EXPRESIÓN GÉNICAEXPRESIÓN GÉNICA

TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN

1. EXPRESIÓN GÉNICA

En 1941 Beadle y Tatúm establecieron la relación entre el ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima

Trabajaron con el moho rojo del pan (Neurospora crasa) que sólo necesita para vivir materia orgánica, biotina y sales minerales..

Sometieron el hongo a rayos X y obtuvieron numerosos mutantes incapaces de sintetizar determinados aminoácidos. Los mutantes se diferenciaban en un solo gen. Dedujeron que el gen tiene la información para fabricas la enzima necesaria. Si se altera el gen no se fabrica la enzima correspondiente, pero si se añade la sustancia no sintetizada el mutante puede sobrevivir

UN GEN UNA ENZIMA

Posteriormente se dieron cuenta que no todas las proteínas son enzimas y que ciertas proteínas están formadas por varias cadenas polipeptídicas. Por tanto un gen tiene información para sintetizar un polipéptido

Modificaron la hipótesis.

UN GEN UNA CADENA POLIPEPTÍDCAEsto lo demostraron estudiando la anemia falciforme. La hemoglobina está formada por dos subunidades alfa y dos beta. En la anemia la cadena beta tiene el 6º amnoácido diferente( luego el gen que sintetiza la cadena polipeptídica beta está alterado) y la cadena alfa es correcta. Sólo con este error se pierde la función de la hemoglobina

2. DOGMA BIOLOGÍA MOLECULAREn 1970 Crick enunció este dogma que explica el flujo de información.

La información se mantiene en el ADN y su capacidad de duplicarse mediante la replicación.

Esta información se copia mediante la transcripción en ARNm.

A partir de este mensaje en forma de ARNm se sintetizan las proteínas mediante la traducción.

En la actualidad ha debido modificarse para poder incluir a los virus.

Algunos virus almacenan la información en ARN y tiene la ARN-replicasa para duplicar el ARN.

Los retrovirus almacenan la información en ARN pero tienen la transcriptasa inversa para transformar el ARN en ADN.

3. TRANSCRIPCIÓN• CARACTERÍSTICAS

Se realiza en el núcleo.

Es la síntesis de ARN utilizando como molde el ADN.

La realiza las enzimas ARN.polimerasas, que fabrican los diferentes ARN.

Se necesitan ribonuleótidos trifosfato de A, G, C, U.

Es asimétrica, ya que solo se transcribe una hebra la 3´- 5´, llamada codificadora.

La molécula de ARN crece en sentido 5´- 3´, por tanto está polarizada.

• TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIONTES.

- FASE DE INICIACIÓN.

Se reconoce por parte de la ARN-polimerasa la zona de inicio o promotora. Suele ser una zona rica en purinas, que favorecen la separación del ADN.

La ARN- polimerasa se une y separa el ADN , una longitud de unos 12 pares de bases.

Se libera el factor de iniciación.

- FASE DE ELONGACIÓN.

La ARN-polimerasa va leyendo en sentido 3´- 5´y copia la cadena a partir de los ribonucleótidos en sentido 5´- 3´.

- FASE DE TERMINACIÓN.

Una secuencia determinada forma un lazo en el ARN, que es una señal para que la ARN-polimerasa se separe del ADN y termine la transcripción, con la ayuda de un factor de terminación denominado rut.

La zona de terminación suele ser una secuencia palindrómica rica en C y G.

• TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS- Las ARN polimerasas son mas complejas.

La ARN polimerasa I fabrica los precursores del ARNr.

La ARN polimerasa II fabrica el precursos del ARNm

La ARN polimerasa III fabrica los precursores de los ARNt y el ARNr de la subunidad grande de los ribosomas

- Intervienen numerosos factores de la transcripción que colaboran con las ARN polimerasas.

- Los ARN son monocistrónicos que contienen información para fabricar una sola cadena polipeptídica. En procariontes son policistrónicos

4. MADURACIÓN DEL ARN

• PROCARIONTESLos ARNm no necesitan maduración, nada mas terminar la transcripción se les pueden unir los ribosomas para realizar la traducción.

Los ARNr y ARNt necesitan maduración. De la transcripción se obtienen ARN precursores o transcrito primario, de los que se eliminan algunas secuencias de nucleótidos y ya quedan maduros.

• EUCARIONTESMaduran todos los ARN siendo la más importante la del ARNm

- Se añade al extremo 5´del ARNm primario una caperuza de metilguanosina, que evita su degradación y ayuda en el reconocimiento de los ribosomas el lugar de inicio de la traducción.

- Se añade al extremo 3´del ARNm primario una cola poli-A, que evita su degradación y ayuda en la salida al citoplasma.

- Cada gen posee fragmentos de intrones y exones, los intrones solo se transcriben y los exones se transcriben y se traducen. El ARNm primario contiene intrones y exones. En el proceso de maduración se eliminan los intrones por el proceso splicing(empalme). Los intrones forman un bucle, acercándose los exones, se cortan los intrones y desaparecen, los exones se sueldan

No se sabe bien el papel de los intrones, a veces un mismo gen no elimina de la misma forma los intrones dependiendo de la célula y fabrican diferente proteina.

5. CÓDIGO GENÉTICO

• CARACTERISTICAS.- El número de aminoácidos proteicos es 20 y el de nucleótidos diferenetes del ARNm

son 4.La combinación más pequeña posible de cuatro nucleótidos para abarcar los veinte aminoácidos son los tripletes.

