FLUJO INFORMACIÓN GENÉTICA DUPLICACIÓN TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN
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En 1994 Avery y sus colaboradores determinaron que la información hereditaria se encontraba en el ADN. Sin embargo el ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y la síntesis de proteínas se lleva a cabo en los ribosomas del citoplasma y en los adosados al RE, por lo que de alguna manera se necesita que la información fluya del núcleo al citoplasma a través de una molécula intermediaria. Esta molécula es un ARN llamado mensajero que mediante el proceso de TRANSCRIPCIÓN lleva la información del núcleo la citoplasma. Por otro lado la información genética pasa de una generación celular a otra, y también de un individuo a su descendencia, gracias a la REPLICACIÓN previa del ADN. A este proceso se le denomina FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. Todo este trasvase de información se produce gracias a la complementariedad de las bases nitrogendas que puede generar copias de ADN y trasvase de información al ARN. Hoy se sabe que este flujo de información puede producirse de manera retrógrada. a) Algunos virus que almacenan su información en forma de ARN poseen un enzima, la transcriptasa inversa o retrotranscriptasa que es capaz de pasar la información de un ARN a un ADN b) También existen virus que replican su ARN en la célula que infectan gracias a ARN replicasas
A continuación se explican en detalle los procesos de replicación del ADN , la transcripción y la biosíntesis de proteínas o traducción así como las características del Código Genético. ¿Cómo es la replicación del ADN? ✴ Conservativa o conservadora: si se genera una ADN de doble hebra (strand) nuevo y se conserva íntegramente el parental (template strand) . ✴ Dispersante o dispersiva: cada ADN resultante de la duplicación contiene fragmentos del paretal y del de nueva síntesis ✴ Semiconservadora o semiconservativa: cada molécula hija de ADN contiene una hebra parental y otra de nueva síntesis.
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En 1957 Meselson y Stahl realizaron un elegante experimento con el que confirmaron que el modelo válido es el SEMICONSERVATIVO. (vídeo explicativo)
La replicación del ADN es diferente en eucariotas que en procariotas. Sin embargo hay características igualmente válidas para ambos que conviene tener claro. ✴ La replicación no comienza al azar sino en puntos concretos (en procariotas en un sólo punto). A cada una de estas unidades de replicación se les denomina replicones. En eucariotas cada uno de ellos comienza la replicación de manera simultánea. Como consecuencia las dos nuevas hebras se van alargando progresivamente por adición secuencial de desoxirribonucleótidos. ✴ En cada punto de inicio de la replicación se rompren los puentes de hidrógeno de la doble hélice y se genera una burbuja (bubble) de replicación con dos horquillas (fork). ✴ Las ADN polimerasas que intervienen en la replicación tienen dos limitaciones”: Página - 3 -
FLUJO INFORMACIÓN GENÉTICA - @profesorjano - No pueden uir dos nucléotidos entre libres entre sí, sólo añadirlos a una cadena (por eso necesitan una cadena previa llamada cebadaor que es un ARN) - La dirección en la que pueden unir desoxirribonucleótidos es 5’--> 3’ La maquinaria enzimática, procesos de iniciación y estabilización del ADN que se duplica aparte, requiere: ✴ Un cebador al que las ADN polimerasas puedan añadir los nucleótidos. Este cebador es un ARN fabricado por la ADN polimerasa alfa o primasa ✴ Sustratos: los cuatro dNTPs (desoxirribonucleótidos activados) ✴ Cofactores: las ADN polimerasas necesitan que los dNTPs lleven asociado el catión metálico Mg (in vitro también puede ser el Mn ) ✴ Molde o plantilla. El orden correcto de incorporación de los nucleótidos viene determinado por su complementariedad de bases