   – Copolimers: Polímers que contenen més d’un ribonucleòtids
     diferent. Es fabriquen posant dos ribonucleòtids en diferents
     quantitats.
   – Polímers de sequència coneguda: poli-UC:UCU (serina), CUC
     (leucina).
   – RNA transferents marcats: marcatge amb radioactivitat.


                                                                58
7.2. Característiques del codi genètic
• 3 nucleòtids del mRNA (codó) determinen un aminoàcid.
• Es degenerat, és a dir, existeixen més codons (64) que
  aminoàcids (20), per tant:
   – Un aminoàcid pot estar codificat per més d’un codó.
   – Quan un aminoàcid està codificat per varis triplets sol variar el
     tercer nucleòtid.
• No hi ha solapaments: cada nucleòtid només pertany a
  un triplet.
• No hi ha espais en blanc entre els triplets (no hi ha
  signes de puntuació).
• Es universal: el mateix triplet codifica pel mateix
  aminoàcid en diferents espècies.
• Hi ha un triplet d’iniciació, AUG (metonina).
• Existeixen tres codons de terminació (stop), que no
  codifiquen per cap aminoàcid: UAA, UAG y UGA.

                                                                    59
8. La traducció.
         Biosíntesi de proteïnes
• La traducció és la unió d’aminoàcids mitjançant enllaços
  peptídics, segons una seqüència que correspon a la de
  nucleòtids de l’mRNA.
• Té lloc al ribosomes d’una forma similar en procariotes i
  eucariotes
• Intervenen: aminoàcids, tRNA, ribosomes, mRNA,
  enzims, factors proteics i nucleòtids trifosfat.
• Cada cadena polipeptídica es sintetitza des del seu
  extrem amino terminal cap al seu extrem carboxil.
• Les principals etapes són tres:
   – Activació dels aminoàcids.
   – Traducció.
   – Associació de diverses cadenes
   polipeptídiques per a construir proteïnes.

                                                          60
8.1. Activació dels aminoàcids
• L’activació és la unió de cada aminoàcid al seu tRNA
  específic.
• Intervenen l’enzim aminoacil-tRNA-sintetasa i l’ATP.
• El reconeixement de l’aminoàcid per tRNA es dóna
  gracies a que aminoacil-tRNAsintetases tenen tres llocs
  d’unió diferents:
   – reconeixement de l’aminoàcid,
   – reconeixement del tRNA
   – reconeixement del ATP.
• Hi ha un aminoacil-tRNA-sintetasa per a cada tRNA
• L’aminoacil-tRNA-sintetasa es considera un adaptador
  entre tRNA i l’aminoàcid.
• Al tRNA es consideren els adaptadors finals:
  transformen la informació (nucleòtids) en aminoàcids.

       aa + ATP + tRNA → tRNA(3’)-aa + AMP + Pi
                                                       61
8.2. Traducció

• Una vegada activats els aminoàcids en
  l’etapa anterior, continua el procés de
  biosíntesi de proteïnes als ribosomes.

• Hi ha tres subetapes:
  – Iniciació de la síntesi.
  – Elongació o allargament    de   la   cadena
    polipeptídica.
  – Acabament de la síntesi.

                                              62
8.2.1. Iniciació de la síntesi
• Per tal que s'iniciï la síntesi és necessària la
  intervenció d’uns factors d’iniciació i que hi hagi
  un aport d’energia (GTP).
• L’mRNA s’uneix a la subunitat petita d’un
  ribosoma gràcies a una seqüència inicial (regió
  lider, no traduïda) que té uns deu nucleòtids
  complementaris a rRNA.
• El codó d’inici (5’...AUG...3’) s’uneix a
  l’aminoacil-tRNA,      que   és     complementari
  (3’...UAC...5’) i que s’anomena anticodó.
• S’estableixen enllaços d’hidrogen entre els codó
  i l’anticodó.
• Finalment, s’afegeix la subunitat gran formant el
  complex ribosòmic.
                                                   63
Iniciació de la síntesi



                                      3’
                                           U
                                                          5’
                                               A    C                             Metionina

                                 5’        A
                                               U          3’
                                                    G

     ARNt iniciador
                                                                          E
                                                                              A
                                                               GDP
                                                    GTP
                                               3’                                             3’

5’                                                                   5’


               Subunitat menor




                                                                                                   64
• En complex ribosòmic o complex actiu es
  diferencien tres llocs d’unió:
  – Lloc P o centre peptidil: on es situa el primer
    aminoacil-tRNA.
  – Lloc A o centre acceptor: on es col·loquen els
    aminoacils-tRNA següents.
  – Lloc E o centre de sortida: on es situa el tRNA que
    ha aportat el seu aminoàcid surt del ribosoma.
• Aquest procés no és igual a totes les cèl·lules:
  – Eucariotes:
     •   L’mRNA primer ha de madurar.
  – Procariotes:
     •   Transcripció i traducció simultàniament.
• Si el mRNA es molt llarg es poden formar
  poliribosomes (mes d’un ribosoma traduint).
                                                     65
8.2.2. Elongació o allargament de la cadena
               polipeptídica
 • Després de formar-se el complex d’iniciació es
   van afegint aminoàcids (segons l’ordre
   corresponent pels codons del mRNA).
 • Intervenen una sèrie de proteïnes (factors
   d’elongació).
 • Es donen tres etapes que es repeteixen
   cíclicament:
   – Unió del aminoacil-tRNA al lloc A (requereix GTP).
   – Formació del enllaç peptídic (el primer enllaç es dona
     entre metionina del el lloc P i l’aminoàcid del
     aminoacil-tRNA). Ho du a terme l’enzim peptidil-
     transferasa.
   – Transposcició. El ribosoma es trasllada al nou codó
     del mRNA i el peptidil-tRNA pasa del lloc A al P.
                                                         66
8.2.3. Acabament de la síntesi
• Ve senyalitzada per tres codons especials: UAA,
  UAG i UGA (no tenen anticodó complementari).
• També      intervenen   els   factors  proteics
  d’alliberament:
  – Quan s’afegeix l’últim aminoàcid el polipéptid queda
    afegit covalentment pel seu extrem carboxil al tRNA
    (situat en el lloc A del ribosoma).
  – El polipeptidil-tRNA es separa del ribosoma (factors
    d’alliberament)
  – Un enzim peptidil transferasa hidrolitza l’enllaç ester
    entre la cadena polipeptidica i el tRNA.
• Finalment, el polipèptid, el tRNA i el mRNA es
  separen del ribosoma i el ribosoma es dissocia
  (2 subunitats).
                                                         67
Elongació de la cadena polipeptídica




     Acabament de la síntesi




                                       68
8.3. Associació de diverses cadenes
polipeptídiques per a construir les proteïnes

  • A mesura que es sintetitza la cadena polipeptídica
    aquesta va adoptant estructura secundària i terciària.
  • En acabar:
     – Es produeix la separació de l’aminoàcid d’inici (generalment).
     – Hi ha proteïnes de membrana i de secreció: duen un pèptid
       senyal al seu extrem N-terinal, reconegut per enzims que les
       transportaran.
     – Alguns polipèptids seran retallats (ACTH o corticotropina).
     – Altres polipèptids s’uneixen a ions o coenzims.
     – Algunes proteïnes estan formades per diverses subunitats
       (provenen del mateix gen o de gens diferents (Hb)).
     – Algunes proteïnes no necessiten ser processades.


