Transcripción y Traducción

La herencia. Genética molecular.

• La transcripción: síntesis y procesamiento (maduración) del ARN.

• Mecanismo general de la transcripción: las ARN polimerasas y los promotores.

• La transcripción inversa.

• El código genético: características generales y pruebas experimentales.

• Mecanismo general de la traducción. Regulación de la expresión génica.

Criterios de evaluación

• Explicar el papel del ADN como portador de la información genética, la naturaleza del código genético y la relación con la síntesis de las proteínas.

Transcripción en procariotas

• ADN ARNm en el citoplasma

• Catalizado por la enzima ARN polimerasa 5‘ 3‘

• Reconocimiento de la región promotora en el ADN

• A partir del ARNm de sintetizan ARNr y ARNt

• Simultáneamente se produce la traducción

Un neutrófilo y bacterias Gram +.

ARNpolimerasa

3’

3’

5’

5’

ARNADN

La transcripción: Síntesis de ARN.

T A C A C G C C G A C G

U CG U G G G C U G CA

(i)

• ELONGACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN • TERMINACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

en E. coli

Transcripción en eucariotas

• ADN ARNm en el núcleo

• Hay 3 tipos de ARN polimerasas: I, II, III

• ARN polimerasa I: ARNr de la subunidad grande

• ARN polimerasa II: ARNm

• ARN polimerasa III: ARNt y ARNr de la subunidad pequeña

Región promotora: TATA o CAAT

Tras 30 nucleótidos se añade a 5´ una “caperuza” formada por 7-metil guanosina triP (metil-GTP) para la traducción

Existe un final (TTATTT)

En 3´se añade cola poliA por poli A polimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Transcripción:

1- Iniciación: Una ARN polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a ‑partir de unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN.

ARNpolimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Transcripción:

2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'→3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil GTP en el extremo 5‘ con función protectora.‑

m-GTP

ARNpolimerasa

A U G C U C G U G

Transcripción:

3- Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA polimerasa ‑añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera.

m-GTP

poliA-polimerasa

U A G A A A A A

ARNm precursor

ARNmprecursor

AAAAAAAUG UAG

cola

4. Maduración (cont.): El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. 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.

ARNmmaduro

Cabeza

Región codificadora del gen

Promotor E1 I1 E2 I2 E3 Terminador

ADN

ARNmprecursor

ARNmmaduro

AAAAAA

AAAAAAAUG UAG

AUG UAG

ATCTAC

Cabeza

Cabeza E1 I1 E2 I2 E3 cola

cola

Maduración del ARNm (Visión de conjunto).

Los ARNm eucariontes maduros, poseen una caperuza que es agregada enzimáticamente y que consiste en un residuo de 7-metilguanosina unido en el extremo inicial (5´) por un enlace trifosfato (5´-5´):

Figura: representación de la caperuza del ARNm.

Adición de la caperuza. Un nucleótido G modificado, denominado caperuza, se adiciona al extremo 5' de la mayoría de los ARNm.La caperuza se mantiene en el ARNm y su función está relacionada con la unión al ribosoma y la estabilidad del ARNm.

Poliadenilación del extremo 3'. Una cola de nucleótidos A, generalmente de 100-200 bases de longitud, se adiciona al extremo 3' de la mayoría de preARNm eucarióticos. La cola poli(A), que no está codificada en el ADN, se mantiene también en el ARNm que se exporta al citoplasma (su función es transportar el ARNm al citoplasma).

El transcrito primario del gen de la ovoalbúmina de pollo tiene 7700 nucleótidos de longitud, pero el ARNm maduro traducido en el ribosoma tiene sólo 1872 nucleótidos.

Autoprocesamiento de un intrón

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120077/bio25.swf

Animación de transcripción y traducción McGraw-Hill

Maduración

Transcripción inversa

EL CÓDIGO GENÉTICO

• El código genético: características generales.

