Tema 22: DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA)

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1 Tema 22: DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA) 1.- EL ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO 2.- CONCEPTO DE GEN 3.- FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA 4.- TRANSCRIPCIÓN: SÍNTESIS DEL ARN 5.- MADURACIÓN DEL ARN 6.- EL CÓDIGO GENÉTICO 7.- EL PROCESO DE TRADUCCIÓN. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

2 1.- EL ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO -.1ª Evidencia.- Experiencia de Griffith (1928) Las bacterias muertas de Streptococcus pneumoniae tenía un principio transformante que era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaban sus caracteres hereditarios convirtiéndolas en virulentas.

3 -.2ª Evidencia.- Experiencia de Avery, McLeod y McCarthy (1944) Aislaron a partir de los extractos de neumococos S (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas: polisacáridos, lípidos, proteínas, ARN y ADN Con cada una de ellas intentaron transformar las células R vivas (no virulentas) S (virulentas) Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformarlos excepto la fracción que contenía ADN.

4 -.3ª Evidencia.- Experiencia de Hershey y Chase (1952) Experiencia con bacteriófagos en el que se utilizaron marcajes radiactivos con P 32 (ADN) y S 35 (proteínas) Se tuvo la certeza que el ADN era el portador de la información

5 2.- CONCEPTO DE GEN GENOMA : Material genético (ADN) de un organismo que se almacena en forma de GENES GEN : Fragmento de ADN que lleva información para que unos determinados aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína. Es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable o FENOTIPO. La información se almacena en forma de GENES a lo largo del GENOMA, pero Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?

6 A) PROCARIOTAS: 1 solo cromosoma circular Genes continuos (no existen zonas sin información) Plásmidos moléculas pequeñas de ADN circular que se replican independientemente B) EUCARIOTAS: ADN se encuentra en el núcleo Mayor cantidad de ADN que en Procariotas Hay ADN repetitivo (secuencias repetidas que no codifican proteínas) En los genes hay intrones ( sin información ) y exones ( con información ) ADN se asocia a proteínas (histonas) Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular ( Procariotas)

7 PROCARIOTAS EUCARIOTAS

8 3.- FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA ORGANICEMOS LAS IDEAS: 1.- El ADN ha de ser leído y traducida su información para ver qué aminoácidos se sintetizan. 2.- Un intermediario lee esa información y se la copia 3.- A partir de la información del intermediario, se sintetizan los aminoácidos ARN t ADN ARN m PROTEÍNA REPLICACIÓN TRANSCRIPCIÓN NÚCLEO TRADUCCIÓN RIBOSOMAS Este esquema fue considerado durante muchos años el dogma central de la biología molecular

9 Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN mediante un proceso de retrotranscripción o transcripción inversa. REDEFINICIÓN DEL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Transcripción ADN Replicación Transcripción inversa ARN Replicación Traducción PROTEÍNAS

10 RESUMIENDO 1: replicación del ADN 2: transcripción 3: traducción 4: transcripción inversa (en algunos virus, p.e. VIH) 5: replicación de ARN (en algunos virus) 5

11 4.- TRANSCRIPCIÓN La síntesis de ARN o transcripción necesita: CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE ARN polimerasa I ARNr ENZIMAS ARN -POLIMERASAS En eucariotas ARN polimerasa II ARNm RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C, U ARN polimerasa III ARNt y ARNr FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN : 1.- INICIACIÓN: ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble hélice 2.- ELONGACIÓN : la ARN-polimerasa lee el ADN molde y sintetiza el ARNm 3.- TERMINACIÓN : ARN-polimerasa lee en el ADN una señal de terminación. Se cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del ARN transcrito

12 La transcripción: Síntesis de ARNm 5 ARN polimerasa 3 3 A U G U G C G G C U G C T A C A C G C C G A C G 5 ARN ADN

13 INICIACIÓN.- ARN-polimerasa reconoce el CENTRO PROMOTOR secuencia corta de bases nitrogenadas que indica el inicio y qué cadena de ADN será la molde ARN-polimerasa abre una pequeña región de la doble hélice de ADN ARNpolimerasa T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G

14 ELONGACIÓN.- ARN-polimerasa lee la hebra molde 3 5 y sintetiza el ARN en 5 3 Selecciona el ribonucleótido cuya base es complementaria al ADN molde y lo une mediante enlaces éster EUCARIOTAS: en el extremo 5 se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-guanosín-fosfato, necesaria para la traducción ARNpolimerasa T A C G A A C C G T T G C A C A T C A U G C U U G G C A A C G U G m-gtp

