Traducción o Biosíntesis de las proteínas (uniendo aminoácidos, cuidando el orden)

Transcripción

1 EXPRESION DE LA INFORMACION GENETICA: síntesis de proteínas Teoría de un gen- un enzima. observaciones (libro) Un gen-una cadena polipeptídica Del DNA a la proteína. Expresión del mensaje genético Transcripción. Síntesis del RNA y Maduración del m-rna transcrito en las eucariotas (visto) o El código genético: carácterísticas y desciframiento (visto en libro) o Traducción o Biosíntesis de las proteínas : Preparación o Activación de los aminoácidos 1 Inicio de la síntesis 2 Fase de elongación de la cadena peptídica ( *entrada del primer Aa al sitio A. *formación del enlace peptídico.* translocación del complejo peptidil-arn t -ARN m del sitio A al sitio P). 3 Terminación o Regulación de la expresión de los genes en procariotas ( entender al menos el operón lac) o Aproximación general a la regulación de la misma en eucariotas Traducción o Biosíntesis de las proteínas (uniendo aminoácidos, cuidando el orden) Concepto e importancia La información genética, que es una secuencia de bases nitrogenadas encerrada en los nucleótidos del DNA, se convierte en moléculas activas capaces de fabricar materia, producir y gastar energía, hacer funcionar el metabolismo, fabricar células y tejidos, etc.; estas moléculas están constituidas por aminoácidos, y son las PROTEÍNAS, la mayoría de ellas ENZIMAS fundamentales para catalizar las reacciones metabólicas. Las proteínas de los seres vivos se fabrican en los RIBOSOMAS, orgánulos celulares que se encuentran en el citoplasma de los eucariotas, asociados al retículo endoplasmático (también en mitocondrias y cloroplastos). Los ribosomas están formados por proteínas y RNA-ribosómico. En la traducción se necesitan: Ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas ARNm, que lleva la información para sintetizar cada proteína ARNt, que aporta los aminoácidos Aminoácidos, que van a formar la cadena polipeptidica Enzimas Aminoacil RNA-t sintetasa, peptidasas etc energía, GTP, y factores de iniciación IF y terminación. Antes de la biosíntesis las subunidades ribosomicas se encuentran separadas y cuando se inicia aparecen las dos subunidades juntas y. Además, es frecuente que se encuentren en grupos Preparación El RNAt se activa con ATP gracias a la aminoacil-rnat-sintetasa. Estas enzimas acoplan cada Aa a su molécula de RNAt. Aminoácido t ARN sintetasa + ATP da lugar a un complejo denominado aminoacil-arnt UAC El RNAt a través de su anticodón, reconoce el codón del RNAm específico del Aa. Cada Aa se ha activado con su transferente (con una sintetasa específica), ya que sólos, no saben dónde colocarse en la cadena polipeptídica. La Alanina puede unirse a 4 ARNt pues es codificada por codones que tengan GC- La Glicocola por 4 tripletes GG- y la CISTEINA por UGU.

2 Hacen falta dos señales para comenzar la síntesis: -Triplete iniciador AUG (que codifica la Met) -Caperuza de metil guanosina en el RNAm Comienza la lectura por el triplete más próximo a la caperuza. 1.-Iniciación: Cuando una molécula de ARNm llega al citoplasma con su mensaje, una subunidad ribosómica pequeña se une al extremo 5' del ARNm donde se encuentra el codón AUG iniciador de la biosíntesis, gracias a los Factores proteícos de iniciación y - Energía del GTP. El ARNt con anticodón (UAC) deberá situarse, con el aminoácido transportado, en el lugar del ARNm en el que localice un triplete de bases, llamado codón, complementario de su anticodón. Una vez unido este ARNt al mensajero se forma el complejo de iniciación, formado por ARNt/ARNm/subunidad ribosómica pequeña (siempre 1º Met que se puede eliminar). Al final se liberan FI y dejan paso a subunidad mayor del ribosoma que se acopla al complejo de iniciación formando el complejo activo. El ribosoma posee dos lugares a los que se puede unir el ARNt: lugar P (peptidil) al que se une el primer ARNt, que transporta metionina, y el lugar A (aminoacil), que en un principio se encuentra desocupado y al que se unirá otro ARNt cuyo anticodón sea complementario al segundo codón (siguiente al AUG). 2.-Elongación de la cadena. Se inicia cuando un 2º Aminoacil ARNt con anticodón complementario entra en el ribosoma en el sitio A. Enlace peptídico (peptidil transferasa)

