EL GEN Es una porción delimitida de ADN con capacidad de codificar una molécula de ARN denominada transcripto primario mediante un proceso llamado transcripción. El ADN contenido en los cromosomas de los seres eucariotas tiene porciones codificantes (genes) y porciones no codificantes. Existen dos tipos de genes en el genoma humano: codificantes de proteínas y codificantes de ARN. Los codificantes de ARN representan 2 a 5 % del total de genes y codifican moléculas funcionantes de ARN. Muchos están involucrados en el control de la expresión génica, particularmente de la síntesis proteíca. Todos los genes codifican ARN pero en el caso de los genes codificantes de proteinas, el ARN codificado (transcripto de ARN mensajero) será traducido en una proteina a nivel ribosomal. Mientras que los genes que codifican ARN que no se traducirá en proteina es el ARN que formará los ribosomas y otras estructuras funcionales. En realidad sería más correcto hablar de genes que codifican ARN mensajero (codifica proteinas), genes que codifican ARN ribosomal y genes que codifican ARN de transferencia. GENES QUE CODIFICAN ARN MENSAJERO O GENES CODIFICANTES DE PROTEINAS Los genes codificantes de proteínas representan la mayor parte de los genes y se expresan en dos etapas: transcripción y traducción. Muestran una increíble diversidad en tamaño y organización y no tienen una estructura típica. Sin embargo existen una serie de caracteres conservados. Visión simplificada de la estructura y expresión del gen codificante de proteinas. Un gen codificante de proteinas está definido por la extensión del transcripto primario. El promotor y otros elementos regulatorios
del gen se ubican por fuera del gen.. El gen está dividido en tres tipos de secuencia. 1) La región codificante (amarillo): es la informacion utilizada para definir la secuencia de aminoacidos de la proteina. 2) La región no traducible (rojo) se encuentra en el ARN transcripto pero no codifica partes de la proteina, es de naturaleza regulatoria. 3) Intrones (azul) se encuentran en el transcripto primario pero son eliminados por splicing para formar el transcripto secundario o maduro. No son codificantes de la proteina. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA El gen constituido por ADN codifica ARN. El ADN del gen se transcribe (transcripción) en ARN que luego a nivel ribosomal se traduce (traducción) en proteina. ADN--------->ARN----------->PROTEINA Los límites físicos de un gen codificante de proteínas están definidos como los lugares en los que se inicia y termina la transcripción. El centro vital del gen es la zona codificante, que contiene la secuencia de nucleotidos que eventualmente será traducido en una secuencia de aminoácidos en la proteína. La region codificante comienza con el codon de iniciación que normalmente es ATG. Termina con alguno de los tres siguientes codones: TAA, TAG o TGA (codones de terminación de la transcripción). A cada lado de la region codificante hay secuencias que son transcriptas pero no traducidas. Muchas veces estas regiones no traducidas o no codificantes (UTR), contienen elementos regulatorios que controlan la síntesis de proteínas. Tanto la region codificante como la no traducible (UTR) puede tener interrupciones por parte de intrones. Los genes humanos en su gran mayoría están divididos entre intrones y exones. Los exones son las secciones que se encuentran finalmente en el transcripto maduro (ARN mensajero), mientras que los intrones son removidos del transcripto primario por un proceso denominado splicing. El resultado final del splicing es el transcripto secundario que finalmente en la forma de ARN mensajero abandonará el nucleo y se dirigirá al citoplasma donde se traducirá a proteinas a nivel de los ribosomas. El gen humano más pequeño, tiene en su parte codificante 500 nucleótidos y carece de intrones. Codifica una proteína histónica. El gen de mayor tamaño codifica la proteína distrofina, que falta o se encuentra no funcionante en la distrofia muscular. Tiene 2.5 millones de nucleótidos y le lleva 16 horas producir un transcripto. Sin embargo el 99% de este gen está constituido por sus 79 intrones.
Marco de lectura (ORF, open reading frame) es el conjunto de nucleótidos que se transcriben del gen al transcripto primario. Empieza en el codón de iniciación y finaliza en el codón de terminación e incluye intrones y exones. ESTRUCTURA DEL GEN Y SU TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DEFINICIONES UTILES GENOMA 1) Conjunto de ADN de una célula 2) Es la totalidad de la información genética depositada en el ADN de una célula. GENOTIPO: Es la constitución genética de un individuo. FENOTIPO: Son las características de un individuo que constituyen expresiones de los genes, ya sea expresado en forma visible (ej. Color de los ojos) o no visible (ej. Grupo sanguíneo).
