LA DUPLICACIÓ DEL DNA i LA BIOSÍNTESI DE PROTEÏNES

1er Batxillerat

La duplicació del DNA i la biosíntesi de les proteïnes

● La duplicació del DNA. Investigacions i propietats.

● Mecanismes de la duplicació.● La transcripció del DNA.● La traducció o biosíntesi de proteïnes

L’expressió del missatge genètic

Dogma central de la biologia molecular

* alguns virus

Flux de la informació genètica. Segons el dogma de la biologia molecular, la informació genètica es perpetua mitjançant el procés de la replicació i s’expressa pel procés de transcripció, que produeix un RNA que serveix de motlle per sintetitzar la proteïna, que, finalment, executa la funció.

DNAmolècula

Gen 1

Gen 2

Gen 3

Cadena DNA(patró)

3’

TRANSCRIPCIÓ

Codó

mRNA

TRADUCCIÓ

Proteïna

Aminoàcid

3’5’

5’

● Pas d’una seqüència de DNA a una seqüència de RNA (RNAm, RNAr, RNAt).

● Enzim responsable: RNA-polimerasa● Necessita:

–Cadena de DNA que actuï com a motlle.–Ribonucleòtids trifosfat (ATP,CTP,GTP,UTP).

–Afegir els nucleòtids en direcció 5'→3'

La transcripció

Propietats de la transcripció:

• La transcripció és selectiva:

Només es sintetitza RNA a partir de determinades regions de DNA (gens).

Hi ha zones de DNA que no contenen informació per ser transcrita, altres que només es transcriuen en cèl·lules d'un teixit i altres que només ho fan depenen de l'estat fisiològic de la cèl·lula (aquesta característica difereix de la replicació, l'objectiu de la qual era obtenir còpies de la totalitat del DNA).

• La transcripció és reiterativa:

Una mateixa regió de DNA pot estar sent transcrita simultàniament per diferents RNA polimerases amb la qual cosa s'obtenen múltiples còpies.

• La transcripció és monocatenària:

Només es transcriu una de les cadenes de DNA. Hi ha gens continguts en una de les cadenes i gens en l'altra (aquesta característica també difereix de la replicació).

Qualsevol dels dos filaments del DNA pot servir de motlle per a la síntesi de RNA. La direcció de síntesi sempre serà 5’ →3’

Com sap el complex de transcripció quina de les dues cadenes del DNA conté el missatge genètic?

Resposta:

Els enzims encarregats de transcriure els gens reconeixen en el cromosoma senyals que indiquen on comença i on acaba el missatge.

● La unitat de transcripció d’un gen consta de tres regions:

– un promotor,

– una seqüència codificant i

– una senyal de finalització

RNA transcript 5’ 3’

Els promotors contenen les seqüències de DNA (seqüències consens) que serviran de senyal d’inici per a que la RNA polimerasa s’uneixi a una de les dues cadenes de DNA. Aquestes seqüències, estan presents en una posició anterior a la regió codificant. L’enzim trobarà també una senyal que li indicarà on acaba el missatge. La senyal de finalització també es transcriu i, un cop copiada, la RNA polimerasa deixa de transcriure el missatge.

Transcripció en procariotes

● Té lloc en el citoplasma.● Etapes:

INICIACIÓELONGACIÓFINALITZACIÓMADURACIÓ

Animació transcripció

Elongació Cadena de DNA complementària(no motlle)

RNApolimerasa

Nucleòtids de RNA

Extrem 3’

3’

5’

5’

RNA sintetitzat

Cadena de DNA motlle

Direcció de la transcripció(en direcció 5' → 3')

Promotor

5’3’

RNA polimerasa

Punt d'iniciDNA

Unitat de transcripció

3’5’

5’3’

3’5’

DNAdesenrotllat

RNA Cadena de DNA motlle

Iniciació

Elongació

Finalització

5’3’

3’5’

5’3’

3’5’

3’5’

DNA re-enrotllat

RNAtranscrit

5’

Transcrit de RNA complert

INICIACIÓ● Regió promotora: seqüència de nucleòtids

que indica el punt d’inici de la transcripció.● La cadena de DNA que conté aquesta regió

serà el filament patró.● La RNA-polimerasa es fixa en aquest punt,

desenrotlla una volta d'hèlix i comença la polimerització.

ELONGACIÓ

● La RNA-polimerasa sintetitza el RNA complementari a la cadena de DNA motlle.

● L'elongació consisteix en la incorporació, un a un, dels nucleòtids complementaris.

● El RNA es sintetitzat en direcció 5’ → 3’.● A mesura que el RNA es va sintetitzant es va

desenganxant del seu motlle de DNA i la doble hèlix es torna a enrotllar.

