Tema 3. Expresión del material hereditario. Del ADN a la proteína. El Código Genético ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ

Transcripción

1 Tema 3 Expresión del material hereditario. Del a la proteína. El Código Genético ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ 1

2 Diámetro Vuelta completa 34Å Surco menor Esqueleto azúcar-fosfato Surco mayor Par de bases nitrogenadas Eje central 2

3 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) 3

4 Rayos X Hay crecimiento en ambos medios No se ha inducido ninguna mutación nutricional Experimentos de Beadle y Tatum (1940) No hay crecimiento en el medio mínimo Esporas del Hongo Esporas normales Esporas mutadas ( modificado) Medio completo Medio mínimo Se ha inducido una mutación nutricional Hay crecimiento solo si se proporciona un suplemento de aminoácidos Medio completo Medio mínimo Mínimo Vitaminas Mínimo bases El mutante inducido no puede sintetizar un aminoácido Mínimo aminoácidos Las células mutantes crecen solo cuando se añade tirosina La mutación afecta a la síntesis de tirosina (tyr-) Medio completo Medio mínimo Mínimo leucina Mínimo alanina Mínimo tirosina Mínimo fenilalanina 4

5 Gen Cadena molde de ARNm Transcripción Expresión génica Tripletes Traducción en los ribosomas Proteína Aminoácidos 5

6 Evidencias previas de que el ARN actúa como intermediario 1. El 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. 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. 6

7 Maquinaria enzimática de la transcripción GEN Región del que se transcribe = GEN ARN Cadena no molde Síntesis de ( Polimerasa) ARN Polimerasa I ARN Cadena molde Síntesis discontinua Síntesis continua Fragmentos de Okazaki Cadena retrasada Cadena líder o adelantada 7

8 5 5 ARN MOLDE H 2 C ARN POLIMERASA Dirección de crecimiento de la cadena Enlace fosfodiester H OH rntp OH H GEN MOLDE 5 La ARN polimerasa sintetiza una nueva cadena de ARN sin la necesidad de que exista un cebador. 8 5

9 5 ARN MOLDE 5 ARN MOLDE 5 Dirección de crecimiento de la cadena Enlace fosfodiester Dirección de crecimiento de la cadena Enlace fosfodiester H 2 C H OH rntp OH H 5 Durante la transcripción, los ribonucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiester y la cadena crece en dirección 5 - siguiendo el molde de la cadena de. 5 9

10 5 ARN MOLDE 5 ARN MOLDE Enlace fosfodiester Enlace fosfodiester Enlace fosfodiester Enlace fosfodiester Dirección de crecimiento de la cadena 5 Dirección de crecimiento de la cadena El proceso continua añadiendo nucleótidos complementarios al molde. 5 10

11 Mecanismo y fases de la transcripción (procariotas) (a) Componentes de la transcripción Subunidad sigma (σ) ARN polimerasa Gen Punto de inicio de la transcripción Ribonucleótidos trifosfato (rntp) (b) Unión al molde e inicio de la transcripción Cadena acompañante Primer nucleótido Cadena molde Cadena acompañante Cadena molde ARN naciente Heteroduplex Inserción de ribonucleótido Ribonucleótidos trifosfato (rntp) inicio de la transcripción (c) Elongación de la cadena Cadena acompañante Cadena molde Cadena de ARN Disociación de σ Transcrito de ARN Ribonucleótidos trifosfato (rntp) 11

12 Diferencias entre la transcripción de procariotas y eucariotas 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 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. 12

13 Núcleo del nucleosoma 1400 nm Cromosoma metafásico Cromátida (700 nm de diámetro) Fibra de cromatina (300 nm de diámetro) Histona H1 Solenoide (30 nm de diámetro) Dominios enrollados Histonas espaciador Octámero de histonas pares de bases de (2 nm de diámetro) Nucleosomas (disco plano de 6 nm x 11 nm) 13

14 DN Transcripción Intrón Intrón Exón Exón Exón 5 5 Adición de la caperuza 5 Corte Adición de la cola de poli-a Inicio de la reacción de corte y empalme Eliminación de los intrones; unión de los exones GEN Pre-ARNm ARNm maduro Intrón Intrón 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 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 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 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 14 proceso que se denomina de corte y empalme.

15 Gen El código genético Cadena molde de Transcripción ARNm Tripletes Traducción en los ribosomas Proteína Aminoácidos 15

16 El código genético presenta una serie de características generales: 1. El código genético está escrito de manera lineal utilizando como letras las bases ribonucleotídicas que componen las moléculas de ARNm. ARNm Gen Secuencia de bases 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. ARNm Codones Proteína Met Val Leu Ser ARNm Codón X X X Proteína Met Val Leu Ser 16

17 4. El código es degenerado. ARNm Codones Proteína Ser Ser Ser Ser 5. El código contiene señales de inicio y de fin. Ribosoma ARNm AUG Señal de inicio Inicio de la traducción UAA Señal de fin ARNm Cadena polipeptídica AUG Transcripción Fin de la traducción UAA Señal de fin 6. El código no utiliza ninguna puntuación interna. Inicio ARNm Met Val Leu Ser Tre Trp Ser Fin 17

18 7. El código no es solapado. Secuencia de nucleótidos A U A C G A G U C Código no solapado Código solapado A U A C G A G U C Ile Arg Val A U A C G A G U C Ile U A C Tir A C G Thr 8. El código genético es universal. 18

19 Tercera posición (extremo ) Segunda posición Iniciación Terminación 19

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. 20

21 Componentes necesarios para que se produzca la traducción: el ARNm, los ribosomas y los diferentes aminoácidos transportados por los ARNt (de transferencia) Subunidad pequeña Codón A U G G U G U U G A G C ARNm Sitio P Sitio A Ribosoma U A C Anticodón A U G G UG U UG A G C U A C Anticodón Subunidad grande ARNt Sitio de salida aminoácido Unión de los componentes 21

22 MECANISMO Y FASES DE LA TRADUCCIÓN 1º INICIACIÓN El ARNm se une a la subunidad pequeña Met 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 22 Phe

23 2º ELONGACIÓN Enlace peptídico entre los dos primeros aminoácidos El 2º ARNt ha entrado en el sitio A Se forma el enlace peptídico y el 1 er 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 Muchos pasos de elongación Se forma un tripéptido completándose el segundo paso de la elongación. El ARNt sin carga se desplaza a la izquierda para salir del ribosoma. Se sintetiza la cadena polipeptídica, que sale del ribosoma. 23

24 3º TERMINACIÓN Se libera el ARNt y la cadena polipeptídica Los componentes se separan y el polipéptido se pliega en la proteína 24