genetica 2007

CATEDRA DE BIOQUIMICA
FACULTAD DE MEDICINA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
GUIA DE ACTUALIZACION DOCENTE
CONCEPTOS DE GENETICA
AÑO 2007
Autores
Dr. Gustavo Agolti . Profesor Adjunto por Concurso.
Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE
Dr. Alexis Codutti. Jefe de Trabajos Prácticos
Adscripto .Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE
Sr. Felix Miguel Viglione. Ayudante alumno rentado
por concurso.Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Sr. Emiliano Lucas Gracilazo. Ayudante Alumno
Adscripto .Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Sr. Sebastián Alfredo Golemba. Ayudante Alumno
Adscripto .Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE
Sr. Francisco Ferreira. Ayudante alumno adscripto
Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE
Dra. Nora C. Brandan. Jefa de Cátedra por concurso.
Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE
1
INDICE
B
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 47
E
ESTRUCTURA DEL ADN ...................................................................................................................... 4
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTA ........................................................................................... 20
F
FUNCION BIOLOGICA DEL ADN. .................................................................................................... 13
G
GENETICA MITOCONDRIAL. ........................................................................................................... 43
I
INTRODUCCION .................................................................................................................................... 3
N
NOCIONES ACTUALES DE GENÉTICA .......................................................................................... 40
R
REPLICACION DEL ADN ................................................................................................................... 14
T
TRADUCCION DEL DNA. SINTESIS PROTEICA. PROCESO POST-TRADUCCIONAL ......... 33
TRANSCRIPCION ................................................................................................................................. 21
2
INTRODUCCION
Todas las formas de vida, desde los virus hasta las plantas y los animales superiores, transmiten sus
caracteres a las siguientes generaciones a través del DNA (excepcionalmente RNA)
La funcionalidad génica esta regida por la dirección de la información genética que fluye desde el
ADN hacia el ARN, y a su vez desde éste hacia la síntesis de cadenas peptídicas que en su gran mayoría
conforman las proteínas con sus correspondientes estructuras terciarias o cuaternarias. Este flujo de la
información génica es lo que se conoce como “dogma central de la genética”.
Hoy, La idea del “dogma” puede no del todo ser correcta, ya que se ha descubierto que ciertos tipos
de virus pueden originar su material genético constituido por ADN sintetizándolo a partir de moléculas
de ARN con la colaboración de enzimas denominadas transcriptasas reversas, invirtiéndose el flujo de
la información que originalmente se había propuesto en el dogma.
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Transcripcion/Transcripcion.htm#elongación
3
ESTRUCTURA DEL ADN
GENERALIDADES
El ADN es una macromolécula generada por medio de la polimerización de desoxirribonucleótidos.
La información contenida en dicho ADN para la síntesis proteica, es determinante de las funciones
esenciales que se llevan a cabo en la célula (Diferenciación, Crecimiento, Reproducción, Muerte).
El ADN es el medio o estructura
que contiene y por el cual se transmite la información genética
(herencia).
CONSTITUCIÓN DEL ADN. COMPONENTES
Es un polímero lineal formado por subunidades repetitivas de nucleótidos que contienen un azúcar (2'
desoxi D ribosa), un grupo fosfato y una de cuatro bases nitrogenadas heterocíclicas (dos bases púricas:
Adenina, Guanina; y dos pirimídicas: Citosina, Timina).
Cada base está unida al carbono 1' de la 2' desoxi D ribosa mediante un enlace ß-N-glucosídico
(conformando así un nucleósido) y a su vez el fosfato podía unirse al carbono 3' o al carbono 5' del
azúcar (constituyendo así un nucleósido fosforilado o nucleótido).
A su vez los nucleótidos se unen por enlaces covalentes fosfodiéster entre el grupo OH de un
nucleótido y el fosfato de otro entre los carbonos 5' y 3' de residuos de azúcar adyacentes (enlaces
fosfodiéster 5'-3') y estas uniones sucesivas generan las cadenas polinucleotídicas.
Todos los nucleótidos en esa cadena son unidireccionales y la dirección de avance es 5'-> 3'(tienen
una orientación relativa de modo que si el primer nucleótido del carbono 5' está por encima del anillo de
la pentosa y el carbono 3' por debajo, la posición del carbono 5' se mantiene en los restantes).
Los extremos de las cadenas se denominan 5' y 3' denotando la dirección de las cadenas.
El contenido de bases nucleotídicas es equimolecular, es decir que la cantidad de dAdenina y dTimina
son equivalentes; como así también las de dCitosina y dGuanina. Pero el número de dAdenina+dTimina y
dGuanina+dCitosina, no son iguales entre si, conformando asi la Ley de Chargaff.
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El DNA es una doble hélice, en ella cada una de sus hebras se enrolla alrededor de un eje central
generalmente en forma de hélice dextrógira. Los dos esqueletos de fosfato y azúcar se exponen al medio
acuoso (por su capacidad hidrofílica),rodeando a las bases, dejándolas hacia el interior de la molécula
(por ser estas ultimas hidrofóbicas). A su vez los enlaces fosfodiéster avanzan en dirección opuesta en las
dos hélices (cadenas antiparalelas).
Cada Adenina está unida a una Timina de la otra cadena mediante puentes de hidrógeno, al igual que
cada Citosina a una Guanina (dos y tres enlaces respectivamente). Los átomos de hidrógeno pueden
desplazarse de un átomo de nitrógeno a oxígeno (tautomerización) interconvirtiendo las posiciones de los
dadores y los aceptores de enlaces de hidrógeno en los apareamientos de las bases; en condiciones
fisiológicas normales los equilibrios de tautomerización están desplazados hacia la forma ceto y amino, es
decir, los átomos de nitrógeno unidos a los anillos de purina de la Adenina y pirimidina de la Citosina se
encuentran en forma de C-NH2 más que en forma de imino (C=NH). De la misma manera los átomos de
oxígeno del carbono 6 de la Guanina y del carbono 4 de Timina suelen encontrarse en forma ceto (C=O) y
en forma enólica (C-OH). Esto determina el ordenamiento de protones y por ende el patrón de enlaces en
el DNA.
Por el contrario, Adenina no puede aparearse con la Citosina, ni Guanina con Timina porque
habría dos enlaces de hidrógeno en uno de los puentes de unión, y ninguno en el otro. A-T y C-G
siempre se aparean entre sí determinando una complementariedad de bases (por lo que la
secuencia de una cadena determina la secuencia de la otra); esta complementariedad sienta las
bases del proceso de replicación del DNA ya que de la lectura de una cadena simple, surge la
síntesis de otra complementaria.
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http://www.biotech.bioetica.org/clase1-12.htm
CONFORMACION DEL DNA: ESTRUCTURA PROPIAMENTE DICHA:
La estructura
del ADN esta íntimamente ligada a la composición de bases, y
por efecto de
condiciones físico-químicas diferentes, puede sufrir variaciones en dicha estructura que determina la
unión de ciertas proteínas que juegan un importante papel en la expresión de su información(expresión
genética del ADN)
Esta conformación estructural del ADN pudo conocerse mediante estudios utilizando difracción con
rayos X., observándose que:
A)La variante estructural mas común es la conocida como ß-DNA , la cual se caracteriza porque:
1.
La hélice completa una vuelta cada 10,4 pares de bases.
2.
Una vuelta cubre una distancia de 3,4 nm (nanómetros), por lo tanto cada par de bases
incrementa la vuelta en 0,33 nm.
3.
Los nucleótidos adyacentes en cada cadena están desfasados en 34,6º uno con respecto al
otro.
4.
El diámetro de la doble hélice es de 2,37 nm.
B)Cuando se secan los cristales o disminuye el contenido de sales de la molécula del ß-DNA se
transforma en una molécula corta y gruesa conocida como A-DNA el cual a diferencia del ß en el que los
pares de bases se encuentran apilados paralelamente, las bases se encuentran desplegadas hacia la saliente
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mayor de cada par de bases, El surco mayor se hace más estrecho y profundo y el menor más superficial y
ancho.
.La vuelta de hélice disminuye a 2,46 nm y por ende, el número de pares de bases por vuelta aumenta
a 11 aproximadamente (en condiciones fisiológicas no se lo encuentra).
C) En presencia de aumento de la concentración de cationes el DNA adopta la forma de Z-DNA
debido a que:
1. los nucleótidos C-G alternantes en el enlace glucosídico de G la posición es en cis y en C
el enlace glucosídico es anti, recorriendo entonces la cadena un zig-zag entre Guanina cis y
Citosina anti (Z-DNA de zig-zag).
2. Esta forma de ADN presenta 12 pares de bases por vuelta del DNA, que a su vez es de
4,56 nm; el diámetro es de 1,84 nm.
3. el surco mayor pasa a ser una superficie convexa y no un surco propiamente dicho, y el
surco menor es una hendidura profunda.
En las células la mayor parte del DNA se encuentra en la forma ß, aunque las regiones ricas en
pares de bases C-G pueden adoptar la conformación Z.
http://www.biotech.bioetica.org/clase1-12.htm
7
ESTABILIDAD DEL DNA:
Las fuerzas que estabilizan las estructuras complejas celulares como el ADN
son siempre las
mismas, siendo lo suficientemente fuertes como para mantener la integridad estructural, pero lo
suficientemente débiles como para permitir la flexibilidad.de toda la molécula.
Pueden distinguirse cuatro fuerzas principales que atribuyen la estabilidad del DNA:
1)- Los enlaces hidrofóbicos: estabilizan los apareamientos de bases.
2)- Las bases apiladas determinan contactos o fuerzas de Van der Waals y éstas, si bien resultan
débiles individualmente, son aditivas, de forma que en una molécula que contenga de 104 pares de bases
(pb) o más suponen una importante fuerza de estabilidad.
