TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA:

DESDE EL ADN A LA SÍNTESIS PROTEICA

TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

A esto se lo conoce como DOGMA CENTRAL de la BIOLOGÍA MOLECULAR.

TRANSCRIPCIÓN Consiste en la síntesis de ARN a partir de un molde

de una de las cadenas de ADN (la transcripción es ASIMÉTRICA).

La hebra de ADN que actúa como plantilla, sobre la que se ensambla el ARN, se denomina CADENA MOLDE, ANTISENTIDO o NO CODIFICANTE.

La otra hebra, no transcripta, se denomina CADENA ANTIMOLDE, CON SENTIDO o CODIFICANTE.

Al igual que la replicación, ocurre en el núcleo.

5’

3’

3’

ARN polimeras

a

Cadena molde

Cadena antimolde5’ ARN

5’ - 3’

5’

FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN

Iniciación: La ARN polimerasa se une al ADN

FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN Elongación:

La polimerasa lee la hebra de ADN molde y construye ARN complementario

FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN

Terminación: La polimerasa y el ARN recién formado quedan libres

DIRECCIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

A G C T A T T C C A T G G G T A A C G T T G A C A A

3’

5’

Cadena molde

T C G A T A A G G T A C C C A T T G C A A C T G T T

Cadena antimolde

5’

3’

5’

G U A C C C A U U G3’ARN

Corrient

e arriba

Corrient

e abaj

o

La ARN polimerasa lee la cadena molde en sentido 3’- 5’, y sintetiza la cadena de ARN en sentido 5’- 3’.

SIMILITUDES DE LA TRANSCRIPCIÓN CON LA REPLICACIÓN

El ADN debe desenrollarse

Se añaden nucleótidos nuevos al extremo 3’ de la molécula ARN en crecimiento

El ARN crece en la dirección 5’ 3’

La energía proviene de la ruptura de las uniones fosfato que ocurre a medida que se añaden nuevos nucleótidos

ARN POLIMERASA Existen al menos tres ARN polimerasas en las células

eucariontes, todas ADN dependientes, y cada una encargada de la síntesis de un tipo de ARN.

ARN polimerasa I

ARN polimerasa II

ARN polimerasa III

Localización Nucléolo Nucleoplasma Nucleoplasma

Productos transcripto

s

-Subunidades mayores ARNr

-ARN precursor de ARNm

-ARNt-ARNr 5S-Otros ARN de molécula pequeña (ARNsn, ARNsc)

Para iniciar la transcripción las ARN polimerasas eucariontes requieren de proteínas llamadas factores basales o generales de transcripción.

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN

Promueven la transcripción. Se unen al ADN y a la polimerasa, ubicándola

donde se encuentra el promotor, y colaboran en mantener la doble hélice separada.

PROMOTORESCAJA TATA

La ARN polimerasa se une a la caja TATA, en una zona específica llamada PROMOTOR, localizado corriente arriba del sitio de comienzo de la transcripción.

REQUISITOS PARA LA TRANSCRIPCIÓN: Molécula de ADN molde, con una región promotora,

que indica donde se inicia la transcripción, y una secuencia de terminación.

Enzima ARN polimerasa, que reconoce las secuencias señalizadoras, separa la doble hélice del ADN molde, lee el molde en sentido 3’ 5’ y polimeriza los nucleótidos complementarios en sentido 5’ 3’.

Sustratos: Ribonucleótidos trifosfatos de adenosina (ATP), guanina (GTP) citocina (CTP) y uracilo (UTP)

Fuente de energía: liberada por hidrólisis de los propios sustratos.

Enzima topoisomerasa I, que alivia la tensión que se genera corriente arriba de la burbuja de transcripción.

Enzima pirofosfatasa, que escinde el pirofosfato liberado de los nucleótidos trifosfatados a medida que se incorporan a la cadena de ARN.

Cofactores enzimáticos: Mg++ o Mn++

PROCESAMIENTO DEL ARN MENSAJERO

El ARNm producido durante la transcripción se denomina pre-ARNm o ARNm inmaduro

3’

5’

Exón Intrón

CappingC

A

U

P P

P

P

PG

5’

3’

El capping protege al transcripto primario de la degradación por nucleasas y fosfatasas nucleares.

Poliadenilación

G

C

U

A

A

A

U

P

P

P

P

P

P

P

P

5’

3’

La poliadenilación protege al extremo 3’ de la degradación, y facilita la salida del núcleo del ARNm.

Splicing

Cap

5’EXÓN EXÓN

3’

poli A

INTRÓN

Cap poli A

Cappoli A

SPLICEOSOME

Splicing (continuación)

Cap poli A

Cap poli A

ARN maduro

+

El Splicing alternativo consiste en unir diferentes combinaciones de exones del pre-ARNm, obteniéndose diferentes ARNm maduros con distinta información.

FLUJO DE LA INFORMACIÓN

ADN ARN Proteína

Replicación

Transcripción Traducción

La enzima transcriptasa inversa es una ADN polimerasa ARN dependiente que cataliza el ensamble de una hebra de ADN complementaria a la hebra molde de ARN.Luego de que se desprende la hebra molde, se sintetiza otra complementaria para formar la doble hélice.