FINALITZACIÓ

● Finalitza quan la RNA-polimerasa arriba a una seqüència de finalització en el DNA motlle.

● La RNA-polimerasa es separa, s’allibera el RNA i el DNA torna a formar la doble hèlix.

MADURACIÓ

• El producte immediat de la transcripció s'anomena transcrit primari. Aquest passarà per una serie de processos que es coneixen com a maduració del RNA.

• Si el que es sintetitza és mRNA el transcrit primari no madura, ja és mRNA (Compte!! en eucariotes sí hi ha un procés de maduració...)

• Si el que es sintetitza és tRNA o rRNA el procés de maduració és semblant en procariotes i eucariotes (No

l’explicarem.)

Transcripció en eucariotes

● El procés de la transcripció segueix un esquema semblant al descrit pels procariotes tot i que hi ha diferencies significatives.

● Té lloc en el nucli.

● Hi ha diferents tipus de RNA polimerasa en funció del RNA que se transcriu.

● Els gens contenen introns (seqüències sense sentit) per tant sempre cal un procés de maduració en el que s’eliminin aquestes seqüències i s’empalmin els exons.

INICIACIÓ

● Regió promotora: conté una seqüència de nucleòtids, seqüència de consens, anomenada caixa TATA (per ser

una seqüència rica en T i A) a diferents distàncies del punt d’inici.

● Un conjunt de proteïnes, factors proteics o factors de transcripció es fixen a la regió promotora.

● La RNA-polimerasa II es fixa en aquest punt preparada per començar la síntesi del RNA.

● Tot el conjunt rep el nom de COMPLEX D'INICIACIÓ DE LA TRANSCRIPCIÓ

Mecanisme de transcripció del mRNA en eucariotes

Promotor

5’3’

3’5’

Caixa TATA Punt d'inici

Factors de transcripció

5’3’

3’5’

Unió d'alguns factors de transcripció

Unió d'altres factors de transcripció i de la RNA polimerasa II

RNA polimerasa IIFactors de transcripció

Transcrit de RNA

5’3’

3’5’5’

Complex d'iniciació de la transcripció

Cadena DNA motlle

Complex d’inici de la transcripció

ELONGACIÓ

● A mesura que la RNA polimerasa II es mou al llarg del DNA, desenrotlla un fragment de doble hèlix i sintetitza el RNA complementari a la cadena de DNA motlle en direcció 5’ → 3’.

● Després d'uns 30 nucleòtids transcrits s’afegeix una caputxa constituïda per una 7-metil-guanosinatrifosfat (m7Gppp) invertida a l’extrem 5’ del nou RNA.

Promotor

5’

3’

5’

3’

5’

3’

ARN

Unidad de transcripción

Iniciación3’

5’

3’

5’

3’

5’

m7-Gppp

Capucha 5'Elongación

m7-Gppp

ARN-polimerasa

FINALITZACIÓ

● La síntesi acaba quan la RNA polimerasa arriba a la seqüència TTATTT en el DNA motlle (seqüència de poliadenilació). Aquesta seqüència també es transcriu.

● La RNA-polimerasa es separa, s’allibera el transcrit primari o preRNA (RNAhn) i el DNA torna a formar la doble hèlix.

● Immediatament després l’enzim poli-A-polimerasa afegeix a l’extrem final 3’ del RNA un segment d’uns 200 nucleòtids d’adenina (cua de poli-A).

5’

3’

3’

5’Finalización

PoliA-polimerasa

m7-Gppp

Capucha 5'OH

ARN heterogéneo nuclear

Cola de poli-AOHm7-Gppp

Capucha 5'

RNA-polimerasa II

Codó d’ inici

Segment codificant de proteïna

5’

5’ Cap 5’ UTR Codó de stop Cua de poli-A

Senyal de poliadenilació

3’ UTR

Estructura d’un pre-mRNA

MADURACIÓ a mRNA

• La ribonucleoproteïna petita nuclear (RNPpn) elimina els INTRONS (fragments de RNA no traduïbles, és a dir, sense informació).

• Les RNA ligases empalmen els EXONS (fragments RNA amb informació).

• Aquest procés de maduració s’anomena splicing.

La ribonucleoproteïna petita nuclear és un ribozim

5’ Exó Intró Exó Intró Exó 3’Pre-mRNA 5’Cap Cua de poli-A

Segment codificant

Els introns es talleni s’ uneixen els exons

5’Cap Cua de poli-A

5’ UTR 3’ UTR

La caputxa i la cua poli A faciliten l'exportació del mRNA des del nucli cap al citoplasma, protegeixen el mRNA de la degradació per enzims hidrolítics i, un cop al citoplasma ajuden als ribosomes a fixar-se a l'extrem 5' del mRNA en el procés de la traducció.