Biologa IV Transcripcin y traduccin de la informacin gentica

Ignacio Madrid C 2012

Un gen, una protenaLos genes son segmentos de ADN que contienen la informacin para la sntesis de una protena. Para poder llegar a sintetizar una protena (que en la clula determinan la forma, funcin, movimiento, actividad celular, crecimiento y capacidad de reproduccin) el ADN debe primero transcribirse, es decir, a partir de l se debe sintetizar ARN mensajero (ARNm) que acta como un intermediario, que transporta la instrucciones del ADN del ncleo al citoplasma, dirigindose a los ribosomas, donde sirve como molde en el proceso de traduccin. La traduccin es la lectura del ARNm para generar una protena. Ahora, cmo se llego a la conclusin de que un gen codifica una sola protena? G. Beadle y E. Tatum experimentaron con el hongo Neurospora. La neurospora tiene las enzimas (protenas) necesarias para elaborar su propia vitamina B6 y los veinte aminocidos. As, la neurospora normal puede crecer sin necesidad de agregar vitamina B6 o aminocidos. Beadle y Tatum usaron neurospora mutantes. Primero, con una mutante que no poda sintetizar vitamina B6 pero que s poda sintetizar aminocidos, demostraron que un solo gen defectuoso afecta solo una va bioqumica especfica (en este caso la va bioqumica de la sntesis de vitamina B6). Luego aislaron a dos mutantes, con mutaciones en un solo gen. La neurospora normal puede sintetizar arginina a partir de citrulina, la cual se sintetiza, a su vez, de ornitina, con estas dos etapas catalizadas por una enzima diferente. As, una mutante poda crecer slo si se agregaba arginina, es decir, tena falla o ausencia en la enzima que cataliza el paso de citrulina a arginina. Otra mutante poda crecer si se agregaba arginina o citrulina, es decir, tena falla en la enzima que cataliza el paso de ornitina a citrulina. Es decir, una mutacin en un gen determin la falla o ausencia de una sola enzima. As Beadle y Tatum llegaron a la conclusin de que un gen codifica una sola enzima lo que hoy podemos generalizar como un gen, un polipptido.Complementos agregados al medio Ninguno Ornitina Citrulina Arginina Neurospora normal Neurospora mutante (mutacin en el gen A) Neurospora mutante (mutacin en el gen B) Crece Crece Crece Crece Va metablica Conclusiones

No crece

No crece

No crece

Crece La falla en el gen A determina la falla en la enzima 2.

No crece

No crece

Crece

Crece La falla en el gen B determina la falla en la enzima 1.

Funcin del ARNEl ADN codifica la sntesis de tres tipos principales de ARN: el ARN mensajero (ARNm), ARN ribosmico y ARN de transferencia (ARNr) que intervienen en la traduccin de la informacin gentica en aminocidos de las protenas.

A continuacin se resumen en la tabla los procesos que constituyen el dogma central de la biologa y que tienen que ver con el flujo de la informacin gentica

Transcripcin del material gentico: sntesis de ARNDurante la transcripcin, la enzima ARN transcriptasa (ARN polimerasa) sintetiza una cadena de ARN a partir de un segmento de una hebra de ADN (gen), que utiliza como molde. La transcripcin del ARN avanza en sentido 5 a 3 y permite sintetizar los tres tipos de ARN, adems existen tres tipos de ARN polimerasa para sintetizar cada tipo de ARN. En el caso de la transcripcin del ARN mensajero (ARNm), el proceso se realiza en tres etapas: 1. Iniciacin. La ARN transcriptasa se une a la regin promotora del gen, que es una secuencia de bases de ADN que no se transcribe, pero que seala el comienzo del gen a transcribir. Luego, la doble hlice de ADN se desenrolla parcialmente formando una pequea burbuja de transcripcin. Algunas protenas se unen a las regiones de control de un gen para impedir o favorecer la unin de la ARN transcriptasa con el promotor. 2. Alargamiento. La ARN transcriptasa avanza a lo largo de la cadena molde de ADN, catalizando la formacin de una cadena de ARN complementaria respecto del ADN (C-G; G-C; T-A; A-U) a partir de ribonucletidos libres. Cuando ya se han agregado unos diez nucletidos, parte del ARN se separa de la cadena molde, permitiendo que el ADN forme nuevamente la doble hlice. 3. Terminacin. La ARN transcriptasa sigue avanzando hasta que se encuentra con una seal de terminacin que es una secuencia de bases que indica el trmino del gen. As, la ARN transcriptasa se separa del ADN y libera el ARN sintetizado, permitiendo que el ADN vuelva a enrollarse en una doble hlice. Luego, la ARN transcriptasa puede unirse a otro promotor para iniciar una nueva transcripcin.

