CÁTEDRA DE BIOLOGÍATema: -Síntesis de proteínas- Meiosis- Gametogénesis: Espermatogénesis y ovogénesis.

SÌNTESIS DE PROTEÌNAS

Las proteínas se sintetizan en los ribosomas a partir del ADN y consta de varios pasos.

En una primera etapa, una enzima, la ARN-polimerasa se asocia a una región del ADN,denominada promotor, la enzima pasa de una configuración cerrada a abierta, y desenrolla una vuelta de hélice, permitiendo la polimerización del ARN a partir de una de las hebras de ADN que se utiliza como patrón.

La ARN-polimerasa, se desplaza por la hebra patrón, insertando nucleótidos de ARN, siguiendo la complementariedad de bases, así p.e.Secuencia de ADN: 3'... TACGCT...5'Secuencia de ARNm:5'...AUGCGA...3'

Cuando se ha copiado toda la hebra, al final del proceso , la cadena de ARN queda libre y el ADN se cierra de nuevo, por apareamiento de sus cadenas complementarias. De esta forma, las instrucciones genéticas copiadas o transcritas al ARN están listas para salir al citoplasma.

La síntesis de ARN incluye la separación de las cadenas del ADN y la síntesis de una molécula de ARN en la dirección 5' a 3' por la ARN polimerasa, usando una de las cadenas del ADN como molde.

La complementación en el apareamiento de las bases, A, T, G, y C en el molde del ADN determinan específicamente al U, A, C, y G, respectivamente, en la cadena de ARN que es sintetizada.

ARN DE TRANSFERENCIA• 1. Sitio de unión de los aminoácidos - Cada molécula de ARNt tiene un sitio de unión para un

aminoácido especifico (análogos) en su extremo 3”. El grupo carboxilo del aminoácido establece un enlace ester con el hidroxilo 3” de la porción ribosa del nucleótido de adenosina (A) en la secuencia –CCA en el extremo 3” del ARNt.[Se dice que el aminoácido que esta unido a la molécula de ARNt esta

activado]

• 2. Anticodón - Cada molécula de ARNt contiene también una secuencia de

nucleótidos de 3 bases (el anticodón) que se parea con un codón especifico en el ARNm. Este codón especifica la inserción en la cadena peptidica en crecimiento del aminoácido transportado por el ARNt.

ARN MENSAJERO • Para la síntesis de la cadena polipeptidica deseada debe estar presente el

ARNm especifico necesario como molde.

las interacciones entre proteínas que se unen a la caperuza 5” y a la cola 3” (proteínas de unión a poli-A) del ARNm eucariota intervienen en la circularizacion del ARNm y

probablemente evitan el uso del ARNm incompletamente procesado en la traducción.

RIBOSOMAS FUNCIONALMENTE

COMPETENTES

- El ribosoma tiene tres sitios de unión a las moléculas de ARNt (los sitios A,P y E), cada uno de los cuales se extiende en ambas

subunidades.Juntos, cubren tres codones

vecinos.

* Durante la traducción, el sitio A se une un aminoacil-ARNt

entrante, que viene codificado por el codón que ocupa el sitio en ese momento. Este codón codifica cual es el siguiente

aminoácido que debe añadirse a la cadena peptídica en

crecimiento.

* El codón del sitio P esta ocupado por el peptidil-ARNt.

Este ARNt transporta la cadena de aminoácidos que ya se ha

sintetizado.

* El sitio E esta ocupado por el ARNt vacío, que esta a punto de

salir del ribosoma.

Los ribosomas son grandes complejos de proteínas y ARN ribosómico (ARNr).

FACTORES PROTEICOS• Se necesitan factores de iniciación, elongación y terminación (o

liberación) para la síntesis peptídica.

• Algunos de esto factores proteicos realizan una función catalítica, mientras que otros parecen estabilizar la maquinaria sintética.

ARN RIBOSOMAL (ARNR)

TRADUCCIÓN.

