t15 - del adn a las proteínas (expresión génica)

T15 – DEL ADN A LAS PROTEÍNAS(EXPRESIÓN GÉNICA).

1. El ADN como material hereditario.

2. Estructura del genoma y su expresión.

3. Flujo de información genética.

4. Transcripción: síntesis del ARN.

5. Maduración del ARN.

6. El código genético.

7. El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.

8. Regulación de la expresión génica.

T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).

ANTECEDENTES PAU:

2002 - Junio: traducción, etapas y explicación;código genético;

2004 – Junio: transcripción y traducción, definición;2004 – Septiembre: transcripción y traducción, identificación en esquema y explicación;2005 – Septiembre: código genético, definición y características;

reparación del ADN, cómo se produce;2006 – Junio: transcripción y traducción, definición y localización intracelular;

ARN, tipos y función en la síntesis de proteínas;formación de ADN a partir de ARN;

2008 – Septiembre: código genético, características;

- 1ª Evidencia -

Experiencia de Griffith (1928)

Las bacterias muertas de Streptococcus pneumaniae

tenía un “principio transformante” que era captado por las bacterias

vivas no virulentas y transformaban sus caracteres hereditarios convirtiéndolas

en virulentas.


1 – El ADN como material hereditario.

- 2ª Evidencia -

Experiencia de Avery, McLeopd y McCarthy (1944)

Aislaron a partir de los extractos de neumococos S (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas:

polisacáridos, lípidos, proteínas, ARN y ADN

Con cada una de ellas intentaros transformar las células R vivas en S.

Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de

transformarlos excepto la fracción que contenía ADN.



- 3ª Evidencia -

Experiencia de Hershey y Chase (1952)

Experiencia con bacteriófagos en el que se utilizaron marcajes radiactivos con P32 (ADN) y

S35 (proteínas).

Se tuvo la certeza que el ADN era el portador de la

información.



• GENOMA:

Material genético (ADN) de un organismo que se almacena en forma de GENES.• GEN:

Fragmento de ADN que lleva información para que unos determinados aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína.

Es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable o FENOTIPO.

Establecen una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia

de aminoácidos de una enzima: “un gen, una enzima”.

No todas las proteínas son enzimas y hay

proteínas formadas por varias cadenas

polipeptídicas. La hipótesis se transforma:

“un gen, una cadena polipeptídica”.


2 – Estructura del genoma y su expresión.

Neurospora crassamoho con el que trabajaron

produciendo mutaciones con rayos X

G. Beadle y E. Tatum

La información se almacena en forma de GENES a lo largo del GENOMA, pero…

¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?A) PROCARIOTAS:

• 1 solo cromosoma circular.

• Genes continuos (no existen zonas sin información).

• Plásmidos → moléculas pequeñas de ADN circular que se replican independientemente.

B) EUCARIOTAS:

• ADN se encuentra en el núcleo.

• Mayor cantidad de ADN que en Procariotas.

• Hay ADN repetitivo (secuencias ↑ repetidas que no codifican proteínas).

• En los genes hay intrones (“sin información”) y exones (“con información”).

• ADN se asocia a proteínas (histonas).

• Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular (≈ Procariotas).


2 – Estructura del genoma y su expresión.

ORGANICEMOS LAS IDEAS:

1. El ADN ha de ser “leído” y “traducida” su información para ver qué aminoácidos se sintetizan.

2. Un “intermediario” “lee” esa información y se la “copia”.

3. A partir de la información del “intermediario”, se sintetizan los aminoácidos.

Este esquema fue considerado durante muchos años el

““dogma central de la biología molecular”dogma central de la biología molecular”


3 – Flujo de información genética.

• Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN.

• Otros poseen transcriptasa inversa, que sintetiza ADN a partir de ARN mediante retrotranscripción.



RESUMIENDO…

1. Replicación.

2. Transcripción.

3. Transcripción inversa (en algunos virus).

4. Replicación de ARN (en algunos virus).

5. Traducción.





PROCARIOTASPROCARIOTAS

EUCARIOTASEUCARIOTAS

• Cadena de ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE.

• ENZIMAS → ARN-POLIMERASAS. En eucariotas

• RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO de A, G, C, U.

1. INICIACIÓN: ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble hélice.

2. ELONGACIÓN: ARN-polimerasa lee el ADN y sintetiza el ARNm.

3. TERMINACIÓN: ARN-polimerasa lee en el ADN una señal de terminación. Se cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del ARN transcrito.


4 – Transcripción: síntesis del ARN.

La síntesis de ARN o transcripción necesita:La síntesis de ARN o transcripción necesita:

FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN:FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN:

ARN polimerasa I → ARNrARN polimerasa II → ARNmARN polimerasa III → ARNt y ARNr



INICIACIÓN.INICIACIÓN.• ARN-polimerasa reconoce el CENTRO PROMOTOR → secuencia corta de bases nitrogenadas que indica en inicio y qué cadena de ADN será la molde.• ARN-polimerasa abre una pequeña región de la doble hélice de ADN.



