TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA:
DESDE EL ADN A LA SÍNTESIS PROTEICA
TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
A esto se lo conoce como DOGMA CENTRAL de la BIOLOGÍA MOLECULAR.
TRANSCRIPCIÓN Consiste en la síntesis de ARN a partir de un molde
de una de las cadenas de ADN (la transcripción es ASIMÉTRICA).
La hebra de ADN que actúa como plantilla, sobre la que se ensambla el ARN, se denomina CADENA MOLDE, ANTISENTIDO o NO CODIFICANTE.
La otra hebra, no transcripta, se denomina CADENA ANTIMOLDE, CON SENTIDO o CODIFICANTE.
Al igual que la replicación, ocurre en el núcleo.
5’
3’
3’
ARN polimeras
a
Cadena molde
Cadena antimolde5’ ARN
5’ - 3’
5’
FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN
Iniciación: La ARN polimerasa se une al ADN
FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN Elongación:
La polimerasa lee la hebra de ADN molde y construye ARN complementario
FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN
Terminación: La polimerasa y el ARN recién formado quedan libres
DIRECCIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
A G C T A T T C C A T G G G T A A C G T T G A C A A
3’
5’
Cadena molde
T C G A T A A G G T A C C C A T T G C A A C T G T T
Cadena antimolde
5’
3’
5’
G U A C C C A U U G3’ARN
Corrient
e arriba
Corrient
e abaj
o
La ARN polimerasa lee la cadena molde en sentido 3’- 5’, y sintetiza la cadena de ARN en sentido 5’- 3’.
SIMILITUDES DE LA TRANSCRIPCIÓN CON LA REPLICACIÓN
El ADN debe desenrollarse
Se añaden nucleótidos nuevos al extremo 3’ de la molécula ARN en crecimiento
El ARN crece en la dirección 5’ 3’
La energía proviene de la ruptura de las uniones fosfato que ocurre a medida que se añaden nuevos nucleótidos
ARN POLIMERASA Existen al menos tres ARN polimerasas en las células
eucariontes, todas ADN dependientes, y cada una encargada de la síntesis de un tipo de ARN.
ARN polimerasa I
ARN polimerasa II
ARN polimerasa III
Localización Nucléolo Nucleoplasma Nucleoplasma
Productos transcripto
s
-Subunidades mayores ARNr
-ARN precursor de ARNm
-ARNt-ARNr 5S-Otros ARN de molécula pequeña (ARNsn, ARNsc)
Para iniciar la transcripción las ARN polimerasas eucariontes requieren de proteínas llamadas factores basales o generales de transcripción.
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN
Promueven la transcripción. Se unen al ADN y a la polimerasa, ubicándola
donde se encuentra el promotor, y colaboran en mantener la doble hélice separada.
PROMOTORESCAJA TATA
La ARN polimerasa se une a la caja TATA, en una zona específica llamada PROMOTOR, localizado corriente arriba del sitio de comienzo de la transcripción.
REQUISITOS PARA LA TRANSCRIPCIÓN: Molécula de ADN molde, con una región promotora,
que indica donde se inicia la transcripción, y una secuencia de terminación.
Enzima ARN polimerasa, que reconoce las secuencias señalizadoras, separa la doble hélice del ADN molde, lee el molde en sentido 3’ 5’ y polimeriza los nucleótidos complementarios en sentido 5’ 3’.
Sustratos: Ribonucleótidos trifosfatos de adenosina (ATP), guanina (GTP) citocina (CTP) y uracilo (UTP)
Fuente de energía: liberada por hidrólisis de los propios sustratos.
Enzima topoisomerasa I, que alivia la tensión que se genera corriente arriba de la burbuja de transcripción.
Enzima pirofosfatasa, que escinde el pirofosfato liberado de los nucleótidos trifosfatados a medida que se incorporan a la cadena de ARN.
Cofactores enzimáticos: Mg++ o Mn++
PROCESAMIENTO DEL ARN MENSAJERO
El ARNm producido durante la transcripción se denomina pre-ARNm o ARNm inmaduro
3’
5’
Exón Intrón
CappingC
A
U
P P
P
P
PG
5’
3’
El capping protege al transcripto primario de la degradación por nucleasas y fosfatasas nucleares.
Poliadenilación
G
C
U
A
A
A
U
P
P
P
P
P
P
P
P
5’
3’
La poliadenilación protege al extremo 3’ de la degradación, y facilita la salida del núcleo del ARNm.
Splicing
Cap
5’EXÓN EXÓN
3’
poli A
INTRÓN
Cap poli A
Cappoli A
SPLICEOSOME
Splicing (continuación)
Cap poli A
Cap poli A
ARN maduro
+
El Splicing alternativo consiste en unir diferentes combinaciones de exones del pre-ARNm, obteniéndose diferentes ARNm maduros con distinta información.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN
ADN ARN Proteína
Replicación
Transcripción Traducción
La enzima transcriptasa inversa es una ADN polimerasa ARN dependiente que cataliza el ensamble de una hebra de ADN complementaria a la hebra molde de ARN.Luego de que se desprende la hebra molde, se sintetiza otra complementaria para formar la doble hélice.