Se dice que la transcripcin es selectiva porque slo se transcriben ciertos genes en un momento determinado, y adems porque se transcribe solo una cadena de ADN. En los eucariotas, el ARN que resulta de la transcripcin posee regiones llamadas exones que contienen la informacin para la sntesis de protenas, que estn interrumpidas por secuencias llamadas intrones que no codifican protenas. Por ello a este ARN se le denomina ARN inmaduro. Como la ARN transcriptasa transcribe tanto exones como intrones, antes de salir del ncleo, el ARN debe pasar por un procesamiento donde se remueven los intrones, formando un ARN maduro que contiene slo exones. Luego, el ARNm maduro sale del ncleo a travs de los poros nucleares para ser traducido en los ribosomas.

Traduccin de la informacin gentica: sntesis de protenasOcurre en los ribosomas. Los ribosomas presentan dos subunidades: una mayor y una menor que se encuentran separadas y que se acoplan cuando ocurre la transcripcin. Durante la traduccin se lee la secuencia de bases del ARNm y a partir de esta informacin se sintetizan. Las protenas estn formadas por aminocidos, los cuales se van agregando de uno en uno, en orden, segn indique el ARNm. Las protenas estn formadas por 20 aminocidos diferentes. Cada aminocido es codificado por una secuencia de tres nucletidos de ARNm (triplete), llamada codn. El cdigo gentico consiste en todos los codones y los aminocidos que stos codifican. Como son cuatro bases (A, U, C, G) que se combinan de a tres, tenemos 64 codones posibles, de los que 61 codifican aminocidos, mientras que los otros 3 son codones de terminacin o de alto, que si bien no codifican ningn aminocido, determinan el final del proceso de traduccin. Ahora, como son slo 20 aminocidos y son 61 los codones para codificarlos, muchos aminocidos estn codificados por ms de un codn, por ello se dice que el cdigo gentico es redundante o degenerado. Adems, el cdigo gentico es universal: TODOS los seres vivos utilizan el mismo cdigo gentico. EL CDIGO GENTICO:

Cada clula transcribe 61 tipos diferentes de ARNt, uno por cada codn que codifica un aminocido, y cumplen con la funcin de llevar aminocidos. En el citoplasma, hay 20 enzimas (una por cada aminocido) que reconocen el ARNt y le acoplan el aminocido correcto a un extremo, mientras en el otro extremo hay una secuencia de tres bases llamadas anticodones que son complementarias con los codones respectivos de ARNm. La traduccin consta de tres etapas:

Nota: ARN = RNA ; ARNt = RNAt = ARN de transferencia; ARNm = RNAm = ARN mensajero

Algunos datos: En condiciones ptimas un ribosoma sintetiza entre 10 y 15 enlaces peptdicos por segundo. La mayor parte de las protenas tiene entre 100 y 200 aminocidos y se sintetizan en menos de un minuto. La traduccin de un ARNm que codifica un anticuerpo (de 500 aminocidos aprox.) toma menos de dos minutos, de esta forma un leucocito (glbulo blanco) es capaz de producir 20 mil anticuerpos por segundo.

Resumen grfico:

Los genes son segmentos de ADN ubicados en el ncleo

La hebra de ADN se separa para iniciar la transcripcin

Transcripcin de ARN a partir de una cadena molde de ADN

Corte de intrones para formar ARNm maduro

El ARNm maduro se une al ribosoma

El ARNt se une a aminocidos correspondientes

Traduccin: El ARNt con el aminocido se dirige al complejo de iniciacin. El anticodn del ARNt se empareja con el codn del ARNm. . Un segundo ARNt se une a este complejo. El primer ARNt transfiere su aminocido al segundo ARNt antes de separarse del ribosoma. El segundo ARNt lleva ahora 2 aminocidos unidos que constituyen el inicio de la cadena polipeptdica. Despus, el ribosoma mueve la cadena de ARNm de manera que el siguiente codn de ARNm est disponible para unirse a un nuevo ARN de transferencia.

La traduccin contina hasta que se encuentra con el codn de alto. El ribosoma se separa y se libera la protena recin elaborada.

1 Ncleo 2 Citoplasma Etapa I : Transcripcin 3 ADN 4 Gen 5 Hebra de ADN que no se transcribe 6 Hebra de ADN de molde (s se transcribe) 7 ARN transcrito 8 ARNm inmaduro (o primario) 9 ARN maduro (sin intrones) 10 El ARNm maduro sale al citoplasma por un poro nuclear Etapa II : Traduccin 11 Ribosoma 12 Protena traducida