¿Cómo el ADN se vincula con las proteínas?

MARLENE BOCAZ MARLENE BOCAZ BENEVENTIBENEVENTI

Chapter 9 2Algunos intentosAlgunos intentos

Estudios genéticos de Beadle y Tatum, durante la segunda Estudios genéticos de Beadle y Tatum, durante la segunda guerra mundial, pretendieron explicar la relación entre un guerra mundial, pretendieron explicar la relación entre un Moho denominado Neurospora ( moho del pan ) y las Moho denominado Neurospora ( moho del pan ) y las Moho denominado Neurospora ( moho del pan ) y las Moho denominado Neurospora ( moho del pan ) y las enzimas ( proteínas )enzimas ( proteínas )

A diferencia de los seres humanos la neurospora tiene todas A diferencia de los seres humanos la neurospora tiene todas las enzimas para sintetizar su propia vitamina B 6 y sus 20 las enzimas para sintetizar su propia vitamina B 6 y sus 20 aa.aa.

Beadle y Tatum idearon una hipótesis al respecto, que Beadle y Tatum idearon una hipótesis al respecto, que consistió en que quizás los genes codificaban enzimas. De consistió en que quizás los genes codificaban enzimas. De consistió en que quizás los genes codificaban enzimas. De consistió en que quizás los genes codificaban enzimas. De ser cierto, una mutación de un gen afectaría la síntesis de ser cierto, una mutación de un gen afectaría la síntesis de una enzima específica, del tal manera que el moho sería una enzima específica, del tal manera que el moho sería incapáz de sintetizar las moléculas necesarias para su incapáz de sintetizar las moléculas necesarias para su crecimiento, a menos que el medio fuera completado con crecimiento, a menos que el medio fuera completado con componentes adicionales.componentes adicionales.

Chapter 9 3

Los científicos encontraron:Los científicos encontraron:a) Cepas mutantes que crecía en medio enriquecido a) Cepas mutantes que crecía en medio enriquecido

con B 6 ( como nosotros ), pero si podían sintetizar con B 6 ( como nosotros ), pero si podían sintetizar con B 6 ( como nosotros ), pero si podían sintetizar con B 6 ( como nosotros ), pero si podían sintetizar sus aa. Por lo tanto la mutación sólo afectaba las sus aa. Por lo tanto la mutación sólo afectaba las vías metabólicas de síntesis de B6.vías metabólicas de síntesis de B6.

b) Posteriormente cruzaron esta cepa mutante con b) Posteriormente cruzaron esta cepa mutante con neurospora normal, obteniendo una descendencia neurospora normal, obteniendo una descendencia que demostró que la cepa mutante tenía sólo un gen que demostró que la cepa mutante tenía sólo un gen defectuoso y por consiguiente la mutación afectaba defectuoso y por consiguiente la mutación afectaba defectuoso y por consiguiente la mutación afectaba defectuoso y por consiguiente la mutación afectaba sólo a una vía metabólica específica.sólo a una vía metabólica específica.

c) Beadle y Tatum aislaron cepas mutantes capaces de c) Beadle y Tatum aislaron cepas mutantes capaces de crecer si el medio se enriquecía con aa Arginina, pero crecer si el medio se enriquecía con aa Arginina, pero no con B6. Ellos concluyeron que “ Un gen codifica no con B6. Ellos concluyeron que “ Un gen codifica una sola enzima “una sola enzima “

Chapter 9 4PROTEÍNASPROTEÍNAS

-- Debido a que existen variados tipos de Debido a que existen variados tipos de proteínas y dentro de esta variedad, proteínas y dentro de esta variedad, proteínas y dentro de esta variedad, proteínas y dentro de esta variedad, algunas son enzimas y de estas muchas algunas son enzimas y de estas muchas se componen por más de una subunidad se componen por más de una subunidad de proteína la teoría de Beadle y Tatum “ de proteína la teoría de Beadle y Tatum “ Un gen una enzima fue modificada a “ Un Un gen una enzima fue modificada a “ Un gen un polipéptido “; Es decir una cadena gen un polipéptido “; Es decir una cadena gen un polipéptido “; Es decir una cadena gen un polipéptido “; Es decir una cadena de aa, ya que cada gen codifica la de aa, ya que cada gen codifica la información correspondiente a una información correspondiente a una proteína.proteína.