3)- Entre los pares de bases se establecen uniones por puente de hidrógeno, el par C-G (tres puentes
de H) es más estable que el A-T (2 puentes de H) por tener un enlace más de hidrógeno.
4)- El esqueleto del DNA presenta una gran carga negativa debido a que sus enlaces fosfodiéster
tienen un carácter ácido a pH 7 (cercano a los valores de los líquidos corporales)y se produciría una
repulsión electrostática desestabilizadora de cadena si no interaccionara
con cationes del medio,
uniéndose a cationes celulares como el Mg++(estabilizador de la doble hélice ). neutralizándose asi la
carga de la molécula
CONFORMACION DEL
COMPACTACIÖN.
ADN
EN
EL
NUCLEO.
NIVELES
DE
Debido a la extensión del contenido genético (puede alcanzar los 2 metros de longitud en cada
celula), la necesidad de mecanismos de compactacion se hace mas que evidente teniendo en cuenta las
comparativamente reducidas dimensiones celulares.
Esta reduccion de tamaño del material genetico se logra por la asociación y el enrollamiento del ADN
con un grupo de proteínas (Histonas y otras proteinas ). El resultado de esta asociación de proteinas
histonicas y no histónicas junto al Acido Desoxirribonucleico se denomina cromatina.
Definición:”Cromatina es el complejo de DNA y proteína en el núcleo de la célula en interfase.”
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Hay dos tipos de proteínas que están formando un complejo con el DNA en el núcleo. Las proteínas
histonas son abundantes que tienen un rol estructural para compactar el DNA en nucleosomas. Están
presentes en un número de cincuenta millones de copias por célula y la masa total de histonas es casi la
misma que la del total del DNA. Las proteínas no histónicas son el segundo tipo de proteínas de la
cromatina. Este grupo comprende otras proteínas estructurales menos abundantes, como las proteínas de
unión a secuencias específicas del DNA , y RNA polimerasas.
La cromatina inactiva para la transcripción está empaquetada más densamente durante la interfase
celular (con microscopía electrónica) y se la conoce como "heterocromatina". La croma-tina activa para
la transcripción se tiñe con menor densidad y se la conoce como "eucromatina" (generalmente la
eucromatina se replica antes en el ciclo celular de los mamíferos que la heterocromatina).
A su vez hay dos tipos de heterocromatina:
Constitutiva: siempre está condensada y por lo tanto, inactiva. Se encuentra en regiones cercanas
al centrómero y telómeros.
Facultativa: en ocasiones está condensada, pero otras veces es transcripta activamente
apareciendo entonces como eucromatina. El DNA asociado a las histonas y proteinas no histónicas
(cromatina) se compacta progresivamente hasta organizarse en cromosomas, que en metafase y en los
mamíferos presentan una simetría doble, con cromátides hermanas conectadas a un centrómero. Estos
cromosomas en metafase son inactivos para la trascripción.Uno de los Cromosomas "X" en las hembras
de los mamíferos es inactivo y heterocromático. Pero en la gametogénesis el cromosoma X se separa y se
vuelve activo para la transcripción durante la embriogénesis temprana, por lo tanto es "heterocromatina
facultativa".
La cromatina es extraordinariamente importante ya que es la forma de empaquetar al DNA dentro del
núcleo de las células eucariotas.
Nucleosomas:
El bloque básico de la construcción y compactación de la cromatina es el nucleosoma Este es un
complejo de DNA y proteínas básicas (histonas) que puede ser de cinco clases (H1 - H2A - H2B - H3 H4) constituyendo prácticamente la misma masa que la del DNA en la misma célula.
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Conformando el nucleosoma límite o “core” del nucleosoma se encuentran alrededor de 146 pares de
bases de DNA envueltas dos veces alrededor de un octámero de cuatro proteínas histonas ( histonas
nucleosomales denominadas H2A, H2B, H3, H4, 2 Copias de cada tipo en cada octámero).La histona H1
se uniría por ultimo abarcando 20 pares de bases mas conformando el Nucleosoma completo con 166 pb.
aproximadamente.
Las histonas son ricas en residuos arginina y lisina( aa básicos) por medio de los cuales se unen
fuertemente a los enlaces fosfodiéster (aa ácidos).
El ensamblaje de los nucleosomas está dado por una proteína fuertemente aniónica, la
nucleoplasmina. Es pentamérica, no se une al DNA ni a la cromatina pero actúa en forma reversible y
estequiométricamente a un octámero de histonas, de tal manera que estas ya no se adhieren en forma no
específica a superficies con carga negativa como las del DNA.
Es así que la nucleoplasmina mantiene en el núcleo un ambiente iónico conducente a la interacción
específica del DNA e histonas.
El nucleosoma ya formado libera la nucleoplasmina de las histonas al parecer los nucleosomas
muestran preferencia por ciertas regiones del DNA, pero la base de esta distribu-ción "no aleatoria"
denominada AJUSTE DE FASE se desconoce.
La cromatina asi compactada en nucleosomas está organizada de acuerdo a un motivo repetitivo que
se produce cada 10nm llamada justamente fibra de 10 nm la cual se encuentra formada por los el ADN
compactado en los nucleosomas y el ADN libre entre ellos. El segmento de ADN no enrollado mas el
enrollado alrededor de las histonas
abarcaria unos 200 pares de bases. La digestión parcial de la
cromatina con nucleasas produce la hidrólisis de aproximada-mente 1/4 de los segmentos de 200 pb y la
liberación de la histona H1. Este DNA sensible a las nucleasas se denomina "espaciador". El fragmento
intacto se denomina nucleosoma límite o partícula central y contiene un DNA de 146 pb y 8 histonas, dos
H2A, H2B, H3, y H4.. las cuales conforman el octámero de histonas.
El empaquetamiento del DNA en nucleosomas para formar la fibra de 10 nm (“rosario en cadena” al
microscopio electrónico) es sólo el primer nivel en la compactación. Puede compactarse aún más en
varios niveles hasta el cromosoma en metafase. Cada nivel de compactación requiere de proteínas no
histónicas diferentes. Por ejemplo puede involucrar a proteínas no histónicas que sólo están presentes en
la metafase.
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El superempaquetamiento de los nucleosomas en la fibra de 10 nm origina el orden de compactación
superior, llamado fibra de 30 nm o solenoide . Dicho proceso llevado a cabo en en el núcleo es en
apariencia dependiente de las histonas H1.. Estas histonas se superponen a la unión de dos nucleosomas y
son las responsables de la estabilidad de las fibras de 30 nm. Por lo tanto dicha fibra se mantiene gracias
a la acción cooperativa de las histonas H1 que están unidas al DNA espaciador Los nucleosomas de
dichas fibras parecen enrollados en una ordenación helicoidal llamada "solenoide".
La cromatina se compacta aun mas, debido a que la fibra de 30 nm forma lazos, de diversa longitud,
los cuales nacen de un cordón proteico constituido de proteinas no histonicas.
Dado que el conjunto de cordones proteicos compone una suerte de andamiaje en los extremos de
cada lazo de ADN asociado al cordon proteico lleva el nombre de SAR (Scaffold Asociated Regions). Se
considera que cada lazo constituye una unidad de replicación y transcripcion de ADN, es decir, un gen.
Los estadios de compactacion superiores de la información genética son poco conocidos.
Cuando una molécula de DNA se empaqueta en forma de nucleosoma y fibra de 10 nm resultante
disminuye su longitud en 7 a 10 veces y luego con la formación de las fibras de 30 nm, su longitud
disminuye en 50 a 70 veces . Pero cuando la cromatina está condensada en los cromosomas antes de la
división celular la longitud del ADN se reduce en 7000 veces aproximadamente .
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El nucleosoma es la unidad fundamental de "empaquetamiento" del ADN eucariótico. El núcleo ("core") del mismo consiste en dos
moléculas de H2A, H2B, H3, y H4; alrededor de las cuales el ADN se enrolla dos veces (1) . La histona 1 esta fuera del núcleo. Este nivel de
empaquetamiento (" packing") se conoce como "cuentas de un collar" ra de 10 Nm (2).El siguiente nivel se conoce como la fibra de 30 nm ,
cuyos detalles de organización no se conocen completamente. Las fibras se condensa a posteriori en dominios en bucle de 300 nm (3). Los
dominios son parte de las secciones condensadas (4) ( 700 nm) de los cromosomas (el cromosoma tiene un ancho de unos 1400 nm en la
metafase) (5).
http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/adntema3.htm#The%20eukaryotic%20chromosome
TIPOS DE ADN:
1.- Altamente repetitivo: representa el 10 al 15% del genoma.
Unidad de repetición 5 a 10 pb.
Las sondas específicas localizan este DNA en regiones centroméricas y paracentroméricas.
NO CODIFICANTE.
2.- Medianamente repetitivo:
Secuencias Alu I: 300 pb repetidos en número de 100.000 copias por genoma haploide. Sitios
sensibles a la digestión por Alu I. Utilizadas para identificar DNA de origen humano. NO
CODIFICANTE.
Secuencias LINE I: sensibles a la digestión Kpn I. 5 a 7 kb de longitud. Aproximadamente 5.000
copias por genoma haploide.
- Genes RNAr 45s.
- Genes RNAr 5s. 70 a 90 copias.
- Genes RNAt. Aproximadamente 1.200 copias.
3.- Secuencia única:
- Genes Clase I: transcriptos por la Ez RNA polimerasa I.
Genes RNAr 45s, localizados en cromosomas acrocéntricos (constricciones secundarias) o
satelitados: Cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22. Organizados en tandem. El conjunto de estos genes
asociados en interfase da origen al nucleolo.