con la secuencia de cada hebra de DNA, que actúa como molde o plantilla. ✴ DNA polimerasas. Son la familia de enzimas que van a unir nucleótidos en dirección 5’->3’. En procariotas hay tres la ADNpol I, II y III, siendo las III la que realiza la priincipal tarea de replicación. En eucariotas hay cinco ADNpol principales la alfa, beta, gamma, delta, epsilon, aunque hay más. La ADNpol delta (la epsilon también) es la que lleva el peso de la elongación de la cadena de ADN de nueva formación. Las ADNpolimerasas también pueden tener actividad EXOnucleasa, es decir, la de romper cadenas de nucleótidos desde los extremos. 2+
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FASES DE LA REPLICACIÓN DEL ADN INICIACIÓN En procariotas, como ya se ha dicho, la replicación comienza en un sólo lugar que están constituido en una región. En eucariotas, dada la gran longitud de sus cromosomas, la duplicación comienza en varios puntos y habrá, por lo tanto, varios replicones. La iniciación comienza con el reconocimiento del (los) punto(s) de origen. Muchos de ellos contienen una secuencia especial de nucleótidos que se ha denominado OriC. Este complejo contiene: ✴ Helicasas: son proteínas generalmente hexaméricas que se unen al ADN en el origen de la Página - 4 -
FLUJO INFORMACIÓN GENÉTICA - @profesorjano replicación y su función es romper los puentes de hidrógeno de la molécula de ADN que se va a replicar. Consume ATP en el proceso ✴ Proteínas de unión a hebra sencilla o SSB. Impiden que los puentes de hidrógeno se vuelvan a formar. ✴ Topoisomerasas: al separarse las hebras del ADN se genera tensión en los extremos de la burbuja que aún no se han abierto (imagina lo que pasa cuando quieres desenrrollar las “cuerditas” que forman una cuerda) debido al súperenrrollamiento que se produce. Las toposiomerasas alivian esta tensión. También actúan durante el sobrecruzamiento del paquiteno de la meiosis. ✴ Primasa (o ADNpol ): fabrica el ARN cebador. Ya está formado el complejo de inicio y la burbuja con sus dos horquillas abierta. Ahora entrarán en acción las ADNpolimerasas encargadas de copiar de manera complementaria cada una de las hebras parentales.
ELONGACIÓN A cada complejo de inicio se le va a unir la ADNpolimerasa encargada de la elongación formándose así el replisoma. Esta ADNpolimerasa unirá los desoxirribonucléotidos a los ARNcebadores de manera complementaria a la hebra parental que sirve de molde. Sin embargo hay un problema: las cadenas de ADN son antiparalelas y las ADNpolimerasas sólo pueden unir nucleótidos en sentido 5’-->3’ y ese es sólo el sentido de avance de una de las cadenas de cada horquilla. Esta hebra se puede sintetizar de manera continua y se denomina hebra conductora, líder o guía (leading strand). Sin embargo, la otra hebra parental se encuentra en sentido 5’-->3’ por lo que la síntesis de su Página - 5 -
FLUJO INFORMACIÓN GENÉTICA - @profesorjano complementaria sería en sentido 3’-->5’, capacidad que no tiene la ADNpolimerasa como ya se ha dicho. La solución al problema de la síntesis de esta cadena se reveló al comprobar que se producía en forma de pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki (en honor a su descubridor Tuneko Okazaki). Se propuso entonces un modelo en el que la síntesis complementaria de la hebra molde que iba en sentido 5’-->3’ de cada horquilla se produciría en sentido opuesto al de avance de la horquilla y en forma discontinua. A esta hebra de nueva síntesis que se replica “a trocitos” se le denominó hebra retardada o retrada (lagging strand). Lógicamente, la síntesis de cada fragmento de Okazaki requiere su propio ARN cebador. Para que esto sea posible es necesario quela hebra molde en sentido 5’-->3’ forme un bucle para disponerse en sentido 3’-->5’ en el sentido de avance de la horquilla ya que es una misma ADNpolimerasa la que forma tanto la hebra conductora como la retardada.
