TRABAJO PRÁCTICO Nº4: “La información genética – Expresión de los genes: el

fenotipo”

Objetivos: Comprender los mecanismos de almacenamiento y trasmisión de la información hereditaria. Comprender el mecanismo de expresión de los genes en el nivel celular. Inferir las repercusiones de la expresión genética en el nivel celular en niveles de organización superiores del individuo.

ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS

Polímero de Polímero de NUCLEÓTIDOSNUCLEÓTIDOS

Fosfato

Pentosa

Base Nitrogenad

a

.

.

.

Los nucleótidos se unen mediante un enlace fosfodiester

entre el fosfato de un nucleótido y el azúcar

de otro.

POLIMERIZACIÓN DE NUCLEÓTIDOSPOLIMERIZACIÓN DE NUCLEÓTIDOS

Dejando libre en cada extremo de la cadena los carbonos 5’ y 3’

ENLACE FOSFODIESTER

EXTREMO 5’

EXTREMO 3’

ADN ARN

Desoxirribosa Desoxirribosa Ribosa Ribosa

CitosinCitosinaa

AdeninaAdenina

GuaninaGuanina

TiminaTimina UracilUraciloo

LA DUPLICACIÓN (replicación) DEL ADNLA DUPLICACIÓN (replicación) DEL ADNLas dos cadenas de la doble hélice se desenrollan y cada una de ellas especifica la síntesis de una cadena hija por las reglas del emparejamiento de bases.

Polimerasa de ADN III en la cadena líder

.

Cadena líder

.

Topoisomerasa

.Molde de la cadena líder

.

Helicasa

.

Primasa de ARN

.

Proteínas de unión a ADN de cadena sencilla

.

ADN PARENTAL

3’

5’

5’

5’

3’

5’

Molde de la cadena retrasada

.

Polimerasa de ADN III en la cadena retrasad

.Fragmento de

Okazaki

.

Cebador de ARN

.

DUPLICACIÓN DEL ADNDUPLICACIÓN DEL ADN

La doble La doble cadena de cadena de

ADN se ubica ADN se ubica en el núcleo en el núcleo

celular.celular.

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

DUPLICACIÓN DEL ADNDUPLICACIÓN DEL ADN

En la fase S del En la fase S del ciclo celular, ciclo celular, las hebras las hebras

complementaricomplementarias se separan.as se separan.

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

DUPLICACIÓN DEL ADNDUPLICACIÓN DEL ADN

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

Sobre cada hebra Sobre cada hebra molde de ADN, los molde de ADN, los desoxirribonucleótidesoxirribonucleóti

dos dos complementarios, complementarios,

se unen se unen construyendo la construyendo la

nueva hebra.nueva hebra.

-C-C3’3’

3’3’AA--

5’5’G-G-A-A-C-C-A-A-G-G-C-C-G-G-T-T-A-A-G-G-T-T-C-C-G-G-T-T-

-T -T 5’5’

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

FORMACIÓN DEL ARN: FORMACIÓN DEL ARN: TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

Durante la fase G1 del ciclo celular, una

cadena del ADN sirve de molde para la

síntesis de una cadena de ARN.

3’

3’

ARN Polimeras

a

5’

3’

5’

ARN

5’

TRANSCRIPCIÓN DEL ADNTRANSCRIPCIÓN DEL ADN

La doble cadena de La doble cadena de ADN, localizada en ADN, localizada en el núcleo celular.el núcleo celular.

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

TRANSCRIPCIÓN DEL ADNTRANSCRIPCIÓN DEL ADN

Se separan Se separan durante la fase durante la fase

G1 del ciclo G1 del ciclo celular.celular.

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

TRANSCRIPCIÓN DEL ADNTRANSCRIPCIÓN DEL ADN

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G-

Sobre una hebra Sobre una hebra molde de ADN, los molde de ADN, los

nucleótidos de nucleótidos de ARN ARN

complementarios complementarios se unen se unen

construyendo la construyendo la molécula de ARN.molécula de ARN.

