GTP_T11. Ácidos nucleicos \(3ªy4ªParte_Transcripción y traducción

Ácidos nucleicos
3ª y 4ª Parte: Transcripción y traducción I & II
Tema 11 de Biología NS
Diploma BI
Curso 2011-2013
Ácidos nucleicos 1/33
Expresión de la información genética
Ya se ha visto cómo la información genética se conserva y pasa de una
célula a su descendencia.
Los genes de ADN tienen escasa acción directa sobre el funcionamiento del
organismo, son las proteínas las moléculas responsables de la actividad
biológica y las que confieren a cada organismo sus peculiaridades.
Por tanto, debe existir algún
mecanismo que haga posible
que los genes expresen su
información para que se
formen la proteínas.
El flujo de la información
genética fluye del ADN al
ARNm
(transcripción)
y
desde éste a las proteínas
(traducción).
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Proceso de transcripción
Concepto: Proceso que consiste en copiar una parte del mensaje genético
desde su forma original (ADN) a otra (ARN) que se pueda utilizar directamente
para la síntesis de proteínas específicas.
En este proceso se forma una
cadena
de
ARN
cuya
secuencia
de
bases
nitrogenadas es la misma que
la de una de las hebras de la
doble
hélice
de
ADN
(cambiando la T por U),
denominada cadena sentido
(codificante) y que no se
transcribe. La otra cadena de
ADN se denomina cadena
antisentido (molde) y es la
que se transcribe.
Cadena sentido
Cadena antisentido
(molde)
La enzima que cataliza el
proceso de transcripción se
denomina ARN polimerasa.
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ARN polimerasa
La ARN polimerasa presenta las siguientes características:
- Se fija a regiones específicas del ADN (promotores) que ni se transcriben ni
se traducen, pero que indican el punto de comienzo de la trancripción.
- Utiliza como sustratos ribonucleótidos trifosfato.
- Une ribonucleótidos monofosfato
mediante enlace fosfodiester,
siempre en sentido 5’-3’ (el
extremo 5’ del ribonucleótido libre
se une al extremo 3’ de la molécula
de ARN que ya ha sido sintetizada).
- Utiliza una de las cadenas de
ADN, la antisentido, como molde.
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Transcripción en procariotas
Existe una única ARN polimerasa que
fabrica los tres tipos de ARN (mensajero,
ribosómico y transferente).
Está formada por dos subunidades alfa,
una beta y una beta’.
Para reconocer la secuencia
promotora, donde se fija y
comienza la transcripción, se une
al factor sigma, que le provoca
un cambio de conformación capaz
de reconocer estas secuencias
promotoras.
El promotor se encuentra en la
cadena sentido e indica dónde
debe comenzar la transcripción y
qué hebra actúa como molde.
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Transcripción en procariotas
La transcripción finaliza cuando la ARN polimerasa
llega a una zona del ADN (señal de terminación)
donde se une al factor rho.
El ARNm producido se utiliza directamente para la
síntesis de proteínas. De hecho, la traducción
comienza antes de que acabe la transcripción.
Los ARNr y ARNt sufren un proceso de maduración
para ser funcionales.
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Esquema general de la transcripción
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Video1
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Transcripción en eucariotas
Es más complejo el proceso e
intervienen
diversos
factores
proteicos. Además, existen tres
ARN
polimerasas,
cada
una
formada por varias subunidades:
- ARN polimerasa I: Se encuentra
en el nucleolo y transcribe los genes
que originan 3 de los 4 ARNr.
- ARN polimerasa II: Se encuentra
en el nucleoplasma y transcribe los
genes que originan los ARNm.
ARN
polimerasa
III:
Se
encuentra en el nucleoplasma y
transcribe los genes que originan el
cuarto de los ARNr.
Las secuencias promotoras, ricas en A y T (cajas TATA), indican el lugar de
comienzo de la transcripción en la cadena sentido, y al igual que en
procariotas, se necesitan una serie de factores basales de la transcripción.
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Transcripción en eucariotas
Al ARNm que se está transcribiendo, se le añade en el extremo 5’ un
capuchón de metil guanosina trifosfato, que sirve para evitar la
inmediata degradación del ARNm por las nucleasas del núcleo, y además
es reconocida por los ribosomas como lugar de inicio de la traducción.
Cuando
ha
terminado
la
transcripción, se le añade en el
extremo
3’
unos
200
nucleótidos de adenina (cola
poli-A), cuya función es la de
intervenir en el proceso de
maduración y transporte del
ARNm fuera del núcleo.
En eucariotas es necesaria la
maduración de los tres tipos
de ARN.