La elongación se producirá por la unión de los dNTPs complementarios correspondientes mediante enlace fosfodiéster. Durante el proceso de elongación también se produce una actividad exonucleasa de la ADNpol que elimina nucleótidos mal apareados así cómo los fragmentos de ARNcebador y rellenando los huecos con ADN. A continuación la ADNligasa une todos los fragmentos obtenidos. TERMINACIÓN Termina evidentemente cuando la ADNpolimerasa termina la repicación en todas las horquillas (o en todo el ADN circular en el caso de sea una célula procariota) En el caso de los eucariotas, se llega al final de la replicación al final de la molécula del ADN lineal de cada cromosoma o telómero. Cuando se elimina el último ARNcebador, la hebra retardada quedará incompleta ya que la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco al ser incapaz de sintetizar en direción 3’ --> 5’. Para poder completar la cadena, la polimerasa necesitará un extremo hidroxilo 3’ libre donde inicia un nuevo fragmento. Este hecho hace que el telómero se Página - 6 -
FLUJO INFORMACIÓN GENÉTICA - @profesorjano vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia a los procesos de enevejecimiento y muerte celular. Las ADNs polimerasas son muy eficientes en su proceso de replicación ya que pueden ir corrigiendo erores de eemparejamiento consiguiendo que sólo La apoptosis o muerte celular haya un error cada 100.000 bases. programada Además existen mecanismos de corrección de estos errores una vez terminada la replicación. Es un muerte natural gracias a la cual las células se autodestruyen en ejecución de un programa ANIMACIÓN REPLICACIÓN genético en el que están implicadas proteínas Vídeo ADN - empaquetamiento y replicación (y de efectos antagónicos. Un ejemplo de tranascripción y replicación) apoptosis es la mediada por: Lección sobre la replicación • Bcl-2: protege a las células de la apoptosis LA TELOMERASA • Bax: que induce a la apoptosis. En las células madre de los gametos, las células cnacerosas o las de los tejidos embrionarios, que Según como se asocien estas proteínas se dividen continuamente, existe un enzima, la producirán unos efectos u otros. Por ejemplo, telomerasa, que impide el acortamiento de los los homodímeros Bax/Bax son capaces de telómeros. Está formada por una porción desencadenar apoptosis, mientras que el proteica y por un ARN que actúa como molde. A heterodímero Bax/Bcl-2 determinará la partir de ese molde, el enzima fabrica una supervivencia. cadena de ADN complementaria al molde que lleva para completar la hebra retardada por lo que la telomerasa es una retrotranscriptasa.
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LA TRANSCRIPCIÓN La transcripción es el proceso encargado de la síntesis de una molécula de RNA a partir de la información genética contenida en la región codificante de un DNA. Es decir, da lugar a una “copia” de RNA (con secuencia no idéntica, sino complementaria y antiparalela) a partir de una secuencia “molde” en una de las hebras de ADN. Este paso constituye el segundo paso del esquema clásico de transmisión de la información genética que se ha mostrado al principio de estos apuntes.
