TEMA15:LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO:DELADNALASPROTEÍNAS

1. CÓMOSEEXPRESANLOSGENES:HIPÓTESIS,“UNGEN,UNAENZIMA”.

2. LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO.

3. TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN.3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.

4. ELCÓDIGOGENÉTICO.4.1.CARACTERÍSTICASDELCÓDIGOGENÉTICO.

5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS.5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.

1.CÓMOSEEXPRESANLOSGENES:HIPÓTESIS“UNGEN,UNAENZIMA”

- EstablecidalaestructuradelADNymecanismodereplicación à ¿cómomensajegenéticosematerializaencaracterísticasdelorganismo?

- 1902:Grrod (inglés)à alcaptonuria(orinanegra)à genrecesivo.Personasenfermasnocatalizanelácidohomogentísico à seoxidaencontactoconelaireà negro.

- Sepasóaparalelismo:“genßàcarácter”a“genßà sustancia”.

- 1948:Beadle yTatum:establecieronrelacióndirectaentremoléc ADNysecuenciadeaa deunaenzimaà hipótesis “unaenzima,ungen”.- TrabajaronconNeuspora crassa (hongodelpan)à altadosis derayosXà alteranADNàmutantes:sólosobreviven siselesañadeaa

argininaparapodersintetizarproteínaspqhabíanperdido capacidaddesintetizarla.- Otromutantesnecesitabanoargininaocitrulina/argininaocitrulinaoornitina.

PrecursorOrnitinaCitrulina ArgininaAcadamutantelefaltaunaenzima,segúngenalterado,portantosebloquea elcamino.Porejemplo:mutaciónenG3,nopuedenhacerúltimopaso, aunquetengacitrulina, nolapuedentransformarenargninina,portantohayqueproporcionársela.Establecenelparalelismoentregenyenzima.

Posteriormenteestahipótesis sematizóa“ungen,unaproteína”omásbien“ungen,unacadenapolipeptídica”GEN:regióndeADNquecontieneinformaciónparasintetizarunpolipéptido.

E1 E3E2

G1 G2 G3

2.LAEXPRESIÓNDELMENSAJEGENÉTICO.• Otropb:síntesisdeproteínasenribosomas (citoplasma),ADNennúcleo (delquenosale)ànecesitamoléculaintermediariaentreADNyribosomas=ARNm.Seformamediantetranscripción.

• IndiciosquehacíanpensarqueARNinterveníaenexpresióndelmensajegenético:• ARNprincipalmenteencitoplasma.• CélulasdeembrionesendesarrolloàaltacantidaddeARN.• VirusbacteriófagoconADN,alinfectarunacélula,inducelasíntesisdeARNantesquesíntesisdeproteínas.

• Enribosomas: secuenciaderibonucleótidos (ARNm)pasaasecuenciadeaa.(traducción)• TambiénsenecesitaARNt(transportalosaa).

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN• ProcesomedianteelcualsecopiacontenidoADNaARNàinteriordelnúcleo (eucariotas)oencitoplasma(procariotas).• CadenadeADNqueactúedemolde.• Enzimas:ARNpolimerasaàunennucleótidosmedianteenlace

fosfodiéster(sentido5’à3’).• Ribonucleótidos trifosfato(UTP,ATP,GTP,CTP).

3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.• Procariotas:transcripciónytraducciónencitoplasma.

• 1ARNpolimerasay2factores(σy𝝆).

INICIACIÓN• ARNpolimerasaseunaafactorσ (subunidad proteica)àenzima

reconoceysefijaaregiónconcretadeADN=promotor(ricaenAyT).

• ARNpolimerasadesenrollaaproximadamente2vueltadehéliceàpolimerizacióndeARNapartirdeunasolahebra.

• Liberaciónfactorσ

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.ELONGACIÓN• Adiciónderibonucleótidos.• ARNpolimerasarecorrehebraADNensentido3’à

5’yañaderibonucleótidosensentido.5’à3’.• Seleccionaribonucleótidostrifosfato

complementariosalADNàseunamedianteenlaceésterysedesprendeungrupopirofosfato(PPi).

TERMINACIÓN• SeñalesdeterminaciónenADNquesonreconocidas

porARNpoliàseparaciónenzima,ADNyARNtranscrito.

• Existen2mecanismosdeterminación:• Terminaciónindependientede𝝆:señaldeterminaciónes

secuencia palindrómicaricaenCyG,seguidadevariasAàseoriginaunahorquillaenARNysesepara.

• Terminacióndependientede𝝆:presenciaenARNdeotrassecuencias específicas, ricasenCypobreenG.Interaccionafactor𝝆à sedesplazaporARNensentidocontrarioydesnaturalizaelhíbrido(ADN-ARN),liberándoseelARN.

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.1.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASPROCARIOTAS.MADURACIÓN• SesintetizaARNmànomaduraciónàsetraducedirectamente.

• ParaARNryARNtàsítienequehaberprocesodemaduración:• Transcritoprimariosufrecortesyempalmes.• ARNtàdespuésdecortesyempalmesàseañadeextremo-CCA

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.• Esmáscomplejo:

• 3tiposdeARNpolimerasa:• ARNpolimerasaI:ARNribosómico 28S,18Sy5’8S.• ARNpolimerasaII:ARNm• ARNpolimerasaIII:ARNtyARNr5SyARNdehistonas.

• ARNsufreprocesodemaduraciónyaquelosgenespresentanfragmentossinsentidoonocodificantes(INTRONES)yfragmentosconsentidoocodificantes(EXONES).Setienenqueeliminarlosintrones.(algunosgenessinintrones,pelosdelashistonas).

INICIACIÓN

• Enregiónpromotora (secuenciasCAAToTATAàunos30nucleótidos arribadeliniciodelgen)àsefijalaARNpolimerasaII.