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- Genes Clase II: transcriptos por RNA polimerasa II. Genes que codifican para proteínas y SnRNPs.
Son genes de copia única:
- Solitarios.
- Clusters o agrupaciones (RNAr 45s).
- Familias (familia ß globina, Ó globina).
- Superfamilias (inmunoglobulinas, receptor T).
- Genes domésticos (house keeping genes). Ej. enzimas necesarias para rutas metabólicas presentes en
todas las células.
- Pseudogenes: formando parte de familias génicas. Han perdido la capacidad de expresión
(silenciosos).
- Genes homeóticos o genes que contienen "homeobox". Responsables de la aparición de patrones
complejos de desarrollo.
-Genes Clase III: Transcriptos por RNA polimerasa III.Codifican para los diferentes RNAt y para
RNAr de 5s.
FUNCION BIOLOGICA DEL ADN.
La información genética almacenada en la secuencia de nucleótidos del DNA sirve para dos
propósitos:
1)- Es fuente de información para la síntesis de todas las moléculas de proteínas de la célula.
2)- Provee la información heredada por las células hijas o la progenie.
Ambas funciones requieren que la molécula de DNA sirva como molde en el primer caso para la
TRANSCRIPCION de la información al RNA. Y en el segundo para la REPLICACION
de la
información en las moléculas hijas del DNA.
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El genoma completo contiene suficiente DNA para codificar 1,5 millones de pares de genes, sin
embargo, los humanos tienen solo aproximadamente 100.000 proteínas esenciales. Esto implica que la
mayor parte del DNA no codifica, es decir, su información nunca es traducida pero sirve para regular la
expresión del gen.
REPLICACION DEL ADN
La función primaria de la duplicación o replicación del ADN es la provisión de progenies con la
información genética poseída por el progenitor por lo que debe ser completa, y llevada a cabo con alta
fidelidad para conservar la estabilidad genética dentro del organismo y de las especies.
La replicación o duplicación del ADN posee ciertas caracteristicas a destacar:
1. Es un proceso altamente complejo y ordenado que sigue una polaridad 5' a 3' típica de la
síntesis de todos los procesos génicos , incluyendo la síntesis de RNA y de las proteínas.
2. En las células eucariotas la replicación del DNA comienza en sitios múltiples y avanza
simultáneamente en ambas direcciones (es bidireccional).
3. Es semiconservadora, debido a que luego de la duplicación de una celula, las celulas hijas
poseen una hebra de ADN proveniente de su progenitora.
La replicación del DNA consta de tres pasos:
1)- Iniciación: Los múltiples sitios que sirven como origen de la replicación del DNA eucariótico
están escasamente definidos, sin embargo es evidente que la iniciación es regulada tanto en el espacio
como en el tiempo, ya que las burbujas inician el proceso en forma sincrónica.
Se cree que los dominios funcionales de la cromatina se duplican como unidades intactas, implicando
que los orígenes de replicación están localizados con especificidad respecto a las unidades de
transcripción.
Durante la replicación debe haber una separación de las dos tiras para que cada una sirva como
molde, esta separación es promovida por los factores de iniciación de la replicación que son conjuntos de
proteínas que son capaces de reconocer y asociarse transitoriamente al origen DE INICIO DE
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REPLICACION para facilitar e inducir la apertura, desestabilizando temporariamente esa región.Dichas
regiones de iniciación de la replicación se corresponderian
con secuencias de adn específicas
denominadas secuencias duplicantes autónomas las que serian reconocidas por las proteinas antes
mencionadas actuando como sitio de inicio de la replicación . En la apertura de la molécula de DNA hace
falta una enzima que continúe abriendo al DNA a partir de su punto de origen. Esa molécula es una
enzima que recibe el nombre de helicasa que se adelantan a la horquilla de replicación. Para estabilizar la
burbuja se requieren de moléculas de proteínas que mantienen la estructura de simple tira (proteína SSB
que es un tetrámero). Todo esto forma un complejo proteico denominado "REPLISOMA").
Además de la separación de las cadenas debe existir un desenrrollamiento de la molécula de DNA (un
giro por cada 10 pares de nucleótidos) para permitir la separación de las tiras. La función es
proporcionada por enzimas que introducen mellas en una tira de la doble hélice desenrrollada,
permitiendo por lo tanto que el proceso de desenrrollamiento prosiga, la mella una vez aliviada la tensión
en los extremos de la burbuja de replica-ción es rapidamente reparada o sellada (sin gasto de energía).
Estas enzimas encargadas de tal función son las topoisomerasas que se conocen de dos tipos. La
Topoisomerasa I que mella y sella una única hebra de DNA y la Topoisomerasa II que mella y sella las
dos cadenas a la vez.
La duplicación requiere de un segmento RNA corto que actúa como cebador sintetizado por una
enzima con actividad de RNA polimerasa (primasa) dada por la DNA polimerasa Ó (8 a 10 nucleótidos
de longitud). El grupo 3' OH del monofosfato recientemente agregado es entonces libre de llevar a cabo
un ataque nucleofílico sobre el siguiente trifosfato de desoxiribonucleótido.
La selección del desoxirribonucleótido apropiado depende del apareamiento de bases que dicta la
hebra patrón del DNA, conservándose estos por enlaces de hidrógeno. Estos fragmentos de DNA
agregados a un componente de RNA cebo que se conoce como fragmento de Okazzaki (hebra
discontinua).
2)- Elongación: Una vez sintetizado el primer de RNA por las enzimas con actividad de primasa
(DNA polimerasa alfa), la elongación es efectuada por las DNA polimerasas. En eucariontes se describen
las DNA polimerasas Alfa (Beta

, Gama , Delta ).
La ADN Polimerasa Alfa es un complejo de varias subunidades. Una de las cuales posee actividad
polimerasa propiamente dicha. Sintetiza la hebra discontinua de DNA. También tiene actividad de
primasa, sintetizando RNAc (cebador)
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La ADN Polimerasa Beta parece ser una única cadena polipeptídica de gran peso molecular. Es
menos activa que la anterior. Intervendría en la reparación, sintetizando moléculas de DNA en los
espacios vacíos dejados por los RNA cebos.
La ADN Polimerasa Gama es una polimerasa mitocondrial. Actúa en la duplicación de su genoma
(DNA que existe en forma circular).
La ADN Polimerasa Delta sintetiza la hebra líder o continua de DNA.
Una molécula de DNA Polimerasa Alfa es capaz de polimerizar aproximadamente 100 nucleótidos
por segundo. Una velocidad 10 veces menor que la de las bacterias. Esto puede deberse a la interferencia
producida por los nucleosomas.
Se replica el genoma entero en los mamíferos en nueve horas. Este es período promedio requerido
para la formación de un genoma tetraploide a partir de un diploide.
Esto requiere la presencia de orígenes múltiples de replicación del DNA. (Se verá más adelante).
El fenómeno de elongación en eucariontes no es simétrico entre los dos filamentos modelos. La
progresión de la horquilla de replicación (o burbuja) se hace en sentido 3' -- 5'(la lectura, la síntesis es en
sentido 5- 3) de uno de los filamentos de DNA modelo.
En este sentido la DNA polimerasa delta circula a partir de un solo segmento de RNA cebador
ubicado a continuación de la horquilla de replicación y forma un filamento continuo de DNA (filamento
director, hebra líder).
El otro filamento, por el contrario, no puede ser recorrido por la DNA polimerasa alfa sino en el
sentido inverso de la progresión de la horquilla porque sobre este filamento la horquilla avanza en el
sentido 5' a 3' por lo que es necesario que se sintetizan múltiples fragmentos de RNAc (RNAc = RNA
cebador) (como habíamos dicho esta actividad la lleva a cabo la misma DNA pol alfa). En esta hebra de
síntesis discontinua se encuentran los fragmentos de Okazzaki formados por el RNA primer y DNA cuyo
tamaño es de 200 pb.
La DNA pol delta
cataliza la elongación de cadena incorporando DNTP (desoxinucleótidos
tri-fosforados) en forma de DNMP(desoxinucleótidos monofosforados), con una tasa de error de una base
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por cada 103 a 105 permitiendo que el RNA naciente se extienda en forma extremadamente precisa como
una molécula de DNA.
3)- Terminación: Tras la replicación, el replisoma debe separarse y la ADN polimerasa altamente
procesativa debe liberarse de la hebra molde, sin embargo el mecanismo íntimo todavía se desconoce.
Apenas se han determinado genes de terminación y no parece que existan secuencias específicas de
terminación. La replicación culmina cuando se completa todo el genoma. Y tras la replicación del
cromosoma entero las dos moléculas bica-tenarias del DNA son separadas por la DNA topoisomerasa I.
En los mamíferos (eucariotas) el complejo de iniciación comienza a remover los RNAc llenándose los
espacios libres con el desoxinucleótido de base apropiada. Los RNA cebadores formados son totalmente
removidos por la Ez. Ribonucleasa H (a excepción de RNAc mitocondrial) y rellenado por la DNA pol ß
en ambas hebras. Luego son ligados los nuevos fragmentos al DNA neoformado a través de DNA ligasas.
Asimetría de la transcripción: la asimetría de la transcripción significa que solamente se transcribe para cada gen una de las dos
hélices de ADN, la hélice que se toma como molde para producir el ADN se la denomina hélice codificadora o hélice con sentido y la otra
hélice de ADN, la que no se transcribe, se la denomina hélice estabilizadora o hélice sin sentido.
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Transcripcion/Transcripcion.htm#elonga
ción
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Telómeros
Siempre el extremo 3' de la cadena de DNA es mucho más largo que el extremo 5'. Estos extremos
son ricos en G. En realidad, existe una secuencia repetitiva o hexámero (que se repite entre 75 a 100
veces). El hexámero típico del telómero humano es TTAGGG.