Chapter 9 5PROTEÍNAS: Reguladoras y contráctil PROTEÍNAS: Reguladoras y contráctil

Chapter 9 6Proteínas: Transporte y estructuralProteínas: Transporte y estructural

Chapter 9 7Proteínas: Almacenamiento e Proteínas: Almacenamiento e Inmunológicas, etc.Inmunológicas, etc.

Chapter 9 8¿Cómo reconoce la célula donde comienza y ¿Cómo reconoce la célula donde comienza y donde termina el código de una proteína?donde termina el código de una proteína?

-- Codones de inicio: AUGCodones de inicio: AUG

-- Codones de alto o término: UAGCodones de alto o término: UAG-- Codones de alto o término: UAGCodones de alto o término: UAG

UAAUAA

UGAUGA

-- Son 61 codones.Son 61 codones.

-- Son sólo 4 bases nitrogenadas.Son sólo 4 bases nitrogenadas.-- Son sólo 4 bases nitrogenadas.Son sólo 4 bases nitrogenadas.

-- Sólo Metionina y Triptófano se codifican con un Sólo Metionina y Triptófano se codifican con un codón ( AUG y UGG ). Por lo tanto cada aa se codón ( AUG y UGG ). Por lo tanto cada aa se codifica por varios codones.codifica por varios codones.

EJ: leucina UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG.EJ: leucina UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG.

Chapter 9 9¿ Cómo se transcribe la información ?¿ Cómo se transcribe la información ?

1.1.-- INICIACIÓN: INICIACIÓN: --Ocurre en una región llamada Promotor al inicio de la Ocurre en una región llamada Promotor al inicio de la

transcripción.transcripción.--Ocurre en una región llamada Promotor al inicio de la Ocurre en una región llamada Promotor al inicio de la

transcripción.transcripción.--La ARN Polimerasa se pega al promotor.La ARN Polimerasa se pega al promotor.-- Que se pegue esta enzima al promotor no es tan fácil, Que se pegue esta enzima al promotor no es tan fácil,

ya que una célula humana contiene 30.000 genes, que ya que una célula humana contiene 30.000 genes, que se transcriben en algunas células, en algunos se transcriben en algunas células, en algunos momentos y en algunos individuos.momentos y en algunos individuos.momentos y en algunos individuos.momentos y en algunos individuos.

-- El Promotor es una secuencia no Transcrita de bases El Promotor es una secuencia no Transcrita de bases de ADN, que señala el comienzo del gen, debido a de ADN, que señala el comienzo del gen, debido a esto algunas proteínas se unen a las regiones esto algunas proteínas se unen a las regiones controles ( promotor ) para impedir o favorecer la controles ( promotor ) para impedir o favorecer la unión de la ARN polimerasa con el promotor.unión de la ARN polimerasa con el promotor.

Chapter 9 10

2.2.-- ALARGAMIENTO:ALARGAMIENTO:

-- El Promotor + ARN polimerasa determina el cambio El Promotor + ARN polimerasa determina el cambio de forma o desenrrollamiento del ADN.de forma o desenrrollamiento del ADN.de forma o desenrrollamiento del ADN.de forma o desenrrollamiento del ADN.

-- La ARN polimerasa avanza sintetizando ARN La ARN polimerasa avanza sintetizando ARN complementario hasta el codón de término, complementario hasta el codón de término, liberándose la cadena de ARN terminada, quedando liberándose la cadena de ARN terminada, quedando la ARN polimerasa libre para unirse a otro promotor y la ARN polimerasa libre para unirse a otro promotor y sintetizar otro ARN.sintetizar otro ARN.sintetizar otro ARN.sintetizar otro ARN.

