T.21
EL MENSAJE GENTICO
ndice:
1. El dogma central de la biologa molecular.
2. Proceso de transcripcin.
2.1 Diferencias de la transcripcin en clulas eucariotas.
3. El cdigo gentico.
4. Proceso de traduccin
4.1 Diferencias del proceso de traduccin en eucariotas.
5. Regulacin de la expresin gnica.
5.1Modelo del opern
5.1.1Sistema inducible
5.1.2Sistema represible
5.2 Diferencias de la regulacin gnica en eucariotas.
1. El dogma central de la biologa molecular:
En la actualidad se sabe con certeza que la informacin gentica
celular es la causa de la sntesis de protenas especficas.
Pero, ya en 1948 Beadle y L.Tatum enunciaron por primera vez el
primer enunciado del dogma central de la biologa molecular que es:
"Un gen una enzima", segn el cual cada gen lleva la informacin para
una enzima.
Posteriormente, este primer enunciado fue ampliado, ya que cada
gen poda codificar una protena cualquiera, no necesariamente una
enzima.
Gracias a los avances bioqumicos y al descubrimiento de las
distintas tipologas de ARN, Francis Crick pudo enunciar el dogma
central de la biologa molecular en 1970, que postula lo siguiente:
El ADN copia una parte de su mensaje gentico sintetizando una
molcula de ARNm (transcripcin), que
constituye la informacin empleada por los ribosomas para la
sntesis proteica(traduccin).
ADN ARNm protenas metabolismo
Dogma central de la biologa molecular.
Esquema general del flujo de informacin en procariotas y
eucariotas:
2. Transcripcin:
El proceso de transcripcin consiste en copiar una parte del
mensaje gentico de ADN a ARN par que se pueda emplear directamente
en la sntesis proteica.
Mediante este peculiar proceso se forma una cadena de ARN cuya
secuencia de bases nitrogenadas es la misma que una de las hebras
de la doble hlice de ADN. Cabe destacar que la sntesis de ARN se
produce gracias a la accin de la enzima ARN polimerasa ADN
dependiente, que presenta los siguientes rasgos caractersticos:
Une nucletidos mediante enlaces nucleotdicos fosfodister en
sentido 5' a 3'.
Emplea nucletidos trifosfato.
Necesita una molcula de ADN como molde para poder designar la
secuencia de bases nitrogenadas del ARN que se va a sintetizar.
Adems, existe una gran complementariedad entre las bases
nitrogenadas de la hebra molde del ADN y la de los ribonucletidos
que van a constituir el ARN. Ambos se disponen paralelamente y la
enzima ARN polimerasa ADN dependiente los va uniendo.
La cadena de ARN sintetizada, al ser complementaria a la hebra
de ADN empleada como molde, es igual a la otra hebra de la doble
hlice.
Se une a zonas especfica del ADN (genes promotores) para
comenzar su accin a partir de ese punto.
El proceso de transcripcin presenta alguna diferencia entre las
procariotas y las eucariotas.
2.1 Transcripcin en clulas procariotas:
En bacterias existe solamente una ARN polimerasa que sintetiza
todos los tipos de ARN. La ARN polimerasa de las bacterias est
formada por varias subunidades: dos , uno y otro `.
En el ADN existen unas secuencias llamadas regiones promotoras
donde se inicia la transcripcin. Para que se inicie la
transcripcin, el factor debe estar unido a la ARN polimerasa,
porque es el responsable de la enzima reconozca al promotor y se
una a l.
A continuacin comienza a separar las dos cadenas de ADN y
comienza la transcripcin.
Una vez iniciada las transcripcin, el factor sigma se suelta y
el ncleo central de la ARN polimerasa comienza a sintetizar ARN en
el sentido 5` a 3` a partir de los ribonucletidos trifosfato
libres. A la vez, la regin del ADN que se est transcribiendo se va
desenrollando y la ARN polimerasa recorre la cadena de ADN en
sentido 3' a 5'.
El factor proteico rho (), que reconoce la secuencia de
terminacin del ARN y se une a ella para as finalizar el proceso de
la transcripcin.
2.2 Transcripcin en eucariotas
Es ms compleja que en eucariotas, pues adems de que el ADN est
unido a histonas, intervienen diversas ARN polimerasas y numerosas
protenas reguladoras denominadas factores de transcripcin.
Las 3 ARN polimerasas diferentes son:
-ARN polimerasa I: Transcribe la informacin correspondiente al
ARN ribosmico.
-ARN polimerasa II: Transcribe la informacin correspondiente al
ARNm.