Esta región se caracteriza por:
- Puede plegarse, y producir apareamientos no comunes entre nucleótidos de guani-na. Así se protege
al DNA de la acción de las exonucleasas.
- El extremo 3' corresponde a la hebra discontinua en la duplicación del DNA. Sabiendo que se
requieren 200 pb entre dos primers para la acción enzimática, existiría una peque-ña fracción del DNA
próximo al extremo 3' que no sería duplicado por la inexistencia de los 200 pb. Al existir una
prolongación del extremo 3', la enzima puede sintetizar el RNA cebador sobre el telómero de la cadena,
impidiéndose así la duplicación incompleta del DNA.
- Si un cromosoma no tuviera telómero, se asociaría fácilmente a otro cromosoma. Esa asociación
produciría un número anormal de cromosomas.
Se puede constatar a nivel citológico que la presencia de un telómero es algo así como un capuchón
en el extremo 3' de la cadena de DNA, produciendo la asimetría de las cadenas complementarias.
La enzima con función de síntesis de telómeros es la Desoxirribonucleotidil transferasa terminal
(telomerasa) que en el extremo 3' añade el polihexanucleótido terminal en un número de 75 a 100;
generando la asimetría funcional del DNA.
La telomerasa es la enzima responsable de la síntesis de la estructura antes mencionada, permite
completar la síntesis de DNA sobre la hebra discontinua y explica la ausencia de pérdida de material
genético a través de múltiples ciclos de replicación.
Cuándo ocurre la síntesis de DNA?
En las células animales y en el humano ocurre solamente en un período específico de la vida celular.
18
Esta es la fase sintética o "S", el cual está separado temporalmente de la fase mitótica por períodos no
sintéticos referidos como etapas G1 y G2 que se presentan antes y después de la fase S. La célula regula
la síntesis del DNA burdamente a traves de mecanismos como el de ciclinas cdk 1 y 2 permitiéndo que
ocurra solo en dicha fase “s” La síntesis de Histonas nuevas coincide con la division celular y la
replicación del ADN. Parece ser que las histonas recién sintetizadas forman nucleosomas con el duplex de
la hebra retardada, mientras que las originales permanecen en el duplex director o conductor.
Muchos de los virus que producen cáncer son capaces de interrumpir la aparente restricción que
normalmente controla la entrada de las células en la fase "S" pero es probable que intervenga la
fosforilación de las moléculas de proteínas del huésped.
Durante la fase "S" las células eucarióticas contienen mayor cantidad de DNA pol Ó y dNTP.
Durante esta fase el DNA nuclear es replicado completamente "una vez, y sólo una". Es debido a que
la cromatina es marcada para impedir esa nueva réplica, por un mecanismo de metilacion en una region
especifica conocida como ORC/OGT.
En general un par cromosómico se replicará simultáneamente y dentro de una porción fija de la fase
"S", y se cree que la regulación de la síntesis es una propiedad intrínseca de cada cromosoma individual
.
http://www.tecnovet.uchile.cl/AlasbimnImages/tc-2002(1)-soto-fig001.jpg
19
ESTRUCTURA DEL GEN EUCARIOTA
El ADN posee segmentos funcionales, conocidos como “genes”.
Desde el punto de vista bioquímico, éstos segmentos se definen como la secuencias de ADN que
contienen la información requerida para fabricar una molécula de ARN; y si esta última corresponde a
un ARN mensajero; a partir de él, construir una proteina.
Existen sitios determinados dentro del cromosoma, donde se localizan los genes, llamados locus
(loci).
A su vez, el gen posee varias partes funcionales:
Promotor: sitio de de inicio de la transcripción y/ o que señala a partir de qué nucleótido debe
iniciarse la misma. Suele localizarse cerca del extremo 5’ del segmento codificador.Se incluirian las cajas
TATA y GC o CAAT.
Segmento Codificador: es la porciòn de información genética que contiene la secuencia a
transcribirse. Dentro de este segmento existen partes codificantes (Exones) y no codificantes (Intrones).
Segmentos Reguladores: determinan cuando debe transcribirse el gen y cuantas veces debe hacerlo.
Existen dos tipos de reguladores, los Amplificadores(enhancers) y los Inhibidores(silencers).Secuencias
de
Terminación;
marcan
la
finalización
de
la
síntesis
de
ARN.
20
http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/T404_TRAS_TRADU
/informacion.htm
TRANSCRIPCION
Comprende la síntesis de una molécula de RNA a partir de DNA. Es un proceso complejo en el que
intervienen enzimas denominadas RNA polimerasas y otras proteínas relacionadas. Los pasos requeridos
para la transcripción son:
1)- Iniciación.
2)- Alargamiento.
3)- Terminación.
El proceso se comprende mejor en procariontes y virus, pero se han hecho considerables
avances en descifrar la transcripción en células de mamíferos.
21
Es importante entender los principios que rigen la regulación y metabolismo del RNA ya que su
modificación es la que regula la tasa de síntesis proteica y la variación en los cambios metabólicos.
Es esta la forma en que los seres vivos se adaptan a los cambios del medio.
El proceso de síntesis de RNA es semejante en procariontes y eucariontes, siendo las principales
características en eucariontes:
1.- El sitio de síntesis de cada molécula de RNA (RNAr en nucleólo y RNAm - RNAt en el núcleo).
2.- Ciertas modificaciones post-transcripcionales o proceso de maduración de los RNAs
(mas
adelante descriptas)
3.- El alto grado de complejidad del dispositivo trancripcional.
Como habíamos dicho la enzima encargada de la síntesis de RNAs es la RNA polimerasa, que fue
mejor estudiada en E. coli (procariotas) y sirvió como modelo para las otras RNA polimerasas. Se sabe
que está formada por dos subunidades alfa , una ß, una ß' y un factor sigma o proteína reguladora que
modifica la especificidad del reconocimiento al promotor.
Tipos de Polimerasa:
ENZIMA
TRANSCRIBE
PRODUCTO
LUGAR
ARN Polimerasa I
Genes de clase 1
ARNr
Nucleolo
ARN Polimerasa II
Genes de clase 2
ARNm
Núcleo
ARN Polimerasa III
Genes de clase 3
ARNt-ARN5s
Núcleo
Esta enzima es la responsable de la polimerización de nucleótidos (incorporación de ribonucleótidos
trifosforados como monofosforados, al romper 2 enlaces de alta energia en el RNTP
para generar los
enlaces fosfodiéster) se adhiere al promotor en la tira codificadora, y se comienza la síntesis de RNA en
el punto de iniciación, continuando el proceso hasta alcanzar una secuencia de terminación. Este DNA
que sirve como plantilla de transcripción se denomina “unidad de transcripción" comprendiendo desde el
sitio de iniciación a la terminación de dicho proceso. El ARN sintetizado en dirección 5' a 3' a partir de
esa plantilla recibe el nombre de “transcripto primario” o "copia primaria".
22
SEÑALES DE INICIO DE LA TRANSCRIPCION .Transcripción de
Genes tipo II
En los mamíferos (eucariontes) las señales de transcripción son complejas :
Hay dos elementos que son promotores proximales.
- El primero define donde comenzar la transcripción.
- El segundo con cuánta frecuencia lo hará.
Es probable que la RNA pII se una al DNA en la región de la caja TATA (ubicada a
aproximadamente 32 nucleótidos corriente arriba y comience por ende la transcripción 32 nucleótidos
corriente abajo de esta caja, por lo tanto, estaría implicada en proporcionar la señal de dónde se iniciará la
transcripción.
Secuencias alejadas del sitio de iniciación corriente arriba (-80 pb) forman otro elemento (promotor)
sencillo encargado de dar la frecuencia del fenómeno (la mutación en este sector reduce de 10 a 20 veces
la frecuencia de transcripción). Estos elementos se conocen como cajas GC y CAAT, cada una de ellas se
une a una proteína específica que activaría a dichos promotores: SP1 para la caja GC y CTF o c/EPB,
NF1 y NFy para la caja CAAT.
La frecuencia de inicio de la transcripción depende de estas interacciones proteicas con DNA,
mientras que la interacción proteína-DNA en la caja TATA asegura la fidelidad de lectura de inicio del
DNA. Se dice que estas proteínas están actuando en trans porque se forman a partir de la lectura del DNA
ubicado en otros cromosomas. En tanto que las cajas TATA, GC y CAAT actuarían en forma cis porque
están en el mismo DNA a ser transcripto.
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Transcripcion/Transcripcion.htm#elonga
ción
23
Hay una tercera clase de elementos que pueden incrementar o reducir la tasa basal de la velocidad de
transcripción (genes amplificadores o silenciadores) conocidos también como Enhancer que pueden
encontrarse corriente arriba o abajo del sitio de iniciación.
Al contrario de los elementos promotores proximales, los amplificadores o silenciadores pueden
ejercer sus efectos aunque se encuentren a cientos o miles de pb lejos de las unidades de transcripción
localizados en el mismo cromosoma (también están en posición cis).
La expresión de genes de tejido específicos, por ejemplo, el gen de la albúmina es media-da por
secuencias específicas del DNA.
Una característica común de todos los elementos basales y reguladores es que está implicada en la
interacción de proteínas específicas con el DNA. Las señales para terminar la transcripción ejecutada por
la RNA p II eucariótica son poco comprendidas, creyéndose que las mismas existen bastante lejos
corriente abajo de la secuencia codificadora de los genes.
24
http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B4_INFORMACION/T404_TRAS_TR
ADU/diapositivas
25
Genes de clase III. Su transcripción y ubicación intragénica de los
elementos promotores:
La RNA p III reconoce un promotor que está en el interior del gen. En el caso de los genes
eucarióticos para la síntesis del RNAt existen dos bloques promotores separados internos, llamados
bloques A y B que actúan como promotores intragénicos.