3.3.-- TERMINALIZACIÓN:TERMINALIZACIÓN:

-- Señal de terminalización donde termina la síntesis de Señal de terminalización donde termina la síntesis de ARN.ARN.

Chapter 9 11TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

Chapter 9 12TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

Chapter 9 13TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN

1.1.-- INICIACIÓN:INICIACIÓN:

--Cuando el ARN t y ARN m se ligan a un ribosoma.Cuando el ARN t y ARN m se ligan a un ribosoma.--Cuando el ARN t y ARN m se ligan a un ribosoma.Cuando el ARN t y ARN m se ligan a un ribosoma.

-- Anticodón UAC ( transporta Metionina )Anticodón UAC ( transporta Metionina )

2.2.--ALARGAMIENTO:ALARGAMIENTO:

-- Metionina ( AUG )Metionina ( AUG )----------Anticodón ( UAC ),se rompe el Anticodón ( UAC ),se rompe el enlace del primer aa con su ARNt y se forma un enlace del primer aa con su ARNt y se forma un enlace peptídico, liberándose el primer ARN t.enlace peptídico, liberándose el primer ARN t.enlace peptídico, liberándose el primer ARN t.enlace peptídico, liberándose el primer ARN t.

3.3.-- TERMINACIÓN:TERMINACIÓN:

-- Mediante el codón de término .Mediante el codón de término .

-- Se libera la cadena proteínica y el ARN m, luego se Se libera la cadena proteínica y el ARN m, luego se separan las subunidades de ribosomas.separan las subunidades de ribosomas.

Chapter 9 14TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN

Chapter 9 15RIBOSOMASRIBOSOMAS

--Los ribosomas son organelos celulares Los ribosomas son organelos celulares presentes en todas las células.presentes en todas las células.

--Están formados por dos subEstán formados por dos sub-- unidades, que unidades, que no se unen completamente, pues queda un no se unen completamente, pues queda un --Están formados por dos subEstán formados por dos sub-- unidades, que unidades, que no se unen completamente, pues queda un no se unen completamente, pues queda un espacio para el ARN mensajero.espacio para el ARN mensajero.

--La unidades se miden en La unidades se miden en Svedberg (S) o coeficiente de sedimentación: Svedberg (S) o coeficiente de sedimentación: magnitud con magnitud con dimensiones de tiempo, dimensiones de tiempo,

1S = 1S = 10ˉ¹³ segundos.10ˉ¹³ segundos.

--Sus unidades presentan diferencias:Sus unidades presentan diferencias:

a) Eucarióticos:a) Eucarióticos: 80 S (60S y 40S)80 S (60S y 40S) , 50 % ARNr y, 50 % ARNr y50% de proteínas.50% de proteínas.

b) Procarióticos, mitocondriales y cloroplastidialesb) Procarióticos, mitocondriales y cloroplastidiales: : 70S (50S y 30s)70S (50S y 30s) 63% ARNr y 27% de proteínas.63% ARNr y 27% de proteínas.

--

Chapter 9 16RIBOSOMASRIBOSOMAS

El ribosoma consta de El ribosoma consta de dos sitios, el P y el A. dos sitios, el P y el A.

En el sitio P o péptido En el sitio P o péptido se unen los se unen los aminoácidos.aminoácidos.

En el sitio A o En el sitio A o En el sitio A o En el sitio A o aminoácido se lee el aminoácido se lee el ARNm y donde llegan ARNm y donde llegan los aá desde el citosol.los aá desde el citosol.

Chapter 9 17TRADUCCIÓNTRADUCCIÓN

Chapter 9 18AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Chapter 9 19EJEMPLOEJEMPLO

Cadena complementaria 5 !Cadena complementaria 5 ! GCATGGGAGTTGCATGGGAGTT3!3!