• Mencionar la existencia de algunas excepciones al código genético (mitocondrias y ciliados) pero dejando clara la universalidad del mismo.

• Comentar la aportación de Severo Ochoa.

• No hay que memorizar ningún triplete.

Definición código genético

Es la regla de correspondencia que existe entre la secuencia de tripletes del ARNm con la secuencia de aminoácidos en las proteínas.

El código genético tiene una serie de características:

Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias.

No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado

Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura.

Es degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos.

Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.

Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´-3´.

http://www.ucm.es/info/genetica/AVG/problemas/Codigen.htm

• Usos incorrectos.La expresión "código genético" es frecuentemente utilizada en los medios de comunicación como sinónimo de genoma, de genotipo, o de ADN. Frases como "Se analizó el código genético de los restos y coincidió con el de la desaparecida", o "se creará una base de datos con el código genético de todos los ciudadanos" son científicamente absurdas.

Excepciones a la Universalidad del Código

Organismo CodónSignificado en

Código Nuclear

Significado en Código

Mitocondrial

Todos UGA FIN Trp

Levadura CUX Leu Thr

Drosophila AGA Arg Ser

Humano, bovino AGA, AGC Arg FIN

Humano, bovino AUA IleMet

(iniciación)

RatónAUU, AUC,

AUAIle

Met (iniciación)

El código genético mitocondrial es la única excepción a la universalidad del código, de manera que en algunos organismos los aminoácidos determinados por el mismo triplete o codón son diferentes en el núcleo y en la mitocondria.

Severo Ochoa Severo Ochoa The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959

"for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid"

Arthur Kornberg

LA TRADUCCIÓN • La Traducción: mecanismo general. Hay que hablar

de la activación de los aminoácidos y de su unión al ARNt (muy breve pero citar las aminoacil-ARNt sintetasas). Explicar claramente el concepto de unión codon-anticodon.

• Somera descripción de las 3 fases da traducción: iniciación, elongación y terminación.

• Dos detalles importantes: la traducción empieza en el extremo 5' del ARNm y todas las proteínas inicialmente tienen como primer aminoácido Met debido a que viene codificado por AUG (codón de iniciación).

• Comentar que la acción antibacteriana de determinados antibióticos es debida a su inhibición de la traducción.

RIBOSOMAS

Subunidad grande

Subunidad pequeña

ARNm5'

3'

Primera imagen tridimensional de un ribosoma híbrido

Premio Nobel Química 2009

El indio Venkatraman Ramakrishkan, el estadounidense Thomas A. Steiltz y la israelí Ada Yonath

Estos tres científicos, que curiosamente nunca han trabajado juntos,

consiguieron descubrir cómo se producen las proteínas en las células. Lo

consiguieron a través de la cristalografía de los rayos X, conociendo la

estructura en tres dimensiones del ribosoma, la encargada de que en la célula

se fabriquen las proteínas.

Como siempre, los premios Nobel premian a aquellas personas que han

contribuido significativamente al bienestar de la sociedad, y gracias a los

trabajos de estos tres científicos ahora se sabe cómo actúan los antibióticos

en las células de las bacterias, lo que es un primer paso para luchar contra la

preocupante resistencia bacteriana contra los fármacos.

Sus investigaciones han ayudado a conocer las diferencias entre los

ribosomas de las células bacterianas y las humanas, por lo que gracias a este

hallazgo ahora es posible diseñar nuevos antibióticos que atacan únicamente

a los organismos peligrosos.

Ribosomes and Polyribosomes - liver cell (TEM x173,400)

www.DennisKunkel.com

Rough Endoplasmic Reticulum with Ribosomes (TEM x61,560).

The endoplasmic reticulum. Rough endoplasmic reticulum is on the left, smooth endoplasmic reticulum is on the right.

Estructura del ARN de transferencia

• Hablar de la activación de los aminoácidos y su unión al ARNt (muy breve pero citar las aminoacil-ARNt sintetasas).