Las secuencias de los bloques A y B existen en la molécula madura del RNAt, en regiones que están
altamente conservadas y participan en la formación del ASA DHU y en el asa C (la distancia óptima
entre los bloques A y B para la función del promotor es entre 30 a 40 pb corriente arriba del bloque A).
Para el segmento 5s de RNAr parece haber un patrón proteínico específico de transcripción, el cual,
una vez que se ha unido al promotor intragénico para ese gen, probablemente interactúe en una molécula
de RNA p III para colocar sus sitios catalíticos sobre el punto de inicio de la transcripción del DNA..
La transcripción de los genes del RNAr 5s también comienza con la formación de un complejo
estable de transcripción constituído por los factores TF III A, TF III B, TF III C. El primer factor proteína
que se une al DNA es la TF III A que reconoce y se une fuertemente a nucleótidos específicos del bloque
C y al elemento intermedio (E.I.) de ICR (complejo de reconocimiento de inicio), alinéandose con el gen
al interaccionar con nucleótidos del bloque A.
Luego se une el TF III C que interacciona con el TF III A y con el gen del RNAr 5s. A continuación,
el TF III B se une al anterior complejo y la RNA p III se une al complejo estable de transcripción y
comienza el proceso en el sitio +1.
Los factores de transcripción de los genes de clase I se unen a sitios promotores que varían de
organismo en organismo.
Genes de clase I. Su transcripción y ubicación extra/intragénica de
los elementos promotores
En las células eucarióticas los genes que codifican las moléculas de RNAr se transcriben como un
único precursor grande.
26
Las secuencias promotoras de los genes de clase I se ubican justo antes del sitio de iniciación de la
transcripción. En una unidad repetitiva del gen conocida como "espaciador no transcribible".
Las distintas unidades repetitivas varían de organismo en organismo pero tienen elementos comunes:
- Todos los promotores consisten en varios sitios de unión que pueden subdividirse en tres regiones
importantes.
Se extiende a lo largo del sitio de iniciación, generalmente de -40 hasta +20 y se requiere para la
iniciación de RNA p I.
Es la región de unión al factor de transcripción TFID que al igual que la unión del TFII D a la región
TATA ayuda a la polimerasa a encontrar correctamente el sitio de iniciación (región de -40 a -15).
Esta región se localiza entre -150 y -100 y está relacionada en la U de factores de transcripción (TFI
A, TFI C, UBF-I, SLI).
El UBF-I se une entre la región -120, -105. El TFI C se une al complejo TFI D-gen del RNAr y el
factor SLI. Luego ingresa el TFI A e ingresa la RNA p I completando la maquina-ria transcripcional de
genes clase I.
Sitios de terminación para todas las clases de genes transcribibles.
La etapa de terminación es poco conocida. No se conoce el sitio génico donde se disocia el complejo,
pero en todos los casos se sabe que la transcripción finaliza en un sitio único.
Las tres RNA p eucarióticas terminan en sitios que poseen un agrupamiento de T sobre la cadena no
molde del gen.
Estas filas de T (T-runs) van a ser la única secuencia necesaria para la terminación, ya que no hay
regiones obvias con simetría d y ad que permitan la formación de horquillas en el RNA como ocurre en
bacterias.
27
MODIFICACIONES POST-TRANSCRIPCIONALES
Introducción: A diferencia del RNAm de los procariotas que participa en la síntesis proteica a
medida que es transcripto, el RNAm eucariótico formado no lo hace, dado que las moléculas de RNA
naciente son sintetizadas en moléculas algo mayores que la molécula final funcionalmente activa .
No se trata directamente de RNAm sino de su precursor de mayor tamaño (RNA nuclear heterogéneo
o premensajero. En efecto, muchas de los trancriptos primarios del RNA contienen o pueden originar mas
de una molécula.de ARN maduro .
Es así que en eucariotas el procesamiento de estos precursores es requerido para la generación de
RNAs funcionalmente activos.
El procesamiento sucede primariamente dentro del núcleo e incluye
fundamentalmente
para
el
RNA
heterogéneo
nuclear
ciertas
modificaciones :
1.- Escisión de las secuencias no codificantes (llamado corte y empalme).
2.- Adición de nucleótidos suplementarios en sus dos extremos. Modificaciones de nucleótidos.
3.- Salidas del RNAm fuera del núcleo, hacia el citoplasma y más particularmente al RER
Sin embargo, en las células de mamíferos, el RNA nuclear con terminaciones 5' rematadas no forman
parte del RNAm citoplasmático en el 50 al 75% de los casos.
El RNA nuclear perdido es notablemente mayor que el que se puede explicar por la pérdida de
secuencias intercaladas solas.
1.- Escisión de las secuencias no codificantes:
Las copias primarias de los genes estructurales contienen RNA complementario a las trans-cripciones
de secuencias intercaladas, sin embargo las secuencias de intrones (porciones no codificantes para la
síntesis proteica) del RNAnh son separadas de la copia y los exones (porción codificante del RNAnh en la
28
síntesis proteica) son empalmados de manera apropiada en el núcleo antes de que la molécula de RNAm
resultante, aparezca en el cito-plasma para la traducción. Este proceso se conoce "splicing" o corte y
empalme.
La mayoría de las moléculas de RNAnh de los eucariotas contiene intrones. A veces hasta unos 50
por gen. El tamaño de un intrón varía entre 65 y 10.000 nucleótidos, con la excepción de las secuencias
consenso de corta longitud que aparecen en los sitios de splicing y en el sitio de ramificación. Las
secuencias de los distintos intrones no son para nada parecidas entre sí.
El splicing del RNAnh no implica una reacción de "autocatálisis" (como los intrones de genes de tipo
I y II) y depende de un conjunto de 4 ribonucleoproteínas (snRNPs) que se ensamblan para formar el
complejo de splicing y lograr que la reacción sea de forma ordenada y secuencias.
El proceso comienza con:
1.- Se une la RNP U1 al sitio de splicing 5' mediante el apareamiento de bases entre la RNP U1 y el
RNAnh.
2.- Luego la RNP U2 se une al sitio de ramificación del intrón, mientras que una RNP U5 se adhiere
al sitio de splicing en 3'.
3.- Las tres RNPs unidas se desplazan coordinadamente, se unen a la RNP U4 + U6 y escin-den el
intrón. Esta reacción requiere la hidrólisis de ATP.
La reacción catalizada por el complejo de splicing es en realidad análoga a las de auto-splicing.
En una primera etapa se produce transesterificación. Hay ataque al grupo 2' OH del sitio de
ramificación, se abre el sitio de splicing 5'.
En una segunda etapa de transesterificación, los exones se unen y el intrón resulta escindido con una
estructura de lazo ( la reacción dura de algunos segundos hasta 20 minutos).
Algunas moléculas de RNAr contienen intrones. Hasta ahora han podido ser caracterizado dos tipos
de intrones:
- Los del grupo I y los del grupo II. Algunos de estos intrones se escinden por sí solos sin la ayuda de
proteína alguna.
29
Los intrones del grupo I son retirados como moléculas lineales. En estos intrones el autosplicing
requiere magnesio y un cofactor de guanosina. Este se añade al extremo 5' terminal del intrón con una
reacción de transesterificación, liberándose el exón en 5'.
A continuación, el grupo 3' OH del extremo terminal 3' del exón 5' ataca al extremo del exón 3' en
otra reacción de transesterificación.
El intrón liberado así es capaz de catalizar su propia ciclación.
Esta reacción es reversible, lo que sugiere que estos intrones son ejemplos de enzimas de RNA.
Los intrones del grupo II que verifican autosplicing, suelen encontrarse en RNAr mitocondrial y en
los genes que codifican para proteínas. Estos no requieren cofactores de guanosina, pero sí espermidina.
El mecanismo incluye:
El ataque al sitio de splicing 5' por el grupo 2' OH de un resto de adenosina del intrón.
El ataque subsecuente del grupo 3' OH del exón 5' al sitio de splicing 3'. Une los dos exones y libera
el intrón con una estructura de lazo.
La existencia de intrones pone en duda algunas ideas bioquímicas que han perdurado por años.
Hoy en día se piensa que los genes bacterianos carecen de interés. No porque no los hayan podido
adquirir, sino porque los han perdido a lo largo del proceso evolutivo.
Los intrones podrían haber permitido la rapida evolución de los organismos primitivos al reordenar su
DNA más fácilmente.
Este concepto, denominado "reordenación de exones" se encuentra apoyado por la observa-ción de
que muchas proteínas están compuestas por varios dominios discretos. Cada uno de los cuales se halla
codificado por un exón determinado. Es más, algunos organismos euca-riotas poseen muy pocos genes
con intrones y de hecho podrían haber sustituído casi todos sus exones originales por "pseudogenes
funcionales"
30
2.- Adición de nucleótidos suplementarios:
Antes de la salida del núcleo, se unen al extremo 5' del RNAm que lleva un residuo fosfa-to sobre el
OH en 5' de la última ribosa, es bloqueado por el agregado de un capuchón o CAP (guanina metilada en
posición 7), la fijación se hace con pérdida de un residuo fosfato.
En el extremo 3', que existe una secuencia AATAAA que sirve de señal para una nucleasa que separa
toda la secuencia de nucleótidos antes de esta señal. Las AAA restantes son reconocidas por una enzima
llamada adenilatotransferasa que fija una secuencia de 100 a 200 nucleótidos de A o poli A (el proceso
dura uno a dos minutos). La transferasa requie-re ATP.