                                                                   69
9. La regulació de l’expressió gènica
 • El sistema de regulació permet optimitzar els
   recursos cel·lulars per transcriure i traduir
   únicament el que es necessita en aquell
   moment.
 • L’mRNA es manté funcional molt poc temps
   (inestable):
   – La quantitat de mRNA determina la quantitat de
     proteïnes
   – La síntesi de mRNA regula el metabolisme cel·lular
 • La síntesi de mRNA depèn:
   – Procariotes: substrat disponible.
   – Eucariotes: concentracions hormonal medi intern
     (factors reguladors de transcripció).

                                                      70
9.1. L’operó
• Jacques Monod i François Jacob van establir aquest
  model de l’operó:
• L’operó és el conjunt de gens estructurals.
• Els experiments es van realitzar amb cultius de E. Coli:
   – Medi amb glucosa: enzim β -galactosidasa inactiu
   – Medi amb lactosa: enzim β-galactosidasa actiu
     (β-galactosidasa : enzim que catalitza la dissociació de lactosa
     en glucosa i galactosa)
• Es va descobrir que eren tres els enzims que es
  reprimien, i són: β-galactosidasa, β-galactòsid-permeasa
  i β-galactòsid-transacetilasa.
• Es va arribar a la conclusió que el substrat glucosa
  reprimeix tot el conjunt d’enzims que intervenen en la via
  metabòlica.

                                                                   71
• En el model de l’operó es
  diferencien dos tipus de
  gens:
  – GENS ESTRUCTURALS:
    Codifiquen per a proteïnes
    estructurals i enzimàtiques.
  – GENS        REGULADORS:
    Controlen l'expressió dels
    gens estructurals.


• Ex.: Operó lac en E. Coli

                                   72
• Exemple: Operó lac en E. Coli:
  – Un sol gen regulador controla l’expressió de tres gens
    estructurals.
  – El gen regulador es troba davant dels gens
    estructurals.
  – Aquest gen regulador (gen y) produeix un repressor
    que impideix la transcripció dels altres gens (gens
    estructurals).
  – El repressor (producte del gen y) queda bloquejat en
    presencia d’agents inductors (ex. lactosa).
  – Al costat del primer gen estructural (galactosidasa) hi
    ha:
     •   Una regió promotora: s’uneix l’RNA-polimerasa.
     •   Una regió operadora: s’uneix a un repressor.

                                                          73
74
9.2. Control de l’expressió gènica en
              eucariotes
• Les cèl·lules eucariotes responen a les
  variacions hormonals del medi intern.
• Cada cèl·lula esta especialitzada degut a la
  diferenciació cel·lular (tot i que totes les cèl·lules
  tenen el mateix DNA).
• Les zones condensades no es transcriuen.
• Cada tipus de cèl·lula presenta un receptors
  cel·lular a la seva membrana (cada tipus
  cel·lular es susceptible a un tipus d’hormona).

                                                      75
• El control de la expressió difereix segons
  el tipus d’hormones que actuï:
  – Hormones       lipídiques:      Travessen    la
    membrana i formen complexos hormona-
    receptor que indueixen la transcripció de certs
    gens.
  – Hormones proteiques: No poden travessar
    directament la membrana plasmàtica. Els
    complex hormona-receptor es forma a la
    membrana i, quan es forma, activa un segon
    missatger a l’interior cel·lular. Aquest segon
    missatger serà el que induesqui la
    transcripció.

                                                 76
77

More Related Content

What's hot

Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismesBiologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. CatabolismeBiologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
Oriol Baradad
 
Els àcids nucleics
Els àcids nucleicsEls àcids nucleics
Els àcids nucleics
Anna Giro
 
11. Els disacàrids
11. Els disacàrids11. Els disacàrids
11. Els disacàrids
Dani Ribo
 
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranososBiologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcidsBiologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitariBiologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genèticaBiologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
Oriol Baradad
 
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIAUD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
Míriam Redondo Díaz (Naturalsom)
 
MITOSI I MEIOSI
MITOSI I MEIOSIMITOSI I MEIOSI
MITOSI I MEIOSI
Jsus28
 
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
montsejaen
 
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranesOrgànuls cel·lulars delimitats per membranes
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes
CC NN
 
Anabolisme heteròtrof
Anabolisme heteròtrofAnabolisme heteròtrof
Anabolisme heteròtrof
Jordi Bas
 
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnesBiologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucliBiologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
Oriol Baradad
 
02. Els nivells d’organització de la matèria
02. Els nivells d’organització de la matèria02. Els nivells d’organització de la matèria
02. Els nivells d’organització de la matèria
Dani Ribo
 
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lularBiologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals mineralsBiologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
Oriol Baradad
 
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípidsBiologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
Oriol Baradad
 
Fermentació
FermentacióFermentació
Fermentació
zainy8
 

What's hot (20)

Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismesBiologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
Biologia 2n Batxillerat. UD16. Els microorganismes
 
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. CatabolismeBiologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
Biologia 2n Batxillerat. U10. Metabolisme. Catabolisme
 
Els àcids nucleics
Els àcids nucleicsEls àcids nucleics
Els àcids nucleics
 
11. Els disacàrids
11. Els disacàrids11. Els disacàrids
11. Els disacàrids
 
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranososBiologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
Biologia 2n Batxillerat. U09. La membrana plasmàtica. Orgànuls membranosos
 
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcidsBiologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
Biologia 2n Batxillerat. U03. Els glúcids
 
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitariBiologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
Biologia 2n Batxillerat. UD18. El procés immunitari
 
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genèticaBiologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
Biologia 2n Batxillerat. UD15. Alteracions de la informació genètica
 
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIAUD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
UD4. MENDEL I LES LLEIS DE L'HERÈNCIA
 
MITOSI I MEIOSI
MITOSI I MEIOSIMITOSI I MEIOSI
MITOSI I MEIOSI
 
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
T1 metabolisme i enzims 2n bat (1)
 
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranesOrgànuls cel·lulars delimitats per membranes
Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes
 