El aminoácido se liga a su correspondiente ARNt por la acción de una enzima llamada aminoacil-ARNt sintetasa, que cataliza la unión

Existen 20 amínoacil – ARNt sintetasas diferentes

Por ejemplo, leucinil-ARNtLeu, lisinil-ARNtlys, fenilalanil-ARNtPhe. metionil-ARNtMet, etcétera.

http://www.maph49.galeon.com/sinte/addaa.html

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120077/micro06.swf

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/inicio.htm#transcri

Síntesis de proteinas

http://www.maph49.galeon.com/sinte/initani.html

http://www.maph49.galeon.com/sinte/elongani.html

• Comentar que la acción antibacteriana de determinados antibióticos es debida a su inhibición de la traducción

• Los antibióticos son sustancias, generalmente producidas por microorganismos, que tienen la capacidad de inhibir el crecimiento bacteriano (bacteriostáticos) o de matar a las bacterias (bactericidas)

• Se conoce una gran variedad de antibióticos y se sabe que actúan mediante uno o más modos de acción:

1. Inhibiendo la síntesis de la pared celular (penicilina, bacitracina)2. Interfiriendo la síntesis de ácidos nucleicos (actinomicina D, griseofluvina)3. Deteriorando la membrana celular (polimixinas)4. Inhibiendo la síntesis de proteinas (cloranfenicol, estreptomicina, eritromicina, tetraciclina)

- se unen a la subunidad 30s- se unen a la subunidad 50s- interfieren a los factores de elongación

http://pathmicro.med.sc.edu/Spanish/chapter6.htm

• transcripción-traducción acopladastranscripción-traducción acopladas

• Expresión génica se regula principalmente en la Expresión génica se regula principalmente en la transcripcióntranscripción

• ausencia de intronesausencia de intrones

En procariotas :En procariotas :

Premios Nobel de Fisiología y Medicina 1965Por sus descubrimientos en relación con el control

genético de la síntesis de enzimas.

Francois Jacob Jacques Monod

Modelo del Operón

• Un operón es una unidad de transcripción regulada coordinadamente en bacterias.

• El modelo operón fue propuesto por Jacob, Monod y Wollman basado en sus estudios genéticos y bioquímicos sobre las mutaciones de E. coli que requieren lactosa.

http://www.biologia.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/mol_genetics_of_prokaryotes/01t.html

El modelo del operón • Un operón es una unidad del cromosoma bacteriano formado por los siguientes

componentes:

• 1. Un gen regulador El gen regulador codifica una proteína reguladora, el represor. El represor lac,

codificado por el gen lacI, es la proteína reguladora del operón lac.

• 2. Un operador El operador es la región de DNA en el operón a la que se une la proteína reguladora.

• 3. Un promotor

El promotor es la secuencia de DNA en el operón reconocida por la RNA polimerasa dependiente del DNA. El lugar de iniciación para la síntesis del RNA está situado inmediatamente tras el promotor. El gen de la RNA polimerasa dependiente de DNA no es parte del operón, ya que la RNA polimerasa transcribe todos los operones bacterianos.

• 4. Genes estructurales

El operón contiene uno o más genes que codifican enzimas inducibles. El operón lactosa codifica las enzimas necesarias para el metabolismo de la lactosa,

incluyendo ß-galactosidasa,ß-galactósido permeasa y ß-galactósido transacetilasa.

• 5. Gen terminador o finalizador

http://www.biologia.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/mol_genetics_of_prokaryotes/02t.html

Regulador

Operón

LAC

Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor activo

Si no hay lactosa los Genes no se transcriben

Regulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

Promotor

ARNpolimerasa

Regulador

Operón

LAC

Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor

Transcripció n

Traducció n

Enzimas para metabolizar la

lactosa

Lactosa

Represorinactivo

Regulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a.

Operón

LAC

PromotorARNpolimerasa