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TEMA 12SNTESIS DE ARN: TRANSCRIPCIN1- GENTICA MOLECULARQu son los genes? qu tipo de informacin contienen? Cmo se expresa esa informacin durante el desarrollo embrionario para que se manifiestes las caractersticas heredadas en los descendientes? La gentica molecular da respuesta a estos interrogantes cuando descubre la relacin existente entre las protenas y los cidos nucleicos.

Entre los aos 40 y 70 se realizaron experimentos con la Escherichia coli que permiti identificar la naturaleza molecular del gen. Demostraron que los genes no eran protenas sino molculas de ADN.Disearon el modelo doble hlice y que permita explicar las funciones esenciales del gen: almacenar y expresar informacin 2. DEL GEN A LA PROTEINA.La casi infinita diversidad de secuencias de aminocidos posibles convierte alas protenas en las molculas ms variadas que existen, capaces de construir mltiples estructuras celulares que desempean una enorme diversidad de funciones biolgicas; en realidad, somos nuestras protenas.Puede considerarse que n gen es un segmento de ADN que contiene la informacin necesaria para que se sintetice una protena determinada (o cadena peptdica): la informacin fluye del ADN al ARNm y de este a la protena.3. LA EXPRESIN DE LOS GENES transcurre en dos etapas sucesivas: la TRANSCRIPCIN de la informacin gentica o sntesis de ARN y la TRADUCCIN sntesis de protenas.TRANSCRIPCIN: en la que una de las dos cadenas del ADN acta como molde para la sntesis de una cadena de ARN, que tiene una secuencia complementaria. Existen genes que se transcriben pero no se traducen (ARN t y ARN r)Existen secuencias gnicas reguladoras, ni se transcriben ni se traducen, sirven de signos de puntuacin, seales de inicio y de fin.TRADUCCIN: las instrucciones del gen son traducidas por los ribosomas de acuerdo con el cdigo gentico que establece las correspondencia entre idioma del ARNm (secuencia de bases)y el idioma de las protenas (secuencia de Aa)PROCARIOTASGenes continuos: informacin necesaria para sntesis de protenas.

ADN asociado a protenas no histonas. Empaquetamiento bajo, facial acceso en transcripcin.

Una sola ARN polimerasa para sntesis de todos ARN.

Transcripcin y traduccin a la vez y en el citoplasma.

EUCARIOTASGenes fragmentados: formados por exones( transcripcin y traduccin) e intrones (transcripcin)ADN asociado a histonas. Gran empaquetamiento, difcil acceso en transcripcin.

Tres ARN polimerasas: ARNr pol I , ARNm pol II, ARNt pol III.

Transcripcin en ncleo, ARN pasa membrana hacia citoplasma y traduccin en ribo de citoplasma y RE.PROCARIOTASGenes policistrnicos: transcripcin en cadena larga de ARNm que codifica varias cadenas peptdicas distintas.

Maduracin del ARN transcrito primario precursor del ARNt y ARNr. EUCARIOTASGenes monocistrnicos: transcripcin en una cadena de ARNm que codifica una cadena peptdica.

Maduracin del ARN transcrito primarios: precursores de los tres tipos de ARN.TRANSCRIPCIN EN EUCARIOTASELEMENTOS QUE INTERVIENEN:Cadena ADN moldeRibonucletidosARN polimerasa II

AND molde: aquella de la que se obtiene rplica.INFORMATIVA: 5 a 3. MOLDE : 3 a 5.Primer nucletido transcrito es el inicio y el +1.Numeramos en positivo a la derecha (direccin extremo 5) y en negativo hacia la izquierda.ARN mHEBRA MOLDEExtremo 5HEBRA INFORMATIVA*RIBONUCLETIDOS. A, G, C,U en su forma activa = trifosfatos: ATP, GTP, CTP y UTP.Estos nucletidos se unirn mediante enlace ster entre el cido fosfrico 5 y el grupo OH 3 del anterior nucletido ya unido.

ARN POLIMERASA II (Transcriptasa)Enzima que cataliza la polimerizacin de los Ribonucletidos.

Sus caractersticas son:

Reconoce secuencias promotoras que marcan el inicio de la transcripcin mediante factores de transcripcin (protenas). Recorre hebra molde sentido 3 a 5. Lee secuencia de sus bases y selecciona el ribonucletido apropiado (G _=C, A=U) Cataliza la formacin del enlace ster. La energa necesaria para la unin la obtiene de la hidrlisis primera para separar el resto pirofosfato del nucletido monofosfato.Reconoce la secuencia de terminacin.