Cadena molde 3! Cadena molde 3! CGTACCCTCAACGTACCCTCAA 5!5!

ARN m 5! ARN m 5! GCAUGGGAGUUGCAUGGGAGUU 3!3!ARN m 5! ARN m 5! GCAUGGGAGUUGCAUGGGAGUU 3!3!

ARN t ARN t UACCCUCAAUACCCUCAA

Proteína NH2 Proteína NH2 -- Metionina Metionina –– Glicina Glicina –– Valina Valina -- COOHCOOH

Chapter 9 20EJERCICIOEJERCICIO

Dada las siguientes cadenas de ADN, Dada las siguientes cadenas de ADN, indique ARN m, ARN t y Proteínas en cada indique ARN m, ARN t y Proteínas en cada caso:caso:caso:caso:

1.1.-- cadena complementariacadena complementaria TTTAATGCGGGGTTTAATGCGGGGcadena moldecadena molde AAATTACGCCCCAAATTACGCCCC

2.2.-- cadena moldecadena molde TACCATATCGATTACCATATCGAT

3.3.-- ARN mARN m UUUGGGAUGGAUUUUCCGUUUGGGAUGGAUUUUCCG

Chapter 9 21REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA.GÉNICA.

--Las bacterias, poseen miles de genes, entre los Las bacterias, poseen miles de genes, entre los que se encuentran los que codifican a las que se encuentran los que codifican a las proteínas enzimáticas. proteínas enzimáticas. proteínas enzimáticas. proteínas enzimáticas.

--La regulación de la actividad de un gen La regulación de la actividad de un gen corresponde a la regulación de su función corresponde a la regulación de su función específica.específica.

--Tal regulación se divide en:Tal regulación se divide en:1.1.-- Regulación Pretranscripcional.Regulación Pretranscripcional.1.1.-- Regulación Pretranscripcional.Regulación Pretranscripcional.2.2.-- Regulación Transcriptacional.Regulación Transcriptacional.3.3.-- Regulación Traduccional.Regulación Traduccional.4.4.--Regulación Postraduccional.Regulación Postraduccional.

Chapter 9 22Regulación PretranscriptacionalRegulación Pretranscriptacional

--Incluye todas aquellas modificaciones que Incluye todas aquellas modificaciones que sufre el ADN que hace que cambie su sufre el ADN que hace que cambie su

--Incluye todas aquellas modificaciones que Incluye todas aquellas modificaciones que sufre el ADN que hace que cambie su sufre el ADN que hace que cambie su capacidad de transcribir, como por capacidad de transcribir, como por ejemplo :ejemplo :

a)a) MetilaciónMetilación

b)b) Fragmentación de las secuencias de Fragmentación de las secuencias de b)b) Fragmentación de las secuencias de Fragmentación de las secuencias de ADN.ADN.

Chapter 9 23Regulación TranscriptacionalRegulación Transcriptacional

--En este nivel se incluyen las posibilidades En este nivel se incluyen las posibilidades de regular la iniciación de la copia de ARN, de regular la iniciación de la copia de ARN, su velocidad de transcripción y su su velocidad de transcripción y su terminalización ( Modelo Operon Lactosa )terminalización ( Modelo Operon Lactosa )terminalización ( Modelo Operon Lactosa )terminalización ( Modelo Operon Lactosa )

Chapter 9 24Regulación TraduccionalRegulación Traduccional

--Todas las etapas de la traducción pueden Todas las etapas de la traducción pueden estar sujetas a regulación, ya sea en estar sujetas a regulación, ya sea en iniciación, elongación y la iniciación, elongación y la estar sujetas a regulación, ya sea en estar sujetas a regulación, ya sea en iniciación, elongación y la iniciación, elongación y la terminalización.terminalización.