Anabolisme heteròtrof
Anabolisme heteròtrofAnabolisme heteròtrof
Anabolisme heteròtrof
 
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnesBiologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
Biologia 2n Batxillerat. U05. Les proteïnes
 
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucliBiologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
Biologia 2n Batxillerat. U07. La cèl·lula. El nucli
 
02. Els nivells d’organització de la matèria
02. Els nivells d’organització de la matèria02. Els nivells d’organització de la matèria
02. Els nivells d’organització de la matèria
 
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lularBiologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
Biologia 2n Batxillerat. U12. Reproducció cel·lular
 
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals mineralsBiologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
Biologia 2n Batxillerat. U02. Els bioelements, l'aigua i les sals minerals
 
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípidsBiologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
Biologia 2n Batxillerat. U04. Els lípids
 
Fermentació
FermentacióFermentació
Fermentació
 

Similar to Biologia 2n Batxillerat. U14. El DNA, portador del missatge genètic

Replicacio, traduccio, transcripcio
Replicacio, traduccio, transcripcioReplicacio, traduccio, transcripcio
Replicacio, traduccio, transcripcio
Núria Guixa Boixereu
 
La revolucio genetica
La revolucio geneticaLa revolucio genetica
La revolucio genetica
montsejaen
 
Genètica molecular 4t eso
Genètica molecular 4t esoGenètica molecular 4t eso
Genètica molecular 4t eso
JuliaRomero38
 
Genètica molecular I. Replicació
Genètica molecular I. ReplicacióGenètica molecular I. Replicació
Genètica molecular I. Replicació
martaperezmurugo
 
52. El sentit de creixement dels nous filaments
52. El sentit de creixement dels nous filaments52. El sentit de creixement dels nous filaments
52. El sentit de creixement dels nous filaments
Dani Ribo
 
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
tiotavio
 
Replicació de l'ADN
Replicació de l'ADNReplicació de l'ADN
Replicació de l'ADN
tiotavio
 
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
carlesmb
 
51. La duplicació del DNA
51. La duplicació del DNA51. La duplicació del DNA
51. La duplicació del DNA
Dani Ribo
 
Genetica i biotecnologia
Genetica i biotecnologia Genetica i biotecnologia
Genetica i biotecnologia
mireiacollm
 
La revolució genètica
La revolució genèticaLa revolució genètica
La revolució genètica
montsejaen
 
ADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
ADN_i_biotecnologia_curt_1.pptADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
ADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
Ducky32
 
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
INS Escola Intermunicipal del Penedès
 
ADN i biotecnologia 4ESO
ADN i biotecnologia 4ESOADN i biotecnologia 4ESO
ADN i biotecnologia 4ESO
Mireia Llobet
 
2a part dna
2a part dna2a part dna
2a part dna
conchi
 
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
Màrius Martínez i Martí
 
Genetica molecular
Genetica molecularGenetica molecular
Genetica molecular
Anna Giro
 

Similar to Biologia 2n Batxillerat. U14. El DNA, portador del missatge genètic (20)

Replicacio, traduccio, transcripcio
Replicacio, traduccio, transcripcioReplicacio, traduccio, transcripcio
Replicacio, traduccio, transcripcio
 
La revolucio genetica
La revolucio geneticaLa revolucio genetica
La revolucio genetica
 
Genètica molecular 4t eso
Genètica molecular 4t esoGenètica molecular 4t eso
Genètica molecular 4t eso
 
Unitat 12
Unitat 12Unitat 12
Unitat 12
 
Genètica molecular I. Replicació
Genètica molecular I. ReplicacióGenètica molecular I. Replicació
Genètica molecular I. Replicació
 
52. El sentit de creixement dels nous filaments
52. El sentit de creixement dels nous filaments52. El sentit de creixement dels nous filaments
52. El sentit de creixement dels nous filaments
 
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
Tema11 GenèTica Molecular Ii (Replicació) 2009 10
 
Replicació de l'ADN
Replicació de l'ADNReplicació de l'ADN
Replicació de l'ADN
 
La revolució genètica
La revolució genèticaLa revolució genètica
La revolució genètica
 
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
La revolució genètica: la revelació dels secrets de la vida.
 
51. La duplicació del DNA
51. La duplicació del DNA51. La duplicació del DNA
51. La duplicació del DNA
 
Genetica i biotecnologia
Genetica i biotecnologia Genetica i biotecnologia
Genetica i biotecnologia
 
Tema 14 duplicacio adn
Tema 14 duplicacio adnTema 14 duplicacio adn
Tema 14 duplicacio adn
 
La revolució genètica
La revolució genèticaLa revolució genètica
La revolució genètica
 
ADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
ADN_i_biotecnologia_curt_1.pptADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
ADN_i_biotecnologia_curt_1.ppt
 
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
4t ESO - Biologia i Geologia - Tema 02 -Genètica molecular
 
ADN i biotecnologia 4ESO
ADN i biotecnologia 4ESOADN i biotecnologia 4ESO
ADN i biotecnologia 4ESO
 
2a part dna
2a part dna2a part dna
2a part dna
 
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
La revolució genètica: Revelació dels secrets de la vida per Alan, Cristian i...
 