LA TRANSCRIPCINLa transcripcin se realiza en tres pasos y antes de ir hacia citoplasma sufrir un proceso de maduracin.Para que la ARN pol II transcriba determinados genes, existen tres clases de secuencias reguladores: el promotor, las secuencias potenciadoras y las silenciadoras. Todo activado por los factores de transcripcin.INICIACINEl PROMOTOR es la regin ms prxima al inicio formado por la secuencia -25TATA, conocida como TATA box caja de Hogness, junto con la secuencia -80CAAT y -120 rica en GC.Aquellos factores que se unen al promotor se denominan FACTORES BASALES que ayudan a ir al sitio de iniciacin.1Las SECUENCIAS POTENCIADORAS, entre el -200 y -10.000 , a las que se unen los FACTORES ACTIVADORES DE LA TRANSCRIPCIN.- Desempaquetan la cromatina, disgregan los nucleosomas al disociar el octmero de histonas y desenrollando la doble vuelta del ADN para que sea accesible la regin promotora.Facilitan el acoplamiento de los FACTORES BASALES con la ARN pol II, incrementa velocidad de sntesis.

2Las SECUENCIAS SILENCIADORAS, a las que se unen FACTORES REPRESORES DE LA TRANSCRIPCIN, impide actuacin de los factores activadores y disminuyen velocidad de transcripcin.3La ADN polimerasa II recorre hebra molde sentido 3 a 5, mientras que la cadena del ARNm transcrito primario crece en direccin 5 a 3, crece unos 30 nucletidos por segundo, transcribiendo intrones y exones.

ELONGACINLa ARN pol II reconoce la secuencia TTATTT de la seal de poliadenilacin, en el ltimo exn, que codifica como fin de la transcripcin y separacin de cadena pre-ARNm de la hebra molde.TERMINACINMADURACIN POSTRANSCRIPCIONAL.Consiste en modificaciones en ambos extremos , eliminacin de intrones y alteracin de ciertas secuencias codificantes.Al iniciar la transcripcin se aade al extremo 5 del pre-ARNm un resto de metil guanosina trifosfato : caperuza que protege al ARNm del ataque de nucleasas.Ayuda a los ribosomas a reconocer el lugar como inicio de la traduccin.La poli-A polimerasa aade al extremo 3 del pre-ARNm una cola de poli-A (150-200 ribonucletidos de adenina) que proteger al ARNm y determina la vida media de la molcula, a ms cola ms vida.Se deben eliminar los intrones y unir los exones entre s.La eliminacin se hace mediante cortes entre los intrones y los exones, las secuencias intrnicas se enrollan en forma de lazos y se eliminan mientras que las secuencias exnicas se empalmen y forman el ARNm funcional que se exportar al citoplasma.Estos cortes y uniones se realizan gracias a unas ribonucleoprotenas pequeas nucleares (RNPsn) que realizarn el splicing y que denominamos espliceosoma.

Se producir a la vez la edicin que consiste en introducir o eliminar ciertos nucletidos, alterando ciertas secuencias que codifican para la sntesis de protenas. (tambin denominada correccin del pre-ARNm)5. REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN EUCARIOTAS.Todas las clulas tienen que responder continuamente a cambios en el ambiente. Las RESPUESTAS a estos ESTMULOS consisten esencialmente en modificaciones de la ACTIVIDAD METABLICA, su COMPORTAMIENTO por movimientos, induccin de mitosis, formacin de esporas de resistenciaEsto se realiza modificando la ACTIVIDAD de ciertas ENZIMAS o regulando la CONCENTRACIN ENZIMTICA (variando nmero de enzimas que participan en una ruta).

LA REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN PROCARIOTAS se lleva a cabo mediante un sistema semejante a un CONMUTADOR que se enciende o se apaga.LA REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN EUCARIOTAS ES MS COMPREJA y se asemeja a un ORDENADOR que procesa toda la informacin y decide si un gen se expresa o no.Responden rpidamente a los mensajes qumicos internos (variacin de hormonas, neurotransmisores) que llegan desde los sistemas de coordinacin. La etapa ms importante es la embrionaria. Se realiza desde 5 niveles: 3 en ncleo y 2 en citoplasma.A. CONTROL DE LA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA. NCLEO.Primer nivel de control. Se realiza por modificaciones qumicas del ADN de las HISTONAS. En la eucromatina estn los genes a ser transcritos pero densamente empaquetados. Por lo que necesitan ser descondensados para poder transcribir los genes de esta zona.

METILACIN DEL ADN. La adicin de grupos metilo (-CH3) a las bases del ADN SILENCIA LA EXPRESIN GNICA. Esta adicin facilita que determinadas regiones donde estn las secuencias reguladoras, adopten la CONFORMACIN Z. con esta conformacin impide la unin a la ARN polimerasa. La metilacin es a largo plazo, es decir, aquellas zonas metiladas se transmiten a las clulas hijas tras la mitosis.