GENES ¿Qué se transcribe?. Se transcriben genes. Habitualmente se considera que un gen es aquella región del genoma, por lo tanto ADN, que contiene la información necesaria para sintetizar una molécula de polipéptido. No obstante también se consideran genes aquellas regiones del genoma que regulan la transcripción de otros genes a ARNm y las regiones que se transcriben a los precursores de los ARNt y ARNr. Por eso es más amplio considerar que un gen es aquella región de ADN que genera un producto génico funcional. (ya sea un ARN de cualquier tipo o una cadena polipeptídica funcional) Existen dos diferencias esenciales en cuanto a los genes y a la transcripción entre procariotas y eucariotas. ๏ Los genes de eucariotas contienen exones o regiones codificantes e intrones entre ellos, que son regiones no codificantes. Por lo tanto el ARNm transcrito contendrá información útil e inútil y necesitará un proceso de maduración postranscripcional para eliminar la parte correspondiente a los intrones. ๏ Al tener núcleo, el proceso de transcripción y traducción en eucariotas está separado espacial y temporalmente, permitiendo el arriba mencionado proceso de maduración. Sin embargo, en procariotas la traducción puede ocurrir de manera casi simultánea con la transcripción, iniciándose cuando aún aún no ha terminado de transcribirse Página - 8 -
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completamente el ARNm. Además del gen que se transcribe, el proceso necesita de regiones reguladoras situadas normalmente corriente arriba (es decir, hacia 5’) de la región codificante o también llamada estructural. Esta región contiene distintas regiones promotoras encargadas de interaccionar con los factores de transcripción proteicos para regular positiva o negativamente el incio de la transcipción. En el caso de eucariotas la transcripción ocurre durante la interfase cuando los cromosomas no están condensados pero si en forma de cromatina que como sabemos tiene diferentes grados de empaquetamiento. La transcripción ocurre en la cromatina menos condensada generalmente en el estado de 10 nm de grosor.
TERMINOLOGÍA y REQUERIMIENTOS Para representar la transcripción y comprender mejor el procesor se representa el ADN como dos líneas antiparalelas de modo que: ๏ La hebra superior es la Hebra no molde o codificante o informativa con el extremo 5’ a la izquierda. Es la hebra no transcrita y también se llama hebra positiva (+) ๏ La hebra inferior o hebra molde o no codificante. Es la que se transcribe. También se llama hebra antisentido o negativa (-) y tiene el extremo 3’ a la izquierda.
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๏ Numeración: los nucleótidos involucrados en la transcripción de un gen se numeran desde el primero que se transcribe y se asignan números positivos +1, +2, +3, etc y se dice que estan corriente abajo. Los que están hacia el extremo 5’ y que generalmente se encuentran en regiones con funciones reguladoras se les asignan números negativos (se suelen representar en los diagramas a la izquierda de las regiones que se transcriben), -1, -2, -3 y se dice que están corriente arriba. ๏ Para la síntesis de un ARN se necesitan enzimas del tipo ARNpolimerasas y NTPs o nucleótidos trifosforilados. En procariotas y orgánulos subcelulares (mitocondrias y cloroplastos de eucariotas) se utiliza una sola ARN polimerasa para sintetizar los tres tipos de ARN celular (ARNm, ARNt y ARNr). Sin embargo en eucariotas hay tres tipos diferentes de ARNpolimerasas (I, II, III) para cada uno de los tipos de ARN. La ARN pol II es la que se encarga de la transcripción del ARNm y también de un tipo de ARN llamado snARN. Todas las ARN polimerasas son proteínas oligoméricas.
ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN INICIACIÓN Es la etapa más compleja de la transcripción y es en ella en la que se da la mayor parte de la regulación. Requiere la separación de hebras en un lugar próximo al promotor en donde se encaje la ARN polimerasa. En esta región se constituirá la burbuja de transcripción y en ella también actúan helicasas. Para que la iniciación se produzca también es necesaria la unión al ADN de factores de transcripción (TF) a los promotores.