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Maduración del ARNm en eucariotas
El ARN eucariotico precisa de la eliminación de intrones para formar el
ARNm maduro. El ARNm recien sintetizado (transcrito primario) no es
funcional, al contener intrones intercalados entre los exones.
El
proceso
de
maduración (splicing)
consiste
en
la
eliminación de intrones
por
las
enzimas
ribonucleoproteínas
pequeñas nucleares
(RNPpn) y la unión de
los exones por las
enzimas ARN ligasas.
Animación2
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Maduración del ARNm en eucariotas
No siempre se une cada exón con su exón anterior en la secuencia, sino que
en ocasiones, se pueden dar mecanismos distintos de corte y empalme a
partir de un mismo ARNm transcrito primario, lo que origina cadenas de ARNm
con secuencias distintas.
Esto significa que un mismo gen eucariota que contienen varios exones
puede dar lugar a proteínas diferentes según el orden en el que se unan
los exones durante la maduración.
En el pasado se supuso que un gen siempre codificaba un mismo polipéptido,
aunque con el tiempo se han descubierto muchas excepciones, provocando un
cambio de paradigma (TdC).
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Esquema general de la transcripción en eucariotas
Animación3
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El código genético
Concepto: Relación existente entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la
secuencia de aminoácidos que constituye una proteína.
El código genético es la clave que permite la traducción del mensaje genético
a su forma funcional, las proteínas.
Como sólo hay 4 bases nitrogenadas, mientras que hay 20 aminoácidos, ¿cuál
es la correspondencia entre ambos?
1 base = 1 Aa, entonces sólo se producen 4 Aa distintos
2 bases = 1 Aa, entonces 42 = 16 Aa ditintos
3 bases = 1 Aa, entonces 43 = 64 Aa ditintos (más que suficientes)
Cada triplete de bases en el ARNm que
codifica a un determinado aminoácido
se denomina codón. Cada codón se
aparerá durante la síntesis de proteínas
con tres bases complementarias del
ARNt denominadas anticodón.
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Características del código genético
1. Universal. Es el mismo código para todas las células de todas las especies
(incluso virus). Este hecho, constituye una prueba más a favor del origen de
todos los seres vivos a partir de un ancestro común. Se han descubierto
algunas excepciones en mitocondrias, algunos protistas ciliados y
micoplasmas.
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Características del código genético
2. Degenerado. No existe el mismo número de codones (64 tripletes posibles)
que de aminoácidos (20 posibles). Esto significa que salvo la metionina y el
triptófano, codificados por un sólo triplete, el resto de Aa está codificado por
más de uno.
-Aa con 2 ó más posibles
tripletes, sólo difieren en
la última letra.
- Esto reduce 1/3 el
efecto
de
posibles
mutaciones, ya que sólo
si ocurre en las dos
primeras bases tendrá
efecto.
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Características del código genético
3. Carece de solapamiento. Los codones se disponen de manera lineal y
continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas.
4. No hay ambigüedad. Ningún triplete codifica para más de un aminoácido, es
decir, cada codón solo codifica para un aminoácido.
5. Inicio y fin de mensaje. El triplete AUG (metionina) indica el comienzo de la
traducción, mientras que 3 posibles triplestes (UAA, UAG, y UGA) indican su final.
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Traducción
Consta de 4 etapas: inicio, elongación, translocación y terminación.
Animación4
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Traducción en procariotas: Papel del ARNt
La composición de un Aa y la de un codón de ARNm no tienen ningún parecido.
Se necesita por tanto una molécula que por un lado lleve el Aa al ribosoma, y
que por otro lado, reconozca a los codones del ARNm, es decir, moléculas que
“hablen” los dos idiomas.
Los ARNt llevan al Aa en su brazo aceptor
de Aa y, en el otro lado, en su brazo
anticodón,
llevan
las
tres
bases
complementarias al codón del ARNm.
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Traducción en procariotas: Estructura del ribosoma
La composición de los ribosomas consta de proteínas y ARNr, y su estructura
de dos subunidades, una mayor y otra menor.
80S
70S
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Traducción en procariotas: Estructura del ribosoma
Los ribosomas poseen tres sitios de unión al ARNt en su subunidad
mayor: El sitio aminoacil (A), donde se forman los enlaces peptídicos
durante la traducción, el sitio peptidil (P) donde se va colocando el ARNt que
lleva al péptido en formación, y el sitio de salida (E) de los ARNt.
Los ribosomas presentan un
sitio de unión al ARNm en
su subunidad menor.
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Traducción en procariotas: Activación de aminoácidos
Antes de que se inicie la síntesis de las proteínas, es necesario que los distintos
Aa que van a ser unidos se activen. Esta fase ocurre en el citoplasma, fuera
del ribosoma.