ELONGACIÓN.ELONGACIÓN.• ARN-polimerasa lee la hebra molde 3´→ 5´ y sintetiza el ARN en 5´ → 3´.• Selecciona el ribonucleótido cuya base es complementaria al ADN molde y lo une mediante enlaces éster.• EUCARIOTAS: en el extremo 5´ se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-guanosín-fosfato, necesaria para la traducción.



TERMINACIÓN.TERMINACIÓN.• ARN-polimerasa reconoce en el ADN una señal de terminación, que indica el final de la transcripción.• PROCARIOTAS:

• La señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (se lee igual de izq → dcha que dcha → izq) formada por G y C seguida de varias T que forma al final de ARN un bucle.

• EUCARIOTAS: • La señal de terminación es la señal de poliadenilación (AAUAAA).

• La enzima Poli-A-polimerasa añade en 3´ la cola poli-A (200 Adeninas) → interviene en la maduración y transporte del ARN fuera del núcleo.



TRANSCRITO PRIMARIO

MADURACIÓN

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (Resumen).



• Los ARNm no sufren proceso de maduración.

• Los ARNt y ARNr se forman a partir de un

transcrito primario que contienen muchas copias

del ARNt y ARNr.


5 – Maduración del ARN.

Organismos procariontesOrganismos procariontes

Organismos eucariontesOrganismos eucariontes

El ARN transcrito primario sufre un proceso de “corte y empalme” por la ribonucleoproteína pequeña nucleolar (RNPpn) llamada splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.


5 – Maduración del ARN.

MADURACIÓN en Eucariotas:• En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.• En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5´) y AG (en el punto de corte 3´) de los intrones.• FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen.

• Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm diferentes siguiendo dos procesos de “corte y empalme” distintos.

MADURACIÓN en Eucariotas:• En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.• En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5´) y AG (en el punto de corte 3´) de los intrones.• FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen.

• Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm diferentes siguiendo dos procesos de “corte y empalme” distintos.

• Es el “diccionario” que traduce la secuencia de bases del ARN → aminoácidos.

• Incluye 64 tripletes posibles (4 bases organizadas de 3 en 3: 43 = 64) que codifican para 20 aminoácidos proteicos, por lo que cada aminoácido puede ser codificado por más de un triplete.


6 – El código genético.


6 – El código genético.

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICOCARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

UniversalUniversal

Sin imperfecciónSin imperfección

Carece de solapamientoCarece de solapamiento

DegeneradoDegenerado

• Compartido por todos los organismos conocidos. Incluso los virus.• El código ha tenido un solo origen evolutivo.• Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos.

• Compartido por todos los organismos conocidos. Incluso los virus.• El código ha tenido un solo origen evolutivo.• Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos.

• Cada codón solo codifica a un aminoácido.• Cada codón solo codifica a un aminoácido.

• A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón.• Esto es una ventaja ante las mutaciones.

• A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón.• Esto es una ventaja ante las mutaciones.

• Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas.

• Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas.


7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.



Activación del aminoácido.Activación del aminoácido.

Unión de cada aminoácido con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP.Unión de cada aminoácido con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP.

Existen al menos 20 aminoacil ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas.Existen al menos 20 aminoacil ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas.



Iniciación:• La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met) (Eucariotas) o ARNt-N formil metionina (f-Met) (Procariotas). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionia (Met).

Iniciación:• La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met) (Eucariotas) o ARNt-N formil metionina (f-Met) (Procariotas). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionia (Met).



Elongación I:• A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2, la glutamina (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

Elongación I:• A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2, la glutamina (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).



Elongación II:• Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

Elongación II:• Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).



Elongación III:• El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.Elongación III:• El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.



Elongación IV:• El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región P (peptidil) del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aminoácido3.

Elongación IV:• El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región P (peptidil) del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aminoácido3.



Elongación V:• Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteina (Cys).

Elongación V:• Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteina (Cys).



Elongación VI:• Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteina (Cys).Elongación VI:• Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteina (Cys).



Elongación VII:• Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Gln).Elongación VII:• Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Gln).



Elongación VIII:• El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt-Cys-Gln-Met en la región peptidil (P) del ribosoma.

Elongación VIII:• El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt-Cys-Gln-Met en la región peptidil (P) del ribosoma.



Elongación IX:• Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucinaElongación IX:• Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina



Elongación X:• Éste se sitúa en la región aminoacil (A).Elongación X:• Éste se sitúa en la región aminoacil (A).



Elongación XI:• Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición.

Elongación XI:• Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición.



Elongación XII:• Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).Elongación XII:• Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).



Elongación XIII:• Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata de un codón de finalización o de STOP (UAG, UGA o UAA).

Elongación XIII:• Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata de un codón de finalización o de STOP (UAG, UGA o UAA).



Finalización I:• Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian hasta nueva síntesis y se separan del ARNm.

Finalización I:• Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian hasta nueva síntesis y se separan del ARNm.