-ARN polimerasa III: Es el responsable de la produccin de los
ARNt y realiza la transcripcin de los genes que portan la
informacin para las histonas.
Cuando el proceso de transcripcin ya se est llevando a cabo se
aade al extremo 5' una caperuza constituida por 7-metilguanosina
trifosfato, que permitir la identificacin de este extremo en el
proceso de traduccin posterior. A continuacin, sobre el extremo 3'
de ARN acabado de sintetizar se aaden 200 nucletidos de adenina
(cola poli-A) gracias a la actuacin de la enzima poli-A
polimerasa.
Maduracin del ARN:
El ARN recin sintetizado para ser empleado en la sntesis
proteica debe someterse a un proceso de maduracin.
Hay ciertos genes que constan de fragmentos con sentido (exones)
y de fragmentos sin sentido (intrones). Estos ltimos en la
posterioridad sern cortados y eliminados del ARN acabado de
sintetizar.
En el proceso de la maduracin intervienen los espliceosomas
(RNPpn). Estas se tratan fundamentalmente de enzimas constituidas
fundamentalmente por una parte proteica y por ARN. Este ARN tiene
secuencias de bases complementarias que poseen en ambos extremos
intrones, por lo que pueden aparearse entre ellos y provocar su
extraccin. Despus, los exones se unen por la accin de ADN ligasas y
se obtiene el ARNm final que se traduce a una protena.
3. El cdigo gentico:
Se denomina cdigo gentico a la relacin que existe entre la
secuencia nucletidos del ARNm y la secuencia aminocidos se
constituye una protena.
El cdigo gentico es la clave que permite la traduccin del
mensaje gentico a su a forma funcional las protenas. Como solo hay
4 bases nitrogenadas distintas, las seales codificadoras para los
20 aminocidos proteicos deben estar constituidas por ms de una
base. Por tanto, cada seal que codifica para cada aminocido est
formada por un triplete. De este modo, existen 64 triples de bases
nitrogenadas distintas.
Los tripletes de bases nitrogenadas de ARNm son los codones y
los tripletes de ADN correspondientes que se han transcrito se
denominan codgenos. Hay 61 codones codificadores de aminocidos y 3
que sealan el final del mensaje. Adems, hay un codn que es la seal
de comienzo.
El cdigo gentico se caracteriza por las siguientes
caractersticas:
Est formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas.
Entre los codones no hay espacios ni separaciones.
Tiene carcter universal, ya que es el mismo cdigo para todas las
clulas de todas las especies.
El cdigo gentico es degenerado porque no existe el mismo nmero
de aminocidos que van a ser codificados que seales codificadoras en
el ARN.
4. Traduccin:
Proceso que consiste en el paso de la informacin gentica de una
forma (ARNm) a otra funcional (protenas).
En este proceso la secuencia polinuclotdica del ARNm es leda por
los ribosomas para determinar en que orden se deben enganchar los
amonicidos para as sintetizar la protena adecuada.
El proceso de la traduccin se realiza ntegramente en los
ribosomas citoplasmticos.
Para que este proceso tenga en lugar cabe destacar que los
ribosomas deben ser activados. Para ello, cabe destacar que se
deben unir en el citoplasma a una molcula de ARNt por el extremo 3
de ste. Esta unin se produce gracias a la enzima aminoacil-ARNt
sintetasa y a la hidrlisis del ATP. La hidrlisiS de ste origina AMP
y dos grupos fosfato.
aminocido+ARNt+ATP aminoacil-ARNt+AMP+2PPI
El ARNt posee cuatro brazos: D,T, aceptor de aminocidos y
anticodn. Aunque a veces puede darse el caso de que pueda presentar
otro brazo extra. El aceptor de amonicidos constituye el inicio y
el fin de la cadena polinucleotdica de ARNt. El extremo 3 presenta
la secuencia CCA y constituye el lugar de unin al grupo carboncillo
del aminocido. El extremo 5 presenta como ltima base nitrogenada
sintetizada a la guanina. El brazo anticodn est constituido por una
secuencia nucleotdica que vara segn el tipo de ARNt. Est formado
por un triplete de bases nitrogenadas denominada anticodn que es
claramente complementario al complementario codn del ARNm al frente
del cual se sita durante en el proceso de transcripcin.
Consideramos al ARNt como intrprete o intermediario porque es
capaz de determinar la equivalencia entre la secuencia
polinucleotdica del ARNm y la de los amonicidos que constituyen una
determinada protena.
Adems de tener unido el ARNt un amonicido en el extremo 3,
presenta un anticodn que es claramente complementario al codn
correspondiente del ARNm.