Traducción del ARNm Los ARNm son traducidos a proteínas por intermedio de distintos ARNt, cada uno especifico para uno de los 20 tipos de aminoácidos presentes en el citosol, el trabajo de los ARNt consiste en tomar los aminoácidos correctos y conducirlos a las posiciones adecuadas, marcadas por los nucleótidos del ARNm.

La síntesis proteica tiene lugar en el seno de los ribosomas, y comienza con la unión entre sí de dos monómeros (aminoácidos)

Traducción del ARNm

El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

La clave de la traducción reside en el código genético compuesto por múltiples combinaciones de tres nucleótidos consecutivos en el ARNm, cada unidad de tres nucleótidos constituye un codón, existen en total 64 combinaciones, de las cuales 3 señalan el cese de la traducción.Resta agregar que el número de codones en el ARNm determina la longitud de la proteína.

Traducción del ARNm

Los intermediarios entre los codones del ARNm y los aminoácidos son los ARNt, cuyas moléculas hacen que se liguen a los codones adecuados, este dominio consta de una combinación de tres nucleótidos llamado anticodón.El codón de iniciación va a hacer el triplete AUG mientras que un codón de terminación es el UAALos aminoácidos se ligan por medio de uniones peptídicas

Traducción del ARNm

La cadena de ARNm se lee de 3 en 3 nucleótidos (codón) y cadacodón se relaciona con un aminoácido de la siguiente forma.

Terc

era

Letr

a

Por tanto el ribosoma se fija a un ARNm, y comienzan a leerla secuencia de nucleótidos.

Al reconocer los 3 primeros nucleótidos el ARN transferente(ARNt) llevará el aminoácido correspondiente hasta el ARNm.Para cada codón del ARNm le corresponde un anticodón (3 basesnitrogenadas) del ARNt siendo la única posibilidad de enlace: Codón (ARNm) Anticodón (ARNt)

Adenina

Citosina

Guanina

Timina

UraciloGuanina

Citosina

Adenina

Codón Codón

AnticodónAnticodón

El ribosoma avanza por la molécula de ARNm, lee el siguientecodón, y otra molécula de ARNt traerá el aminoácido quecorresponda, que se unirá al primero para ir formando la proteína.Siempre hay un codón de inicio de la síntesis de proteínas yotro de terminación.

Al llegar al codón de terminación, el ARNm queda libre y puedeser leído de nuevo por otro ribosoma.

La proteína formada dará lugar al caracteres de un individuo.

1. TRADUCCIÓN: DESCODIFICACIÓN DEL ARNm

Etapa en la cual se descodifica el mensaje contenido en el ARNm formado durante la transcripción cuyo mensaje dará lugar a una proteína.

Debe pasar del idioma del ácido nucleico (mensaje contenido en cuatro letras) al idioma de las proteínas (con 20 letras)

EL CÓDIGO GENÉTICO: establece la correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos: los aminoácidos están codificados por tres letras, que son tripletes de bases del ARNm o también denominados codones.

CRACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO.

El código es degenerado: es decir, que es redundante: ya que existen 61 codones que codifican 20 aminoácidos, algún

aminoácido debe estar codificado por dos o más tripletes distintos, es decir, hay codones que significan lo mismo es

decir, existen codones sinónimos.

El código es universal: vale para todos los organismos conocidos y no es ambiguo, cada codón codifica siempre el

mismo aminoácido.

Todos los tripletes de bases tienen sentido y se leen en el ARNm de izquierda a derecha, en sentido a 3’.

El código carece de solapamiento, ningún triplete comparte sus bases con otro triplete; es unidireccional, se lee sólo en sentido a 3’.

Para que los aminoácidos reconozcan a sus tripletes necesitan de un intérprete que hacen de intermediario entre aminoácido y proteína: son los ARNt.

CADA MOLÉCULA DE ARNt ESTÁ COMPUESTO DE DOS REGIONES :LA SECUENCIA CCA DEL EXTREMO 3’ Y EL BUCLE DEL ANTICODÓN.