Transcripción invertida
Esto se conoce como DOGMA CENTRAL de la Biología Molecular
CÓDIGO GENÉTICO El código genético es el conjunto de pautas que
rigen la transferencia de la información contenida en el ARNm (y en definitiva en el ADN) para la síntesis de proteínas.
Presenta las siguientes características:Consta de 64 codones, cada uno de ellos constituidos por tres bases nitrogenadas consecutivas (tripletes).
61 de los codones codifican aminoácidos.
3 codones funcionan como señales de terminación (stop): UAA, UAG, UGA.Salvo metionina y triptófano, los demás aminoácidos poseen más de un codón que los codifica (codones sinónimos), es por eso que se dice que el código es redundante o degenerado.Cada codón codifica para un aminoácido en particular, el código no es ambiguo.Tiene validez universal, los codones tienen el mismo significado para todos los organismos. Esto no es completamente cierto. Se han encontrado excepciones, aunque escasas, en organismos inferiores.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Activación de los aminoácidos: catalizada por la
enzima aminoacil ARNt sintetasa en dos etapasAminoácido + ATP Aminoacil~AMP
R
H2N C H
COOH
P
Mg2+ PPi R
H2N C H
O C OP
P P
Aminoacil~AMP Aminoacil~ARNt
aminoacil ARNt sintetasa
R
H2N C H
O C OP
ANTICODÓN
aminoacil ARNt sintetasa
Iniciación de la cadena polipeptídica. Se constituye el complejo de iniciación, disparador de la
síntesis proteica: ARNm, subunidad mayor y subunidad menor (ambos ARNr), ARNt iniciador (cargado con metionina), y factores proteicos de iniciación (FI).
Met
UAC
Subunidad menor
Met-ARNt iniciador
Cap poli A5’ 3’AUG
Met
UAC
Complejo de preiniciación
Cap poli A5’ 3’AUG
UAC
Complejo de
Iniciación Subunidad mayor
P A
Elongación de la cadena polipeptídica.
Cap poli A5’ 3’AUG UAU
Met
UAC
P A
Tyr
AUA
GTP
Met
Cap poli A5’ 3’AUG UAU
P AMet
UAC
Tyr
AUA
Cap poli A5’ 3’AUG UAU CGA
P AMet
Tyr
AUA
Arg
GCU
Enlace peptídicopeptidil-transferasa
Terminación de la cadena polipeptídica.
poli A5’ 3’
Met Tyr Arg
ACC UGA
P AThr
UGG
Señal de Stop
Factor de liberación
Met Tyr Arg Thr
UGG
P A
Cap poli A5’ 3’
COSTO ENERGÉTICO DE LA SÍNTESIS PROTEICA
La síntesis proteica consume para formar cada enlace peptídico cuatro enlaces de alta energía
Dos en la activación del aminoácido. El tercero en la unión del aminoacil~ARNt al codon
del ARNm El cuarto en la translocación del ribosoma.
POLISOMAS Cuando un ribosoma avanza cierta cantidad de
codones desde el inicial, sobre el mismo ARNm se forma otro complejo de iniciación en el comienzo de la cadena guía y se sintetiza otra cadena proteica. Esto se conoce como polisomas
Cap poli A5’ 3’AUG
P A
MetTyr
Arg
ACC UGA
Thr
UGGUAC
Complejo de Iniciación P A
Met
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIONTES
1 A nivel transcripcional: Estabilidad del ARNm (poli A) Factores específicos de transcripción activadores o represores: dedos de
Zn, hélice-vuelta-hélice, cremallera de leucina. Secuencias reguladoras intensificadoras (enhancers) o
silenciadoras (silencers). Metilación de bases CG. Condensación de la cromatina.
Núcleo Citosol
ADN Transcripto Primario ARNm ARNm Proteína
Poro nuclear1 32
2 A nivel del procesamiento de ARN: Splicing alternativo.
3 A nivel de la traducción
MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES
El plegamiento de la cadena polipeptídica contribuye a su estabilidad y funcionalidad: estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Chaperonas.
Modificaciones covalentes: La adición de un grupo fosfato se denomina fosforilación, y
es catalizado por una quinasa. La adición de hidratos de carbono forma glicoproteínas. La adición de lípidos es frecuente en aquellas proteínas
que formarán parte de la membrana celular.
Luego de ser sintetizadas en el citoplasma, las proteínas deben llegar al sitio donde realizarán su función, que puede ser alguna organela dentro de la propia célula o el exterior.
Los péptidos señales son segmentos dentro de la cadena polipeptídica que son reconocidos por las organelas y direccionan la translocación de la proteína.
MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES
Son cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN en un solo gen. Pueden o no ser significativos. Sustitución GATTACA GATGACA
Inversión GATTACA GATATCA
Translocación GATTACA GAAATCACTAATGT CTTTAGT
Inserción GATTACA GATGTACA
Deleción GATTACA GATACA