IV Plan común. Tema 2: Flujo de información génica Transcripción y traducción del ADN

Transcripción

1 IV Plan común Tema 2: Flujo de información génica Transcripción y traducción del ADN

2 Objetivo Analizar los procesos moleculares involucrados en la transcripción del ADN.

3 Pregunta oficial PSU La siguiente figura está relacionada con el proceso de biosíntesis de proteínas: Al respecto, es correcto inferir que I) la estructura 1 corresponde a un ARN de transferencia. II) el triplete UUA representa un anticodón para un aminoácido. III) 5 AAU 3 representa un ARN mensajero. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, PSU 2012

4 1. Conceptos generales 1.1 Dogma central de la biología Replicación Transcripción Traducción ADN ARN PROTEÍNAS Hebra molde Transcripción Traducción

5 1. Conceptos generales 1.2 Definicion de gen Es una secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, equivalente a una unidad de transcripción. Contiene la información a partir de la cual se sintetiza un polipéptido, una enzima, un ácido ribonucleico (mensajero, de transferencia, ribosomal) o pequeños ARNs reguladores. En el genoma humano, la mayoría de los genes son únicos y se expresan en forma independiente.

6 2. ARN 2.1 Estructura del ARN Características: El ARN esta formado por una cadena nucleótidos. simple de Cada nucleótido del ARN presenta: Ribosa como azúcar pentosa. Un grupo fosfato. Una base nitrogenada que puede ser: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) y Uracilo (U), en vez de Timina (T). Función: Expresión de la información genética. Existen tres principales: ARNm (mensajero). ARNt (de transferencia). ARNr (ribosomal).

7 2. ARN 2.1 Estructura del ARN Bases ATENCIÓN: Grupo hidroxilo en la posición 2 Ribonucleótido

8 2. ARN 2.2 Tipos de ARN ARN mensajero: se organiza en secuencias de tres nucleótidos (tripletes), que se denominan codones, por ejemplo UGU. ARN de transferencia: porta aminoácidos hacia el lugar de síntesis de proteínas, el ribosoma. El ARNt funciona como un adaptador que traduce el codón del ARNm. Para ello el ARNt tiene un triplete de bases nitrogenadas denominado anticodón.

9 2. ARN 2.2 Tipos de ARN ARN de transferencia: porta aminoácidos hacia el lugar de síntesis de proteínas, el ribosoma. El ARNt funciona como un adaptador que traduce el codón del ARNm. Para ello el ARNt tiene un triplete de bases nitrogenadas denominado anticodón.

10 2. ARN 2.2 Tipos de ARN ARN ribosomal: estructura a los ribosomas, lugar físico en el que ocurre la síntesis proteica. Cada ribosoma esta formado por dos subunidades, y cada una de ellas contiene ARNr y proteínas ribosomales.

11 2. ARN 2.2 Tipos de ARN

12 3. Proceso de transcripción Todas las clases de ARN se forman por transcripción, que es una forma de copia del ADN diferente a la replicación. En este proceso, se copia la información desde una hebra del ADN, la que se denomina templada. La enzima que sintetiza se llama ARN polimerasa y copia en sentido 5' a 3'

13 3. Proceso de transcripción: Etapas Iniciación Unión factor de transcripción a la región promotor (secuencia específica del gen, a un lado del sitio de inicio de la transcripción, donde se une la ARN pol-ii). Elongación ARN pol-ii añade ribonucleótidos 5 3 de forma complementaria y antiparalela. Por ejemplo hebra ADN templada 3 TACCG 5, la cadena de ARN nueva será 5 AUGGC 3 Terminación ARN pol-ii reconoce secuencia de término (ATT, ACT o ATC). Maduración (sólo en eucariontes) Proceso de splicing o corte de intrones y empalme (unión) de exones y proceso de marcaje de ARN (poliadenilación)

14 Un gen varios polipéptidos Splicing alternativo

15 3. Proceso de transcripción 3.1 Código genético El código se arma sobre la base de los cuatro nucleótidos que conforman al ARN, más específicamente el ARN mensajero. Estos cuatro nucleótidos representan un abecedario. El código contiene combinaciones de tres bases nitrogenadas (tripletes de bases) que corresponden a todas las combinaciones de las cuatro bases del ARNm (codones). Características del código: universal, degenerado, específico.