- Cada aminoácido está codificado por un triplete del ARNm, llamado codón.- Es degenerado, ya que existen 64 codones y 20 aminoácidos, luego hay

aminoácidos codificados por más de un codón.- Hay un codón de iniciación el AUG, que además codifica a la metionina.- Existen tres codones sin sentido, que no codifican a ningún aminoácido UAA, UAG,

UGA , que son los codones de terminación.- Cada codón siempre codifica al mismo aminoácido.- No hay solapamiento de lectura, ´ni saltos. Cada nucleótido pertenece siempre y sólo

a un codón.- Es universal e igual para todos los seres vivos.

• DESCUBRIMIENTO

- Niremberg fabricó ARNm sintéticos a partir de E. coli. EN uu tubo de ensayo introdujo un poliU (UUUUU…….UUUU) y diferentes aminoácidos y obtuvo un péptidpo formado pos la fenilalanina (Phe) . Dedujo de esta forma que el triplete UUU codificaba a la Phe.

De la misma forma dedujo que el triplete CCC codificaba a la prolina (pro) y el AAA codificaba a la lisina (lys) . No pudo hacerlo con el GGG.

- Ochoa aisla la enzima polinucleótido fosforilasa, que fabrica ARNm sin molde deADN, y hace pruebas mezclando ribonucleótidos. Inicialmente usaba dos ribonucleótidos, uno en proporción doble que el otro. Obtenía un peptido con una proporción de aminoácidos distinta.Según la proporción deducía el posible codón codificante.

- Khorana partió de ADN de secuencia conocida y obtuvo ARNm de secuencia conocida.

6. TRADUCCIÓN

• NECESIDADES.- Ribosomas: Formados por dos sbunidades separadas que se unen para la síntesis de proteínas. A la subunidad pequeña se une el ARNm.

- ARNm que lleva la información.

- Aminoácidos.

- ARNt: Existen al menos 20 distintos uno por cada aminoácido. Presentan dos zonas importantes, el anticodón complementerio de ARNm para leer el mensaje y el extremo 3´de unión a los aminoácidos.

- Enzimas.

Enzima aminoacil- ARNt- sintetasa que une el aminoácido con su ARNt corespondiente

Enzima peptidil transferasa que une los aminoácidos.

- ATP.

• TRADUCCIÓN EN PROCARIONTES

• ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.

El paso previo para iniciar la síntesis de proteínas es la unión de los aminoácidos a su ARNt mediante la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa, por el extremo 3´del ARNt

Existe una aminoacil-ARNt-sintetasa para cada ARNt

El ARNt posee el anticodón que reconocerá el codón del ARNm

• FASE DE INICIACIÓNLa subunidad menor se une al ARNm por el extremo 5´donde se sitúa el codón de iniciación con la ayuda de factores de iniciación.

Se une el primer aminoacil-ARNt, que es la metionina

Se une la subunidad grande utilizando energía del GTP.. Posee dos locus o sitios, el locus P en el que se encuentra el primer aminoacil-ARNt y el locus A que de momento está libre y se sitúa a la altura del siguiente codón para la entrada de otro aminoacil ARNt.

Se liberan los factores de iniciación y GDP

• FASE DE ELONGACIÓN

- FIJACIÓN DEL SIGUIENTE AMINOACIL-ARNt

Con la ayuda de factores de elongación , se produce la entrada del 2º amoniacil- ARNt a la altura del siguiente codón en el locus A con la ayuda del GTP., El anticodón del ARNt reconoce el codón del ARNm y se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno.

- FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

El primer aminoácido (met) se libera de su ARNt, que queda libre en el locus P y va al locus A para unirse con el 2º aminoacil-ARNt, mediante la enzima peptidil transferasa

- TRANSLOCACIÓN O TRANSPOSICIÓN.

Con la ayuda de un factor de elongación y GTP se libera el ARNt del locus P.

El ribosoma se traslada sobre el ARNm quedando el peptido en formación en el locus P y el siguiente codón a leer a la altura del locus A. Se desprende el factor de elongación y el GDP.

• FASE DE TERMINACIÓN

Se produce cuando el péptido ha alcanzado su tamaño y aparece uno de los tres codones de final de lectura, UAA, UGA, UAG.

Con la ayuda de factores de liberación , la cadena en formación polipeptidil- ARNt se encuentra en el locus P y uno de los tres codones de final de lectura en el locus A. Ningún ARNt reconoce dicho codón y la peptidil transferasa actúa como hidrolasa y libera el péptido , lo separa del ARNt. Se separan las subunidades ribosómicas y el ARNm

7. REGULACIÓN DE LOS GENES

Las células no siempre sintetizan las proteínas para las que tiene información, solo aquellas que cada célula necesita . Se realiza de diferentes formas y en distintos lugares.

MODELO OPERÓN

Un operón está formad por un conjunto de genes:

- Gen regulador: Secuencia de ADN que codifica a un represor.

- Gen promotor: Secuencia de ADN a la que se une la enzima ARN-polimerasa para iniciar la transcrpción.

- Gen operador: Secuencia de ADN situada entre el promotor y los genes estructurales y al que puede unirse el represor activo.

Los genes estructurales sintetizan la proteina, siempre que el modelo no bloquee el proceso.