Genetica molecular
Genetica molecularGenetica molecular
Genetica molecular
 

Biologia 2n Batxillerat. U14. El DNA, portador del missatge genètic

  • 1. UNITAT 14 El DNA, portador del missatge genètic 1
  • 2. Què estudiarem? 1. El DNA com a material genètic 2. La duplicació del DNA 3. Síntesi de noves cadenes del DNA 4. El mecanisme de duplicació del DNA 5. Gens, enzims i caràcters 6. L’expressió del missatge genètic 7. El codi genètic 8. La traducció. Biosíntesi de les proteïnes 9. La regulació de l’expressió gènica 2
  • 3. 1. El DNA com a material genètic • Els humans posseeixen 46 cromosomes i 80000 gens que es codifiquen per proteïnes. • La ciència de la genètica es va desenvolupar en el moment en que es va descobrir que les característiques dels individus estaven determinades per unitats hereditàries que es transmetien d'una generació a la següent de manera uniforme i predictible. • El primer problema va ser el d'identificar exactament el material genètic, la seva localització i la seva naturalesa química. • El desenvolupament d'aquesta línia d'investigació ha donat lloc a una branca de la genètica denominada genètica molecular. 3
  • 4. • En la recerca i identificació del material genètic s'estableixen 4 requisits generals que s'espera que acompleixi el material genètic: – Que es repliqui exactament abans de la duplicació cel·lular. – Que la seva estructura sigui prou estable perquè els canvis hereditaris (mutacions) només es produeixin rarament. – Que pugui dur qualsevol tipus d'informació biològica necessària. – Que transmeti la informació a la cèl·lula. • Per altra banda, eren ja coneguts els esdeveniments que ocorrien en les cèl·lules durant la mitosi i la meiosi. 4
  • 5. • Els protagonistes d'ambdós processos són, sens dubte, els cromosomes i l'atenció dels científics es va dirigir cap a ells per les següents raons: – Es dupliquen amb precisió i es divideixen amb exactitud en la mitosi proporcionant a cada cèl·lula un joc complet de cromosomes. – El seu comportament durant la meiosi concorda amb el que s'ha d'esperar de l'herència, que es deu a les contribucions d'ambdós progenitors. – L’encreuament que sofreixen durant la meiosi subministra una font important per a la variabilitat que s'observa entre els individus d'una mateixa espècie. – A més existeixen proves considerables que les aberracions cromosòmiques poden estar associades a l'herència de característiques específiques. 5
  • 6. • Per tot lo anterior semblava evident que el material genètic calia buscar-lo en els cromosomes. • Els components dels cromosomes són: – Les proteïnes. – L'àcid desoxiribonucleic (DNA). 6
  • 7. 1.1. Confirmació del DNA com a portador de la informació genètica Experiments clau: • Griffith (1928): – Principi transformador. • Avery, MacLeod i McCarthy (1944): – Identificació química del principi transformador. • Hershey i Chase (1952): – Experimenten amb el bacteriòfag (fag) T2 (corroboració). 7
  • 8. • Frederic Griffith (Streptococcus neumoniae): – Soca S: letal (amb càpsula de polisacàrids) – Soca R: No letal 8
  • 9. • Conclusió: Existeix un “factor transformant”. 9
  • 10. • Avery, McLeod i MacCarthy: – Basant-se en l’experiment d’en Griffith varen tractar les mostres del principi transformador per aïllar i destruir diverses substàncies (proteïnes, àcids nucleics, lípids, glúcids). – La resposta era sempre la mateixa: Si es destruïa el DNA de la mostra, no existia l’activitat transformadora. – Varen aïllar el DNA del principi transformador i van demostrar que presentava una elevada activitat en la transformació bacteriana. 10
  • 11. • Hershey i Chase: – Realitzat amb el bacteriòfag T2 que infecta bacteris. – El fag T2 esta format per un nucli d’DNA i una coberta de proteïnes. – Quina part del fag entra en el bacteri actuant de material hereditari? – Conclusió: L’ADN. 11
  • 12. 12
  • 13. 2. La duplicació del DNA • La necessitat que el material genètic es autodupliqui exactament és la primera exigència que ha de complir. • En el model de Watson i Crick es plantejava la possibilitat que les brins de la doble hèlix se separessin i cadascuna servís de matriu per a formar la cadena complementària. • Aquest procés va rebre el nom de replicació. 13
  • 14. 2.1. Hipòtesi sobre la duplicació del DNA • Les dues cadenes complementàries se separen mitjançant un enzim específic i cada una servirà de motlle per a sintetitzar una nova cadena complementària. • Hi ha tres hipòtesis: – Semiconservativa. Cada cadena en forma una de nova (una nova i una vella). – Conservativa. Cada cadena en forma una de nova (dues noves i dues velles). – Dispersiva. Les cadenes es van formant a partir de parts de la nova i parts de la vella. 14
  • 15. Semiconservativa Conservativa Dispersiva 15
  • 16. 2.2. Experiment de Meselson i Stahl • Els experiments de Meselson i Stahl van trobar una forma senzilla per diferenciar les cadenes d’DNA paternes de les noves: el marcatge per densitat. – Utilitzaren un isòtop pesat del nitrogen (15N). – Les molècules de DNA que contenen 15N són més denses que les molècules amb 14N. – La conclusió a la que varen arribar va ser que el DNA segueix el model semiconservatiu per replicar-se. 16
  • 17. 17
  • 18. 3. Síntesi de noves cadenes de DNA • Ja sabem com es produeix la replicació del DNA, però... com pot copiar-se la nova cadena a partir de la cadena motlle? – Síntesi de DNA in vitro (Kornberg i Ochoa). – Síntesi de a DNA in vivo. 18
  • 19. 3.1. Síntesi de DNA in vitro • Kornberg va aïllar, del bacteri E. Coli, un enzim capaç de sintetitzar DNA in vitro, la DNA-polimerasa. • La DNA-polimerasa: – Enzim constituït per uns mil aminoàcids. – Es troba al nucli i als mitocondris. – Afegeix nucleòtids a partir d’una cadena motlle (incapaç d’iniciar una cadena de novo). 19
  • 20. • Perquè la DNA-polimerasa actuï es requereix la presencia de: – Ions Mg2+. – Una barreja de 4 nucleòtids (d’ATP, de GTP, de CTP i de TTP). És suficient amb que falti un dels quatre perquè no actuï la DNA-polimerasa. – Bàsicament aquest enzim realitza dues funcions: polimerització i correcció. – La cadena sencera s’anomena patró i comença a l’extrem 3’. – L’extrem 3’ de la cadena que es sintetitza s’anomena encebador. 20