Cada Aa se une a su ARNt por acción de las enzimas aminoacil-ARNtsintetasas. El proceso ocurre en dos pasos:
1. Formación del complejo Aa-AMP, con gasto de 1 molécula de ATP:
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Traducción en procariotas: Activación de aminoácidos
2. Transferencia del Aa a su ARNt correspondiente (se une por su grupo
carboxilo al extremo 3’ del ARNt).
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Traducción en procariotas: Iniciación
1. Unión del ARNm por su extremo 5’ a la subunidad menor del
ribosoma, gracias a un factor proteico de iniciación IF3.
2. Unión del primer
aminoacil-ARNt por la
formación de puentes de
hidrógeno entre las bases
complementarias
del
anticodón del ARNt y las
del codón del ARNm.
El
primer
codón
(de
iniciación) es siempre 5’
AUG 3’, por lo que el Aa
que lleva el primer ARNt
es formil metionina.
En la unión entre el ARNt y
el ARNm interviene otro
factor de iniciación IF2.
3. Por último, se produce el acoplamiento de la
subunidad mayor del ribosoma, para lo que se
necesita otro factor de iniciación IF1.
El proceso de iniciación requiere energía, que
se obtiene por la hidrólisis del GTP.
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Traducción en procariotas: Elongación
En esta etapa la cadena polipeptídica se sintetiza por la unión de los sucesivos
Aa que se van situando en el ribosoma, transportandos por los
correspondientesd ARNt. Para ello es necesario el desplazamiento del ribosoma
a lo largo de la cadena del ARNm.
1. Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A. En esta etapa se gasta otro GTP
y se necesitan dos factores de elongación EF.
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Traducción en procariotas: Elongación
2. Formación del enlace peptídico. Se produce la unión entre los dos Aa
por acción de la peptidil transferasa, localizada en la subunidad mayor del
ribosoma. Queda libre el ARNt del primer Aa, que se libera del ribosoma.
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Traducción en procariotas: Translocación
Translocación del dipéptido al sitio P. El ribosoma se desplaza sobre el
ARNm en sentido 5’-3’, con lo que el segundo codón, con el ARNt fijado a él,
pasa al sitio P, quedando libre el sitio A, que es ocupado por el tercer codón
del ARNm.
Sobre este condón se fija un nuevo
aminoacil ARNt, con la participación de
otro factor de elongación EF. En la
fijación de cada nuevo ARNt, se utiliza
la energía aportada por el GTP.
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Traducción en procariotas: Terminación
Existen 3 codones de fin de mensaje o de terminación (UAA, UAG y UGA) en
el ARNm para los que no hay ARNt con los correspondientes anticocodones.
Cuando uno de ellos llega al sitio
A del ribosoma, los llamados
factores de liberación hacen
que el enzima peptidil transferasa
libere el péptido del ARNt al que
está unido, al hacer que reaccione
el grupo carboxilo del último Aa
con agua, con gasto de otro GTP.
Animación5
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Traducción en procariotas: Terminación
La cadena proteica a medida que se va sintetizando (1400 Aa/minuto), va
adquiriendo su estructura secundaria y terciaria característica.
Las cadenas de ARNm suelen ser leídas por más de un ribosoma
simultáneamente (polirribosomas o polisomas), con lo que se forman
muchas proteínas a la vez.
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Esquema general de la traducción en procariotas
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Traducción en eucariotas
Respecto a lo explicado en procariotas, se observan las siguientes diferencias:
1. La transcripción del ADN a ARNm ocurre en el núcleo, así como la maduración
del ARNm transcrito primario hasta dar el ARNm maduro. La traducción ocurre
en el citoplasma.
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Traducción en eucariotas
2. Los ARNm son más estables que los de procariotas, tienen una mayor vida
media. Además son monocistrónicos, es decir, cada molécula de ARN
produce un péptido, mientras que los de procariotas suelen ser
policistrónicos, donde a partir de una misma molécula de ARN se sintetizan
varios péptidos.
3. El ARNm eucariota tiene en su inicio 5’ un capuchón de metilguanina
trifosfato, para ser identificado por la subunidad pequeña del ribosoma.
4. Los ribosomas son 80S.
5. El primer ARNt no lleva formil metionina, sino metionina, y se une antes a la
subunidad pequeña del ribosoma que al ARNm.
6. Los factores de iniciación y elongación son distintos.
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Traducción en eucariotas
Los ribosomas libres
sintetizan
proteínas
principalmente para su
uso en el interior de la
célula.
Los ribosomas ligados en el RE sintetizan
proteínas fundamentalmente para su
secreción o para los lisosomas.
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Transcripción
Exámenes PAU Andalucía.
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