La traduccin consta de tres etapas claramente diferenciables que
sern explicadas a grandes rasgos a continuacin.
Mecanismo de la traduccin en procariotas:
INICIACIN:
En primer lugar el ARNm deber unirse a los ribosomas. stos estn
constituidos por dos subunidades que, aunque normalmente se
encuentren sin ensamblar, debern acoplarse. Tambin cabe destacar
que en esta etapa estn presentes diversos factores proteicos de
iniciacin.
En primer lugar, el ARNm se debe unir por el extremo 5 a la
subsidiad menor del ribosoma. En esta fase intervendr el factor
IF3.
A continuacin, se situar el primer aminoacil-ARNt sobre el codn
de iniciacin. Este codn es el 5 AUG 3 Y su correspondiente ARNt
complementario es el UAC. A causa de este curioso hecho todas las
protenas deberan comenzar por el amoniacido formilmetionina que es
el que corresponde a la secuencia del codn de iniciacin. Pero, como
este hecho no es cierto, este aminocido deber ser posteriormente
eliminado. En la fijacin del anticodn del ARNt sobre su
correspondiente codn complementario de ARNm interviene el factor
IF2.
Finalmente, se deber acoplar la subunidad mayor ribosmica. Cabe
destacar que para que este proceso tenga lugar debe haber una
cierta presencia de iones Ca2+ y del factor proteica IF1.
As, finalmente se forma el complejo de iniciacin y puede
comenzar el proceso de elongacin o alargamiento.
Elongacin:
En este proceso se enganchan los aminocidos de modo adecuado
teniendo en cuenta la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm. En
este proceso intervienen tambin los factores proteicos de
elongacin. Destacan tres fases claramente diferenciables:
Unin de un aminoacil-ARNt al sitio A: el ribosoma se desplaza
sobre la cadena de ARNm y se une un aminoacil-ARNt al sitio A que
tiene un anticodn que es claramente complementario al cordn del
ARNm correspondiente. La energa aportada para esta unin proviene de
la hidrlisis del GTP.
Enlace peptdico: Se produce la unin de los dos amonicidos
contiguos mediante la accin de la enzima peptidil-transferasa. A
continuacin, se libera el ARNt situado en el sitio P y el amonicido
que este una pasa a ser mantenido por el aminoacil-ARNt situado en
el sitio A.
Translocacin del dipptido al sitio P: el ribosoma se desplaza
sobre la cadena nucleotdica del ARNm y el aminoacil-ARNt que se
encontraba en el sitio A se desplaza al sitio P. En el sitio A se
fija un tercer aminoacil-ARNt cuyo anticodn es complementario a su
correspondiente codn de ARNm . En este proceso participa el factor
de elongacin EF-G.
Este proceso se repite un determinado nmero de veces para
conseguir sintetizar la cadena de aminocidos que constituirn la
protena resultante.
TERMINACIN:
En esta etapa se produce la llegada por parte del ribosoma a un
segmento polinucleotdico del ARNm para el cual no hay anticodones
correspondientes de ARNt. Estos segmentos constituyen las
determinadas seales de terminacin (UAA,UAG,UGA) para las cuales no
existe anticodn de ARNt correspondiente. Por ello, se fija al sitio
A del ribosoma un factor de liberacin que ocasiona que la enzima
peptidil-transferasa cause la liberacin del polipptido. Los
factores proteicos de liberacin que intervienen son: R1F para los
codones UAA Y UAG y el factor de liberacin R2F para los codones UAA
Y UGA.
La liberacin del pptido se ocasiona a causa de la reaccin que
experimento el grupo carboxilo unido al extremo 3 del ARNt al
interactuar con una molcula de agua.
Se produce la liberacin de los siguientes elementos:
-La subunidad grande y la subunidad pequea ribosmicas.
-La cadena del ARNm que lo ms probable es que se destruya
posteriormente o tambin puede ser empleada ms adelante. Tambin
podra haberse ido destruyendo a la vez que era leda por los
ribosomas
-La protena o polipptido especfico que ya ha adquirido su
caracterstica estructura secundaria y terciaria.
Proceso de traduccin en las clulas eucariotas:
El proceso de traduccin en eucariotas es bsicamente el mismo
aunque existen unas cuantas diferencias:
Existe un lugar de separacin (membrana nuclear) entre el lugar
de transcripcin (ncleo celular) y el lugar de traduccin (citoplasma
celular).
El ARNm en clulas eucariotas es ms estable que en
procariotas.
El ARNm en procariotas es monocistrnico es decir sloo codifica
para una protena. En cambio, el ARNm clulas eucariotas es
policistrnico.