La función del CAP y de la poli A se presume sirven para el paso a través de la M.C. de los RNAm y
los protegen en el citoplasma contra las ribonucleasas. Además, el CAP fija proteínas específicas e inicia
la traducción proteica.
Modificaciones aportadas al RNAr:
Sus precursores son de muy alta masa molecular.
Su ruptura permite la eliminación de intrones (como se vio) y la formación de RNAr de menor
tamaño.
Es efectuado por endoribonucleasas específicas.
Algunos OH en 2' de ribosa son metilados por un sistema enzimático que utiliza SAM (s-adenosil
metionina como donador de metilos.
Una célula hepática fabrica en promedio 3.000 ribosomas por minuto.
Modificaciones aportadas a los RNA pequeños:
Las moléculas de RNAt son sintetizadas en forma secuencial como precursor de gran tamaño,
escindido por distintas ribonucleoproteínas: P, Q y Tr.
1)- Algunas de sus bases son metiladas por transmetilasas: residuos de Uridina son transformados en
T.
31
2)- Los nucleótidos destinados a volverse seudouridinas son isomerizados.
3)- Después de las rupturas se producen adiciones de nucleótidos.
- Los tres nucleótidos CCA se agregan al extemo 3'. Este proceso se localiza en el cito-plasma con un
proceso de renovación de estos 3 nucleótidos que son quitados y reinserta-dos en forma permanente.
- La importancia de nucleótidos de A en posición 3' terminal, cuyos OH libres en 2' o 3' llevan los AA
activados durante el proceso de síntesis proteica.
Las otras pequeñas moléculas de RNA nuclear forman parte de la fracción llamada heterogé-nea
(RNAU), son sintetizados en forma de una gran molécula de precursor y luego son fraccionadas y sufren
modificaciones.
Existen millones de estas en el núcleo donde están asociadas con proteínas por uniones puentes de H
o heteropolares para formar las RNPs.
Los RNAU no tienen poli A en su extremo 3' pero tienen CAP en el 5'.
Otras modificaciones del RNAt:
-Enlaces glucosídicos reordenados.
-Remoción de un intrón próximo al asa anticodón de 10 a 40 nucleótidos de longitud.
-Alquilación de nucleótidos.
-Son transcriptos como grandes moléculas con la secuencia para más de un RNAt que por proceso
nucleolítico son reducidos de tamaño a nivel nuclear.
32
http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/adntema3.htm#Replication%20of%20the%20eukaryotic%20c
TRADUCCION DEL DNA. SINTESIS PROTEICA. PROCESO
POST-TRADUCCIONAL
Introducción : Iniciamos la última reacción de síntesis que tiene lugar en el proceso del flujo de
información biológica: la traducción del RNAm y la polimerización de los aminoácidos para formar
proteínas. Esta también está dirigida por un molde (RNAm) y lleva la dirección de síntesis 5' a 3' de las
otras reacciones, dividiéndose también en: Iniciación, Elongación y Terminación. Sin embargo, consta
además de una etapa previa de formación del precursor activado: el ami-noacil RNAt.
33
Definición: Se llama biosíntesis de proteínas al conjunto de reacciones por las que los aminoácidos se
enlazan unos con otros por uniones peptídicas en el orden dictado por la secuencia de las bases de un
RNAm con el fin de formar un polipéptido. Este proceso se realiza en citoplasma.
Traducción: porque el lenguaje en el que se expresa el mensaje genético cambia completa-mente: "a
la secuencia de bases del RNAm corresponde una secuencia de aminoácidos de la proteína.".
Post-traducción: agrupa todos los fenómenos que modifican al péptido inicial, rupturas proteolíticas,
reacciones de hidroxilación de algunos residuos de aminoácidos (AA) y sobre todo glucosilación para
formar glucoproteínas.
Componentes de la traducción:
1)- RNAm.
2)- RNAt.
3)- AA.
4)- Ion Mg++.
5)- Moléculas de ATP y GTP.
6)- Ribosomas (60s y 40s).
7)- Enzimas de activación de aminoácidos y del complejo de iniciación (eIF1, eIF2, eIF3, eIF4A-4B4C-4E-4F, eIF5, eIF6).
1)- Activación de aminoácidos:
Se realiza por medio de enzimas aminoacil RNAt sintetasas que combinan las moléculas de AA con
ATP para formar adenilatos de AA que son anhídridos de ácidos mixtos en un estado energético activado.
Son altamente específicas para un tipo de AA y un tipo de enzima (reconocimiento estereoquímico muy
preciso basado en la estructura misma de la enzima).
Su tamaño varía desde 300 residuos de AA a 1.000 (para triptófano, valina e isoleucina
respectivamente), tiene 5 dominios funcionales, reconoce al AA por su dominio1 determina-do por la
34
carga de la cadena lateral y el tamaño. El dominio 2 elimina los AA fijados erróneamente, cuando se une
al adenilo. El dominio 3 fija al ATP y las hace reacciones con el COOH del AA, formando un adenilato
AA (este recupera a la E perdida por el ATP en forma de pirofosfato y AMP).
El dominio 2 tiene un poder de reconocimiento del aminoacil adenilo aún más selectivo que el
primero y una actividad de hidrolasa frente a los AA-adenilos formados por error, solo el AA-adenilo
correspondiente resiste esta hidrólisis.
El dominio 4 reconoce al RNAt específico del AA-adenilo (esto es un ejemplo de proteína y ácido
nucleico en interacción), no reconociendo solamente el anticodón sino una secuencia de bases del brazo
del RNAt.
El dominio 5 efectúa la fijación del radical aminoacilo sobre el OH en 2' o 3' de la ribosa situada en el
extremo 3' del RNAt, ya reconocida y fijada por las uniones no covalentes sobre el dominio 4, esta unión
es de tipo éster (COOH del AA + alcohol 2' o 3' de la ribosa) formada con liberación de AMP y
recuperación de la E en la molécula de AA-RNAt en estado activado, luego se separan juntos de la Enz de
activación y acceden al RNAm y ribosomas, donde el RNAt sirve de adaptador del AA sobre la matriz del
RNAm.
2)- Iniciación: La diferencia existente entre procariontes y eucariontes se debe princi-palmente a que
el RNAm eucariótico es transformado antes de ser traducido.
La transformación del RNAm eucariótico sufre los procesos de: añadir el CAP al extremo 5' (remate
de 5', 7 metil guanosil trifosfato), sufre "splicing" y es transportado del núcleo al citosol, esto le permite al
RNAm formar estructuras secundarias extensas y que puedan ser recubiertas por proteínas. Para retirar
estas proteínas y dejar al descubierto el RNAm se necesitan varios factores de iniciación: eIF-4A, eIF4B,
eIF-4F (factor inicia-dor eucariótico) y eIF-4E.
A su vez, el CAP facilita la unión de muchas moléculas de RNAm a la subunidad ribosómica de 40s.
El factor de iniciación eIF-4F se conoce como proteína de unión al CAP (CBP), interaccio-na con el
5' 7 metil guanosil trifosfato y ayuda a seleccionar el codón de iniciación correcto, que generalmente es el
AUG situado en sentido 3' con respecto al CAP5'. Este mecanismo impide que el ribosoma pueda
reconocer codones AUG del RNAm en situación inter-na. La proteína CBP hidroliza una molécula de
ATP durante el reconocimiento del codón de iniciación en eucariontes.
35
El RNAr de 18s de la subunidad de 40s se une entonces a una región del RNAm que precede al
primer codón traducido. Esta unión requiere la presencia de un factor proteínico, el Factor de Iniciación 3
(eIF3).
La iniciación de la síntesis proteica eucariótica podría dividirse entonces en varias etapas:
Se disocian las subunidades 40s y 60s del ribosoma de 80s estando implicados factores de iniciación
eIF3, eIF-4C y el eIF6.
El eIF3 y el eIF4C se unen a la subunidad 40s mientras que el IF6 se une a la subunidad 60s.
La subunidad 40s se une al complejo ternario formado por el IF2 + GTP y por el RNAt iniciador
aminoacilado (RNAti-metionina), el GTP actúa como efector alostérico.
El RNAm y los factores de iniciación que lleva unidos (eIF-4A, 4B, 4E y 4F (CBP)) se une a la
subunidad 40s completándose la formación del complejo de iniciación 40s que en presencia del eIF1
adhiere el anticodón del RNAt al primer codón.
Ya formado el complejo de iniciación el eIF5 provoca la liberación de los otros factores de iniciación
y la hidrólisis del GTP.
Esto permite que la subunidad ribosómica de 60s se una al complejo formando el complejo de
iniciación de 80s.
Así se completa la iniciación de la síntesis proteica.
El ribosoma completo posee dos sitios para moléculas de RNAt, el sitio peptidilo (sitio P) que
contiene el peptidil RNAt adherido a su codón y el sitio aminoacilo (sitio A) unido al aminoacil RNAt.
3)- Elongación: En el ribosoma de 80s completo formado durante el proceso de iniciación el sitio A
está libre ya que el sitio P está ocupado por el primer aminoacil RNAt. La unión del AAcil RNAt
apropiado en el sitio A requiere del reconocimiento del codón apro-piado, y está a cargo del eIF 1Ó que
acopla el AAcil RNAt en el sitio A, formando un complejo con el GTP y el AAcil RNAt entrante, lo
ubica en el codón correspondiente, rompe el GTP a GDP formándose la unión codón-anticodón, y luego
interviene el eIF 1ß que reci-cla al eIF 1Ó haciendo que este se vuelva a unir a otro GTP.
36
El grupo  amino del nuevo aminoacil RNAt lleva a cabo un ataque nucleofílico sobre el grupo
carboxilo esterificado del peptidil RNAt que ocupa el sitio P, esta reacción la realiza la peptidil
transferasa de la subunidad ribosómica de 60s, como el AA del AAcil RNAt ya está activado no se
requiere de E para esta reacción. La reacción da por resulta-do la adherencia de la cadena peptídica en
crecimiento al RNAt en el sitio A.