Cada ARNt se une con un único aminoácido: la enzima aminoacil ARNt sintetasa actúa de adaptador con dos sitios específicos: uno reconoce al aminoácido y otro que identifica

secuencias de bases características de cada ARNt. Esta enzima cataliza el enlace entre el carboxilo del aminoácido

con el hidroxilo del ribonucleótido de adenina del extremo 3’ del ARNt (CCA).

Los ARNt con sus aminoácidos reconocen y se unen mediante su anticodón con los correspondientes tripletes o codones del ARNm.El ribosoma es capaz de mantener en su interior el ARNm, a los ARNt con sus aminoácidos y forma el enlace peptídicos entre los aminoácidos.

ETAPAS EN LA SINTESIS DE PROTEINASEl proceso de la síntesis de proteínas traduce el alfabeto de 3 letras de las secuencias de nucleótidos presentes en el ARNm al alfabeto de 20 letras de los aminoácidos que constituyen las proteínas.

El ARNm se traduce desde su extremo 5” hacia su extremo 3”, produciendo una proteína que se sintetiza desde su extremo aminoterminal hacia su extremo carboxiloterminal.

Los ARNm tiene solo una región codificadora, es decir, es monocistronico.

El proceso de traducción se divide en tres etapas independientes: iniciación, elongación y terminación.

Etapas de la Síntesis Proteica

En la Síntesis Proteica se distinguen tres etapas:

Iniciación Elongación Terminación

TRADUCCIÓN EN EUCARIOTAS

1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA- Construcción del complejo de iniciación 80 S : formado por un ribosoma unido al ARNm y ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina, ARNt .

FI (factores de iniciación) + E de GTP

provocan unión de subunidad 40 S con el

ARNt iniciador, cargado con el

aminoácido metionina.

Otros FI facilitan que reconozca la

“caperuza” de metil guanosina trifosfato y se una con el ARNm

en el extremo 5’.

Met1er aminoácido

ARNtAnticodón

Codón

ARNm

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

U A C

Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).

5’ 3’

U G C

U U A

C G A

U A G

3. La subunidad pequeña se desplaza 5’ a 3’ con E de ATP y rastrea secuencia hasta el primer codón de iniciación AUG. Se produce la unión del ARNt iniciador con la Met el cual posee el anticodón UAC.

4. Al encajar el ARNtiMet en

el codón AUG, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma que se acopla con la pequeña, el ARNm y el ARNti

Met formando el complejo de iniciación 80S . En la subunidad mayor distinguiremos tres hendiduras: A,P y E.

2. ELONGACIÓN DE LA CADENA PEPTÍDICA

PRIMERA FASE: el sitio P está ocupado por el ARNti

Met y los sitios A y E están vacios.En el sitio A entra el siguiendo ARNt con su aminoácido.Interviene el FE-1 y E del GTP.

SEGUNDA FASE: formación del enlace peptídico. Entre la metionina y siguiente aminoácido. El complejo enzimático peptidil transferasa debe de estar ayudado por el ARNr 28S asentado en la subunidad grande. Metionina se separa del ARNt y se asocia por enlace peptíco al grupo amino del aminoácido en el sitio A. Obtenemos un dipéptido.

TERCERA FASE: O TRASLOCACIÓN. Entra en juego el FE-2 que con E del GTP obliga al ribo a desplazarse tres nucleótidos sentido 5’ a 3’: primero se desplaza la subunidad grande del cromosoma y al moverse el nuevo codón queda en el sitio A , luego se mueve la subunidad pequeña. El complejo peptidil-ARNt-ARNm queda ahora localizado en el sitio P.

El ARNti que era de la metionina pasa al sitio E.FASES SUCESIVAS: al entrar el tercer ARNt con su aminoácido provoca la salida del ARNt del sitio E y se repiten las tres fases anteriores.Así se va produciendo la elongación a un ritmo de 3 a 5 aminoácidos por segundo.

Hasta que se incorpore el último aminoácido a la cadena polipeptídica.

Met

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A AU A C

Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

5’3’

Gln

G U U

U G C

U U A

C G A

U A G

ARNmAAAAAAAAAAA

P A

A U G C A AU A C

Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

5’

Gln-Met

G U U

U G C

U U A

C G A

U A G

3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

5’

U A C Gln-Met

G U U

U G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa3

5’ 3’

Gln-Met

G U U

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).