  • 21. Com actua la DNA-polimerasa? • 1. Funció polimeritzadora: – Recorre els brins del motlle (va de l’extrem 3’ al 5’ al DNA patró) i selecciona a cada moment el nucleòtid que tingui la base complementària (G-C, A-T). – Una vegada localitzat, la DNA-polimerasa catalitza la seva hidròlisi separant un grup pirofosfat (P-P) i unint la resta (desoxirribonucleòtid-monofosfat) a la cadena de DNA que s'està formant mitjançant un enllaç fosfodièster. – L'energia necessària per a aquesta unió s'obté de la hidròlisi del grup pirofosfat. • 2. Funció autocorrectora: – Després d'unir cada nucleòtid comprova si s'han produït errors abans d'incorporar el nucleòtid següent. – Si detecta un error, elimina l'últim nucleòtid col·locat i ho substitueix pel correcte. 21
  • 22. ADN patró Nucleòtids Mg2+ ADN cebador ADN polimerasa 22
  • 23. 3.2. Síntesi de DNA in vivo • Experiment de John Cairns (1963): – Encaminat a conèixer com té lloc la duplicació del DNA. – Va marcar amb triti (H3) el DNA bacterià (E. coli). – Cada 2 o 3 minuts s’extreia el DNA i feia una autoradiografía de la molècula (amb emulsió fotogràfica). – Els resultats d’aquest experiment van confirmar la hipòtesi semiconservativa i van evidenciar l’existència d’un punt d’inici de la replicació. – Va obtenir tres tipus d’imatges: • Imatges inicials amb forma de V. • Imatges intermèdies amb forma de mitja lluna. • Imatges finals amb forma de cercle esclafat. 23
  • 24. Formes observades Interpretació 1.ª generació 2.ª generació Als 5 minuts Als 12 minuts Punto de creixement Hèlix de la 2.ª generació Hèlix de la 1.ª Als 28 minuts Als 48 minuts Punto de generació creixement Origen 24
  • 25. • Les imatges inicials amb forma de V corresponien a les forquilles de replicació, formades per les dues noves cadenes de DNA. • Les imatges intermèdies amb forma de mitja lluna corresponien a les bombolles de replicació. • Les imatges finals amb forma de cercle esclafat eren degudes a que el DNA de l’E. Coli és circular. • Aquests resultats permetien confirmar la hipòtesi semiconservativa i evidenciaven un punt d’inici de la replicació. 25
  • 26. • Els experiments d’en Cairns van plantejar dues noves incògnites: – Com començava a sintetitzar la DNA- polimerasa? – Com podien créixer en paral·lel les dues cadenes si una ho feia en sentit 5’ → 3’ i l’altre 3’ → 5’? • Aquestes dues incògnites van quedar aclarides el 1968 per Reiji Okazaki. 26
  • 27. • Especificacions sobre l’activitat catalítica de la DNA-polimerasa: – La DNA-polimerasa és capaç d'anar llegint la cadena que actua de motlle en sentit 3‘ → 5' i va sintetitzant la nova cadena en sentit 5‘ → 3‘ (bri conductor). – La cadena complementaria discorre en sentit antiparal·lel, és a dir, 5' → 3' i la DNApolimerasa no pot llegir-la en aquest sentit: • La DNA-polimerasa sintetitza petits fragments d’DNA anomenats fragments de Okazaki (≈50 nucleòtids RNA +1000-2000 nucleòtids DNA) que creixen en sentit 5' → 3' igual que el bri conductor i més tard s'uneixen per a formar el bri complet. • La síntesi en aquest sentit s’anomena retardada perquè se sintetitza més lentament. – La DNA-polimerasa és incapaç d'iniciar per si sola la síntesi d'una nova cadena d’DNA i necessita un curt fragment de RNA, anomenat RNA-encebador (o “primer”), que actuï com iniciador de les rèpliques i que s'elimina posteriorment de DNA format. 27
  • 28. Forquilles observades 5’ 3’ 3’ 5’ Cap polimerasa afegeix Punt d’inici nucleòtids en aquests punts 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ Origen de Creixement Creixement replicació continu discontinu 5’ 3’ 5’ 3’ Fragments d’Okazaki 28
  • 29. • Proteïnes que intervenen: – Primases (RNA polimerases, dependents de DNA): • Sintetitzen RNA encebador usant com a motlle una cadena de DNA. – Helicases: • Rompen els pont d'hidrogen entre les dues cadenes complementàries i les separen per a fer-les servir de motlle. – Topoisomerases: • Eliminen les tensions generades a la doble hèlix. – Proteïnes SSB: • S’uneixen a cadenes senzilles de DNA allà on s’ha desenrotllat la hèlix motlle però encara no ha començat la síntesi. Permeten que no s’enredi el DNA. – Nucleases: • Rompen els enllaços fosfodièster entre nucleòtids. • Donen lloc a l’origen de replicació. • Escindeixen els RNA encebadors. • Reparen lesions. – Lligases: • Uneixen fragments de DNA. – DNA polimerases: • Catalitzen la formació d’enllaços fosfodièster entre nucleòtids. 29
  • 30. • Tipus de DNA-polimerases a procariotes: – DNA-polimerasa I: Activitat polimerasa sentit 5’ → 3’ i exonucleasa en sentit 3’→5’ i 5’ → 3’ – DNA-polimerasa II: Repara petites rotures a la cadena de DNA. – DNA-polimerasa III:Enzim principal de replicació a procariotes. – DNA-polimerasa IV i V: Reparació d’errors. • Tipus de DNA-polimerases a eucariotes: – DNA-polimerasa α: Polimerasa iniciadora. Participa en la replicació del DNA nuclear i sintetitza la cadena retardada. – DNA-polimerasa β: Activitat reparadora. Uneix fragments d’Okazaki. – DNA-polimerasa γ: Replicació mitocondrial. – DNA-polimerasa δ: Activitat polimerasa, la principal en replicació DNA nuclear. – DNA-polimerasa ε: Polimeritza fragments d’Okazaki. 30
  • 31. 4. Mecanisme de duplicació del DNA 4.1. Duplicació del DNA en cèl·lules procariotes • Té lloc en tres etapes: – Fase d’iniciació. – Fase d’elongació. – Fase de terminació. 31
  • 32. • Fase d’iniciació: – Comença allà on es troba origen de replicació. – Seqüència de nucleòtids que actua com a senyal d’iniciació “origen de la replicació”. – Les helicases (enzims) rompen els ponts d’hidrogen que hi ha entre les dues cadenes complementàries i les mantenen separades. – Les topoisomerases (enzims) eliminen les tensions i el superenrotllament quan es trenca la doble hèlix. – Les proteïnes estabilitzadores SSB mantenen les cadenes separades i s’origina la forquilla de replicació. – El procés es bidireccional – Les forquilles enfrontades formen la bombolla de replicació. 32
  • 33. • Fase d’elongació: – A més dels enzims anteriors, s’afegeixen les RNA- polimerases i les DNA-polimerases. – Primasa: Sintetitza un fragment curt d’RNA encebador (10 nucleòtids). – La DNA-polimerasa III (a partir de l’encebador) comença a sintetitzar en sentit 5’→3’, que anomenem cadena avançada. – Sobre l’altra cadena, cadena retardada, l’RNA- polimerasa (primasa) sintetitza uns quaranta nucleòtids en un punt que dista uns 1000 nucleòtids del senyal d’iniciació. – A partir d’aquests fragments de RNA, la DNA- polimerasa forma els fragments d’Okazaki. – Tot això es repeteix a mesura que es separen les dues cadenes. 33
