SÍNTESIS DE PROTEINAS DEL ADN A LAS PROTEÍNAS

Transcripción

1 SÍNTESIS DE PROTEINAS DEL ADN A LAS PROTEÍNAS La molécula de ADN contiene toda la información hereditaria de los seres vivos es decir en ella se encuentran los genes que determinan las características de los seres vivos. Cada gen porta la información para la síntesis de una proteína específica es decir, Gen: Secuencia de nucleótidos en el ADN que codifican para la síntesis de una proteína específica. Un gen consiste en cientos de miles de nucleótidos. Una molécula de ADN puede contener miles de genes. La información de un gen debe de ser leída y traducida a una proteína, en este proceso participan no solo el ADN como portador de la información sino también el ARN que se encargará de leer la información del gen y traducirlo en la proteína correspondiente. En el proceso de síntesis de proteínas participan las diferentes moléculas de acido ribonucleico, ARN ribosomal (ARNr) : Junto con proteínas forman la estructura de los ribosomas. ARN mensajero (ARNm) : Hebra simple que copia la información del gen del ADN y la lleva hasta los ribosomas. ARN de transferencia (ARNt): Recoge aminoácidos en el citoplasma y los lleva a los ribosomas. Este ARN consta de una sola cadena de alrededor de 80 nucleótidos, que se tuerce y dobla sobre sí misma formando bucles en ciertas regiones. En un bucle, en un extremo de la molécula, está un triplete especial de bases llamado ANTICODÓN, complementario a un triplete del CODÓN del ARN mensajero. En uno de sus extremos tiene la zona donde se va a unir con un aminoácido. Síntesis de proteínas 1

2 SINTESIS DE PROTEINAS En este proceso hay 2 etapas: la transcripción y la traducción TRANSCRIPCIÓN Consiste en la formación de moléculas de ARN tomando como base la información de los genes en el ADN. Estos eventos ocurren en el núcleo. Una vez formado y maduro el ARN, este sale del núcleo a través de los poros de la membrana, llega a los ribosomas donde ocurre la TRADUCCIÓN: Proceso en el cual la información que trae el ARNm es traducida a cadenas de polipéptidos (proteínas) en los ribosomas. TRANSCRIPCIÓN Una molécula de ARN se transcribe desde la plantilla de ADN mediante un proceso que se asemeja a la síntesis de una cadena de ADN durante su replicación Hay una secuencia de nucleótidos en el ADN llamada PROMOTOR, el cual señala el inicio del gen Las hebras de la doble hélice del ADN se separan en el lugar donde se iniciará el proceso (enzimas van separando la doble hebra) y el promotor dicta cuál de las dos hebras del ADN es la que porta el gen por lo tanto la que se va a transcribir. (Solo una de las hebras del ADN sirve como plantilla para la transcripción). Este proceso de síntesis de la hebra de ARN mensajero es catalizado por la enzima ARN POLIMERASA la cual inicia la transcripción en la región del Promotor en el ADN. La ARN polimerasa cataliza el ensamblaje de nucleótidos del ARN, uno después de otro, en la cadena de ARNm, usando las bases expuestas de ADN como molde. Muchas otras proteínas asisten en este proceso. Síntesis de proteínas 2

3 Los nucleótidos de la hebra de ARN en formación, van ocupando sus lugares uno a la vez, siguiendo las reglas de apareamiento de manera que los nucleótidos de Citocina en el ADN guían la unión de Guanina en el ARN y viceversa. Cuando en el ADN hay Timina, en el ARN se une Adenina, pero cuando en el ADN está la Adenina en el ARN se une un nucleótido que tiene Uracilo. La cadena de ARN se va alargando y desprendiendo de la plantilla de ADN. Esto permite que las dos cadenas de ADN separadas se vuelvan a unir en la región ya transcrita. El proceso continúa hasta que la enzima llega a un sitio especial en el ADN llamado TERMINADOR que consiste en una secuencia especial de bases en la plantilla del ADN que indica a la ARN polimerasa que ha terminado la lectura y debe desprenderse de la molécula del ARN y del gen. Síntesis de proteínas 3