Transcripción invertida

Esto se conoce como DOGMA CENTRAL de la Biología Molecular

CÓDIGO GENÉTICO El código genético es el conjunto de pautas que

rigen la transferencia de la información contenida en el ARNm (y en definitiva en el ADN) para la síntesis de proteínas.

Presenta las siguientes características:Consta de 64 codones, cada uno de ellos constituidos por tres bases nitrogenadas consecutivas (tripletes).

61 de los codones codifican aminoácidos.

3 codones funcionan como señales de terminación (stop): UAA, UAG, UGA.Salvo metionina y triptófano, los demás aminoácidos poseen más de un codón que los codifica (codones sinónimos), es por eso que se dice que el código es redundante o degenerado.Cada codón codifica para un aminoácido en particular, el código no es ambiguo.Tiene validez universal, los codones tienen el mismo significado para todos los organismos. Esto no es completamente cierto. Se han encontrado excepciones, aunque escasas, en organismos inferiores.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Activación de los aminoácidos: catalizada por la

enzima aminoacil ARNt sintetasa en dos etapasAminoácido + ATP Aminoacil~AMP

R

H2N C H

COOH

P

Mg2+ PPi R

H2N C H

O C OP

P P

Aminoacil~AMP Aminoacil~ARNt

aminoacil ARNt sintetasa

R

H2N C H

O C OP

ANTICODÓN

aminoacil ARNt sintetasa

Iniciación de la cadena polipeptídica. Se constituye el complejo de iniciación, disparador de la

síntesis proteica: ARNm, subunidad mayor y subunidad menor (ambos ARNr), ARNt iniciador (cargado con metionina), y factores proteicos de iniciación (FI).

Met

UAC

Subunidad menor

Met-ARNt iniciador

Cap poli A5’ 3’AUG

Met

UAC

Complejo de preiniciación

Cap poli A5’ 3’AUG

UAC

Complejo de

Iniciación Subunidad mayor

P A

Elongación de la cadena polipeptídica.

Cap poli A5’ 3’AUG UAU

Met

UAC

P A

Tyr

AUA

GTP

Met

Cap poli A5’ 3’AUG UAU

P AMet

UAC

Tyr

AUA

Cap poli A5’ 3’AUG UAU CGA

P AMet

Tyr

AUA

Arg

GCU

Enlace peptídicopeptidil-transferasa

Terminación de la cadena polipeptídica.

poli A5’ 3’

Met Tyr Arg

ACC UGA

P AThr

UGG

Señal de Stop

Factor de liberación

Met Tyr Arg Thr

UGG

P A

Cap poli A5’ 3’

COSTO ENERGÉTICO DE LA SÍNTESIS PROTEICA

La síntesis proteica consume para formar cada enlace peptídico cuatro enlaces de alta energía

Dos en la activación del aminoácido. El tercero en la unión del aminoacil~ARNt al codon

del ARNm El cuarto en la translocación del ribosoma.

POLISOMAS Cuando un ribosoma avanza cierta cantidad de

codones desde el inicial, sobre el mismo ARNm se forma otro complejo de iniciación en el comienzo de la cadena guía y se sintetiza otra cadena proteica. Esto se conoce como polisomas

Cap poli A5’ 3’AUG

P A

MetTyr

Arg

ACC UGA

Thr

UGGUAC

Complejo de Iniciación P A

Met

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIONTES

1 A nivel transcripcional: Estabilidad del ARNm (poli A) Factores específicos de transcripción activadores o represores: dedos de

Zn, hélice-vuelta-hélice, cremallera de leucina. Secuencias reguladoras intensificadoras (enhancers) o

silenciadoras (silencers). Metilación de bases CG. Condensación de la cromatina.

Núcleo Citosol

ADN Transcripto Primario ARNm ARNm Proteína

Poro nuclear1 32

2 A nivel del procesamiento de ARN: Splicing alternativo.

3 A nivel de la traducción

MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES

El plegamiento de la cadena polipeptídica contribuye a su estabilidad y funcionalidad: estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Chaperonas.

Modificaciones covalentes: La adición de un grupo fosfato se denomina fosforilación, y

es catalizado por una quinasa. La adición de hidratos de carbono forma glicoproteínas. La adición de lípidos es frecuente en aquellas proteínas

que formarán parte de la membrana celular.

Luego de ser sintetizadas en el citoplasma, las proteínas deben llegar al sitio donde realizarán su función, que puede ser alguna organela dentro de la propia célula o el exterior.

Los péptidos señales son segmentos dentro de la cadena polipeptídica que son reconocidos por las organelas y direccionan la translocación de la proteína.

MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES

Son cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN en un solo gen. Pueden o no ser significativos. Sustitución GATTACA GATGACA

Inversión GATTACA GATATCA

Translocación GATTACA GAAATCACTAATGT CTTTAGT

Inserción GATTACA GATGTACA

Deleción GATTACA GATACA