  • 34. • Fase de terminació: – Es produeix quan els dos brins de replicació del cromosoma circular es troben. – La lligasa uneix els fragments de DNA sintetitzats. – S'hauran format dos cromosomes circulars complets. 34
  • 35. Origen de Iniciació la replicació ADN pol III Proteïnes Bombolla estabilitzadores de replicació Cadena avançada Helicasa Cadena Elongació retardada Forquilla de Primasa ADN pol I replicació ADN-lligasa ADN pol III Direcció general de la replicació 35
  • 36. 4.2. Duplicació del DNA en cèl·lules eucariotes • En trets essencials es igual a la de les procariotes. Les diferències més significatives són: – En els cromosomes eucariotes, el DNA es troba associat a histones (formant nucleosomes); fet que dificulta la progressivitat de les DNA-polimerases: • A més, la replicació ha d’estar coordinada amb la síntesi d’histones. – El tamany dels fragments d’Okazaki es d’uns 150-200 nucleòtids (molt més petit que a procariotes). 36
  • 37. – La quantitat de DNA a les eucariotes es més gran que a procariotes: • Molts punts d’origen de replicació. • Moltes unitats de replicació (replicons). – La replicació a les eucariotes té lloc al nucli (fase S) mentre que a les procariotes té lloc al citosol. – DNA-polimerases diferents: • A les procariotes les dues cadenes les sintetitza el mateix tipus de DNA-polimerasa, a les eucariotes no. – La replicació dels telòmers no es pot completar als eucariotes (incapaç de sintetitzar en sentit 3’→5’). 37
  • 38. Cadena avançada Origen de la replicació Origen de la replicació Cadena Forquilla retardada de replicació Cadena retardada Bombolles de replicació Nucleosomes Cadena avançada Nous nucleosomes 38
  • 39. 5. Gens, enzims i caràcters • Garrod (1902): – Va estudiar la alcaptonúria (malaltia caracteritzada per artritisme i ennegriment dels cartílags) que es deu a la presència de l’àcid homogenístic. – A partir de les observacions va suggerir la relació entre malaltia, metabolisme i herència. – Va proposar: • que l’àcid es produïa per un bloqueig en la ruta metabòlica degut a un error innat del metabolisme. • que es tractava d’una malaltia hereditària (autosòmica recessiva). • Anàlisis posteriors van demostrar que l’àcid homosgentísic desapareixia en els individus sans, per tant existia un paral·lelisme entre gen i substància química. 39
  • 40. 5.1. Teoria “un gen, un enzim” • Beadle i Tatum (1948): – Amb el fong Neurospora crassa sotmesa a elevades dosis de raig X van provocar mutacions en els seus gens. – Van veure que cada mutant necessitava un substrat (aminoàcid) específic per sobreviure. 40
  • 41. – Posteriorment, es va descobrir que: • No totes les proteïnes són enzims. • Certes proteïnes estan formades per varies cadenes polipeptídiques. • La falta d’un enzim bloqueja el metabolisme en la substància sobre que actua. – També es va deduir que un gen es una seqüència de DNA que conté la informació per sintetitzar un polipèptid. – El gen es la unitat de funció, però no la unitat de mutació. – La unitat de mutació es troba en els nucleòtids → produeixen alteració en el fenotip dels individus. – En eucariotes, un gen pot codificar informació per més d’una proteïna degut al procés de maduració dels mRNA; i més d’un gen pot formar una proteïna. 41
  • 42. 6. L’expressió del missatge genètic • Francis Crick (1953): – Va proposar la “hipòtesi de la col·linealitat”, segons la que s’establia la correspondència entre la seqüència de nucleòtids d’un gen i la seqüència d’aminoàcids de l’enzim que el gen codifica. – El mecanisme pel qual es passa d’un gen a una seqüència d’aminoàcids té 2 processos: • Transcripció: – A partir de la seqüència de nucleòtids d’un gen (DNA) es realitza una còpia amb la seqüència de nucleòtids complementaris a un mRNA. – A les eucariotes es du a terme al nucli, on hi ha el genoma. – A les procariotes es du a terme al citoplasma, a la zona on s’acumula el material genètic. • Traducció: – S’obté una seqüència d’aminoàcids a partir de la seqüència de mRNA. – Es du a terme als ribosomes que formen part del citosol. 42
  • 43. • Les propostes de Crick es coneixen com el dogma central de la biologia molecular. • Posteriorment es va descobrir que els virus que tenen RNA com a material genètic (retrovirus) constitueixen una excepció a aquest dogma. Utilitzen la transcriptasa inversa com a enzim. • Una altra excepció són els virus amb capacitat de generar RNA complementari a través de l’enzim replicasa. . 43
  • 44. 6.1. Mecanisme de la transcripció • La transcripció és el pas d’una seqüència d’DNA a una seqüència d’RNA. • Ho realitzen els enzims RNA-polimerases que utilitzen com a motlle la cadena de DNA. • L’RNA-polimerasa aparella A, G, C i T del DNA amb U, C, G i A del RNA. • Es comença a l’extrem 3’ del DNA i es comença formant un extrem 5’ del RNA. • Només es transcriu a RNA una de les dues cadenes de DNA: – La cadena transcrita es diu codificadora. – La cadena que no es transcriu es diu estabilitzadora. – Segons el gen la cadena que es transcriu es una o es l’altra. 44
  • 45. • De DNA a DNA: –A→T –G→C –C→G –T→A • De DNA a RNA: –A→U –G→C –C→G –T →A 45
  • 46. 6.2. Transcripció en procariotes • Els procariotes tenen un únic tipus de RNA polimerasa que sintetitza tots els tipus de RNA. • La transcripció té lloc en quatre fases: – Iniciació. – Allargament o elongació. – Terminació o acabament. – Maduració. 46
  • 47. 1. Iniciació: • Al DNA existeixen unes seqüències denominades promotores (que no es transcriuen) a partir de les quals s’estableix la unitat de transcripció. • El promotor conté unes seqüències de nucleòtids, anomenades seqüències consens que són detectades per la RNA polimerasa. • El promotor determina quina de les dues cadenes ha de ser transcrita. • Una vegada fixada (RNA polimerasa) es desenrotlla la cadena i comença la síntesi. • La cadena copiada s’anomena patró. 2. Allargament o elongació: • La RNA-polimerasa recorre la cadena codificadora cap a l’extrem 5’ es produeix la síntesi del RNA en direcció contrària, 5’ → 3’. 47