15 TERMINACIÓN.- ARN-polimerasa reconoce en el ADN una señal de terminación, que indica el final de la transcripción PROCARIOTAS: La señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (se lee igual de izq dcha que dcha izq) formada por G y C seguida de varias T que forma al final de ARN un bucle EUCARIOTAS: La señal de terminación es la señal de poliadenilación (AAUAAA) La enzima Poli-A-polimerasa añade en 3 la cola poli-a (200 Adeninas) interviene en la maduración y transporte del ARN fuera del núcleo

16 5.- MADURACIÓN DEL ARN ORGANISMOS PROCARIONTES Los ARNm no sufren proceso de maduración Transcrito primario Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contiene muchas copias del ARNt y ARNr. ARNasa ORGANISMOS EUCARIONTES ARNt ARNr Exón Exón Intrón Intrón Bucle RNPpn Punto de unión entre exones Exón Bucle El ARN transcrito primario sufre un proceso de corte y empalme por la ribonucleoproteína pequeña nucleolar (RNPpn) llamado splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.

17 MADURACIÓN en Eucariotas: En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5 ) y AG (en el punto de corte 3 ) de los intrones FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm diferentes siguiendo dos procesos de corte y empalme distintos ARNm precursor maduro Cabeza AUG UAG cola AAAAAA

18

19 6.- EL CÓDIGO GENÉTICO Es el diccionario que traduce el la secuencia de bases del ARN aminoácidos Incluye 64 tripletes posibles (4 bases organizadas de 3 en 3: 4 3 = 64) que codifican para 20 aa proteicos, por lo que cada aa puede ser codificado por más de un triplete. UAA UAG UGA AUG Iniciación Terminación Ej. Qué aminoácido está codificado por el codón GAC? y si fuese GAG?

20 CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO UNIVERSAL Compartido por todos los organismos conocidos incluso los virus. El código ha tenido un solo origen evolutivo. Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos. SIN IMPERFECCIÓN Cada codón solo codifica a un aminoácido. DEGENERADO A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón. Esto es una ventaja ante las mutaciones. CARECE DE SOLAPAMIENTO Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas Posibilidad de solapamiento Met Gli Tre His Ala Fen Ala Codones de iniciación Met Leu Leu Pro Solapamiento

21 7.- EL PROCESO DE TRADUCCIÓN. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS necesita RIBOSOMAS AMINOÁCIDOS ARN MENSAJERO ENZIMAS Y ENERGÍA ARN DE TRANSFERENCIA Formados por Tienen tres lugares SUBUNIDAD GRANDE SUBUNIDAD PEQUEÑA Donde se unen los SITIO A SITIO P SITIO E Donde se sitúa el Donde se une el ARNt con el aa POLIPÉPTIDO ARNt Por donde se une al Como la AMINOACIL-ARNt -SINTETASA y los GRUPOS FOSFATO Donde se une el ANTICODÓN EXTREMO 3 Tiene dos zonas

22 activación del aminoácido Unión de cada aa con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP. + + Aminoacil ARNt -sintetasa Aminoácido Ácido aminoaciladenílico + ARNt x La unión se realiza en el extremo 3 del ARNt Existen al menos 20 aminoacil-arnt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas Aminoácil -ARNt x

23 Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG. Se les une el ARNt La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met). Subunidad menor del ribosoma P A 5 AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A U A C U G C U U A C G A U A G Codón Anticodón ARNt ARNm 1er aminoácido

24 Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor. El complejo ARNt-aminoácido 2, 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). Subunidad menor del ribosoma 5 P A AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A U A C G U U U G C U U A C G A U A G

25 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 P A ARNm AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A U A C G U U U G C U U A C G A U A G

26 Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera. 5 P A ARNm AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A G U U U G C U U A C G A U A G

27 Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región P del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa 3 P A ARNm 5 AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A G U U U G C U U A C G A U A G

28 Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys). 5 P A ARNm AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A G U U U G C U U A C G A U A G A C G

29 Elongación VI: 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 (UAG, UGA o UAA) 5 ARNm P A AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A U G C U U A C G A U A G G C U Arg-Leu-Cys-Gln-Met

30 Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian hasta nueva síntesis y se separan del ARNm. 5 ARNm P A AAAAAAAAAAA 3 A U G C A A U G C U U A C G A U A G G C U Arg-Leu-Cys-Gln-Met

31 Finalización II: Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas. 5 ARNm A U G C A A U G C U U A C G A U A G AAAAAAAAAAA 3

32 Polirribosoma o polisoma. Si el ARNm que se tiene que traducir es largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez.

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