16 Código Genético Universal Específico Degenerado CAU

17 Código Genético Universal El código genético es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo virus y organelos. Este hecho indica que el código genético ha tenido un origen único en todos los seres vivos conocidos

18 Específico Código Genético Ningún codón codifica más de un aminoácido. Tampoco presenta solapamiento: los tripletes se hallan dispuesto de manera lineal y continua, de manera que entre ellos no existan comas ni espacios y sin compartir ninguna base nitrogenada.

19 Degenerado Código Genético

20 Código Genético Degenerado El código genético tiene redundancia pero no ambigüedad. Por ej: GAA GAG Redundancia GAA GAG Ambigüedad Los codones que codifican un aminoácido pueden diferir en alguna de sus tres posiciones, por ejemplo, el ácido glutámico está codificado por GAA y GAG (difieren en la tercera posición), el aminoácido leucina por los codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG (difieren en la primera o en la tercera posición), mientras que la serina está codificada por UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (difieren en la primera, segunda o tercera posición).

21 Actividad Explica los dos procesos que ocurren durante la maduración del ARNm. Por qué se dice que el código genético es universal y redundante? Si todos los polipéptidos están formados por la combinación de 20 aminoácidos, qué hace que una proteína sea diferente a otra? A partir de la siguiente secuencia de ADN: 5 TACTGTCGTCCAGTTGCCATT 3 : a. Elabora la hebra de ARNm. b. Escribe la secuencia de aminoácidos utilizando la tabla del código genético. c. En qué ribonucleótido debiese añadirse la cola poli(a). Fundamenta

22 Objetivo Analizar los procesos moleculares involucrados en la traducción del ARN.

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24 Componentes Ribosomas Complejos moleculares, formados por la unión de proteínas y ARN ribosomal (ARNr), el que opera como ribozima al catalizar el enlace peptídico que une a dos aminoácidos. Están formados por dos subunidades, una mayor y otra menor, las que se reúnen en el momento de la traducción. La subunidad menor tiene un sitio de unión para el ARNm y la subunidad mayor tiene dos lugares de unión para ARNt, el sitio P o peptidil y sitio A o aminoacil.

25 Componentes ARNt

26 Componentes ARNt Los ARNt son los traductores del mensaje genético del ARNm. Tienen una forma característica, semejante a un trébol, y dos sitios de unión: El anticodón, una secuencia de tres bases por la cual se une, por complementariedad de bases, a un codón específico del ARNm. Sitio aceptor del aminoácido, siempre posee una secuencia de nucleótidos CCA, se une con uno de los 20 aminoácidos. Cada aminoácido es unido al sitio aceptor del ARNt por una enzima específica para él, estas enzimas son llamadas aminoacil-arnt-sintetasa. A l generarse la unión codón - anticodón, el ARNt va transportando los aminoácidos para que se incorporen a la cadena polipeptídica que se está formando, por lo que los ARNt son los que transforman el mensaje contenido en los nucleótidos en secuencias de aminoácidos.

27 4. Proceso de traducción 4.1 Activación UAC Met El ARNt se carga con el aminoácido correspondiente. Este proceso requiere consumo de ATP y la participación de la enzima aminoacil ARNt sintetasa. Esta enzima es altamente específica, ya que reconocen un solo tipo de aminoácido y un subgrupo de ARNt. 4.2 Iniciación AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA ARN m Los ribosomas son estructuras que se arman solo al momento de la traducción. Antes, se encuentran separadas en sus subunidades menor y mayor.