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Los promotores son regiones del ADN que regulan el inicio de la transcripción de un gen si a ellos se unen factores de transcripción (son proteínas o péptidos) de modo que se favorezca la unión de la ARN polimerasa II al punto de inicio. El promotor basal es una secuencia que define el origen de la transcripción y se sitúa comúnmente corriente arriba en la posición -30. En esta región hay secuencias características como la secuencia TATA, caja TATA o caja de Hogness situada en la posición -15 a -25. Otra secuencia básica que se encuentra en los promotores es laseuencia iniciadora lnr situada sobre el propio origen, entrre -3 y +5. (en procariotas la caja es TATAAT). Hay otro tipo de promotor, el promotor proximal situado entre -60 y -120 con cajas del tipo CAAT o GC. Algunos genes tienen una regulación más compleja que depende de secuencias más alejadas del punto de inicio que la regulan la eficacia de la transcripción (que se haga con mayor o menor intensidad). Son las secuencias promotoras distales que se clasifican en dos grupos: • Potenciadores (enhancers): que estimulan la transcripción del gen en cuestión. • Silenciadores o inhibidores (silencers): tienen el efecto opuesto ya que compiten con los enhancers por unirse a estas secuencias promotoras distales. Estas secuencias, los factores de transcripción, los enhancers y la ARN polimerasas constituye el complejo de iniciación. Así se forman los primeros enlaces fosfodiester y termina la etapa de iniciación. ELONGACIÓN o ALARGAMIENTO DEL ARN Es la etapa en la que la ARNpolimerasa II continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios a la hebra molde de ADN en dirección 5’-->3’ (para este avance los va añadiendo al extremo 3’ libre de la cadena de ARN que se va sintetizando). La burbuja de replicación se va ampliando. Por detrás de la polimerasa, la cadena de RNA nuevo se va separando de la hebra molde de DNA, saliendo de la burbuja y quedando como RNA de hebra sencilla. En el DNA se vuelven a aparear las Página - 11 -
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dos hebras y se regenera el doble helicoide. También intervienen las topoisomerasas en este proceso
TERMINACIÓN El complejo de tranacripción responde a señales específicas para finalizar el proceso, separándose el RNA formado. Estas señales en procariotas suelen ser secuencias palindrómicas o bien secuencias ricas en C y pobres en G. En eucariotas también se produce la terminación de la transcripción al llegar a determiandas secuencias específicas de ADN. MADURACIÓN DEL ARNm (sólo en eucariotas) Como se ya se explicó, el ARNm eucariótico recién transcrito posee secuencias de intrones no informativas que deben de ser eliminadas mediante el proceso de corte y empalme o “splicing”. Pero además hay otros dos procesos relevantes en la maduración del ARNm en eucariotas. 1. Modificación en el extremo 5’: adición de la caperuza durante la transcripción. La caperuza es un nucleótido GTP que se adiciona en el extremo 5’. Una vez adicionado, se metila. Por lo tanto la caperuza en un nucléotido de guanina metilado. La función de la caperuza es proteger a las ARNm de las exonucleasas de modo que no sea digerido antes de ser leído por los ribosomas. También sirve como punto de unión del mRNA a los ribosomas al iniciar la síntesis proteíca. 2. Modificación del extremo 3’: adición de la cola de Página - 12 -
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poliA. En primer lugar se poduce un corte corriente arriba desde el extremo 3’, quedando un ARNm más corto que la secuencia de ADN de la hebra molde. A continuación interviene la poli(A) polimerasa añadiendo entre 40 y 250 nucleótidos de Adenina. Esta secuencia es la cola de poliA. Su función es intervenir en el transporte correcto del ARNm hasta el citoplasma y también contribuir a su supervivencia. Animación muy básica sobre la transcripción Vídeo sobre la transcripción Vídeo sobre el splicing Adición de caperuza y cola de poli A
EL CÓDIGO GENÉTICO El código genético es el conjunto de reglas que permiten pasar del lenguaje escrito en forma de nucleótidos (bases nitrogenadas) de un ARNm a otro escrito en forma de secuencia de aminoácidos, es decir, hay que pasar de un lenguaje escrito con tan sólo cuatro “letras” a otro escrito con 20 “letras”. Por lo tanto, ¿cuántos nucleótidos del ARNm serán necesarios para indicar el aminoácido que debe unirse a la cadena de la proteína que se esté sintetizando?. Como las nucleótidos del ARNm son cuatro, se hacen los siguientes cálculos: VR4,1 = 4 = 4 (no son suficiente) VR4,2 = 4 = 16 (no son suficientes) VR4,3 = 4 = 64 > 20 --> son suficientes, luego cada grupo de tres bases de un ARNm “llaman” a un aminoácido. Como ya se sabe a este conjunto de tres bases nitrogenadas se le denomina CODÓN. La siguiente tabla presenta a que aminoácidos llaman los 64 codones existentes: 1 2 3
Las características del código genético son: (1): ES UNIVERSAL. EL código genético es compartido prácticamente por todos los organismos de modo que cada codón siempre llama al mismo aminoácido. De este modo un ARNm de la especie 1 incluido en el citosol de una célula de la especie 2, fabricará la proteína de la especie 1.