--Por ejemplo:Por ejemplo:a)a) La disponibilidad de un aa.La disponibilidad de un aa.b)b) La vida media de un ARNt.La vida media de un ARNt.b)b) La vida media de un ARNt.La vida media de un ARNt.

*Son condiciones que pueden limitar la *Son condiciones que pueden limitar la expresión génica.expresión génica.

Chapter 9 25Regulación PostraduccionalRegulación Postraduccional

--Se refiere a los cambios en cantidad y Se refiere a los cambios en cantidad y --Se refiere a los cambios en cantidad y Se refiere a los cambios en cantidad y actividad de las proteínas producidas.actividad de las proteínas producidas.

--Por ejemplo:Por ejemplo:

a) Proteínas que actúan a distancia como a) Proteínas que actúan a distancia como las hormonas y que son reguladas por las hormonas y que son reguladas por las hormonas y que son reguladas por las hormonas y que son reguladas por receptores ubicados en los órganos receptores ubicados en los órganos blancos o por transportadores.blancos o por transportadores.

Chapter 9 26MODELO OPERÓN LACTOSAMODELO OPERÓN LACTOSA

--Este modelo fue planteado por Jacob y Monod, Este modelo fue planteado por Jacob y Monod, permite ilustrar los mecanismos de regulación permite ilustrar los mecanismos de regulación de la expresión génica en de la expresión génica en EscherichiaEscherichia colicolide la expresión génica en de la expresión génica en EscherichiaEscherichia colicoli

--En general en todos los organismos existen 2 En general en todos los organismos existen 2 tipos de enzimas: Constitutivastipos de enzimas: Constitutivas

( se sintetizan en forma continua) y Las ( se sintetizan en forma continua) y Las Inducibles ( se sintetizan en presencia del Inducibles ( se sintetizan en presencia del Inducibles ( se sintetizan en presencia del Inducibles ( se sintetizan en presencia del sustrato)sustrato)

--La lactosa es un disacárido que la bacteria La lactosa es un disacárido que la bacteria desdobla en monosacáridos glucosa y desdobla en monosacáridos glucosa y galactosa a través de la enzima galactosa a través de la enzima B B –– galactosidasa.galactosidasa.

Chapter 9 27

--Puesto que las bacterias obtienen su alimento Puesto que las bacterias obtienen su alimento del medio, el mecanismo que regula la actividaddel medio, el mecanismo que regula la actividadde sus genes debe adaptarse rápidamente a los de sus genes debe adaptarse rápidamente a los de sus genes debe adaptarse rápidamente a los de sus genes debe adaptarse rápidamente a los cambios de calidad y cantidad de las moléculascambios de calidad y cantidad de las moléculasde alimento.de alimento.

--Es un buen ejemplo de regulación transcriptacionalEs un buen ejemplo de regulación transcriptacionalpor inducción enzimática.por inducción enzimática.

--La bacteria posee 3 enzimas ( BLa bacteria posee 3 enzimas ( B-- galactosidasa, la permeasa ygalactosidasa, la permeasa y--La bacteria posee 3 enzimas ( BLa bacteria posee 3 enzimas ( B-- galactosidasa, la permeasa ygalactosidasa, la permeasa yla transcetilasa) necesarias para la utilización de lactosa comola transcetilasa) necesarias para la utilización de lactosa comonutriente, cuya codificación corresponde a una unidad nutriente, cuya codificación corresponde a una unidad genética llamada OPERÓN LAC ( grupo de genes que puedengenética llamada OPERÓN LAC ( grupo de genes que puedenser activados o inhibidos) ser activados o inhibidos)

Chapter 9 28CONCEPTOS BÁSICOSCONCEPTOS BÁSICOS

--OPERADOR:OPERADOR:

--REPRESOR:REPRESOR:

--INDUCTOR:INDUCTOR:

--PROMOTOR:PROMOTOR:--PROMOTOR:PROMOTOR:

--INTRÓN:INTRÓN:

--EXÓN:EXÓN:

FinFin