Finalización II:• Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

Finalización II:• Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.



Polirribosoma o polisoma:• Si el ARNm que se tiene que traducir es largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez.

Polirribosoma o polisoma:• Si el ARNm que se tiene que traducir es largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez.



La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm colocando el codón de iniciación AUG en el sitio P.

A continuación se coloca el primer aminoacil-ARNt con el aminoácido N-f-Met en procariotas y el aminoácido Met en eucariotas.

Finalmente se une la subunidad grande del ribosoma.

La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm colocando el codón de iniciación AUG en el sitio P.

A continuación se coloca el primer aminoacil-ARNt con el aminoácido N-f-Met en procariotas y el aminoácido Met en eucariotas.

Finalmente se une la subunidad grande del ribosoma.Se produce el alargamiento del péptido.

Entra un nuevo aminoacil-ARNt complementario al codón del sitio A.

Se formará un enlace peptídico entre los dos aminoácidos presentes gracias a la peptidil-transferasa.

A continuación se trasloca el ribosoma en sentido 5´→ 3´ sobre 3 bases del ARNm, se libera el sitio A y el segundo ARNt se sitúa en el sitio P.

Entra un nuevo aminoacil-ARNt en A. Se forma un nuevo enlace peptídico y se repite el proceso.

Se produce el alargamiento del péptido. Entra un nuevo aminoacil-ARNt complementario al codón del sitio A.

Se formará un enlace peptídico entre los dos aminoácidos presentes gracias a la peptidil-transferasa.

A continuación se trasloca el ribosoma en sentido 5´→ 3´ sobre 3 bases del ARNm, se libera el sitio A y el segundo ARNt se sitúa en el sitio P.

Entra un nuevo aminoacil-ARNt en A. Se forma un nuevo enlace peptídico y se repite el proceso.

ELONGACIÓN

INICIACIÓN



TERMINACIÓN

Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UGA o UAG), entonces entra en el sitio A un factor de liberación proteico que separa el péptido del último aminoacil-ARNt.Todos los elementos se separan y la proteína adquiere su estructura tridimensional.

Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UGA o UAG), entonces entra en el sitio A un factor de liberación proteico que separa el péptido del último aminoacil-ARNt.Todos los elementos se separan y la proteína adquiere su estructura tridimensional.

Polirribosomas

Si el ARNm a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leido por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.

Si el ARNm a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leido por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.

• EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).

Promotor: es una secuencia de nucleótidos en los que se une la ARN-pol para iniciar la transcripción.

Genes estructurales: conjunto de genes relacionados con una misma función que se transcriben conjuntamente generando un ARN policistrónico.

Operador: secuencia de nucleótidos situados entre el promotor y los genes estructurales.

Gen regulador: codifica una proteína que actúa como represor uniéndose al operador e impidiendo que la ARN-pol pueda iniciar la transcripción.


8 – Regulación de la expresión génica.

Una célula no sintetiza todas las proteínas que es capaz, sino sólo aquellas que necesita según su función y momento vital. Es necesario un control que es muy complejo pero que en gran medida ocurre en la transcripción.

Una célula no sintetiza todas las proteínas que es capaz, sino sólo aquellas que necesita según su función y momento vital. Es necesario un control que es muy complejo pero que en gran medida ocurre en la transcripción.

Si hay lactosa en el medio, la bacteria necesita metabolizarla y para ellos requiere 3 enzimas. Es un derivado de la lactosa quien se une al represor y lo inactiva de manera que deja libre el ADN y permite el trabajo de la ADN-pol.

• EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).

Promotor: es una secuencia de nucleótidos que suele estar situado cerca del gen que se va a transcribir. Tiene un punto de unión para proteínas activadoras que permiten la unión de la ARN-pol.

Elementos activadores: controlan la transcripción y pueden estar muy distantes del gen. Suelen ser activados para su transcripción por otras proteínas.

Proteínas activadoras: actúan uniéndose al promotor y a los elementos activadores, permitiendo que a continuación se una la ARN-pol. Pueden activar múltiples elementos a la vez.

Muchas hormonas actúan como mensajeros químicos que controlan la expresión génica. Es el caso de las hormonas esteroideas que pueden entrar en cualquier tipo de célula pero sólo en aquellas que presentan un receptor específico forman un complejo hormona-receptor que actúan como activador de la transcripción.


8 – Regulación de la expresión génica.

Es un proceso mucho más complejo y menos conocido.Es importante destacar que es esta regulación la que permite que, a partir de un mismo paquete de genes, se origine la gran diversidad de tipos celulares presentes en un organismo pluricelular complejo.

Es un proceso mucho más complejo y menos conocido.Es importante destacar que es esta regulación la que permite que, a partir de un mismo paquete de genes, se origine la gran diversidad de tipos celulares presentes en un organismo pluricelular complejo.

LA REGULACIÓN HORMONALLA REGULACIÓN HORMONAL

t15 - del adn a las proteínas (expresión génica)

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