5’

Gln-Met

G U U

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

Cys

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).

5’

G U U

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

G U U

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

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

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación X: Este se sitúa en la región aminoacil (A).

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A C G

A A U

Leu-Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

5’

U G CU G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A A U

Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Arg

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.

5’

U G C

U U A

C G A

U A G

ARNm

3’A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

3. TERMINACIÓN DE LA SÍNTESIS.

La síntesis termina cuando tras una traslocación aparece en el sitio A uno de los tres codones de terminación: UAA, UAG O UGA.

Cuando llega este momento un factor proteico de terminación (RF) se une al codón de terminación e impide que algún aminoacil-ARNt se aloje en el sitio A.

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A5’

U G C

U U A

C G A

U A G

ARNm 3’

A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

AAAAAAAAAAA

Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

5’

ARNm3’

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

4. MADURACIÓN POSTRADUCCIONAL DE LAS PROTEINAS

Al finalizar la traducción los polipéptidos no son funcionales y deben sufrir determinadas modificaciones:

Formación de puentes disulfuro para el plegamiento de las cadenas peptídicas y asociación con otras cadenas para formar estructuras cuaternarias

Adición de grupos prostéticos

Modificaciones covalentes de ciertos aminoácidos ( fosforilaciones, metilaciones,…)

Cortes proteolíticos acortando el péptido. Pérdida de la metionina inicial o eliminación de un péptido intermedio, …

EXPORTACIÓN Y DESTINO

Los ribosomas dependiendo del destino que tendrá la proteína estarán localizados en un sitio ó en otro.

RIBOSOMAS LIBRES: sintetizan proteínas

para procesos metabólicos y aquellas

que van al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas.

RIBOSOMAS DE RER: proteínas para estructuras celulares, hormonas para

enviar al exterior de célula o interior de lisosomas.

IMP: en el extremo N—terminal de la proteína se forma un péptido señal de unos 20 ó 30 aminoácidos que será la señal que indicará donde debe ir esa

proteína.

meiosis

MEIOSIS •  La meiosis requiere 2 divisiones

celulares la meiosis I y la meiosis II para que la cantidad de cromosomas se reduzca al numero haploide.

•Al igual que la mitosis consta de profase, metafase anafase y telofase

DIVISIÓN I

PROFASE I

METAFASE IANAFASE ITELOFASE I

LeptotenoCigotenoPaquitenoDiplotenoDiacinesis

INTERFASE

DIVISIÓN IIPROFASE II

METAFASE IIANAFASE IITELOFASE II

Primera división meiótica

• Es una división de reducción, disminuye el numero de cromosomas de diploides a haploides (es reduccional)

• Se emparejan cromosomas homólogos en la profase e intercambian el ADN

• Se separan en la anafase• Los cromosomas son de

cromatina doble

Segunda división meiótica • Las células hijas

pueden pasar por un período de intercinesis

• El resultado final son cuatro células hijas haploides.

• La meiosis II es ecuacional, ya que comienza y termina con células haploides

ESQUEMA DE MEIOSIS

Importancia de la meiosis• Asegura la constancia del número de cromosomas

de generación en generación mediante la reducción de diploide a haploide y la consiguiente producción de gametos haploides.

• Permite la distribución aleatoria de cromosomas maternos y paternos en los gametos

• Recoloca segmentos de cromosoma maternos y paternos a través del entrecruzamiento de segmentos cromosómicos, lo que mezcla los genes y produce recombinación del material genético

GAMETOGENESIS

GAMETOGÉNESIS

PROLIFERACIÓN : MITOSIS

MADURACIÓN CELULAR: MEIOSIS

CÉLULAS MADRE:• OVOGONIAS

• ESPERMATOGONIAS

OVOCITOS PRIMARIOS

ESPERMATOCITOS PRIMARIOS

MUJER

• 1 ÓVULO• 3 CUERPOS POLARES

HOMBRE

• 4 ESPERMÁTIDES

ESPERMIOGÉNESIS

• 4 ESPERMATOZOIDE

S

•OVOGÉNESIS•ESPERMATOGÉNESIS

•Conversión de las células germinativas primordiales en gametos (masculinos y femeninos)

