Tema 3

Expresión del material hereditario.

Del ADN a la proteína.

El Código Genético

ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ

Diámetro

Vuelta

completa 34Å

Surco

mayor

Surco

menor

Esqueleto

azúcar-fosfato

Par de bases

nitrogenadas

Eje

central

2

3

ADN

Proteína

La información presente en el ADN se utiliza para la síntesis de las

proteínas

4

George Beadle Edward Tatum

Los resultados obtenidos en el hongo Neurospora

permitieron a Beadle y Tatum enunciar la hipótesis

de un gen : una enzima.

Neurospora es capaz de crecer en un medio mínimo compuesto por:

-. Sales inorgánicas

-. Nitrógeno

-. Fuente de Carbono

-. Biotina (Vitamina)

Del ADN a la proteína

Experimentos de Beadle y

Tatum (1940)

5

Rayos X

Esporas del Hongo

Esporas normalesEsporas mutadas

(ADN modificado)

Medio completo Medio mínimo

Medio

completo

Medio

mínimo

Mínimo

Vitaminas

Mínimo

bases

Mínimo

aminoácidos

Hay crecimiento en ambos medios

No se ha inducido ninguna

mutación nutricional

No hay crecimiento en el

medio mínimo

Se ha inducido una

mutación nutricional

Hay crecimiento solo si se

proporciona un suplemento de

aminoácidos

El mutante inducido no puede

sintetizar un aminoácido

Medio

completo

Medio

mínimoMínimo

leucina

Mínimo

alanina

Mínimo

fenilalanina

Mínimo

tirosina

Las células mutantes crecen

solo cuando se añade tirosina

La mutación afecta a la síntesis

de tirosina (tyr-)

6

Gen

ADN

Cadena molde de ADN

Transcripción

ARNm

Tripletes

Traducción en los ribosomas

Proteína

Aminoácidos

Expresión

génica

1. El ADN está mayoritariamente asociado a los

cromosomas en el núcleo de la célula, mientras que la

síntesis de proteínas se produce en el citoplasma.

2. El ARN se sintetiza en el núcleo y es químicamente

parecido al ADN.

3. Una vez sintetizado, el ARN migra hacia el citoplasma

4. Normalmente, la cantidad de ARN presente en una célula

es proporcional a la cantidad de proteínas presentes en

dicha célula.

Evidencias previas de que el ARN actúa como intermediario

7

8

Cadena no

molde

Cadena molde

ADN

ADN

ARN

ARN

Región del ADN que

se transcribe = GEN

ARN Polimerasa I

Maquinaria enzimática de la transcripción

Cadena

retrasada

Cadena líder o adelantada

Síntesis discontinua

Síntesis continua

Fragmentos de Okazaki

Síntesis de ADN (ADN Polimerasa)

GEN

9La ARN polimerasa sintetiza una nueva cadena de ARN sin la necesidad de

que exista un cebador.

ADN

MOLDEARN

5’

3’Enlace

fosfodiester

rNTP

5

’

H2C

HOH

H

OH

5’

3’ADN

MOLDE

GEN

5’

3’ADN

MOLDE

Dirección de

crecimiento

de la cadena

GEN

ARN

POLIMERASA

10Durante la transcripción, los ribonucleótidos se unen por enlaces fosfodiester y la

cadena crece en dirección 5’- 3’ siguiendo el molde de la cadena de ADN.

ADN

MOLDE

ARN

5’

5’

3’

3’

Dirección de

crecimiento

de la cadena

ADN

MOLDE

ARN

Enlace

fosfodiester

5’

5’

3’

3’

rNTP

H2C

HOH

H

OH

5’

3’ADN

MOLDE

GEN

5’

3’ADN

MOLDE

GENDirección de

crecimiento

de la cadena

11El proceso continua añadiendo nucleótidos complementarios al ADN molde.

ADN

MOLDE

ARN

5’

5’

3’

3’

ADN

MOLDE

ARN

Enlace

fosfodiester

Enlace

fosfodiester

5’

5’

3’

3’

5’

3’ADN

MOLDE

GEN

5’

3’ADN

MOLDE

GEN

Dirección de

crecimiento

de la cadena

Dirección de

crecimiento

de la cadena

12

(a) Componentes de la transcripción

ARN polimerasa

Gen

ADN

(b) Unión al molde e inicio de la transcripción

Inserción de

ribonucleótido

(c) Elongación de la cadena

Disociación de σ

Transcrito de ARN

Mecanismo y fases de la

transcripción (procariotas)Subunidad

sigma (σ)

Cadena

acompañante

Cadena

moldePrimer

nucleótido

Cadena

acompañante

Cadena

molde

ARN naciente

inicio de la transcripción

Cadena

acompañante

Cadena

molde

Cadena de

ARN

Ribonucleótidos

trifosfato (rNTP)

Ribonucleótidos

trifosfato (rNTP)

Heteroduplex

Punto de inicio de

la transcripción

Ribonucleótidos

trifosfato (rNTP)

1.- En eucariotas la transcripción se produce dentro del núcleo y

participan tres tipos de ARN polimerasas.

2.- En eucariotas, el primer paso consiste en la descompactación de la

cromatina para que el ADN sea accesible a la enzima.

3.- En eucariotas, el control de la transcripción es mucho mayor,

existiendo gran cantidad de elementos además de los promotores que

pueden regular la expresión.

4.- El ARNm de eucariotas tiene que ser procesado eliminando algunas

partes antes de transportar la información a los ribosomas, a lo que se

denomina maduración del ARNm.