ACETILACIN Y METILACIN DE LAS HISTONAS. La acetilacin es la adicin de grupos acetilo CH3- Co- , que se realiza sobre las colas dispuestas hacia el exterior de cada nucleosoma. As se disminuye su afinidad por el ADN y favorece descondensacin de cromatina facilitando el acceso de la ARN polimerasa hasta el promotor del gen a transcribir.La metilacin de las colas de histonas hace el efecto contrario aumenta la condensacin favoreciendo la inactivacin gnica.B. CONTROL DE LA TRANSCRIPCIN. NCLEOSe realiza por accin de elementos traslocables o por factores de transcripcin.ELEMENTOS TRASLOCABLES O GENES SALTARINES: se denominan as por que no tienen una posicin fija pueden cambiar en cada generacin provocando inestabilidad gnica.Si se insertan en secuencias codificantes o en reguladoras pueden producir inactivacin o sobreactivacin. Pueden ser transposones y retrotransposones. LOS FACTORES DE TRANSCRIPCIN. Puede ser que un gen se REPRIMA un tiempo despus de haber sido activado : bastara con que un factor inhibidor de la transcripcin se una a las secuencias silenciadoras (silencers) que dificulten el acceso de la ARN polimerasa al promotor.

Pero puede ser que se activen determinados factores activadores de la transcripcin, induciendo a la expresin de ciertos genes que codifican protenas esenciales . Muchas hormonas proteicas como la insulina o esterodicas como la progesterona se unen a receptores activando estos factores activadores.C. CONTROL DE LA MADURACIN. NCLEOEl splicing alternativo y la edicin amplifican y modulan la expresin gnica.Pero a veces, no se une cada exn con su exn anterior en secuencia sino que puede que se suceden mecanismos alternativos de corte y pegado a partir de un mismo pre-ARNm, lo que origina cadenas de ARNm con secuencias distintas.Es decir, un mismo gen eucariota con varios exones, puede amplificar su expresin gnica, ya que puede fabricar protenas diferentes segn el orden en que se unen sus exones durante la maduracin .D. CONTROL DE LA TRADUCCIN. CITOPLASMA.Actuar sobre las secuencias UTR del ARNm que inhiben la traduccin y facilitan su degradacin: eliminando la caperuza y acortando la cola de poliadeninaSintetizando las RIBO-LLAVES (ribo-switches) ARN particular que funciona como llave respondiendo a estmulos y pueden encender (se traduce) apagar (se inhibe).Por RIBOINTERFERENCIA. El ARN interferente es capaz de silenciar la expresin gnica impidiendo la traduccin del ARNm por degradacin o por inhibicin de traduccin. Los ARNsi y los ARNmi estn relacionados con la defensa antiviral y con el control de la expresin en diferenciacin celular embrionaria.

Se ha observado que los niveles de ARNmi son menores en celular cancergenas y es uno de los niveles de estudio actualmente como herramienta teraputica para silenciar determinados genes implicados en la transformacin cancerosa.Los ARNsi se generan a partir de un ARN largo de doble cadena procedente de virus, transposones , ADN de experimentacin.

Los ARNmi proceden de ciertos intrones o de la transcripcin de determinados genes como pueden ser los pseudogenes.E.CONTROL DEL PROCESAMIENTO POSTRADUCCIONAL. CITOPLASMA.Una vez que se ha sintetizado la protena, la etapa de procesamiento postraduccional es la ltima etapa en la que se puede realizar un control medianteModificaciones qumica de algunas protenas antes de ser molculas funcionalesCambios conformacionales por adicin de grupos qumicos pudiendo pasar de la forma activa a la inactiva. Adiccin de UBIQUITINA que hace disminuir la vida de la protena porque sern degradadas en el proteosoma.

6. RETROTANSCRIPCINEn las clulas y algunos virus existen ENZIMAS RETROTRANSCRIPTASAS que son capaces conseguir el flujo de informacin gentica del ARN al ADN.Los RETROVIRUS se caracterizan porque su genoma est constituido por una o ms cadenas de ARN sencillas que tienen la informacin necesaria para construir nuevos virus; adems tienen la particularidad de llevar una doble vida: a veces con ARN y otras con ADN.Como cualquier virus necesitan un clula para sintetizar sus componentes.

