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TEMA15:LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO:DELADNALASPROTEÍNAS
1. CÓMOSEEXPRESANLOSGENES:HIPÓTESIS,“UNGEN,UNAENZIMA”.
2. LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO.
3. TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN.3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.
4. ELCÓDIGOGENÉTICO.4.1.CARACTERÍSTICASDELCÓDIGOGENÉTICO.
5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS.5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.
1.CÓMOSEEXPRESANLOSGENES:HIPÓTESIS“UNGEN,UNAENZIMA”
- EstablecidalaestructuradelADNymecanismodereplicación à ¿cómomensajegenéticosematerializaencaracterísticasdelorganismo?
- 1902:Grrod (inglés)à alcaptonuria(orinanegra)à genrecesivo.Personasenfermasnocatalizanelácidohomogentísico à seoxidaencontactoconelaireà negro.
- Sepasóaparalelismo:“genßàcarácter”a“genßà sustancia”.
- 1948:Beadle yTatum:establecieronrelacióndirectaentremoléc ADNysecuenciadeaa deunaenzimaà hipótesis “unaenzima,ungen”.- TrabajaronconNeuspora crassa (hongodelpan)à altadosis derayosXà alteranADNàmutantes:sólosobreviven siselesañadeaa
argininaparapodersintetizarproteínaspqhabíanperdido capacidaddesintetizarla.- Otromutantesnecesitabanoargininaocitrulina/argininaocitrulinaoornitina.
PrecursorOrnitinaCitrulina ArgininaAcadamutantelefaltaunaenzima,segúngenalterado,portantosebloquea elcamino.Porejemplo:mutaciónenG3,nopuedenhacerúltimopaso, aunquetengacitrulina, nolapuedentransformarenargninina,portantohayqueproporcionársela.Establecenelparalelismoentregenyenzima.
Posteriormenteestahipótesis sematizóa“ungen,unaproteína”omásbien“ungen,unacadenapolipeptídica”GEN:regióndeADNquecontieneinformaciónparasintetizarunpolipéptido.
E1 E3E2
G1 G2 G3
2.LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO.• Otropb:síntesisdeproteínasenribosomas (citoplasma),ADNennúcleo (delquenosale)ànecesitamoléculaintermediariaentreADNyribosomas=ARNm.Seformamediantetranscripción.
• IndiciosquehacíanpensarqueARNinterveníaenexpresióndelmensajegenético:• ARNprincipalmenteencitoplasma.• CélulasdeembrionesendesarrolloàaltacantidaddeARN.• VirusbacteriófagoconADN,alinfectarunacélula,inducelasíntesisdeARNantesquesíntesisdeproteínas.
• Enribosomas: secuenciaderibonucleótidos (ARNm)pasaasecuenciadeaa.(traducción)• TambiénsenecesitaARNt(transportalosaa).
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN• ProcesomedianteelcualsecopiacontenidoADNaARNàinteriordelnúcleo (eucariotas)oencitoplasma(procariotas).• CadenadeADNqueactúedemolde.• Enzimas:ARNpolimerasaàunennucleótidosmedianteenlace
fosfodiéster(sentido5’à3’).• Ribonucleótidos trifosfato(UTP,ATP,GTP,CTP).
3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.• Procariotas:transcripciónytraducciónencitoplasma.
• 1ARNpolimerasay2factores(σy𝝆).
INICIACIÓN• ARNpolimerasaseunaafactorσ (subunidad proteica)àenzima
reconoceysefijaaregiónconcretadeADN=promotor(ricaenAyT).
• ARNpolimerasadesenrollaaproximadamente2vueltadehéliceàpolimerizacióndeARNapartirdeunasolahebra.
• Liberaciónfactorσ
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.ELONGACIÓN• Adiciónderibonucleótidos.• ARNpolimerasarecorrehebraADNensentido3’à
5’yañaderibonucleótidosensentido.5’à3’.• Seleccionaribonucleótidostrifosfato
complementariosalADNàseunamedianteenlaceésterysedesprendeungrupopirofosfato(PPi).
TERMINACIÓN• SeñalesdeterminaciónenADNquesonreconocidas
porARNpoliàseparaciónenzima,ADNyARNtranscrito.
• Existen2mecanismosdeterminación:• Terminaciónindependientede𝝆:señaldeterminaciónes
secuencia palindrómicaricaenCyG,seguidadevariasAàseoriginaunahorquillaenARNysesepara.
• Terminacióndependientede𝝆:presenciaenARNdeotrassecuencias específicas, ricasenCypobreenG.Interaccionafactor𝝆à sedesplazaporARNensentidocontrarioydesnaturalizaelhíbrido(ADN-ARN),liberándoseelARN.
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.MADURACIÓN• SesintetizaARNmànomaduraciónàsetraducedirectamente.
• ParaARNryARNtàsítienequehaberprocesodemaduración:• Transcritoprimariosufrecortesyempalmes.• ARNtàdespuésdecortesyempalmesàseañadeextremo-CCA
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.• Esmáscomplejo:
• 3tiposdeARNpolimerasa:• ARNpolimerasaI:ARNribosómico 28S,18Sy5’8S.• ARNpolimerasaII:ARNm• ARNpolimerasaIII:ARNtyARNr5SyARNdehistonas.
• ARNsufreprocesodemaduraciónyaquelosgenespresentanfragmentossinsentidoonocodificantes(INTRONES)yfragmentosconsentidoocodificantes(EXONES).Setienenqueeliminarlosintrones.(algunosgenessinintrones,pelosdelashistonas).