4)- Terminación: Después de múltiples ciclos de alargamiento que culminan en la polimerización de
aminoácidos específicos para una cadena peptídica se reconoce un codón sin sentido o terminal del
RNAm que aparece en el sitio A, este no es reconocido por el RNAt alguno. Intervienen entonces los
factores de terminación o liberadores (codones de termi-nación UAA- UAG- UGA). En eucariotas existe
un factor de liberación o RF que reconoce la señal de terminación y unido al GTP y la peptidil transferasa
promueve la hidrólisis del enlace entre el péptido y el RNAt que ocupa el sitio P, liberándose la proteína y
el RNAt del sitio P.
El ribosoma 80s entonces se disocia en sus Sub Unidades 40 y 60s para ser recicladas.
Un solo ribosoma de mamífero es capaz de sintetizar aproximadamente 100 enlaces peptídicos por
minuto. Los polirribosomas (ribosomas múltiples sobre la misma cadena de RNAm) que activamente
sintetizan proteínas pueden existir como partículas libres o en el citoplasma, o pueden estar adheridos a
láminas de material citoplasmático membranoso conocidos como retículo endosplámico rugoso, sus
proteínas sintetizadas son introducidas al interior de sus cisternas y exportadas desde allí. Algunas son
empaquetadas en el Golgi en forma de zimógeno para su eventual exportación.
Las partículas polirribosómicas libres en el citosol son responsables de la síntesis de proteínas
requeridas para las funciones intracelulares.
Requerimiento energético:
La unión del aminoácido al RNAt requiere la hidrólisis de un ATP a un AMP (equivalente a 2 ATP),
la entrada del AAcil RNAt al sitio A necesita la hidrólisis de un GTP a GDP, la translocación de un
peptidil RNAt de nueva formación desde el sitio A hacia el P por medio del FE2 necesita la hidrólisis de
37
un GTP a GDP, por consiguiente, los requerimien-tos energéticos para la formación de un enlace
peptídico incluyen el equivalente a la hidrólisis de:
-
2 moléculas de ATP a ADP y 2 de GTP a GDP o la hidrólisis de 4 enlaces
fosfato de alta energía.
http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/adntema3.htm#Replication%20of%20the%20eukaryotic%20c
BIOSINTESIS DE LAS PROTEINAS SOLUBLES Y DE MEMBRANA
En los eucariontes se realiza según tres modalidades.
1)- Se desarrolla internamente en el citoplasma donde los ribosomas permanecen libres, se sintetizan
aquí las proteínas citoplasmáticas y algunas que lleguen a las mitocondrias.
2)- Permite la síntesis de cierto número de proteínas mitocondriales, situado en el líquido
mitocondrial.
3)- Se produce en el retículo endoplásmico y permite la síntesis de las proteínas que se van a secretar
y las que se fijen a la membrana celular.
Biosíntesis de proteínas en Retículo Endoplásmico Rugoso (RER)
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Todas las proteínas formadas en el RER poseen a continuación del residuo de metionina N-terminal
una secuencia de 10 a 30 residuos de aminoácidos apolares a menudo con secuen-cias KDEL (Lis-AspGlu-Leu). Es lo que se llama "secuencia señal" que tiene dos funciones:
1)- detiene temporariamente la traducción del RNAm mientras permanece en el citoplasma.
2)- fija el RNAm por medio de los ribosomas a las membranas del RER con el fin de intro-ducir la
proteína a una vesícula.
Cuando una secuencia señal emerge del ribosoma sobre el que han sido traducidos los 30 primeros
codones, es reconocida por una partícula que circula en el citoplasma llamada de "reconocimiento de
señal" (SRP) constituída por dos moléculas de RNA-7s y 6 proteínas.
Esta se fija por el extremo del RNAm y sobre el RNAr por complementariedad de bases.
Una de las proteínas de la SRP se fija sobre la secuencia señal.
Otra parte de la SRP posee dos conformaciones:
1)- Mientras no está fijada a la membrana del RER se fija al ribosoma, y bloquea la elongación.
2)- Después de la fijación sobre la membrana, la proteína cambia de conformación. No tiene más
efecto inhibidor y la traducción se reinicia.
LA SRP conduce el RNAm y su ribosoma sobre la membrana del RER donde proteínas de
membra-na lo reconocen y fijan, una proteína llamada de "atracada" reconoce la secuencia señal, la atrae
y la hace atravesar la doble capa lipídica, haciendo que la continuación de la traducción provoque la
entrada progresiva de toda la proteína en la cisterna, por una especie de orificio sin pasar por el
citoplasma porque el ribosoma se adhiere a la mem-brana.
La proteína internalizada lleva enzimas a su paso, una de ellas actúa muy poco tiempo después, es la
peptidasa señal que rompe el conjunto de la secuencia señal, lo que expli-ca que no se encuentre la
metionina N-terminal en las proteínas definitivas o maduras.
Cuando un ribosoma se fija a la membrana del RER el RNAm se desplaza por sacudidas de 3 en 3
bases y al llegar a 80 otra pequeña subunidad ribosomal se asocia al extremo 5', así como un metionil
RNAt y los factores de iniciación. Una vez que la secuencia señal es traducida, la partícula SRP se le
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asocia y fija el ribosoma a la membrana, luego la proteína es vertida en la cisterna. El proceso se reinicia
para fijar otro ribosoma que traduce una nueva molécula proteica.
En consecuencia, cada molécula de RNAm está fijada al mismo tiempo a una decena de ribosomas y
todos traducen moléculas de la misma proteína que se van acumulando en la cisterna.
NOCIONES ACTUALES DE GENÉTICA
ARNI (INTERFERENCIA):
La Interferencia por ARN se emplea con frecuencia en la investigación para evitar que los genes
produzcan proteínas, con lo cual pueden entenderse los efectos de su carencia y las funciones que realiza
la célula.
PROTEOMA:
El conjunto de todas las proteínas que intervienen en los procesos biológicos de una especie es lo que
se conoce como proteoma de esa especie, y el objetivo que se plantea ahora es llegar a determinar la
composición, estructura y funciones de todas y cada una de ellas.
Conseguir el genoma humano no ha sido más que un paso en el camino del objetivo final de tanta
inversión: llegar a conocer lo más exactamente posible el funcionamiento del organismo. Y el genoma no
es más que el libro de instrucciones generales; quienes realizan el trabajo de verdad son las proteínas.
Una vez conocida la secuencia y la estructura de una proteína, es necesario conocer su función. Este
tercer paso es el más complejo, porque la mayor parte de las veces ocurre que ni el proceso se debe
solamente a una proteína ni cada proteína interviene sólo en un proceso. Una forma de buscar en el pajar
de las funciones es comparar la proteína con otras de función conocida, tanto en la propia especie como
en otras, ya que la mayor parte de las mismas proteínas se observan en común en muchos organismos, a
veces muy lejanos filogenéticamente entre sí. Otra manera de abordar el problema es estudiar qué
proteínas interaccionan entre sí, lo que no explica su función, pero va creando un mapa de relaciones cuya
utilidad se pondrá de manifiesto cuando se vayan conociendo funciones de algunas de ellas.
PRIONES:
Los priones son partículas proteicas infecciosas, causantes de enfermedades de tipo encefaliticas.
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En la decada de 1950, el pediatra americano Carleton Gajdusek estudiaba en Nueva Guinea una
enfermedad fatal del sistema nervioso que se conoce con el nombre de kuru (``escalofrio''). El kuru afecta
de modo endémico a la tribu de los Fore. Gajdusek observó que el kuru no se corresponde con ningún
modelo genético conocido, y apuntó al canibalismo ritual practicado por los Fore como causa de
trasmisión de la enfermedad. En 1959 el veterinario americano W.J. Hadlow puso de manifiesto las
similitudes clínicas y neuropatológicas existentes entre el kuru y el scrapie (``tembladera'') de los
carneros. Algún tiempo después, Gajdusek puso de manifiesto que el kuru tiene características comunes
con la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD), una curiosa demencia presenil descrita a principios del
siglo XX.
Desde finales de los años 60 diversas enfermedades han sido agrupadas bajo la denominación de
Encefalopatías Subagudas Espongiformes Transmisibles (ESET). Esta expresión hace referencia a la
evolución lenta e irreversible de los síntomas que conducen a la muerte, a las lesiones del sistema
nervioso que las caracterizan (espongiosis del sistema nervioso central) y a la posibilidad de transmisión.
A finales de los años 60 dos investigadores sugieren, de forma independiente, la posibilidad de la
existencia de un agente infeccioso carente de ácidos nucleicos, capaz de causar y transmitir enfermedades.
En 1982, Standley Prusiner descubrió y aisló las partículas proteicas infecciosas y les asignó el nombre de
PRIONES. Prusiner sugirió que una colección de enfermedades cerebrales, algunas genéticas, algunas
infecciosas y otras esporádicas, son todas ellas el resultado de un proceso común. En 1983 se identificó la
proteína de los priones, y se la denominó PrP (``Prion Protein'').