Los podemos encontrar como VIRUS INFECTANTES de vida libre: poseen una envoltura proteica o cpsida que aloja la hebra de ARN y la enzima RETROTRANSCRIPTASA; aunque tambin los podemos encontrar con la estructura de PROVIRUS, con doble hebra de ADN en la cual est integrada un cromosoma de la clula hospedadora.El virus se une a receptores de membrana de los linfocitos TH y funde su envoltura con la membrana celular. Se despoja de su cpsida y deja libre las dos hebra de ARN y las enzimas.2. Cada enzima utiliza una cadena de ARN como molde para sintetizar una cadena de ADN copia formando un hbrido con el ARN. Despus vuelve a actuar la enzima degradando el ARN y creando otro ADN complementario al ADNc.

3. Forma una doble hlice de ADN vrico que se integra en el genoma de la clula hospedadora y se convierte en PROVIRUS. Ahora se comporta como un gen ms.4. Realiza ciclo vital de reproduccin. Utiliza la maquinaria del ncleo celular para realizar la replicacin, transcripcin y traduccin fabricando as nuevas copias de ARN vrico, protenas de la cpsida y de la envoltura , y enzimas retrotranscriptasas.5. Las vesculas de Golgi transportan las glucoprotenas de su envoltura hasta la membrana plasmtica. Los dems componentes se ensamblan alrededor del ARN y de las enzimas.6. Se dirige todo hacia la membrana por donde a travs de GEMACIN abandonarn la clula siendo libres y capaces de infectar nuevas clulas.7. EL GENOMA.ES EL TOTAL DE INFORMACIN GENTICA QUE CONCONTRAMOS EN UN VIRUS , UN PROCARIOTA O UN EUCARIOTA.VIRUS: una molcula de ADN o ARN circular o lineal. Su nmero de genes vara de unos pocos a cientos. Es universal la creencia de que la clula eucariota fue antes que los virus, aunque son esenciales para la evolucin celular. PROCARIOTAS: cromosoma de ADN circular con entre 1000 y 12000 genes. Suelen tener plsmidos con ADNc. Pueden replicarse independientemente o integrarse en el bacteriano. Son utilizados como vectores de genes .EUCARIOTAS: en ncleo, con cromosomas lineales y con ADN en las mitocondrias y en los cloroplastos. La organizacin del genoma humano es compleja y est compuesto por el genoma nuclear y el genoma mitocondrial. (25.000 + 37)El genoma nuclear se refiere al contenido de un solo grupo haploide de los cromosomas humanos y est compuesto por 3200 millones de pares de bases en 24 secuencias cromosmicas distintas. (22 autosomas + 2 sexuales)ORGANIZACIN: EN SECUENICAS RELACIONADAS Y SECUENCIAS INTERGNICAS.LAS SECUENCIAS RELACIONADAS con genes son como el 1,5% del total y tenemos codificantes y no codificantes.- Las codificantes son los exones. Genes que codifican para protenas (que se transcriben a ARNm y traduce) y genes que codifican para otros tipos de ARN. Los genes pueden estar libres o agrupados en familias gnicas. La mayora que presenta herencia mendeliana con secuencias ADN no repetidas pero otros , los de histonas, ARNt y ARNr existen mltiples copias. - LAS SECUENCIAS NO CODIFICANTES: incluyen secuencias reguladoras, intrones y pseudogenes.LAS SECUENCIAS DE ADN INTERGNICO ocupan la mayora del genoma y su funcin es desconocida. Son:Secuencias cortas muy repetidas en tandem o satlites (parte del centrmero, telmeros), minisatlites (repeticiones de 3 a 20 nucletidos) y microsatlites (repeticiones muy cortas).

Secuencias repetidas dispersas como por ejemplo transposones, retrotransposones, secuencias LINE (repeticiones intercaladas largas) y secuencias SINE (repeticiones intercaladas cortas). Las repeticiones dan lugar a polimorfismos creando diferencias entre individuos, por eso se utilizan en medicina forense para la determinacin de la huella gnica.EPIGENOMA: conjunto de secuencias de ADN que contiene informacin epigentica capaz de controlar directamente la expresin de nuestros genes.EPIGENTICA: es el conjunto de cambios del ADN, reversibles y heredables, que no afectan a la secuencia de nucletidos de los genes, pero s son capaces de alterar su expresin, haciendo que unos genes se expresen y otros no en funcin de las condiciones medioambientales. LA IMPRONTA GENMICA O SELLADO GENMICO es un mecanismo celular de los organismos mas complejos, que marca o deja una impronta en un grupo de enes para que se silencien, de manera que este patrn de sellado es diferente para los genes procedentes de la lnea paterna y materna: estos genes imprintables adquieren la marca de sellado durante la gametognesis ya conservan la memoria de donde proceden.8. EPIGENOMA.