28 4. Proceso de traducción 4.2 Iniciación P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA UAC Met ARN m El primer evento que ocurre es la unión de la subunidad menor al ARNm. El complejo de iniciación se arma de tal manera que el primer ARNt se une al sitio P del ribosoma. P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA UAC Met ARN m A continuación se une la subunidad mayor con la menor. Esta unión es de tal forma que el primer codón del ARNm queda dispuesto en el sitio P del ribosoma. El sitio A queda libre para recibir los siguientes codones del ARNm. El codón AUG se lee como metionina (Met) en el código genético.

29 4. Proceso de traducción 4.3 Elongación P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA ARN m UAC Met P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA ARN m UAC UUA La elongación comenzará cuando se inicia la lectura del resto de los codones del ARNm. Para ello el segundo codón, en este ejemplo AAU, queda en el sitio A del ribosoma. Luego, el ARNt correspondiente lee el codón e ingresa. El anticodón es UUA y el aminoácido transportado es asparragina (Asn). De esta forma, el ARNt funciona como un adaptador o intérprete, leyendo los codones del ARNm y colocando el aminoácido correspondiente. Met Asn Luego del ingreso del segundo ARNt los aminoácidos quedan enfrentados.

30 4. Proceso de traducción 4.3 Elongación P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA UAC UUA Met Asn Enlace peptídico ARN m La actividad peptidil transferasa del ribosoma cataliza la formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos. P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA UUA UAC ARN m Se retira el primer ARNt que había ingresado, con lo que queda libre el sitio P del ribosoma. Met Asn P A AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA UUA ARN m El ribosoma avanza sobre el ARNm de forma que el sitio A queda nuevamente libre para continuar con la traducción del ARNm. Esta acción del ribosoma permite que la lectura del ARNm sea ordenada. Met Asn

31 4. Proceso de traducción 4.4 Terminación AUG AAU UUC CUG UUA UUU UGA AAA ARN m P A Met Asn Phe Leu Leu Phe El codón UGA es un codón sin sentido, que determina el término de la traducción (STOP). Este codón es importante porque marca en forma precisa la longitud del péptido en formación. De esta manera se determina parte del concepto de estructura primaria de las proteínas. El ribosoma reconoce esta secuencia produciéndose el desprendimiento del ARNm y del péptido ya formado.

32 4. Proceso de traducción 4.5 Aplicación de contenidos A continuación se presenta una secuencia del ADN (templado) a partir de la cual debes completar la hebra complementaria, el ARNm, el ARNt y los aminoácidos correspondientes, para lo cual te puedes ayudar de la tabla que muestra el código genético. ADN templado: TAC AAT TTT TTC AGA CCA ATC ADN complementario: ARN mensajero: ATG TTA AAA AAG TCT GGT TAG AUG UUA AAA AAG UCU GGU UAG ARN transferencia: Secuencia de aminoácidos: UAC AAU UUU UUC AGA CCA Met Leu Lys Lys Ser Gly STOP

33 Pregunta oficial PSU La siguiente figura está relacionada con el proceso de biosíntesis de proteínas: Al respecto, es correcto inferir que ALTERNATIVA CORRECTA E I) la estructura 1 corresponde a un ARN de transferencia. II) el triplete UUA representa un anticodón para un aminoácido. III) 5 AAU 3 representa un ARN mensajero. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, PSU 2012

34 Síntesis de la clase Expresión de la información genética Unidades de construcción: aminoácidos funcionan como un Ribosomas Ordenador de la traducción Síntesis de proteínas Se requiere de ARNt (de transferencia) funciona como un Traductor del mensaje genético ARNm (mensajero) se organiza en funciona como una Codones Copia del mensaje que porta el ADN El conjunto constituye el Código genético

35 Actividad 1. Define los siguientes conceptos: Enlace peptídico, codón, anticodón, sitio A y sitio P. 2. A partir de la secuencia de ARNm, escriba la secuencia de ADN complementaria y la secuencia de anticodones de los ARNt, luego compárelas: AUGUGGCAGAUGUCA 3. Cuáles son los productos finales de la transcripción y de la traducción respectivamente? 4. Cuál es la función de las enzimas aminoacil- ARNt-sintetasas?