Diferenciación

GAMETOGENESIS•Es la formación de los gametos•Hay espermatogenia y ovogenia•Los gametos son células muy

especializadas tienen la mitad de cromosomas de las células semánticas.

espermatogénesis

Comienza en espermatogónia

s 2n de los túbulos

seminíferos

Despues de varias divisiones mitóticas las espermatogonias se transforman en

espermatocitos primarios2n

Los espermatocitos

1primarios sufren meiosis I

Se forman espermarocitos

secundarios n y estos sufren meiosis II

Forman 4 espermatidas y

estas se diferencian en

espermatozoides

Comienza entre los 12-15 años

ESPERMATOGÉNESIS Formación del gameto sexual masculino (64 días):

EL ESPERMATOZOIDE

ETAP

AS

PRE NATAL

Células germinativas primordiales

Gónadas primitivas: Espermatogónias

3ra sem: Migración, desde el saco vitelino

Permanecen en reposo hasta la pubertad

Nacimiento

ESPERMATOGÉNESIS Formación del gameto sexual masculino:

EL ESPERMATOZOIDE

ETAP

AS

POST NATAL

Espermatogónias

Espermatogonias Tipo A y B

Tipo B: Se Diferencian

Espermatocitos Primarios Van a Meiosis I

2 Espermatocitos Secundarios Van a Meiosis II

4 EspermátidesEspermiogénesis

Proliferación

Espermatogénesis

ovogénesis Maduración prenatal de los ovocitos

En el feto las ovogonias

proliferan por mitosis

Las ovogonias aumentan de

tamaño para formar ovocitos primarios

antes del nacimiento

Los ovocitos comienzan la

primera división meiótica antes del

nacimiento, se detiene en la

profase

Este proceso de maduración se inicia antes del nacimiento y para hasta la pubertad (12-15años) hasta la menopausia

ovogénesis

Maduración postnatal de los

ovocitos

El ovocito primario interrumpido

aumenta de tamaño por la maduración del folículo, después de la ovulación termina

la meiosis I

Se forma el ovocito secundario y el

primer cuerpo polar

En la ovulación comienza la meiosis II

pero se detiene en metafase y tanbien se

forma otro cuerpo polar

La maduracion del ovocito se completa cuando se elimina el

cuerpo polar

Se da al inicio de la pubertad, maduran cada mes

OVOGÉNESISFormación del gameto sexual femenino:

EL OVOCITO

ETAP

AS

PRE NATAL

Células germinativas primordiales

Ovogonias

3ra sem: Migración, desde el saco vitelino

Mitosis

Ovogonias Ovogonias Ovogonias

3er mes: Foliculogénesis

Ovogonias rodeadas por una capa de células planas

OVOGÉNESISFormación del gameto sexual femenino:

EL OVOCITO

ETAP

AS Diferenciación

Meiosis I: Profase

…PRE NATAL

Folículos Primordiales

Ovogonias rodeadas por una capa de células planas

Ovocitos primarios

NacimientoTomado de: Atlas embriología López Serna

OVOGÉNESISFormación del gameto sexual femenino:

EL OVOCITO

ETAP

AS

POST NATAL

Desarrollo folicular

Ovocitos en Diploteno (700 mil-2 mill)

Pubertad

Ovulación: Reanudación de la meiosis I

IMO (inhibidor de la maduración del ovocito)

La acción hormonal inhibibe al IMO

Tomado de: Atlas embriología López Serna

OVOGÉNESISFormación del gameto sexual femenino:

EL OVOCITO

ETAP

AS

POST NATAL

Ovocito secundario sólo concluye la meiosis II si es

fecundado.

Producto de la meiosis I

1 Ovocito secundario1er cuerpo polar

Óvulo y tres cuerpos polares (*)

Comienza meiosis II

Tomado de: Atlas embriología López Serna

Ovogénesis