  • 48. 3. Terminació o acabament: • La transcripció acaba quan l’RNA-polimerasa arriba a una seqüència que està formada per G i C seguides de diverses T i que origina un bucle al final de l’RNA. Aquesta seqüència s’anomena seqüència d’acabament. • L’RNA-polimerasa es separa i el DNA torna a formar el doble hèlix. 4. Maduració: • Es dóna o no segons el tipus de RNA sintetitzat: – mRNA: Directament té lloc la traducció, donant lloc a una proteïna funcional. – tRNA o rRNA: transcrit primari; es fragmenta i s’empalmen els fragments que donaran lloc al RNA definitiu. 48
  • 49. Promotor ARN-polimerasa 5’ 3’ 3’ 5’ Iniciació 5’ 3’ 3’ 5’ ARN Elongació 5’ 3’ 3’ 5’ Acabament 5’ 3’ 3’ 5’ ARN transcrit 49
  • 50. 6.3. Transcripció en eucariotes • Es més complexa que als procariotes (cromatina). • Hi ha regions on el DNA esta sempre estès (transcripció contínua). • Intervenen nombroses proteïnes reguladores (factors de transcripció) que interactuen amb la RNA polimerasa. • Intervenen diversos tipus de RNA polimerases: – RNA-polimerasa I: fabrica els precursors de rRNA. – RNA-polimerasa II: produeix nRNA, precursor de mRNA. – RNA-polimerasa III: sintetitza precursors de tRNA i el RNA 5S de la subunitat gran dels ribosomes. 50
  • 51. • Els gens estan fragmentats de manera que sempre cal un procés de maduració en la que s’eliminen introns i s’empalmen les seqüències que tenen sentit, els exons. • L’mRNA es monocistrònic (monogènic), només conté la informació per sintetitzar un polipèptid. • El DNA està associat a histones formant nucleosomes. • La transcripció té lloc en quatre fases: – Iniciació. – Allargament o elongació. – Terminació o acabament. – Maduració. 51
  • 52. 1. Iniciació: • La RNA-polimerasa II es fixa a la regió promotor del DNA (formant el complex de transcripció). • Els promotors en eucariotes tenen dues regions identificables: seqüència consens CAAT i regió TATA. • Perquè es pugi fixar la RNA-polimerasa es necessària la intervenció dels factors de transcripció, unes proteïnes. • Tot el conjunt rep el nom de complex d’iniciació de la transcripció. 2. Allargament o elongació: • Síntesi continua en sentit 5’→3’. • Una vegada s’han transcrits uns 30 nucleòtids s’afegeix a l’extrem 5’ una caputxa de metilguanosina invertida. • Un mateix gen pot ser transcrit per diverses RNA- polimerases alhora. 52
  • 53. Promotor Unitat de transcripció 5’ 3’ Iniciació 3’ 5’ ARN ARN-polimerasa 5’ 3’ 3’ 5’ m7-Gppp Elongació Caputxa 5' 5’ 3’ 3’ 5’ m7-Gppp 53
  • 54. 3. Terminació o acabament: • Durant la transcripció, la RNA-polimerasa es pot trobar amb una seqüència d’acabament (TTATTT). • Després d’aquesta seqüència s’afegirà una cua de poli- A (adició catalitzada per l’enzim poli-A-polimerasa) formada per uns 200 ribonucleòtids d’adenina. • Ja està format el pre-mRNA. 4. Maduració: • Es produeix al nucli i la realitza un enzim anomenat ribonucleoproteïna petita nuclear (pnRNP). • Diversos pnRNP formen un complex de tall i unió que eliminarà els introns. • Posteriorment una RNA-lligasa unirà els exons. 54
  • 55. Maduració 5’ 3’ Exó 1 Intró Exó 2 Proteïna RNPpn Espliceosoma 5’ 3’ Intró Exó 1 Exó 2 ARNm 5’ 3’ 55
  • 56. 5’ 3’ Finalizació 3’ 5’ PoliA-polimerasa m7-Gppp Caputxa 5' OH ARN heterogeni nuclear Cua poli-A m7-Gppp OH Caputxa 5' 56
  • 57. 7. El codi genètic • El codi genètic es la clau que relaciona una seqüència polinucleòtidica de mRNA amb una seqüència d’aminoàcids de les proteïnes. • L’RNA es un polímer lineal de 4 nucleòtids diferents i les proteïnes són polímers de 20 aminoàcids. • El nombre mínim per codificar cada aminoàcid es de tres nucleòtids: 43 = 64 possibles triplets 57
  • 58. 7.1. Descobriment del codi genètic • Severo Ochoa (nobel 1959) va aïllar l’enzim poliribonucleòtid fosforilasa capaç de sintetitzar RNA in vitro. • Es varen fer diversos experiments: – Homopolimers: RNA sintètics que tan sols contenen un tipus de ribonucleòtidsnucleòtids: • poli U: UUU FENILALANINA • poli C: CCC PROLINA • poli A: AAA ARGININA • poli G: GGG GLICINA – Copolimers: Polímers que contenen més d’un ribonucleòtids diferent. Es fabriquen posant dos ribonucleòtids en diferents quantitats. – Polímers de sequència coneguda: poli-UC:UCU (serina), CUC (leucina). – RNA transferents marcats: marcatge amb radioactivitat. 58
  • 59. 7.2. Característiques del codi genètic • 3 nucleòtids del mRNA (codó) determinen un aminoàcid. • Es degenerat, és a dir, existeixen més codons (64) que aminoàcids (20), per tant: – Un aminoàcid pot estar codificat per més d’un codó. – Quan un aminoàcid està codificat per varis triplets sol variar el tercer nucleòtid. • No hi ha solapaments: cada nucleòtid només pertany a un triplet. • No hi ha espais en blanc entre els triplets (no hi ha signes de puntuació). • Es universal: el mateix triplet codifica pel mateix aminoàcid en diferents espècies. • Hi ha un triplet d’iniciació, AUG (metonina). • Existeixen tres codons de terminació (stop), que no codifiquen per cap aminoàcid: UAA, UAG y UGA. 59
  • 60. 8. La traducció. Biosíntesi de proteïnes • La traducció és la unió d’aminoàcids mitjançant enllaços peptídics, segons una seqüència que correspon a la de nucleòtids de l’mRNA. • Té lloc al ribosomes d’una forma similar en procariotes i eucariotes • Intervenen: aminoàcids, tRNA, ribosomes, mRNA, enzims, factors proteics i nucleòtids trifosfat. • Cada cadena polipeptídica es sintetitza des del seu extrem amino terminal cap al seu extrem carboxil. • Les principals etapes són tres: – Activació dels aminoàcids. – Traducció. – Associació de diverses cadenes polipeptídiques per a construir proteïnes. 60
  • 61. 8.1. Activació dels aminoàcids • L’activació és la unió de cada aminoàcid al seu tRNA específic. • Intervenen l’enzim aminoacil-tRNA-sintetasa i l’ATP. • El reconeixement de l’aminoàcid per tRNA es dóna gracies a que aminoacil-tRNAsintetases tenen tres llocs d’unió diferents: – reconeixement de l’aminoàcid, – reconeixement del tRNA – reconeixement del ATP. • Hi ha un aminoacil-tRNA-sintetasa per a cada tRNA • L’aminoacil-tRNA-sintetasa es considera un adaptador entre tRNA i l’aminoàcid. • Al tRNA es consideren els adaptadors finals: transformen la informació (nucleòtids) en aminoàcids. aa + ATP + tRNA → tRNA(3’)-aa + AMP + Pi 61
  • 62. 8.2. Traducció • Una vegada activats els aminoàcids en l’etapa anterior, continua el procés de biosíntesi de proteïnes als ribosomes. • Hi ha tres subetapes: – Iniciació de la síntesi. – Elongació o allargament de la cadena polipeptídica. – Acabament de la síntesi. 62