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La universalidad del código genético indica un origen evolutivo común. No obstante, existen excepciones ya que la lectura del código genétio no es igual, por ejemplo, en las mitoconrias o en algunos protozoos. (2): ES DEGENERADO. Este término indica que la mayor parte de los aminoácidos, a excepción de la metionina (Met) y el triptófano (Trp), están docificados por más de un codón. Los codones que llaman al mismo aminoácido se denominan codones sinónimos. (3): NO PRESENTA IMPERFECCIÓN. Cada codón llama a su aminoácido específico, es decir, ningún codón puede llamar a más de un aminoácido. Aquí radica la especificidad de la lectura del ARNm: cada ARNm (una vez madurado completamente) sólo tiene información para fabricar una determinada proteína siempre y cuando su lectura comience en el mismo punto. (4): CARECE DE SOLAPAMIENTO. Los tripletes de baes se hallan dispuestos de manera lineal y continua, sin que entre ellos existan comas ni espacio, y sin que compartan ninguna base nitrogenasa. Sí que existe la posibilidad de que un mismo ARNm contenga varios puntos de inicio por lo que podría fabricar diferentes cadenas polipeptídicas. (5): CODONES STOP. Son los codones que determinan el fin de la lectura del ARNm por parte del ribosomas. SOn tres: UAA, UGA, UAG.
LA TRADUCCIÓN O BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS La traducción consiste en la síntesis de las proteínas mediante la unión de aminoácidos según el orden establecido por la secuencia de nucleótidos del ARNm y según las reglas del código genético. Es el proceso biosintético que más energía consume, entre el 80-90 % del total dedicado a la biosíntesis. Las principales moléculas que intervienen en el proceso son: • Un ARNt especial para la inciación que siempre lleva el aminoácido metionina. • 31 tipos de ARNt portadores de aminoácidos en forma de aminoacil-ARNt como mínimo. • Ribosomas formados por ARNr y proteínas. Son activos tanto libres en el citosol como unidos a la membrana del RER. El ribosoma tiene tres lugares: el lugar o locus A en el que entran los aminoacil-ARNt (salvo la primera metionina que entra al locus P), lugar P en donde se va almacenando el péptido en formación, y el lugar o locus E en el que queda el ARNt descargado (=sin aminoácido) y que saldrá del ribosoma. • Un ARNm de secuencia diferente para cada polipéptido sintetizado. • Factores proteícos de inicio, elongación y terminación. El ARNm se lee por parte de los ribosomas en sentido 5’-->3’ y la secuencia de aminoácidos se va incorporando desde el aminoácido con el extremo amino libre hacia el carboxilo Los ARNm de eucariotas son monocistrónicos, es decir, codifican un sólo péptido y los de procariotas pueden ser también policistronicos o lo que es lo mismo, que en un ARNm hay información para fabricar varios polipéptidos.
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FASE PREVIA: ACTIVACIÓN DE AMINOÁCIDOS Consiste en la formación de aminoacil-ARNt. En esta reacción en dos pasos y catalizados ambos por la aminoacil-ARNt-sintetasa se une el aminoácido a su ARNt específico con consumo de dos enlaces ricos en energía ya que el ATP pasa a AMP + 2Pi. El aminoácido se une mediante enlace éster al grupo OH-3’ terminal del ARNt y el grupo carboxilo del aminoácido, que es el que se unirá al siguiente aminoácido.