3 Así, los aminoácidos quedan juntos para poder unirse. El carboxilo del Aa iniciador se une con el amino del Aa siguiente mediante enlace peptídico, gracias a una enzima. El RNAt, sin Aa, sale del ribosoma (del sitio E) y se produce la translocación ribosomal. El ribosoma se desplaza a lo largo del RNAm en el sentido 5'-3' quedando libre de nuevo el sitio A. Se ha formado un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt. Los sucesivos aminoácidos se van situando en el ribosoma, transportados por los correspondientes transferentes. La enzima peptidil transferasa forma los enlaces peptídicos conforme el ribosoma se va desplazando a lo largo del ARNm. La función concreta de los ribosomas es acoplar los tripletes de bases (anticodones) de los ARNt (transportadores de los aminoácidos) a los tripletes de bases (codones) del ARNm. Mediante los anticodones hemos logrado sacar la información del ADN, que no puede -debido a su tamaño y peligros diversos- salir al citoplasma y llevar la información a los ribosomas; Si el ARN era una foto del ADN (el negativo), aquí se revela para obtener el mensaje o secuencia exacta del ADN. El ARNm es una molécula de usar y tirar, pues se va destruyendo conforme se sintetiza la proteína. A-A-T U-U-A Transcripción Traducción Comprobamos que la secuencia del ADN se ha traducido, siendo similar a la que forman los anticodones transferentes. Transcripción y traducción se basan en la complementariedad de los nucleótidos

4 3.-Terminación de la cadena polipeptídica: En un momento determinado puede aparecer en el lugar A uno de los codones sin sentido o de terminación (UAA, UAG ), con lo que no entrará ningún nuevo RNA-t. Cuando aparece el codón de terminación, 1-un factor de liberación se pega al sitio, parando la traducción y liberando al complejo ribosómico del marn. 2-El péptido estará acabado, desprendiéndose del anterior RNA-t y liberándose al citoplasma, al tiempo que 3-los ribosomas quedan con las subunidades separadas para iniciar una nueva traducción. tanto en procariotas como en eucariotas, el mensaje puede ser leído por varios ribosomas (5-20), que forman una estructura conocida como polisoma. De esta manera la célula puede rápidamente fabricar varias proteinas similares. La nueva cadena va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria a la vez que se va formando, de tal manera que al finalizar ya tiene su conformación. En ocasiones la proteína no es todavía funcional y debe de recortarse algo, añadirse el grupo prostético o debe unirse a otros péptidos para adquirir estructura cuaternaria. DIFERENCIAS EN LA TRADUCCIÓN EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS En los organismos PROCARIOTAS, la *transcripción y la traducción se producen a la vez y en el mismo lugar, pues el ADN forma un cromosoma desnudo disperso por el citoplasma y, según se transcriben los genes, los ribosomas los van traduciendo. *Los ribosomas son 70s *Los genes son unidades continuas (Recordemos que en mitocondrias y cloroplastos es similar a procariotas)

5 En los organismos EUCARIOTAS: *La transcripción y la traducción están separadas en el tiempo y en el espacio: el ADN se transcribe en el núcleo, y los ARN m atraviesan la membrana nuclear y se van al citoplasma donde los ribosomas los traducen. *Además no todos los genes llevan información para la síntesis de proteínas; algunos sólo se transcriben y no se traducen, como los que dan lugar a ARN t y ARN r, que colaboran, junto con el ARN m en la síntesis. Todos los genes que poseen información para la síntesis de proteínas tienen que transcribirse y dar ARN m. *En los eucariotas los genes no son unidades continuas, sino que están fragmentados. Hay fragmentos sin información llamados intrones, intercalados con otros que si tienen información llamados exones. Además tanto en procariotas como en eucariotas existen secuencias que no se transcriben, pero desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión génica ya que constituyen las señales que indican el inicio o el final de un gen, que se va a transcribir. Explica lo que ves en esta imagen, desde el comienzo hasta el final del proceso.