  • 63. 8.2.1. Iniciació de la síntesi • Per tal que s'iniciï la síntesi és necessària la intervenció d’uns factors d’iniciació i que hi hagi un aport d’energia (GTP). • L’mRNA s’uneix a la subunitat petita d’un ribosoma gràcies a una seqüència inicial (regió lider, no traduïda) que té uns deu nucleòtids complementaris a rRNA. • El codó d’inici (5’...AUG...3’) s’uneix a l’aminoacil-tRNA, que és complementari (3’...UAC...5’) i que s’anomena anticodó. • S’estableixen enllaços d’hidrogen entre els codó i l’anticodó. • Finalment, s’afegeix la subunitat gran formant el complex ribosòmic. 63
  • 64. Iniciació de la síntesi 3’ U 5’ A C Metionina 5’ A U 3’ G ARNt iniciador E A GDP GTP 3’ 3’ 5’ 5’ Subunitat menor 64
  • 65. • En complex ribosòmic o complex actiu es diferencien tres llocs d’unió: – Lloc P o centre peptidil: on es situa el primer aminoacil-tRNA. – Lloc A o centre acceptor: on es col·loquen els aminoacils-tRNA següents. – Lloc E o centre de sortida: on es situa el tRNA que ha aportat el seu aminoàcid surt del ribosoma. • Aquest procés no és igual a totes les cèl·lules: – Eucariotes: • L’mRNA primer ha de madurar. – Procariotes: • Transcripció i traducció simultàniament. • Si el mRNA es molt llarg es poden formar poliribosomes (mes d’un ribosoma traduint). 65
  • 66. 8.2.2. Elongació o allargament de la cadena polipeptídica • Després de formar-se el complex d’iniciació es van afegint aminoàcids (segons l’ordre corresponent pels codons del mRNA). • Intervenen una sèrie de proteïnes (factors d’elongació). • Es donen tres etapes que es repeteixen cíclicament: – Unió del aminoacil-tRNA al lloc A (requereix GTP). – Formació del enllaç peptídic (el primer enllaç es dona entre metionina del el lloc P i l’aminoàcid del aminoacil-tRNA). Ho du a terme l’enzim peptidil- transferasa. – Transposcició. El ribosoma es trasllada al nou codó del mRNA i el peptidil-tRNA pasa del lloc A al P. 66
  • 67. 8.2.3. Acabament de la síntesi • Ve senyalitzada per tres codons especials: UAA, UAG i UGA (no tenen anticodó complementari). • També intervenen els factors proteics d’alliberament: – Quan s’afegeix l’últim aminoàcid el polipéptid queda afegit covalentment pel seu extrem carboxil al tRNA (situat en el lloc A del ribosoma). – El polipeptidil-tRNA es separa del ribosoma (factors d’alliberament) – Un enzim peptidil transferasa hidrolitza l’enllaç ester entre la cadena polipeptidica i el tRNA. • Finalment, el polipèptid, el tRNA i el mRNA es separen del ribosoma i el ribosoma es dissocia (2 subunitats). 67
  • 68. Elongació de la cadena polipeptídica Acabament de la síntesi 68
  • 69. 8.3. Associació de diverses cadenes polipeptídiques per a construir les proteïnes • A mesura que es sintetitza la cadena polipeptídica aquesta va adoptant estructura secundària i terciària. • En acabar: – Es produeix la separació de l’aminoàcid d’inici (generalment). – Hi ha proteïnes de membrana i de secreció: duen un pèptid senyal al seu extrem N-terinal, reconegut per enzims que les transportaran. – Alguns polipèptids seran retallats (ACTH o corticotropina). – Altres polipèptids s’uneixen a ions o coenzims. – Algunes proteïnes estan formades per diverses subunitats (provenen del mateix gen o de gens diferents (Hb)). – Algunes proteïnes no necessiten ser processades. 69
  • 70. 9. La regulació de l’expressió gènica • El sistema de regulació permet optimitzar els recursos cel·lulars per transcriure i traduir únicament el que es necessita en aquell moment. • L’mRNA es manté funcional molt poc temps (inestable): – La quantitat de mRNA determina la quantitat de proteïnes – La síntesi de mRNA regula el metabolisme cel·lular • La síntesi de mRNA depèn: – Procariotes: substrat disponible. – Eucariotes: concentracions hormonal medi intern (factors reguladors de transcripció). 70
  • 71. 9.1. L’operó • Jacques Monod i François Jacob van establir aquest model de l’operó: • L’operó és el conjunt de gens estructurals. • Els experiments es van realitzar amb cultius de E. Coli: – Medi amb glucosa: enzim β -galactosidasa inactiu – Medi amb lactosa: enzim β-galactosidasa actiu (β-galactosidasa : enzim que catalitza la dissociació de lactosa en glucosa i galactosa) • Es va descobrir que eren tres els enzims que es reprimien, i són: β-galactosidasa, β-galactòsid-permeasa i β-galactòsid-transacetilasa. • Es va arribar a la conclusió que el substrat glucosa reprimeix tot el conjunt d’enzims que intervenen en la via metabòlica. 71
  • 72. • En el model de l’operó es diferencien dos tipus de gens: – GENS ESTRUCTURALS: Codifiquen per a proteïnes estructurals i enzimàtiques. – GENS REGULADORS: Controlen l'expressió dels gens estructurals. • Ex.: Operó lac en E. Coli 72
  • 73. • Exemple: Operó lac en E. Coli: – Un sol gen regulador controla l’expressió de tres gens estructurals. – El gen regulador es troba davant dels gens estructurals. – Aquest gen regulador (gen y) produeix un repressor que impideix la transcripció dels altres gens (gens estructurals). – El repressor (producte del gen y) queda bloquejat en presencia d’agents inductors (ex. lactosa). – Al costat del primer gen estructural (galactosidasa) hi ha: • Una regió promotora: s’uneix l’RNA-polimerasa. • Una regió operadora: s’uneix a un repressor. 73
  • 74. 74
  • 75. 9.2. Control de l’expressió gènica en eucariotes • Les cèl·lules eucariotes responen a les variacions hormonals del medi intern. • Cada cèl·lula esta especialitzada degut a la diferenciació cel·lular (tot i que totes les cèl·lules tenen el mateix DNA). • Les zones condensades no es transcriuen. • Cada tipus de cèl·lula presenta un receptors cel·lular a la seva membrana (cada tipus cel·lular es susceptible a un tipus d’hormona). 75
  • 76. • El control de la expressió difereix segons el tipus d’hormones que actuï: – Hormones lipídiques: Travessen la membrana i formen complexos hormona- receptor que indueixen la transcripció de certs gens. – Hormones proteiques: No poden travessar directament la membrana plasmàtica. Els complex hormona-receptor es forma a la membrana i, quan es forma, activa un segon missatger a l’interior cel·lular. Aquest segon missatger serà el que induesqui la transcripció. 76
  • 77. 77