INICIACIÓN
• Enregiónpromotora (secuenciasCAAToTATAàunos30nucleótidos arribadeliniciodelgen)àsefijalaARNpolimerasaII.
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.ELONGACIÓN
• CadenadeARNcreceensentido5’à 3’(30ribonucléotidos /s)à unavezunidos30ribonucleótidos à adiciónenextremo5’dela“caperuza”=guanosina metilada (7-metil-guanosín-3P) quedespuésactúadeseñasdeiniciodelatraducción.
TERMINACIÓN
• SecuenciaenADN(TTATTT)=findetranscripción.
• Sobreextremo3’=200nucleótidos deA(Enzima:poliA-polimerasa) (colapoliA)à2funciones:• Procesodemaduración.• SalidadelARNmdelnúcleo.
3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.MADURACIÓN
• EliminarintronesdelARNtranscritoprimarioyunióndelosexones(mecanismodenominado splicingàempalme).
• IntervienenRNPpn(ribonucleoproteínas pequeñasnucleolar)oespliceosomaàparteproteicamásARN.
• DichoARNàcomplementariedadconextremosdeintronesàseapareanyloscurvanàdpenzimasligasasunenextremosdeexones.
• ARNtyARNràtambiénmaduran(adiciónCCAen3’).
4.ELCÓDIGOGENÉTICO• Quedabapordilucidarcómosecuenciasdenucleótidossepuedentraduciraaa.¿Cómosepasadelenguajede4letras(A,C,U,G)aotrode20letras(20aa)?àsenecesitabaun“diccionario”=códigogenético.
• ¿Cuántasbasescodifican1aa?• 1baseà1aa?àsólopodríacodificar4.• 2basesà1aa?à42=16àaúnfaltanhastallegaralos20aa.
• 3basesà1aa?à43=64àasísobranàhayaacodificadospormásdeuntriplete.
• 3basescodifican1aa=codón.• 61codonesparaaa.• 3codones“sinsentido”=UAA,UAGYUGAàSEÑALESDESTOP.
4.ELCÓDIGOGENÉTICO4.1.CARACTERÍSTICASDELCÓDIGOGENÉTICO.
• UNIVERSAL:códigoigualparatodoslosseresvivos,incluso losvirus.Portanto,elcódigotienenunsoloorigenevolutivo.• Excepciones:enalgunosprotozoos, bacteriasomitocondrias.
• Mitocondriahumana:• AGAyAGG:STOP.• UGA:triptófano.• AUA:ileucina.• AUUyAUG:iniciación.
• DEGENERADO:mayoríadeaa,exceptoMetyTrp,codificadospormásdeuncodón.• Ventaja:alteraciónenADN(mutación)puedenoalterarelordendelosaa.
• SINSOLAPAMIENTOS:tripletesdispuestos linealmenteycontinuamente, sinespaciosysincompartirbasesnitrogenadas.
5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS
• Traducción:uniraaenelordendefinido porloscodonesdelARNm.
• aason transportadoshastaribosomasporATNtespecífico,queseunaporsuanticodónalcodóncomplementario.
• Elprocesoelsimilarenprocariotasyeneucariotas,salvoqueenbacteriasalnohabermaduracióndelARNmseiniciasinhaberacabadolatranscripción.
5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.
ACTIVACIÓNDELOSAA
• Encitoplasma,seunenaARNtespecíficoparaformarunaminoacil-ARNt.• Enzima:aminoacil-ARNt-sintetasa.• GastodeATP.
• Seunenporextremo3’(siempreA)delARNtyporelgrupo–COOHdelaa.
aa+ARNt+ATPaminoacil–ARNt-sintetasaaminoacil–ARNt+AMP+PPi
5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.
INICIACIÓN
1ºunióndesubunidadmenorribosomaa5’delARNm.
2ºFijación1ºaminoacil-ARNtalcodónAUG(xtelanticodónesUAC).
1ºaminoacil-ARNt:unidoaformil-metionina enprocariotasyametioninaenprocariotas.
3ºUnióndelasubunidadmayordelribosoma.
Porcióncubiertaporribosomasson2codones(6basesnitrogenadas).
Serequieren tambiénfactoresproteicosdeiniciación(FI)yGTP.
5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.
ELONGACIÓN
• Alargamientodelacadena.
• Tienequeentrarunsegundo aminoacil-ARNtalsitioAàformaciónenlacepetídico(aa1unidoporCOOHalARNtàsesueltayseunaalNH2delaa2)àsetransfiereelaa1alaa2-ARNt.Enzima:peptidil transferasa(estáenlasubunidadmayor)
• Traslocacióndelribosomaàsedesplaza3ribonucleótidos (1codón) • 1ºARNtabandonaribosoma.• Aa1-aa2-ARNtpasadelsitioAalsitioP.
• Requierefactoresdeelongación (FE)yGTP.• FE1:transportalosARNtalsitioA.• FE2:obligaalribosomaadesplazarsecongastodeGTP.
5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.TERMINACIÓN• AlllegaraalgúncodóndeSTOP(UAA,UAG,UGA)sonreconocidosporfactoresdeliberación (FR)àsesitúanenelsitioAàpeptidil transferasaañademoléculadeagua(hidrólisis) yseparacadenapeptídicadelARNt.GastoGTP.
• Segúnsevasintetizando,lacadenavaadquiriendo suconformación. • ElARN.Sedestruyealfinaldelasíntesis,cuandohaycantidadsuficientedelaproteína.
• Puedeserleídoporvariosribosomasalavez(POLISOMA)àprocesomásrápido.
ACT:1,2,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,16,18
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