4 La nueva molécula de acido ribonucleico recién formada tiene regiones que contienen información para la síntesis de proteínas llamadas EXONES y otras secciones que no se expresan, llamadas INTRONES las cuales deben de ser eliminadas para formar el ARN maduro que participará en la traducción. ADN Exones Intrones ARN maduro TRADUCCIÓN La traducción es una conversión del lenguaje de los ácidos nucleicos al lenguaje de las proteínas e involucra la participación del ARN mensajero que trae la información así como de ribosomas, ARN de transferencia, enzimas, ATP. El ARN mensajero que ahora porta la información del gen, sale del núcleo y va a los sitios donde la información será utilizada para formar las proteínas (polipéptido), estos sitios son los RIBOSOMAS. Todo este proceso requiere un código genético que viene a ser como el lenguaje para traducir la información. Síntesis de proteínas 4

5 Código genético: Representa el lenguaje genético, el cual está determinado por grupos de tres bases nitrogenadas (tripletes) El lenguaje del ADN se escribe como una secuencia lineal de las bases nitrogenadas de los nucleótidos en un polinucleótido. En la transcripción, el lenguaje del ácido nucléico del ADN (tripletes del ADN) se ha vuelto a escribir como una secuencia de las bases en el ARN, solo que en vez de Timina lleva Uracilo. Existen solo 4 nucleótidos en los ácidos nucleicos. En la traducción estos 4 deben especificar los 20 aminoácidos El código genético debe consistir de palabras con 3 letras, para que haya suficientes combinaciones para los 20 aminoácidos Los tripletes de bases en el ARN mensajero son llamados codones y son las palabras más pequeñas Existen suficientes tripletes para permitir en algunos casos, más de un código para un aminoácido. Ej: AAU y AAC codifican el mismo aminoácido Los tripletes de bases en el ADN se transcriben en codones complementarios de 3 bases en el ARN mensajero y luego los codones en el ARNm son reconocidos por los anticodones de los ARNt, y el mensaje se traducen en una cadena de aminoácidos que forman un polipéptidos. Se ha establecido ya un cuadro que representa los diferentes codones en el ARNm que corresponden a cada aminoácido. De los 64 tripletes posibles a partir de 4 nucleótidos, 61 codifican para aminoácidos El codón AUG cuenta con doble función: 1.- Codifica el aminoácido metionina 2.- da la señal para iniciar la traducción es decir la síntesis de la cadena polipeptídica (proteína) Tres codones (UAA, UAG, UGA) no codifican para ningún aminoácido. Son los codones de ALTO es decir, dan instrucciones a los ribosomas para que terminen la traducción o formación del polipéptido Casi la totalidad del código genético es compartido por todos los organismos, desde las bacterias más simples hasta las plantas y animales más complejos. Una célula lista para pasar su información genética a polipéptido tiene un suministro de aminoácidos en su citoplasma Los aminoácidos por sí mismos no pueden reconocer los codones Se requiere ARNt que además de recolectar los aminoácidos adecuados y llevarlos hasta los ribosomas, reconoce los codones correctos en el ARNmensajero. Síntesis de proteínas 5