-C-C3’3’

-U -U 5’5’

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

TRANSCRIPCIÓN DEL ADNTRANSCRIPCIÓN DEL ADN

La doble cadena de La doble cadena de ADN se reconstituyeADN se reconstituye

-T-T5’5’ -A -A -C -C -G -G -A -A -C -C -T -T -A -A -C -C -G -G -C -C -T -T - -G G -T -T - -CC3’3’

3’3’A-A-T-T-G-G-C-C-T-T-G-G-A-A-T-T-G-G-C-C-G-G-A-A-C-C-A- A-

5’5’G-G- -C-C3’3’

-U -U 5’5’

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

El ARN El ARN formado formado

se se desprenddesprend

ee

LOS BLOQUES ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS: LOS BLOQUES ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS: LOS AMINOÁCIDOSLOS AMINOÁCIDOS

La unión peptídica

La secuencia de nucleótidos de un gen codifica la estructura primaria de una proteína.

CÓDIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓNCÓDIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN

Nucleótidos codificantes: 4 (A, C, T, G)

Número de aa a codificar: 20

Codificación 1 nucleótido → 1 aa

Deja 16 aa sin codificar

Codificación secuencia de 2 nucleótidos → 1 aa

Deja 4 aa sin codificar

A → aa1; T → aa2; C → aa3; G → aa4

AA → aa1 AT → aa2 AC → aa3 AG → aa4

TA → aa5 TT → aa6 TC → aa7 TG → aa8

CA → aa9 CT → aa10 CC → aa11 CG → aa12

GA → aa13 GT → aa14 GC → aa15 GG → aa16

Codificación secuencia de 3 nucleótidos → 1 aa

64 posibles conjuntos “tripletes” o “codones” de codificación

AAA → AAG → AAT → AAC →

GAA → GAG → GAT → GAC →

CAA → CAG → CAT → CAC →

A

A

AGTC

G

C

TAA → TAG → TAT → TAC →

T

AGA → AGG → AGT → AGC →

GGA → GGG → GGT → GGC →

CGA → CGG → CGT → CGC →

G

TGA → TGG → TGT → TGC →

ATA → ATG → ATT → ATC →

GTA → GTG → GTT → GTC →

CTA → CTG → CTT → CTC →

T

TTA → TTG → TTT → TTC →

ACA → ACG → ACT → ACC →

GCA → GCG → GCT → GCC →

CCA → CCG → CCT → CCC →

C

TCA → TCG → TCT → TCC →

AGTC

A G T C

A G T C

Nucleótido de la segunda posición

Nucl

eóti

do d

e la p

rim

era

posi

ción N

ucle

ótid

o d

e la

terce

ra p

osició

n

Número de tripletes a utilizar: 64 Número de posibles de codificar: 20

CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO

Asignación UNIVERSAL y ESPECÍFICA de los tripletes de nucleótido Asignación UNIVERSAL y ESPECÍFICA de los tripletes de nucleótido (codones) a cada uno de los aminoácidos utilizados para la síntesis (codones) a cada uno de los aminoácidos utilizados para la síntesis

de proteínas.de proteínas.

Número “aparente” de exceso de aa a codificar: 44

SOLUCIÓN: Varios tripletes codifican el mismo aa.

DEGENERACIÓN

El Código Genético escrito en codones de ARNm.

UUU → UUC → UUA → UUG →

CUU → CUC → CUA → CUG →

GUU → GUC → GUA → GUG →

U

U

UCAG

C

G

AUU → AUC → AUA → AUG →

A

UCU → UCC → UCA → UCG →

CCU → CCC → CCA → CCG →

GCU → GCC → GCA → GCG →

C

ACU → ACC → ACA → ACG →

UAU → UAC → UAA →STOPUAG →STOP

CAU → CAC → CAA → CAG →

GAU → GAC → GAA → GAG →

A

AAU → AAC → AAA → AAG →

UGU → UGC → UGA →STOP UGG →

CGU → CGC → CGA → CGG →

GGU → GGC → GGA → GGG →

G

AGU → AGC → AGA → AGG →

UCAG

UCAG

UCAG

Nucleótido de la segunda posiciónN

ucl

eóti

do d

e la p

rim

era

posi

ción N

ucle

ótid

o d

e la

terce

ra p

osició

n

Phe

Leu

Leu

Ileu

Met

Val

Ser

Pro

Thr

Ala

Phe

His

Glun

Aspn

Lys

Asp

Glu

Tryp

Cys

Arg

Ser

Arg

Gly

TRADUCCIÓN (Síntesis de Proteínas en los ribososmas):

Polimerización de los aminoácidos llevada a cabo en los ribosomas asociados al REL dispersos en el citoplasma.

