Del ADN a las proteínasSemana 11, Capítulo 14

14.1 El ADN, el ARN y la expresión genética

El ADN es una cadena compuesta por cuatro tipos de nucleótidos representados por sus bases: A, T, C y G.

La secuencia de nucleótidos es la información genética. La información genética controla las células mediante el

control de la síntesis de las enzimas que regulan el metabolismo.

A través del control de la síntesis de proteínas se regula todo el proceso de desarrollo que comienza con una célula en la fecundación y termina con un organismo completo.

El ARN tiene un papel fundamental en la síntesis de proteínas.

ADN vs. ARN

ADN(ácido desoxirribonucleico)

ARN(ácido ribonucleico)

Dos cadenas de nucleótidos

Una cadena de nucleótidos

Bases: adenina, citosina, guanina, timina

Bases: adenina, citosina, guanina, uracilo

Azúcar: desoxirribosa Azúcar: ribosa

ADN vs. ARN

Dos cadenas Una cadena

Hay tres tipos de ARN

ARN mensajero (ARNm)• Copia la información genética presente en el ADN

ARN ribosómico (ARNr)• Componente principal de los ribosomas, donde se

producen las cadenas de polipéptidos (proteínas)

ARN de transferencia (ARNt)• Lleva aminoácidos a los ribosomas

14.2 Transcripción de ADN a ARN

Transcripción se refiere al proceso de pasar o transcribir la información del ADN a una copia de ARNm.

La enzima ARN polimerasa construye una cadena de ARNm complementaria al segmento de ADN a copiarse. Los nucleótidos del ADN que contienen adenina parean en el ARNm con nucleótidos que contienen uracilo.

Al final de la transcripción la información genética ha pasado del ADN que permanece en el núcleo al ARNm que sale del núcleo hacia el retículo endoplásmico.

Pareo de bases en el ADN y en la trascripción al ARNm

A-T, C-G

A-U, C-G

El proceso de transcripción

La enzima ARN polimerasa y proteínas reguladoras se adhieren a un promotor- un lugar específico en la cadena de ADN cerca del comienzo del gen.

La ARN polimerasa se mueve sobre el gen en dirección 5' a 3', separa las dos cadenas de ADN, lee la secuencia de bases y une nucleótidos libres de ARN hasta formar una cadena complementaria de ARNm (ver las próximas ilustraciones).

Fig. 14-5a, p. 218

newly forming RNA transcriptgene region

RNA polymerase, the enzyme that catalyzes transcription

DNA template winding up

DNA template unwinding

A RNA polymerase binds to a promoter in the DNA, along with regulatory proteins. The binding positions the polymerase near a gene in the DNA.

B The polymerase begins to move along the DNA and unwind it. As it does, it links RNA nucleotides into a strand of RNA in the order specified by the base sequence of the DNA.

In most cases, the nucleotide sequence of the gene occurs on only one of the two strands of DNA. Only the complementary strand will be translated into RNA.

The DNA double helix winds up again after the polymerase passes. The structure of the “opened” DNA molecule at the transcription site is called a transcription bubble, after its appearance.

Fig. 14-5b, p. 219

transcription site

5’

3’growing RNA transcript

C What happened in the gene region? RNA polymerase catalyzed the covalent bonding of many nucleotides to one another to form an RNA strand. The base sequence of the new RNA strand is complementary to the base sequence of its DNA template—a copy of the gene.

Transcripción

Muchas unidades de ARN polimerasa pueden moverse sucesivamente sobre un gen para transcribirlo varias veces, De este modo pueden hacerse muchas copias del material genético y por lo tanto de la proteína.

Modificaciones luego de la transcripción El ARNm se modifica antes de salir del núcleo.

Secuencias llamadas intrones se remueven y secuencias llamadas exones permanecen. De este modo un gen puede codificar para más de una proteína.

14.3 El ARN y el código genético

Cada grupo de tres nucleótidos (tripleta de bases) en el ARNm equivale a un aminoácido en la futura proteína. Por eso se dice comúnmente que cada tripleta es una palabra en una oración que explica cómo hacer una proteína.

Los otros dos tipos de ARN (ARNr y ARNt) traducen estas palabras y producen la cadena de polipéptidos que compone la proteína.

ARNm – el mensajero El ARNm lleva información a los ribosomas sobre cómo

hacer una proteína. Las tripletas de nucleótidos se llaman codones. Cada codón indica un aminoácido, por lo tanto el orden de los codones indica el orden de los aminoácidos en la proteína.

El código genético

El código genético consiste de 64 codones de ARNm. Sólo hay 20 aminoácidos, por lo que para algunos aminoácidos hay más de un codón.

Algunos codones indican el comienzo o el final de un gen. AUG es un codón de comienzo, mientras que UAA, UAG y UGA son codones de terminación.

Los codones del código genético

ARNt y ARNr– los traductores Las moléculas de ARNt llevan aminoácidos a los

ribosomas. Estas moléculas tienen en un extremo un anticodón complementario al codón del ARNm y en el otro un lugar para el aminoácido especificado por el codón.

ARNt y ARNr– los traductores

La cadena de aminoácidos se forma en los ribosomas. Los ribosomas se componen de una subunidad grande y una subunidad pequeña de ARNr y proteínas:

14.4 Traducción: del ARN a la proteína

El proceso de traducción convierte información genética presente en el ARNm a una cadena de polipéptidos. El orden de codones en el ARNm determina el orden de los aminoácidos en la proteína.

La traducción sucede en los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso y tiene tres etapas: iniciación, alargamiento y terminación.

Iniciación

Alargamiento I

Alargamiento II

Terminación

Polisomas

Muchos ribosomas pueden traducir simultáneamente el mismo ARNm, formándose cadenas llamadas polisomas.

14.5 Genes mutados y sus productos protéicos

Si la secuencia de nucleótidos en un gen cambia, el resultado puede ser un producto genético alterado que produce efectos detrimentales.

Las mutaciones son cambios pequeños en la secuencia de nucleótidos del ADN que alteran el código genético.

Tres mutaciones comunes son la sustitución de una base por otra, la eliminación de nucleótidos y la inserción de nucleótidos. Estas mutaciones pueden cambiar el orden de los aminoácidos, produciéndose una proteína diferente. La anemia falciforme (sickle-cell anemia) y la enfermedad de Huntington son causadas por mutaciones como éstas.

Mutaciones comunes

Origen de las mutaciones Los principales causantes de las mutaciones son:

• errores de duplicación que no se corrigieron• compuestos químicos y radiación (e.g., rayos X)• trasposones- sementos de ADN que migran y se insertan

en otros lugares, fueron descubiertos por Barbara McClintock en investigaciones realizadas con maíz.

Bárbara McClintock (1902-1992)

Mutaciones causadas por radiación

La radiación ionizante (e.g., rayos X) daña los cromosomas, mientras que la radiación no ionizante (e.g., luz ultravioleta) forma dímeros de timina.

¿Se heredan las mutaciones?

Las mutaciones que suceden en las células somáticas afectan al individuo pero no pueden pasar a sus hijos y por lo tanto no pueden heredarse.

Las mutaciones que suceden en las células germinativas (las que producen los gametos) pueden pasar a la próxima generación y son la materia prima de la selección natural y la evolución.

mutación de “músculos dobles”

Biodiversidad- Peltophryne lemur

El sapo concho es endémico de Puerto Rico. Su única población grande está en el Bosque Estatal de Guánica. La hembra es más grande que el macho (la especie dimorfismo sexual).