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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 reversotranscripción.
• El código genético: características generales y pruebas experimentales.
• Mecanismo general de la traducción. Regulación de la expresión génica.
Criterios de evaliación
• 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 caeruza 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).
• Se puede 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 al
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
• Hay que 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
• Se puede 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 :