GENET_MOLEC_TRANSCRIPCION_TRADUCCION

TEMA 18: EL ARN Y LA EXPRESIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
1.-TEORÍA “UN GEN - UN ENZIMA”
Un gen es un fragmento de ácido nucleico que tiene la información para un determinado
carácter. Se localiza en un lugar determinado o “locus”, el cual puede ser ocupado por más de
un tipo de genes para un mismo carácter, cada uno de los cuales se llama alelo.
Más tarde, se relacionaron genes y proteínas, ya que un gen codifica una proteína. La
secuencia de bases del ADN, es decir un gen, se copia a otra secuencia de bases
complementaria en una hebra de ARN, que lleva el mensaje al ribosoma. La secuencia de aas
de la proteína que se sintetiza, está determinada por el orden de las bases de este ARN
mensajero. Existe relación entre la información del ADN de los genes y las proteínas que
estructuran y regulan el funcionamiento celular. Se elaboró la hipótesis “un gen-una enzima”.
Dicha hipótesis expone que si se altera la secuencia de nucleótidos de un gen, falta una
enzima, que puede controlar las sustancias y las características de los organismos.
Ciertas enfermedades son causadas por la incapacidad del cuerpo para desarrollar ciertos
procesos químicos, ya que afectan a enzimas que catalizan a distintas etapas de las rutas
metabólicas.
2.-LA EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO
Existe relación entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aas del gen que
codifica (hipótesis de la colinearidad). El
como pasamos de una secuencia a otra se
realiza en dos etapas:
 TRANSCRIPCIÓN: etapa que se
realiza en el núcleo donde se pasa de
una secuencia de bases de un gen
(ADN) a una secuencia de bases
nitrogenadas complementarias de un
ARNm.
 TRADUCCIÓN: en los ribosomas se
pasa de una secuencia de ARNm a una secuencia de aas.
MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN
La transcripción es el paso de una secuencia de
ADN a una secuencia de ARN, ya sea ARNm, ARNt
o ARNr.
De estos tres tipos de ARN, el mejor candidato para
hacer de mensajero entre el ADN nuclear y los
ribosomas era el ARNm.
El ARN es una copia de una secuencia de ADN con
una sola cadena de nucleótidos que se sintetiza
según el principio de complementariedad de bases
entre ADN y ARN:C-G, G-C, A-U y U-A.
Antes de explicar el proceso es conveniente
destacar que los genes están fragmentados de
forma que siempre es necesario un proceso de
maduración en el que se eliminen las
secuencias sin sentido o intrones y se
empalmen las secuencias con sentido o exones.
Además, en los eucariotas el ADN está
asociado a unas proteínas llamadas histonas.
Por tanto, los genes que se transcriben
continuamente presentan el ADN extendido,
otros en cambio están siempre en forma de
nucleosomas, y otros pasan a la forma
extendida solo durante la transcripción.
La transcripción es un proceso similar a la
replicación del ADN, ya que ocurre en el sentido
5’3’. Dicho proceso es catalizado por la ARN
polimerasa II.
El proceso ocurre de la siguiente forma:
 Inicio: En el caso de la síntesis de
ARNm, la transcripción comienza en un
punto determinado. Una de las dos
cadenas va a actuar como molde para la
síntesis de la cadena de ARN, la que va
en sentido 3’ 5’, y por tanto la ARNpolimerasa debe distinguirla. Por tanto, la
ARN polimerasa II se une a una
secuencia de nucleótidos del ADN
llamada promotor que puede ser TATA o
CAAT y que actúa como señal de
reconocimiento para el enzima. Cuando el
enzima se ha unido al promotor, se
desenrollan y separan las dos cadenas de
ADN, desplazándose sobre la hebra de
ADN patrón realizando la transcripción.
 Alargamiento: la síntesis continúa en el
sentido 5’3’ pero cuando el ARNm
tenga 20-30 nucleótidos se pega al
extremo 5’ un nucleótido “raro” (7metilguanosina) a modo de caperuza o
casquete, que es necesario para unirse al
ribosoma.