A mediados de los años 80 se observó que, sorprendentemente, PrP(proteina prión ) es una proteína
del hospedador. Poco después se descubrió la existencia de dos proteínas PrP distintas, una de ellas
causante de las ESET. La comprobación de que ambas proteínas poseen igual secuencia pero distinta
conformacion tridimensional causó gran desconcierto entre la comunidad científica. Además, las PrP
anormales parecen capaces de inducir el replegamiento de las PrP normales existentes en los organismos
sanos. Ambos resultados están en clara contradicción con el Dogma Central de la Biología: según el
enunciado de J.Monod (1970):
La secuencia de aminoácidos o estructura primaria de la proteína determina de manera unívoca el
plegamiento de la proteína para adoptar su estructura terciaria. Es decir, entre los miles de
configuraciones plegadas en principio posibles, sólo se realiza una.
según su enunciado más general:
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Todas las formas de vida, desde los virus hasta las plantas y los animales superiores, transmiten sus
caracteres a las siguientes generaciones a través del DNA (excepcionalmente RNA)
Es decir, el flujo de información es en todos los casos: DNA -> mRNA -> Secuencia de Aminoacidos
-> Estructura Tridimensional Proteínas. La teoría de los priones propuesta por Prusiner supone la
existencia de dos plegamientos para una única secuencia de amino ácidos. Además, el replegamiento de la
PrP normal por acción de la PrP patológica, implica un flujo de información de una proteína a otra a nivel
de estructura terciaria.
Actualmente los priones constituyen las únicas partículas vivas que contradicen el gran Dogma
Central de la Biología.
GENETICA MITOCONDRIAL.
La función genética del DNA mitocondrial:
La mitocondria ocupa una posición única entre las organelas debido a la posesión de un genoma
separado y toda la maquinaria enzimática para la transcripción y traducción de la información genética en
proteínas funcionales.
Existe un alto interés en la definición del grado de autonomía genética de la organela y en la
explotación de la simplicidad del sistema mitocondrial en respuestas a preguntas básicas de la expresión
genética eucariota.
La mitocondria sintetiza ciertos polipéptidos constituyentes de la citocromo oxidasa, coenzima QH2,
citocromo C reductasa y de la ATPasa, sugiriendo que esas proteínas tam-bién son codificadas en el
DNA mitocondrial (DNAmit).
También se encuentra la información para los dos RNAr, un set variable de RNAt suficiente para
reconocer todos los codones del código genético mitocondrial y los RNAm para las subunidades 1, 2, y 3
de la citocromo oxidasa, el citocromo b, y las subunidades 6 y 8 del complejo ATPasa.
Existe aparte del set común de genes otros siete marcos (URF para marcos inidentificados de lectura)
con transcriptos correspondientes y sus productos de traducción.
Las proteínas codificadas por los URFs tienen composiciones hidrofóbicas y están locali-zadas
probablemente en la membrana. Estos productos son en su mayoría polipéptidos compo-nentes de la
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coenzima Q reductasa-NADH. Este miembro importante de la cadena respiratoria está compuesto por más
de veinte polipéptidos diferentes y es una de las enzimas más complejas de la cadena.
En eucariotas superiores sin embargo, el gen para la subunidad 9 responsable de la acti-vidad de
traslocación del protón de la ATPasa, está codificada en el núcleo.
El genoma mitocondrial más simple y altamente especializado se encuentra en animales. Este codifica
para los dos RNAr, el número mínimo de RNAt necesario para decodificar los mensajes endógenos y un
número pequeño de proteínas constitutivas cuya función exclusiva se relaciona con el transporte
electrónico y la fosforilación oxidativa.
Esta información genética está organizada de una forma altamente económica con la ausen-cia de
regiones regulatorias en la secuencia del DNA.
GENES DEL DNA MITOCONDRIAL HUMANO
PRODUCTO GENETICO
GEN
Subunidad 1 de cit.ox
COI
Subunidad 2 de cit.ox
COII
Subunidad 3 de cit.ox
COIII
Citocromo b
Cyt b
Subunidad 6 de ATPasa
ATPasa 6
Subunidad 8 de ATPasa
URF A6L
Subunidad de reductasa Q
URF 1
Subunidad de reductasa Q
URF 2
Subunidad de reductasa Q
URF 3
Subunidad de reductasa Q
URF 4
Subunidad de reductasa Q
URF 4L
Subunidad de reductasa Q
URF 5
RNAr 21s
16s RNA
RNAr 15s
12s RNA
RNAt
D
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Estructura del DNA mitocondrial mamífero
El genoma mitocondrial del hombre ha sido secuenciado completamente. La mayoría de los genes
codificantes de proteínas están presentes en una cadena de la molécula circular doble. Los genes para
RNAt, en cambio, están distribuidos en ambas cadenas.
La estructura organizativa más remarcable de este DNA que tiene consecuencias importantes para la
producción de los diferentes RNAs mitocondriales es la ausencia de secuencias intergénicas y la presencia
casi general de uno o más genes de RNAt entre las regiones codificantes para RNAr y RNAm. Todos los
genes son terminados no dejando espacio para secuencias extrañas.
La impresión que da es de un genoma extremadamente especializado con una pequeña oportu-nidad
para simplificación.
Transcripción y procesamiento del RNA en mitocondria
Ambas cadenas de este genoma son transcriptas de promotores únicos dando lugar a trans-criptos
primarios que contienen toda información codificada en cada una de las dos he-bras.
Esto junto con el rasgo organizativo del DNA lleva a un modelo simple y elegante de la forma en que
son generados los RNAr, RNAt y RNAm maduros.
La maduración de las tres clases de transcriptos requieren solo tres tipos de enzimas RNA
procesadoras. La más importante es la endonucleasa responsable de la escisión de los RNAt que
demarcan el principio y el final de los RNAr y los RNAm. Una endonucleasa tipo RNAasa
probablemente catalice el clivaje del RNA precursor en el extremo 5' de la secuencia de RNA. Los
transcriptos pequeños generados como resultado de la remoción endonucleolítica de los RNAt son
madurados por modificación de las bases de los RNAt y RNAr, y poliadeni-lación de los precursores de
RNAm.
Otra consecuencia de la estructura de los genes mitocondriales es la ausencia de secuen-cia señal líder
5' en los mensajes. El extremo 5' comienza con codones de iniciación AUG o AUA predichos por la
secuencia del DNA.
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El mecanismo por el cual los ribosomas mitocondriales interaccionan con los mensajes sin secuencia
señal en el extremo 5' es desconocido. Los ribosomas de mitocondrial son inu-suales en su aspecto de
tamaño de las subunidades y contenido proteico relativo al RNA.
Fueron identificados dos sitios distintos de iniciación de la transcripción separados por menos de 100
bases en la cadena H. Uno de estos sitios produce transcriptos a mayores velocidades de las vistas para
RNAr, mientras transcriptos iniciados en el segundo sitio son producidos a velocidades menores, más
típicas de la síntesis de RNAm.
La transcripción del cistrón de RNAr ocurre predominantemente por iniciación en el sitio más activo.
El transcripto emitido del sitio de iniciación menos activo supera la señal de termina-ción y sirve
como el precursor para los RNAm y RNAt. Aun queda por entenderse la manera en que el sitio de
iniciación de la transcripción puede influenciar la actividad del complejo de la RNA polimerasa en una
región de atenuación de 2.700 pb .
Hasta el momento no se conoce la atenuación transcripcional de las regiones codificantes de proteínas
del genoma.
La ausencia de promotores separados para los genes mitocondriales, así como la ausencia de las
señales 5' en el RNAm maduro para la modulación de la eficiencia de translación, sostiene en contra de la
existencia de algún mecanismo elaborado para la regulación de la síntesis de este set de proteínas.
El carácter invariante de la cadena respiratoria (cuyas proteínas constituyentes son codificadas en este
genoma) en animales superiores podría explicar la ausencia de signi-ficado para la regulación individual
de la expresión de productos génicos mitocondriales.
Los genes del DNA mitocondrial humano con productos conocidos se muestran como barras sólidas.
Los URFs se indican con barras abiertas. La subunidad 8 de la ATPasa está loca-lizada junto y corriente
arriba del gen de la subunidad 6. Los genes de RNAt se ven como triángulos sólidos (la presencia se
indica con una flecha y asterisco).
Todos los genes, excepto URF 6 y los 8 RNAt , se transcriben en el sentido de las agujas del reloj. El
origen de replicación de la cadena H está representado por el círculo abierto.
Interacciones núcleo-mitocondria
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El hecho de que la información genética es distribuída en dos compartimientos separados
espacialmente implica la existencia de mecanismos para asegurar una expresión coordinada de las
proteínas y/o RNAs codificados de los dos genomas.
Existen enzimas mitocondriales con subunidades polipeptídicas derivadas de genes mitocon-driales y
nucleares. Ellas son: dos complejos respiratorios de la citocromo oxidasa, Coenzima QH2 reductasa, la
ATPasa, ribosomas mitocondriales, NADH-coenzima Q reductasa. Cada una de estas enzimas
oligoméricas contiene subunidades codificadas nuclearmente cuyas funciones son esenciales para la
actividad catalítica.
El aparato mitocondrial proteico importado
La mitocondria está formada por dos subcompartimientos membranosos (membrana externa y
membrana interna) y dos subcompartimientos acuosos (espacio intermembrana y matriz). La mayoría de
las proteínas destinadas a estos subcompartimientos son sintetizadas en poli-somas citosólicos y luego son
importadas por la organela.
La traslocación de las proteínas precursoras dentro de las membranas no está acoplada
mecánicamente a la síntesis de la cadena polipeptídca en el ribosoma. El proceso de importación requiere
de energía aportada por el ATP y el potencial de membrana a través de la membrana interna mitocondrial.
El transporte proteico hacia o a través de la mem-brana interna ocurre en sitios de contacto entre las dos
membranas mitocondriales. Los precursores proteicos son procesados proteolíticamente en la matriz
mitocondrial y sus cadenas polipeptídicas son re- plegadas. Finalmente las proteínas son distribuídas a sus
respectivos subcompartimientos y en muchos casos son ensambladas en complejos con múlti-ples
subunidades.
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