ETAPAS INICIACIÓN No comienza en el extremo 5’ en el que se encuentra la caperuza sino un poco más adelante en un codón AUG situado internamente que necesita ser por el ribosoma y el ARNt iniciador, un ARNt diferente a los otros que también pueden llevar metionina como aminoácido interno en la cadena polipeptídica. (en procariotas, muchas veces hay varios codones de inicio al poder ser policistrónico) A lo largo de todo el proceso y de todas las etapas se necesitan factores proteícos que permitan el proceso y que se abrevian como IF 1. Antes de comenzar la síntesis, las subunidades del ribosoma deben separarse. 2. Una vez separados el IF-4 interacciona con la caperuza, se consume ATP y el la subunidad pequeña se une al ARNm 3. Se une el aminoacil ARNt iniciador con metionina que lleva un GTP y el IF-2 a la
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subunidad menor del ribosoma. 4. Este complejo se desliza hasta encontrar a AUG encajando en el locus P del ribosoma. 5. Se hidroliza el GTP a GDP y se une la subunidad mayor del ribosoma. Se ha terminado la fase de iniciación y comienza la adición de aminoácidos a la primera metionina o fase de elongación
FASE DE ELONGACIÓN Es la fase que comprende la adición del segundo aminoácido hasta el último. Es un proceso cíclico, así que visto el primero se conoce todo el proceso hasta la fase de terminación. Comprende tres pasos: 1. Entrada del nuevo aminoacil-ARNt específico al lugar A según el codón. Intervienen los factores de elongación EF-1 y EF-2. 2. Formación del enlace peptídico o transpeptidación. Una vez situado el aa-ARNt en A y Met-ARNt en P (en sucesivos ciclos ya será el péptido en formación) se forma el enlace peptídico por acción de una RIBOZIMA, la peptidil transferasa. La metionina (o el péptido en sucesivos ciclos) se desprende de su ARNt y con el extremo carboxilo enlaza con el grupo amino libre del aminoácido del locus A. No se consume ATP. 3. Translocación o desplazamiento del ribosoma. El ribosoma se desplaza un codón en sentido 5’ --> 3’. Lo consigue gracias al factor EF-2 que recibe el nombre coloquial de translocasa. Este factor contiene GTP que se hidroliza a GDP obteniendo así energía para el Página - 16 -
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movimiento del ribosoma. Ahora la situación es la siguiente: un ARNt sin aminoácido en el locus E, el péptido en formación en P y el lugar A vació a la espera de que entre un nuevo aminoacilARNt Estos tres pasos se repiten hasta que se llegue a un codón sin sentido o STOP y finalice la biosíntesis de proteínas. FASE DE TERMINACIÓN Comprende los pasos necesarios para liberar el polipéptido ya completo de su unión al tRNA en el sitio P y la disociación del ribosoma del mRNA que se separa en sus dos subunidades. Esto sucede sólo cuando el locus A se encuentra con UAG, UGA, UAA Cuando esto sucede se introduce en el locus A un factor de liberación RF lo que altera la actividad de la peptidil transferasa y se hidroliza el enlace éster que mantenía unido el péptido al ARNt y se libera la cadena polipeptídica. Aquí se produce otro gasto energético.