 Finalización: reconocimiento de la señal de terminación (secuencia TTATTT) por la
ARN-polimerasa, lo que indica que la transcripción ha terminado y la molécula de ARN
se desprende del molde de ADN. Se añaden unos 200 nucleótidos de adenina (cola poliA) al pre-ARNm.
 Maduración: antes de que el ARN abandone el núcleo se eliminan los intrones, gracias
al enzima ribonucleoproteína pequeña nuclear (RNPpn), y se unen los exones mediante
las ARN-ligasas.
RETROTRANSCRIPCIÓN O TRANSCRIPCIÓN INVERSA
El dogma central de la biología considera que l flujo de información genética discurre desde el
ADN hasta el ARN y de éste a las proteínas. Parecía que este esquema era intocable, sin
embargo tenemos que añadir dos nuevas rutas:

La transcripción inversa: se descubrió que todos los virus con ARN producen tumores,
como es el caso del virus del Sida, siendo capaces de sintetizar una cadena de ADN
complementaria de su ARN gracias a una enzima conocida como “transcriptasa inversa o
retrotranscrptasa”.
 La autorreplicación del ARN: un ARN puede actuar como molde y sintetizar una cadena
idéntica a él. Este proceso se descubrió en fagos.
3.-LA CLAVE GENÉTICA
La relación que existe entre la secuencia de nucleótidos, escrito en el ARN mediante un
alfabeto formado por 4 bases nitrogenadas o nucleótidos, y la secuencia de aas de una
proteína, escrito con 20 aas distintos, es lo que se denomina clave genética.
Esto se dedujo a partir de una serie de descubrimientos:
 Severo Ochoa y Grunberg-Manago (1955) aislaron una enzima (polinucleótido
fosforilasa) capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de molde y a partir de cualquier
nucleótido que hubiera en el medio. Si sólo había UDP se sintetizaba un ARNm llamado
poli-U (UUUUUU...).
 Nirenberg (1956) puso 20 tubos cada uno con un tipo de aa marcado con C 14 . En cada
tubo añadió el poli-U y todos los elementos necesarios para la síntesis de proteínas.
Observó que en el tubo con el aa fenilalanina era únicamente donde aparecía el
polipéptido radiactivo. Se repitió el experimento con un poli-C, poli-G y poli-A.
Como existen 20 aas y cuatro tipos de nucleótidos, la relación o colinearidad no podía ser 1 aa1 nucleótido, tampoco 1 aa-2 nucleótidos (42 =16), sino como mínimo 1aa-3 nucleótidos (43
=64).
Posteriormente, mezclando mezclas proporcionadas de distintos ribonucleótidos se dedujo la
clave genética y se confirmó que la colinearidad debía establecerse entre los tripletes de
nucleótidos y los aas.
En esta clave podemos observar que para algunos aas hay varios tripletes, por lo que decimos
que el código genético está degenerado. Esto supone una ventaja por dos razones:
-si sólo hubiera 20 tripletes traducibles, habría (64-20=44) 44 tripletes sin sentido, y por
tanto un simple error en un nucleótido de un triplete interrumpiría la biosíntesis.
-aunque haya un error en la copia de un nucléotido, como los tripletes que se
corresponden con el mismo aa se diferencian generalmente en un nucleótido ( UAU y
UAC son tirosina), seguiría la colinearidad entre el triplete y el aa.
4.-LA TRADUCCIÓN O BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS
La traducción consiste en la unión de aas en un orden
concreto, determinado por el orden de los tripletes o
codones del ARNm. Es el proceso de síntesis de proteínas
que tiene lugar en los ribosomas, varios de los cuales se unen
a una misma molécula de ARNm, formando un
“polirribosoma o polisoma”. Como cada ribosoma sintetiza
una cadena peptídica, a partir de una molécula de ARNm se
fabrican varias cadenas peptídicas iguales, lo que incrementa
la eficacia en la utilización del mensajero.
La relación se establece entre tres nucleótidos o triplete de ARNm, al que llamamos codon, y
un aa. El triplete de ADN, a partir del cual deriva el codon, se llama “codógeno”.