6 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA La síntesis proteica no tiene lugar de forma continua, hay que regularla porque las células sólo sintetizan - las proteínas que les corresponde, -las que necesitan en cada momento y -en una cantidad determinada por ello debe de existir un control en la expresión génica. La regulación de la expresión génica se realiza principalmente en el proceso de transcripción. Regulación en procariotas. La regulación de la expresión génica en los procariotas sigue EL MODELO DEL OPERÓN, que fue descrito por Jacob y Monod a principios de los 60. En resumen, en se hace a través de genes reguladores que codifican proteinas reguladoras llamadas REPRESORES. Éstas impiden que actúe la ARN-polimerasa, frenando así la transcripción y, por tanto, la síntesis de la proteina. Un OPERÓN consta de los siguientes elementos: -Promotor (P). Es la secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la ARN-polimerasa para iniciar la transcripción del gen o de los genes. -Genes estructurales (Ge). Son los que codifican la síntesis de las proteínas (enzimas) que intervienen en un mismo proceso metabólico o ruta metabólica. (Recordar que en procariotas se transcriben sin interrupción, de manera que el ARN m resultante lleva información para varias proteínas y se denomina ARN m policistrónico.) -Gen operador (O). Es la secuencia de nucleótidos del ADN a la que se puede unir una proteína reguladora e impedir la transcripción de los genes estructurales. Se sitúa entre el promotor y los genes estructurales. El orden es P O Ge -Gen regulador. Se puede localizar en cualquier lugar del cromosoma. Codifica la proteína reguladora llamadas REPRESORES que actúa de represor. Cuando ésta se une al operador impide que la ARN-polimerasa se pueda unir al ADN y con ello imposibilita la transcripción. Cuando se separa, la transcripción es posible. A su vez, existen moléculas denominadas INDUCTORES, que al asociarse a los represores, los inactivan, permitiendo así que la ARN-polimerasa haga su trabajo de transcribir los genes estructurales. A esto se le llama INDUCCIÓN ENZIMÁTICA. Un ejemplo es el operón LAC, responsable del catabolismo de la lactosa en un procariota, la bacteria Escherichia Coli, donde la lactosa actúa como inductor. Esquema de actuación del operón LAC Según la teoría del operón

7 Pero existe también otro mecanismo de regulación en procariotas pues otros operones funcionan según la REPRESIÖN ENZIMÁTICA (Sólo nombrarlo, optativo el estudiarlo). En ésta, el gen regulador codifica la formación de un represor inactivo, que puede impedir la transcripción cuando se vuelve activo. Esto ocurre si aparece una molécula específica: el señor correpresor. Un ejemplo es el operón HIS de esta misma bacteria, responsable de la síntesis de histidina, donde el correpresor es la histidina. Esquema de actuación del operón HIS Regulación en eucariotas (muy general) Se produce mediante activación de la transcripción de unos genes y la represión de otros. No todos los genes se expresan igual en todas las células, aunque todas tienen los mismos genes. Por ejemplo, la hemoglobina sólo se sintetiza en los glóbulos rojos, los anticuerpos sólo se sintetizan en los linfocitos, la queratina en las células epiteliales y la insulina en el páncreas. Se da una gran regulación en los organismos eucariotas, especialmente en los pluricelulares mucho más compleja y peor conocida. Esta regulación se da, por un lado, al inicio de la transcripción sobre la actividad de la ARN-polimerasa, dado que su trabajo depende de la separación de las histonas asociadas al ADN en los nucleosomas para facilitar el acceso de esta enzima que forma el ARN. Por otro lado, hay una regulación hormonal. Hay dos tipos: Las hormonas esteroideas, por su naturaleza lipídica, penetran dentro de la célula y tras su unión con ciertas proteínas citoplasmáticas receptoras, pasan al núcleo y allí se fijan a unas secuencias del ADN induciendo la transcripción de determinados genes. Los anabolizantes que toman tan irresponsablemente algunas personas (culturista británica que se suicida, Ben Johnson descalificado...), tienen que ver con esta regulación. Son derivados de la testosterona que estimula el crecimiento de la musculatura y potencia la actividad física. Suponen un esfuerzo para el hígado, dado que estimulan la síntesis de proteínas y provocan retención de líquidos. En EEUU se estima que unos adolescentes lo están tomando Por otro lado, las hormonas peptídicas, no atraviesan la membrana, sino que se unen a receptores específicos presentes en ella, lo cual provoca la activación de la enzima adenilato ciclasa que cataliza la síntesis de AMP c a partir de ATP. Este AMP c actúa como un mensajero intracelular y activa proteínas reguladoras de la transcripción. En eucariotas, al existir la maduración del ARN (eliminación de intrones), puede ser que sea un punto de regulación pues pueden sintetizarse mensajeros que en unas células maduran y en otras no. En la figura aparece la distinta maduración de un mismo ARN en células distintas