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.ELONGACIÓN

• CadenadeARNcreceensentido5’à 3’(30ribonucléotidos /s)à unavezunidos30ribonucleótidos à adiciónenextremo5’dela“caperuza”=guanosina metilada (7-metil-guanosín-3P) quedespuésactúadeseñasdeiniciodelatraducción.

TERMINACIÓN

• SecuenciaenADN(TTATTT)=findetranscripción.

• Sobreextremo3’=200nucleótidos deA(Enzima:poliA-polimerasa) (colapoliA)à2funciones:• Procesodemaduración.• SalidadelARNmdelnúcleo.

3.TRANSCRIPCIÓN:SÍNTESISDELARN3.2.TRANSCRIPCIÓNENCÉLULASEUCARIOTAS.MADURACIÓN

• EliminarintronesdelARNtranscritoprimarioyunióndelosexones(mecanismodenominado splicingàempalme).

• IntervienenRNPpn(ribonucleoproteínas pequeñasnucleolar)oespliceosomaàparteproteicamásARN.

• DichoARNàcomplementariedadconextremosdeintronesàseapareanyloscurvanàdpenzimasligasasunenextremosdeexones.

• ARNtyARNràtambiénmaduran(adiciónCCAen3’).

4.ELCÓDIGOGENÉTICO• Quedabapordilucidarcómosecuenciasdenucleótidossepuedentraduciraaa.¿Cómosepasadelenguajede4letras(A,C,U,G)aotrode20letras(20aa)?àsenecesitabaun“diccionario”=códigogenético.

• ¿Cuántasbasescodifican1aa?• 1baseà1aa?àsólopodríacodificar4.• 2basesà1aa?à42=16àaúnfaltanhastallegaralos20aa.

• 3basesà1aa?à43=64àasísobranàhayaacodificadospormásdeuntriplete.

• 3basescodifican1aa=codón.• 61codonesparaaa.• 3codones“sinsentido”=UAA,UAGYUGAàSEÑALESDESTOP.

4.ELCÓDIGOGENÉTICO4.1.CARACTERÍSTICASDELCÓDIGOGENÉTICO.

• UNIVERSAL:códigoigualparatodoslosseresvivos,incluso losvirus.Portanto,elcódigotienenunsoloorigenevolutivo.• Excepciones:enalgunosprotozoos, bacteriasomitocondrias.

• Mitocondriahumana:• AGAyAGG:STOP.• UGA:triptófano.• AUA:ileucina.• AUUyAUG:iniciación.

• DEGENERADO:mayoríadeaa,exceptoMetyTrp,codificadospormásdeuncodón.• Ventaja:alteraciónenADN(mutación)puedenoalterarelordendelosaa.

• SINSOLAPAMIENTOS:tripletesdispuestos linealmenteycontinuamente, sinespaciosysincompartirbasesnitrogenadas.

5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS

• Traducción:uniraaenelordendefinido porloscodonesdelARNm.

• aason transportadoshastaribosomasporATNtespecífico,queseunaporsuanticodónalcodóncomplementario.

• Elprocesoelsimilarenprocariotasyeneucariotas,salvoqueenbacteriasalnohabermaduracióndelARNmseiniciasinhaberacabadolatranscripción.

5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.

ACTIVACIÓNDELOSAA

• Encitoplasma,seunenaARNtespecíficoparaformarunaminoacil-ARNt.• Enzima:aminoacil-ARNt-sintetasa.• GastodeATP.

• Seunenporextremo3’(siempreA)delARNtyporelgrupo–COOHdelaa.

aa+ARNt+ATPaminoacil–ARNt-sintetasaaminoacil–ARNt+AMP+PPi

5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.

INICIACIÓN

1ºunióndesubunidadmenorribosomaa5’delARNm.

2ºFijación1ºaminoacil-ARNtalcodónAUG(xtelanticodónesUAC).

1ºaminoacil-ARNt:unidoaformil-metionina enprocariotasyametioninaenprocariotas.

3ºUnióndelasubunidadmayordelribosoma.

Porcióncubiertaporribosomasson2codones(6basesnitrogenadas).

Serequieren tambiénfactoresproteicosdeiniciación(FI)yGTP.

5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.

ELONGACIÓN

• Alargamientodelacadena.

• Tienequeentrarunsegundo aminoacil-ARNtalsitioAàformaciónenlacepetídico(aa1unidoporCOOHalARNtàsesueltayseunaalNH2delaa2)àsetransfiereelaa1alaa2-ARNt.Enzima:peptidil transferasa(estáenlasubunidadmayor)

• Traslocacióndelribosomaàsedesplaza3ribonucleótidos (1codón) • 1ºARNtabandonaribosoma.• Aa1-aa2-ARNtpasadelsitioAalsitioP.

• Requierefactoresdeelongación (FE)yGTP.• FE1:transportalosARNtalsitioA.• FE2:obligaalribosomaadesplazarsecongastodeGTP.

5.TRADUCCIÓN:SÍNTESISDEPROTEÍNAS5.1.ETAPASDELPROCESODETRADUCCIÓN.TERMINACIÓN• AlllegaraalgúncodóndeSTOP(UAA,UAG,UGA)sonreconocidosporfactoresdeliberación (FR)àsesitúanenelsitioAàpeptidil transferasaañademoléculadeagua(hidrólisis) yseparacadenapeptídicadelARNt.GastoGTP.

• Segúnsevasintetizando,lacadenavaadquiriendo suconformación. • ElARN.Sedestruyealfinaldelasíntesis,cuandohaycantidadsuficientedelaproteína.

• Puedeserleídoporvariosribosomasalavez(POLISOMA)àprocesomásrápido.

ACT:1,2,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,16,18