GEN: Es la porción del genoma con capacidad de transcribirse, más las porciones de ADN que controlan dicha transcripción como el promotor y el regulador. (algunos autores limitan el concepto a la parte transcribible del ADN ubicada entre el codon de iniciación y el codon de terminación) ALELO: es un gen que ocupa un locus idéntico en el cromosoma homólogo y que codifica para el mismo caracter. Puede ser igual o distinto a su homólogo. Definición de gen según Gerstein et al 2007 Nature Un gen es la unión de secuencias genómicas que codifican un conjunto coherente de productos funcionales potencialmente superpuestos. Esta es la modificación introducida por el programa ENCODE, que muestra una actividad genómica dispersa y no una estructura discreta. El genoma está constituido por 68,3% de ADN intergénico 30,8% de intrones 0,8% de exones Expresión de un gen: Los genes se expresan mediante la producción de su ARN mensajero y finalmente la elaboración de una proteína a nivel del ribosoma. La presencia del ARN mensajero de un gen significa que ese gen está expresado. Bajo el mismo concepto si el ARN mensajero correspondiente no se encuentra en la célula entendemos que el gen no lo está produciendo, o sea que el gen no se ha expresado. Los genes hablan a través de su ARN mensajero (lo que finalmente significa la producción de la correspondiente proteína); esta es la expresión del gen. Cuando el gen calla no produce ARN mensajero y por ende no se produce la proteína correspondiente. El gen no está expresado. Para que un gen se exprese, existe un complejo sistema regulatorio compuesto por promotores, facilitadores y represores del gen que actúan sobre diversas partes del gen a efectos de llevar a cabo la regulación. El gen cuenta con secuencias especializadas con capacidad de responder a estos factores reguladores. Estas secuencias especializadas se encuentran ubicadas generalmente (no siempre) antes
del codón de inicio de la transcripción y pueden incluso estar a gran distancia del gen propiamente dicho. GEN PROCARIOTA: no tiene intrones y por lo tanto no requiere splicing. El transcripto primario es el transcripto final que codificará las proteinas. GEN EUCARIOTA: está compuesto por intrones y exones. Mediante splicing, los intrones son eliminados del transcripto primario generando el transcripto maduro que se traducirá en proteinas. En este gen pueden verse secuencias reguladoras como los upstream enhancers, promoter, TATA box que son los sitios a los cuales pueden unirse los reguladores. UTR Se denominan UTR (del inglés untranslated region) a las regiones de los genes que se transcriben pero no son traducidas. Se habla generalmente
de un 5'-UTR y de un 3'-UTR, que son las dos partes no traducidas de cada gen, debido a que se encuentran colindando el marco de lectura (u ORF). De este modo, el elemento que está «aguas arriba» (upstream) del ORF es el 5'-UTR, pues contacta con el ORF mediante el carbono 5' de la desoxirribosa del primer nucleótido del ORF (es decir, de la adenosina del codón de inicio de la traducción); y, «aguas abajo» (downstream), se sitúa el 3'-UTR, pues contacta mediante el carbono 3' del último desoxirribonucleótido del ORF (es decir, el último del codón de terminación o codón de stop. Las UTRs poseen gran importancia en la regulación de la expresión génica. Por ejemplo, existen proteínas reguladoras que reconocen secuencias específicas, no codificantes, del 3'-UTR. Además, están implicadas en la correcta expresión espacial y temporal de los genes. Las regiones 3 UTR gobiernan la expresión de los genes gracias a la interacción entre los componentes estructurales del RNAm (elementos en cis) y factores específicos que actúan en trans (proteínas que se unen a RNA y RNAs no codificantes). La longitud de la región 3 UTR muestra una variación considerable en los ARN mensajero de mamíferos (desde 60-80 hasta 4000 nucleótidos). Esto sugiere que el genoma humano ha evolucionado para incrementar el uso de mecanismos de control post-transcripcional en la expresión de genes. Se han identificado 2772 secuencias cortas de nucleótidos en 3 UTR, donde se unen los elementos reguladores del ARNm (ARN mensajero). ADN MITOCONDRIAL Circular 37 genes Hasta 10 copias por mitocondria 17.000 pb Herencia materna Segregación mitótica