En la biosíntesis de las proteínas podemos distinguir las siguientes etapas:
 Activación de los aas: Para la síntesis de proteínas partimos
de aas libres que hay en el citoplasma. Pero estos aas y los
codones del ARNm no se reconocen, por lo que necesitan unas
moléculas llamadas adaptadores, las cuales se unen al aa y
además son capaces de reconocer el codon específico de dicho
aa. Estos adaptadores son los ARNt, de los que hay un tipo para
cada aa. Poseen un extremo aceptor, que siempre es la
secuencia CCA, por donde se une el aa y el “anticodon”, grupo
de tres nucleótidos complementario de un codon específico del
ARNm. Según cual sea el anticodon, en el extremo aceptor se
une un aa u otro. La etapa de activación ocurre en el citosol, y
en ella cada uno de los 20 aas se une a su ARNt
correspondiente dando lugar al aminoacil-ARNt. Esta reacción
necesita energía la cual es aportada por una molécula de ATP.
Ahora los aminoacil-ARNt se dirigen a los ribosomas, donde comienza la segunda etapa.
La unión del aa a su ARNt específico se realiza entre el grupo –COOH y el radical –OH
del extremo 3´del ARNt.
 Iniciación de la síntesis: el ARNm se sintetiza en el núcleo y antes
de salir experimenta un proceso de maduración. En su extremo 5’
lleva una “caperuza” (metil-guanosin-trifosfato) que permite que los
ribosomas lo reconozcan, luego una “región lider” que no se traduce y
después el triplete AUG (señal de iniciación), que se traduce por el aa
meteonina. La síntesis comienza cuando la subunidad pequeña del ribosoma se une a
una molécula de ARNm cerca de su extremo 5’, siendo su primer codon AUG, uniéndose
también el aminoacil ARNt con el anticodon correspondiente al codon del ARNm. A este
se une la subunidad mayor, que presenta dos sitios de unión: el centro P o peptídico y
el centro A o aminoacilo. Al iniciarse la traducción el Met-ARNt se une al sitio P ya que
su anticodon (UAC) es complementario del codon iniciador del ARNm (AUG).

Elongación o alargamiento: Se produce
cuando al sitio A se une un aminoacilARNt cuyo codon sea complementario del
segundo triplete del ARNm. Los dos aas,
quedan así enfrentados y unidos cada uno
de ellos a su ARNt, y la enzima (peptidil
transferasa) une los dos aas mediante un
enlace peptídico. El segundo aa se une
con el primero y pasan al sitio A, estando
el sitio P ocupado por un ARNt sin aa que
se suelta del ARNm quedando libre en el
citoplasma para volver a ser utilizado.
Ahora el ribosoma se ha de desplazar (en
sentido 5’ 3’), al siguiente codon de la
cadena
de
ARNm
(traslocación
ribosomal), pasando el dipéptido del sitio
A al P, dejando por tanto libre el sitio A
para que se pueda unir a un tercer ARNt.
Este proceso se repite una y otra vez y el
ribosoma se va desplazando por la cadena
de ARNm, se van leyendo los codones y
los aas se van uniendo hasta formar una
cadena polipeptídica.
 Terminación: el final de la síntesis viene
determinada por uno de los tres codones
de terminación (o tripletes sin sentido.): UAA, UAG, UGA, que hay en el ARNm.
Cuando el ribosoma llega a uno de estos tripletes al no existir ARNt con anticodones que
se acoplen a ellos, ningún ARNt llegará al sitio A y se terminará la traducción: la cadena
peptídica se suelta del último ARNt y queda libre en el citosol, el último ARNt se separa
del ribosoma y las dos subunidades del ribosoma se sueltan del ARNm.
En realidad, muchos ribosomas van leyendo una y otra vez el ARNm, formando los
llamados polirribosomas o polisomas, con lo que se sintetizan numerosas cadenas
proteicas a la vez.
 Formación de las proteínas: a medida que se van sintetizando la cadena polipeptídica,
va adoptando la estructura secundaria y terciaria. Otras en cambio, nada más ser
sintetizadas ya son activas, sin embargo, generalmente otras necesitan eliminar algunos
aas para serlo ( se suele separar el aa
iniciador o meteonina).
Así, obtenemos una cadena peptídica
cuyo orden de aas es consecuencia del
orden de tripletes del ARNm y éste, a su
vez, es consecuencia del orden de
tripletes del ADN.