El ARNm lleva unido al extremo inicial 7-metilguanosina
trifosfato para ser reconocido en el proceso de traduccin.
El ARNr y los coeficientes de sedimentacin de los ribosomas son
ciertamente diferentes.
El ARNt lleva unido metionina, en vez de formilmetionina.
Este ARNt se une primero a la subunidad menor del ribosoma que a
el ARNm. Esta fase en procariotas es claramente al revs.
Los factores proteicos de iniciacin (EFM1, EFM2, EFM3) y el
factor de elongacin EF-1, en vez de EF-G, son claramente diferentes
que en procariotas.
REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA
Resulta necesario que los genes no estn expresndose todo el
tiempo porque se producira un derroche de molculas y energa, que
son claramente necesarias para otros procesos. Adems, los genes
codificadores portan la infomacin gentica para la sntesis de
protenas, en muchos casos enzimticas que su aumento podra provocar
alteraciones claramente dainas para nuestro organismo.
Por eso, la expresin de los genes debe ser regulada mediante
diversos procesos que pueden actuar en: la transcripcin, la
maduracin del ARNm, el transporte de este ARNm al citoplasma
celular y en la traduccin.
En la etapa en la que se suele producir la regulacin es en la
transcripcin porque constituye la fase inicial y as si regulamos el
ARNm resultante controlaremos tambin la posterior sntesis de
protenas.
MODELO DEL OPERN
A principios de 1960 los cientficos Franois Jacob y Monod
enunciaron el modelo del operan para explicar la regulacin de la
transcripcin en cepas de Escherichia Coli.
El opern constituye un conjunto regulador de genes que mediante
su expresin en procariotas crea las enzimas metablicas especficas
de una ruta metablica misma.
Hay diversos tipos de genes:
-Estructurales: constituyen la secuencia de ADN que se
transcribe para sintetizar las enzimas metablicas correspondientes
de una misma ruta metablica.
-Promotores:regin de ADN a la cual se une la ARN polimerasa ADN
dependiente para comenzar la transcripcin.
-Operadores: gen al que se une la protena reguladora (represor)
para inhibir la transcripcin.
-Reguladores: sintetizan la protena reguladora que se une al gen
operador para inhibir la transcripcin. Este gen se puede localizar
en un lugar diferente a los dems.
Segn el proceso metablico sea analgico o catablico se distinguen
dos tipos de sistema: sistema indecible y sistema represible.
SISTEMA INDUCIBLE
Tpico de los procesos catablicos. En un primer momento est
inhibida la transcripcin porque la protena reguladora est unida al
gen operador. Pero, cuando aparece la molcula de sustrato, ste o un
derivado se une a la protena reguladora para que esta se inactive.
Se puede comenzar la transcripcin porque la primas puede fijarse al
gen promotor y se produce la transcripcin de los genes
estructurales que llevan codificada la informacin para la sntesis
de protenas enzimticas de una misma ruta metablica.
Este proceso de regulacin es muy efectivo ya que se inhibe la
transcripcin hasta que nos parece la molcula de sustrato. De este
modo no se derrocha energa y materia.
Sistema represible:
Tpico de los procesos anablicos. En un primer proceso se produce
la transcripcin ya que la primas se une a la regin promotora y
comienza la transcripcin de los genes promotores que llevan
codificada la informacin para la sntesis de determinadas protenas
enzimticas de una misma ruta metablica. Pero, cuando se producen
suficientes molculas enzimticas el producto final de la reaccin
metablica (correpresor) se une a la protena reguladora y modifica
la conformacin previa de sta, activndola. De este modo, la protena
reguladora activada se une al gen operador y se inhibe la
transcripcin de los genes estructurales.
De este modo, cuando ya se ha sintetizado suficientes enzimas
para evitar un gasto de materia y energa se inhibe la
transcripcin.
REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN EUCARIOTAS
El proceso de regulacin de la expresin de los genes normalmente
se produce en la transcripcin y los factores que determinan la
transcripcin son:
-La separacin que existe entre las histonas asociadas al ADN en
el nucleosoma que permite un mejor acceso de la primas.
-Los factores activadores que responden a las seales
intracelulares y extracelulares.
Los esteroides se unen a determinadas protenas citoplasmticas
del plasma celular y se introducen en el ncleo celular donde
permiten que se produzca la traduccin.
Otros mecanismos seran: los oncogenes y la pldora abortiva
PAOC.
transcripcin
traduccin
controlan
Replicacin
retrotranscripcin
Caracteres
hereditarios