Ya tenemos una proteína. Un mismo ARNm es leído por muchos ribosomas fabricando todos múltiples copias de la misma proteína. Existen algunos inhibidores de la traducción. Muchos de ellos son antibióticos, por ejemplo, la estreptomicina se fija de modo irreversible a la subunidad menor del ribososma de procariotas (por esos ólo ataca a bacterias) e impide la entrada de la primera metionina. La eritromicina se une a la subunidad mayor del ribosoma de procariotas impidiendo la biosíntesis. Otros antibióticos que atacan a los ribosomas bacterianos son el cloranfenicol, la puromicina y la cicloheximida. El ricino es un potente veneno para el ser humano ya que se une a la subunidad mayor 60 S bloqueando la unión de los aminoacil-ARNt. La toxina de la difteria (infección respiratoria causada por la liberación de esta exotoxina por parte de Corynebacterium diphteriae) inutiliza el EF-2. Vídeo Traducción parte 1 (no contempla locus E) Vídeo Traducción parte 2 VÍDEO MUY COMPLETO (se recomienda verlo)
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REGULACIÓN GÉNICA El estado fisiológico de una célula está determinado por la actividad de las proteínas que que en ese momento se han fabricado en la célula según necesidades. La transcripción del gen para fabricar una determinada proteína es el principal punto de control de la fabricación de proteínas. Controlando iniciación de la transcripción, una célula puede regular qué proteína produce y con qué rapidez. Cuando la transcripción de un gen es reprimida, el ARNm correspondiente y la proteína o proteínas codificadas son sintetizadas a baja velocidad. Por el contrario, si son activadas lo serán a mayores velocidades. A continuación se pasa a explicar uno de los primeros modelos que se descubrieron de regulación génica. Tiene lugar en bacterias y recibe el nombre de MODELO OPERÓN debido a la iniciales de los genes que intervienen.
MODELO OPERÓN Puede ser de dos tipos inducible o reprimible. OPERON lac - un ejemplo de Operón inducible Se descubrió en Escherichia coli por Jacob y Monod en 1961. Gran parte de las necesidades nutricionales de esta bacteria se satisfacen con el disacárido lactosa. Cuando hay lactosa en el medio se activan los genes necesarios (estructurales) para fabricar las proteínas que permitan el aprovechamiento y digestión de la lactosa. Para comprender el proceso conviene tener claros los siguientes conceptos: • Genes estructurales: son aquellos que tienen información para las proteínas implicadas en una misma ruta metabólica y se transcriben sin interrupción en la mayor parte de las bacterias ya que generan ARNpolicistrónicos. • Promotor (p). Es una secuencia de desoxirribonucleótidos del ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción de un gen o conjunto de genes. • Operador (o): secuencia de nucleótidos del ADN situada entre el promotor y los genes estructurales. A él se unirá la proteína represora o represor. • Gen regulador (r): puede estar en cualquier lugar del cromosoma bacteriano y codifica al represor. Cuando la proteína represora se asocia con el operador, impide físicamente que la ARNpolimerasa se pueda unir al ADN y con ello impide la transcripción. Cuando el represor no está
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unido al operador la transcripción es posible. • Inductor: es el compuesto que induce la expresión de los genes, en nuestro caso la lactosa. Cuando NO hay lactosa el represor se sitúa sobre el operador y la ARNpolimerasa no encaja en el operador: la transcripción de genes está “apagada” (claro, no hay lactosa) Cuando existe lactosa, un derivado de la alctosa, la alolactosa, se une al represor y ahce que éste se separe del operador dejándolo libre para que la ARNpolimerasa encaje en el sitio y se produzca la transcripción de los genes estructurales. Otro ejemplo de de operon es el OPERÓN trp o triptófano. Este operón es del tipo reprimible ya que en este caso la presencia de la sustancia en cuestión, el triptófano, reprime la expresión de los genes necesarios para su síntesis tal y como se representa en el gráfico. La regulación en eucariotas es similar ya que también presentan promotores (recordar caja TATA etc) que pueden estar activos o reprimidos. Sin embargo su regulación es mucho más compleja ya que intervienen factores de transcripción, activadores (enhancers) e inhibidores como ya se ha descrito en la transcripción. Además existen mecanismo adicionales de regulación como: - Etapas en las que se empaqueta la cromatina más o menos. Por ejemplo los genes que están formando parte de la heterocromatina no se expresan. - Los ecuariotas cuentan con mecanismos de maduración postranscripcionales como el corte y empalme que puede permitir obtener diferentes ARNm a partir del mismo transcrito. - Tiempo de vida media de un ARNm antes de su degradación.
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Apuntes GenĂŠtica Molecular 2Âş bachillerato