Tema 3

Tema 3
Expresión del material hereditario.
Del ADN a la proteína.
El Código Genético
ALFREDO DE BUSTOS RODRÍGUEZ
1
Diámetro
Surco
menor
Vuelta
completa 34Å
Esqueleto
azúcar-fosfato
Surco
mayor
Par de bases
nitrogenadas
2
Eje
central
George Beadle
Edward Tatum
Los resultados obtenidos en el hongo Neurospora
permitieron a Beadle y Tatum enunciar la hipótesis
de un gen : una enzima.
Neurospora es capaz de crecer en un medio mínimo compuesto por:
-. Sales inorgánicas
-. Nitrógeno
-. Fuente de Carbono
-. Biotina (Vitamina)
3
Hay crecimiento en ambos medios
Rayos X
No se ha inducido ninguna
mutación nutricional
Experimentos de Beadle y
Tatum (1940)
No hay crecimiento en el
medio mínimo
Esporas del Hongo
Se ha inducido una
mutación nutricional
Esporas normales
Esporas mutadas
(ADN
modificado)
Medio completo
Medio mínimo
Hay crecimiento solo si se
proporciona un suplemento de
aminoácidos
Medio
completo
Medio
mínimo
Mínimo
Mínimo
Vitaminas
bases
El mutante inducido no puede
sintetizar un aminoácido
Mínimo
aminoácidos
Las células mutantes crecen
solo cuando se añade tirosina
La mutación afecta a la síntesis
de tirosina (tyr-)
Medio
completo
Medio
mínimo
Mínimo Mínimo Mínimo
leucina
alanina
tirosina
Mínimo
fenilalanina
4
Gen
ADN
Cadena molde de ADN
Transcripción
Expresión
génica
ARNm
Tripletes
Traducción en los ribosomas
Proteína
Aminoácidos
5
Evidencias previas de que el ARN actúa como intermediario
1. El ADN está mayoritariamente asociado a los
cromosomas en el núcleo de la célula, mientras que la
síntesis de proteínas se produce en el citoplasma.
2. El ARN se sintetiza en el núcleo y es químicamente
parecido al ADN.
3. Una vez sintetizado, el ARN migra hacia el citoplasma
4. Normalmente, la cantidad de ARN presente en una célula
es proporcional a la cantidad de proteínas presentes en
dicha célula.
6
Maquinaria enzimática de la transcripción
Región del ADN que
se transcribe = GEN
GEN
ADN
Cadena no
molde
ARN
Síntesis de ADN (ADN Polimerasa)
ARN Polimerasa I
ADN
ARN
Cadena molde
Síntesis discontinua
Síntesis continua
Fragmentos de Okazaki
Cadena
retrasada
7
Cadena líder o adelantada
5’
3’
ARN
3’
5’
ARN
POLIMERASA
ADN
MOLDE
Enlace
fosfodiester
3’ Dirección de
crecimiento
de la cadena
H2C
GEN
H
H
OH
OH
3’
rNTP
ADN
MOLDE
5’
5’
La ARN polimerasa sintetiza una nueva cadena de ARN sin la
necesidad de que exista un cebador.
8
5’
5’
ARN
ARN
3’
ADN
MOLDE
3’
Enlace
fosfodiester
Enlace
fosfodiester
3’
ADN
MOLDE
Dirección de
crecimiento
de la cadena
5’
3’Dirección de
crecimiento
de la cadena
H2C
H
H
OH OH
3’
rNTP
5’
5’
Durante la transcripción, los ribonucleótidos se unen mediante
enlaces fosfodiester y la cadena crece en dirección 5’- 3’ siguiendo el
molde de la cadena de ADN.
9
5’
5’
ARN
ARN
3’
ADN
MOLDE
Enlace
fosfodiester
Enlace
fosfodiester
3’
3’
Enlace
fosfodiester
Enlace
fosfodiester
Dirección de
crecimiento de
la cadena
5’
ADN
MOLDE
3’
Dirección de
crecimiento
de la cadena
5’
El proceso continua añadiendo nucleótidos complementarios al ADN
molde.
10
(a) Componentes de la transcripción
Mecanismo y fases de la
transcripción (procariotas)
Ribonucleótidos
trifosfato (rNTP)
ARN polimerasa
Gen
Subunidad
sigma (σ)
ADN
Punto de inicio de
la transcripción
(b) Unión al molde e inicio de la transcripción
Cadena
acompañante
Cadena
acompañante
Heteroduplex
Primer
nucleótido
Cadena
molde
Inserción de
ribonucleótido
Cadena
molde
ARN naciente
Ribonucleótidos
trifosfato (rNTP)
inicio de la transcripción
(c) Elongación de la cadena
Cadena
acompañante
Disociación de σ
Cadena
molde
Cadena de
ARN
Ribonucleótidos
trifosfato (rNTP)
Transcrito de ARN
11
Diferencias entre la transcripción de procariotas y eucariotas
1.- En eucariotas la transcripción se produce dentro del núcleo y
participan tres tipos de ARN polimerasas.
2.- En eucariotas, el primer paso consiste en la descompactación
de la cromatina para que el ADN sea accesible a la enzima.
3.- En eucariotas, el control de la transcripción es mucho mayor,
existiendo gran cantidad de elementos además de los
promotores que pueden regular la expresión.
4.- El ARNm de eucariotas tiene que ser procesado eliminando
algunas partes antes de transportar la información a los
ribosomas, a lo que se denomina maduración del ARNm.