6 CÓDIGO GENÉTICO Segunda Primera U C A G U C A G Tercera Fenilalanina Serina Tirosina Cisteína U Fenilalanina Serina Tirosina Cisteína C Leucina Serina ALTO ALTO A Leucina Serina ALTO Triptófano G Leucina Prolina Histidina Arginina U Leucina Prolina Histidina Arginina C Leucina Prolina Glutamina Arginina A Leucina Prolina Glutamina Arginina G Isoleucina Treonina Asparagina Serina U Isoleucina Treonina Asparagina Serina C Isoleucina Treonina Lisina Arginina A Metionina (INICIO) Treonina Lisina Arginina G Valina Alanina Ac. aspártico Glicina U Valina Alanina Ac. aspártico Glicina C Valina Alanina Ac. Glutámico Glicina A Valina Alanina Ac. Glutámico Glicina G RIBOSOMAS Sitio donde se fabrican los polipéptidos Consta de 2 subunidades hechas de proteínas y ARN ribosomal (ARNr) Cuenta con un sitio de enlace para el ARNm en su subunidad menor y con sitios de enlace para el ARNt en su subunidad mayor. Sitio P: sostiene ARNt que lleva la cadena de polipéptidos en crecimiento. Sitio A: mantiene al ARNt que lleva el siguiente aminoácido La traducción inicia cuando el ARNm se reúne con el primer aminoácido unido a su ARNt y al ribosoma: El primer ARNt se une a la sub-unidad pequeña del ribosoma. El complejo sub-unidad pequeña/arnt se une con el ARNm y se mueve a lo largo de este, hasta encontrar el codón de inicio ( AUG). La sub-unidad grande del ribosoma se une al complejo. Síntesis de proteínas 6

7 A continuación, los aminoácidos se van añadiendo uno por uno al primero. Cada adición ocurre en tres pasos: 1.- El anticodón de un ARNt entrante, que lleva su aminoácido se apareja con el codón ARNm en el sitio A del Ribosoma 2.- El polipéptido en formación, unido a un ARNt en el sitio P, se separa y forma un enlace peptídico con el aminoácido que tienen el ARNt que se encuentra en el sitio A. 3.- El ARNt que se encuentra en el sitio P deja el ribosoma y el ribosoma traslada del sitio A hacia el P al ARNt que ahora carga al polipéptido en formación. 4.- El codón y anticodón permanecen juntos y el ARNm y ARNt se mueven como una unidad. Este movimiento atrae hacia el sito A al siguiente codón del ARNm y el proceso puede iniciar de nuevo en el paso 1. Síntesis de proteínas 7

8 *El ARNt acarrea los amino ácidos hasta el sitio de unión, en el orden específico según el ARNm. *Los enlaces peptídicos se forman entre los aminoácidos y la cadena polipeptídica crece..-el alargamiento termina cuando un codón de ALTO llega al sitio A. Estos ordenan que la traducción se detenga. El polipéptido terminado se libera del último ARNt y del ribosoma, cuyas subunidades entonces se separan..-toda la cadena de ARNm no se traduce: una secuencia de nucleótidos en un extremo ayuda a que el ARNm se enlace con el ribosoma..-una molécula de ARNm se traduce simultáneamente por un cierto número de ribosomas..-una vez que el codón de inicio sale de su primer ribosoma, un segundo ribosoma se le puede enlazar y en consecuencia varios ribosomas pueden avanzar lentamente en la misma molécula de ARNm Cada polipéptido se enrolla y pliega sumiendo una forma tridimensional Varios polipéptidos pueden juntarse, formando una proteína de estructura cuaternaria Síntesis de proteínas 8

9 Transcripción y traducción Procesos mediante los cuales los genes controlan las estructuras y actividades de las células. De esta forma el genotipo produce el fenotipo. Algunas de las proteínas formadas permanecen en el citoplasma. Otras entran al retículo endoplasmático y se mueven a través del sistema de endomembranas en donde el péptido es modificado. Transcripción Molécula de ARN m Traducción Secuencia de aminoácidos en la proteína MUTACIONES DE GENES Sustituciones puntuales: Un nucleótido en la molécula de ADN es sustituido por otro. Durante la replicación, las enzimas hacen la sustitución de la otra base y eso implica una mutación en el gen. Inserciones: Una base extra es agregada dentro de la región de un gen Delección: Una base es removida de la región de un gen Tanto las inserciones como las delecciones interrumpen el marco de lectura, resultando muchos amino ácidos erróneos Tasa de mutación : Cada gen tiene su tasa de mutación característica. En promedio los eucariotas tienen entre 10-4 y 10-6 por gen por generación. Solo las mutaciones que se dan en la línea germinal pueden pasar a la siguiente generación. Agentes mutagénicos; Radiaciones ionizantes (rayos X), Radiaciones ultravioleta, Químicos sintéticos y naturales. Síntesis de proteínas 9