Diferencias entre la transcripción de procariotas y eucariotas

13

14

Cromosoma metafásico

Cromátida

(700 nm de

diámetro)

Fibra de cromatina

(300 nm de diámetro)

Dominios enrollados

ADN espaciador

Octámero de histonas

+ 147 pares de bases de ADN

Nucleosomas

(disco plano de 6 nm x 11 nm)

ADN

(2 nm de diámetro)

Histonas

Histona H1Solenoide

(30 nm de diámetro)

Núcleo del nucleosoma

1400 nm

1.- Adición de una caperuza de 7-metil –guanosina

(7mG) al extremo 5’ del ARNm para la protección

del ARN frente a la acción de nucleasas. También

es necesaria para que el ARNm atraviese la

membrana nuclear y pueda ser transportado al

citoplasma.

2.- A continuación se añaden al extremo 3’ una serie

de residuos de ac. adenílico creando una cola de

poli-A. Para ello se produce un corte en una zona

cercana al extremo 3’ y a continuación se añaden

las adeninas. Esta cola de poli-A sirve también para

proteger al ARNm de la degradación por enzimas.

3.- En los genes eucariotas hay porciones

intercaladas en el ADN que no son necesarias para

que se formen las proteínas, a estas regiones se las

denomina intrones. A las partes del gen que si

portan la información para que se sinteticen las

proteínas se las denomina exones. El siguiente paso

en la maduración del pre-ARNm es la eliminación

de los intrones mediante un proceso que se

denomina de corte y empalme. 15

ADN

Transcripción

Adición de la caperuza 5’

Corte 3’

Adición de la cola

de poli-A

Inicio de la reacción

de corte y empalme

Eliminación de los

intrones; unión de

los exones

Pre-ARNm

ARNm maduro

5’

5’ 3’

3’

3’

3’

Intrón IntrónExón ExónExón

Intrón

Intrón

GEN

Gen

ADN

Cadena molde de ADN

Transcripción

ARNm

Tripletes

Traducción en los ribosomas

Proteína

Aminoácidos

El código genético

16

17

1. El código genético está escrito de

manera lineal utilizando como letras

las bases ribonucleotídicas que

componen las moléculas de ARNm.

2. Cada “palabra” del ARNm contiene

tres letras ribonucleotídicas que se

denominan codones. Cada grupo de

tres ribonucleótidos o codón especifica

un aminoácido.

3. El código no tiene ambigüedades.

El código genético presenta una serie de

características generales:Gen

ADN

Secuencia de bases

ARNm

ARNm

Codón

ProteínaMet Val Leu Ser

X X X

ARNm

Codones

ProteínaMet Val Leu Ser

18

ARNm

Codones

ProteínaSer Ser SerSer

AUG

AUG

UAA

UAA

ARNm

Ribosoma Inicio de la traducción

Señal de inicio Señal de fin

ARNm

Fin de la traducción

Señal de fin

Transcripción

Cadena polipeptídica

ARNm

InicioMet Val Leu Ser Tre Trp Ser

Fin

4. El código es degenerado.

5. El código contiene señales de

inicio y de fin.

6. El código no utiliza ninguna

puntuación interna.

19

7. El código no es solapado.

8. El código genético es universal.

A C G

Secuencia de nucleótidos A U A C G A G U C

Código no solapado A U A C G A G U C

Ile Arg Val

U A C

Tir

Thr

Código solapado A U A C G A G U C

Ile

Segunda posición

Terc

era

po

sic

ión

(extr

em

o 3

’)

Iniciación Terminación 20

Traducción

Es el proceso por el cual se sintetiza una proteína de

acuerdo a la secuencia de bases del ARNm

transcrito a partir del gen que codifica dicha proteína.

Este proceso se produce en unos orgánulos

denominados ribosomas localizados en el

citoplasma.

21

Componentes necesarios para que se produzca la

traducción: el ARNm, los ribosomas y los diferentes

aminoácidos transportados por los ARNt (de transferencia)

22

Ribosoma

Subunidad pequeña

Subunidad grande

ARNt

ARNm

aminoácido

U A C

Anticodón

Codón de

inicio

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

23

El ARNm se une a la

subunidad pequeña

El ARNt se une al codón

del ARNm

La subunidad grande

se une al complejo. Él

2º ARNt se une al 2º

codón del ARNm

MECANISMO Y FASES DE LA TRADUCCIÓN

1º INICIACIÓN

Met

Phe

El 2º ARNt ha entrado en el sitio A Se forma el enlace peptídico y el 1er ARNt se desplaza y sale del

ribosoma. El ARNm se desplaza a la izquierda de manera que hay

un nuevo codón expuesto para la unión a su correspondiente ARNt

Se completa el primer paso de elongación y el

tercer ARNt está listo para entrar en el ribosoma

El tercer ARNt cargado ha entrado en el ribosoma

y empieza el segundo paso de elongación

Se sintetiza la cadena

polipeptídica, que sale del

ribosoma.

Muchos pasos de elongación

2º ELONGACIÓN

Enlace peptídico entre los

dos primeros aminoácidos

Se forma un tripéptido completándose el segundo paso de la elongación.

El ARNt sin carga se desplaza a la izquierda para salir del ribosoma.

24

http://youtu.be/fC_h0zWM1us

25

3º TERMINACIÓN

Se libera el ARNt y la

cadena polipeptídica

Los componentes se separan y el

polipéptido se pliega en la proteína

26

https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

https://www.youtube.com/watch?v=fAn7s2T9CD0

https://www.youtube.com/watch?v=TSv-Rq5C3K8