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Cromosoma metafásico
Núcleo del nucleosoma
1400 nm
Cromátida
(700 nm de
diámetro)
Fibra de cromatina
(300 nm de diámetro)
Dominios enrollados
Histona H1
Solenoide
(30 nm de diámetro)
ADN espaciador
Histonas
Octámero de histonas
+ 147 pares de bases de ADN
ADN
(2 nm de diámetro)
Nucleosomas
(disco plano de 6 nm x 11 nm)
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GEN
ADN
Transcripción
Exón
Intrón
Exón
Intrón
5’
Exón
1.- Adición de una caperuza de 7-metil –
guanosina (7mG) al extremo 5’ del ARNm para la
protección del ARN frente a la acción de
nucleasas. También es necesaria para que el
ARNm atraviese la membrana nuclear y pueda
ser transportado al citoplasma.
3’
Pre-ARNm
Adición de la caperuza 5’
5’
3’
Corte 3’
3’
Adición de la cola
de poli-A
2.- A continuación se añaden al extremo 3’ una
serie de residuos de ac. adenílico creando una
cola de poli-A. Para ello se produce un corte en
una zona cercana al extremo 3’ y a continuación
se añaden las adeninas. Esta cola de poli-A sirve
también para proteger al ARNm de la
degradación por enzimas.
3’
Inicio de la reacción
de corte y empalme
Eliminación de los
intrones; unión de
los exones
Intrón
Intrón
ARNm maduro
3.- En los genes eucariotas hay porciones
intercaladas en el ADN que no son necesarias
para que se formen las proteínas, a estas
regiones se las denomina intrones. A las partes
del gen que si portan la información para que se
sinteticen las proteínas se las denomina exones.
El siguiente paso en la maduración del pre-ARNm
es la eliminación de los intrones mediante
un
14
proceso que se denomina de corte y empalme.
Gen
El código genético
ADN
Cadena molde de ADN
Transcripción
ARNm
Tripletes
Traducción en los ribosomas
Proteína
Aminoácidos
15
El código genético presenta
características generales:
una
serie
de
Gen
1. El código genético está escrito de
manera lineal utilizando como letras
las bases ribonucleotídicas que
componen las moléculas de ARNm.
ADN
ARNm
Secuencia de bases
ARNm
2. Cada “palabra” del ARNm contiene
tres letras ribonucleotídicas que se
denominan codones. Cada grupo de
tres ribonucleótidos o codón especifica
un aminoácido.
Codones
Proteína
Met
Val
Leu
Ser
ARNm
3. El código no tiene ambigüedades.
Codón
XXX
Proteína
Met
Val
Leu
Ser
16
4. El código es degenerado.
ARNm
Codones
Proteína
Ser
5. El código contiene señales de
inicio y de fin.
Ser
Ribosoma
ARNm
Ser
Inicio de la traducción
AUG
UAA
Señal de inicio
Señal de fin
Transcripción
Cadena
polipeptídica
ARNm
Ser
Fin de la
traducción
UAA
AUG
Señal de fin
Met
6. El código no utiliza ninguna
puntuación interna.
Inicio
Val
Leu
Ser Tre
Trp
Ser
Fin
ARNm
17
7. El código no es solapado.
Secuencia de nucleótidos A U A C G A G U C
Código no solapado
AUACGAGUC
Ile
Código solapado
Arg Val
AUACGAGUC
Ile
UAC
Tir
ACG
Thr
8. El código genético es universal.
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Tercera posición (extremo 3’)
Segunda posición
Iniciación
Terminación
19
Traducción
Es el proceso por el cual se sintetiza una proteína de
acuerdo a la secuencia de bases del ARNm
transcrito a partir del gen que codifica dicha proteína.
Este proceso se produce en unos orgánulos
denominados
ribosomas
localizados
en
el
citoplasma.
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Componentes necesarios para que se produzca la
traducción: el ARNm, los ribosomas y los diferentes
aminoácidos transportados por los ARNt (de transferencia)
Subunidad pequeña
AUGGUGUUGAGC
Codón
Sitio P
ARNm
Sitio A
A U G G UG U UG A G C
UAC
Ribosoma
Anticodón
Anticodón
UAC
Sitio de
salida
aminoácido
ARNt
Subunidad grande
Unión de los componentes
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MECANISMO Y FASES DE LA TRADUCCIÓN
1º INICIACIÓN
El ARNm se une a la
subunidad pequeña
Met
El ARNt se une al codón
del ARNm
La subunidad grande
se une al complejo. Él
2º ARNt se une al 2º
codón del ARNm
22
Phe
2º ELONGACIÓN
Enlace peptídico entre los
dos primeros aminoácidos
Se forma el enlace peptídico y el 1er ARNt se desplaza y sale del
ribosoma. El ARNm se desplaza a la izquierda de manera que hay
un nuevo codón expuesto para la unión a su correspondiente ARNt
El 2º ARNt ha entrado en el sitio A
Se completa el primer paso de elongación y el
tercer ARNt está listo para entrar en el ribosoma
El tercer ARNt cargado ha entrado en el ribosoma
y empieza el segundo paso de elongación
Muchos pasos de elongación
Se sintetiza la cadena
polipeptídica, que sale del
ribosoma.
Se forma un tripéptido completándose el segundo paso de la elongación.
El ARNt sin carga se desplaza a la izquierda para salir del ribosoma.
23
3º TERMINACIÓN
http://youtu.be/fC_h0zWM1us
Se libera el ARNt y la
cadena polipeptídica
Los componentes se separan y el
polipéptido se pliega en la proteína
24