ACTORES DE LA SÍNTESIS DE ACTORES DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNASPROTEÍNAS

Forma de hojas de trébol

Específico de un único aa.

El bucle central con triplete de nucleótidos (anticodón) que se une

un codón complementario de

RNAm.

ÁCIDO RIBONUCLEICOÁCIDO RIBONUCLEICO

MensajerMensajeroo

Una hebra.Transcripta a partir

del ADN. Conduce información

desde el ADN al ribosoma.

TransfereTransferenciancia

RibosómicRibosómico o

(ribosoma(ribosoma))

ARN asociado a proteínas. Dos

subunidades que se ensamblan al

reconocer y unirse al ARN mensajero.

Sitio de síntesis de proteínas.

Met

1er aminoácido

ARNtAnticodón

Codón

ARNm

AAAAAAAAAAA “P” “A”

A U G C A A

U A C

5’3’

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

1) Iniciación: La subunidad menor del ribosoma reconoce el capuchón y se une a él.El ARNm es leído hasta llegar a un codón AUG de inicio de la proteína que queda ubicado en el sitio “P” (peptidil). El primer complejo ARNt-aa1 (Met), se une al codón AUG.

Met

U A C

2) Elongación I: Se une la subunidad mayor completándose el ribosoma funcional. El segundo complejo ARNt-aa2 (ARNt-Glu) se une al codón ubicado en el sitio aminoacil (“A”).

“P” “A”AAAAAAAAAAA

“P” “A”

A U G C A A

5’ 3’

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

Pro

G U U

U A C

“P” “A”AAAAAAAAAAA

“P” “A”

A U G C A A

5’3’

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

3) Elongación II: La enzima Peptidil-transferasa cataliza la formación del enlace peptídico entre el grupo carboxilo del aa ubicado el en sitio “P” (Met) y el grupo amino del aa ubicado en el sitio “A” (Pro) la metionina (Met).

ProMet

U A C

“P” “A”AAAAAAAAAAA

“P” “A”

A U G C A A

5’3’

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

4) Elongación III: El primer ARNt se desprende del complejo.

Pro

Met

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

ProMet

5) Elongación IV: El ARNm se traslada y el complejo ARNt-Pro-Met queda ubicado queda en el sitio “P”, liberando el sitio “A” donde se ubicará el complejo ARNt-aa3.

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

ProMet

6) Elongación V: Entrada en la posición correspondiente, al sitio “A”, del complejo ARNt-Cis, complementario al tercer codón.

Cis

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

U G C

U U A C G A U A GG U U

ProMet

Cis

A C G

7) Elongación VI: Unión del péptido Met-Pro al aa cisteína (Cis).

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

ProMet

Cis

A C G

8) Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aa (Pro).

9) Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.

ProMet

Cis

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

ProMet

Cis

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

10) Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aa al sitio “A” libre.

Leu

A C G

Pro Met

Cis

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

11) Elongación X: Se produce la unión del aa Leu con la cadena previa .

Leu

A C G

Pro Met

Cis

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

12) Elongación XI: Se libera el ARNt anterior.

Leu

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

13) Elongación XII: El ribosoma se desplaza a la próxima posición de lectura.

Pro Met

Cis

Leu

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

14) Elongación XIII: Ingresa el complejo ARNt-aa5 (Arg)

Pro Met

Cis

Leu

A C G

Arg

A C G

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

15) Elongación XIV: Unión del péptido Met-Pro-Cis-Leu con el 5ºaa (Arg). Liberación del ARNt de Leu.

A C G

Arg

A C G

Pro Met

Cis

Leu

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

16) Elongación XIV: Desplazamiento a la siguiente posición que contiene un CODÓN DE TERMINACIÓN.

Arg

A C G

Pro Met

Cis

Leu

“P” “A”AAAAAAAAAAA

A U G C A A

5’3’

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

17) Finalización I: Unión de proteínas de finaliación.Liberación del péptido y el último ARNt. Desensamblado del ribosoma funcional.

Arg

A C G

Pro Met

Cis

Leu

AAAAAAAAAAA5’ 3’

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

18) Finalización II: Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas presentes en el citoplasma.

ARNm