Bioquímica
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos, así como las proteínas e hidratos de carbono constituyen gran
parte de l...
Bioquímica
Un nucleósido está formado por una base púrica o pirimidínica enlazada a un azúcar.
Los cuatro nucleósidos del ...
Bioquímica
Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 3
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o está
restringida en modo
a replicación del DNA...
Bioquímica
La primera enzima descubierta que está dirigida por un molde: La DNA
Polimerasa I
a DNA polimerasa I no es la e...
Bioquímica
La actividad 3’→5’ exonucleasa de la DNA polimerasa III elimina aproximadamente 1
de cada 10 nucleótidos aparea...
Bioquímica
que avanza la replicación estos fragmentos se unen covalentemente por medio de la
DNA ligasa para formar una de...
Bioquímica
FLUJO de INFORMACIÓN GENÉTICA
Los genes establecen las clases de proteínas que han de sintetizar las células, s...
Bioquímica
Esto nos lleva al código
ecuencias de tres bases,
Fig. 4. Dogma central de la biología molecular.
genético (fig...
Bioquímica
Varios tipos de RNA desempeñan papeles
as moléculas de RNA son de una sola cadena
as células contienen varios t...
Bioquímica
4. El mensajero debía estar asociado transitoriamente con los ribosomas, los sitios
de la síntesis de proteínas...
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regién –35, tiene la secuencia consenso TTGACA. El primer nucleótido transcrito es
normalmente una purina.
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Características principales del código genético
4 codones, 61 tripletes corresponden a aminoácidos y 3 son clav...
Bioquímica
recombinante que codifican proteínas humanas tal como la insulina. Estos resultados
sugieren firmemente que el ...
Bioquímica
puntos de corte. Los intrones casi siempre empiezan con GU y terminan con una pareja
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Bioquímica
Secuencias intensificadoras pueden estimular la transcripción en centros de iniciación
alejados a millares de b...
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  1. 1. Bioquímica ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos, así como las proteínas e hidratos de carbono constituyen gran parte de la materia viva (biomoléculas). En particular, los ácidos nucleicos son los componentes más fundamentales e importantes de la célula viva. Parece probable que la vida en si empezara su evolución con los ácidos nucleicos puesto que son las únicas sustancias biológicas que poseen la notable propiedad de autoduplicación. Los ácidos nucleicos actúan como depositarios y transmisores de la información genética de cada célula. Gran parte del desarrollo físico de un organismo a lo largo de su vida está programado en estas moléculas. Las proteínas que elaborarán sus células y las funciones que realizarán están todas registradas en esta cinta molecular. A continuación se tratará de describir los ácidos nucleicos, se aportará una breve introducción respecto a la forma en la que éstos mantienen y transmiten la información genética y el papel que desempeñan en la formación de proteínas. DNA El DNA es una macromolécula muy larga, de aspecto filamentoso y formada por un gran número de desoxirribonucleótidos, cada uno de ellos compuesto por una base nitrogenada, un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. Las bases de las moléculas de DNA son las responsables de portar la información genética, en tanto que los grupos azúcar y fosfato tienen un papel estructural. La unidad estructural básica del DNA es el nucleótido. Un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azúcar y uno o más grupos fosfato. La desoxirribosa es el azúcar de los desoxirribonucleótidos. Desoxi pues este azúcar carece de un átomo de oxígeno en la posición 2’ del anillo mientras que la ribosa si lo tiene. La base nitrogenada deriva de la purina o la pirimidina. N N N N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N N 1 2 3 4 5 6 O OHCH2OH OH 1' 2'3' 4' 5' H Purina Pirimidina β-D-2-Desoxirribosa El DNA contiene dos bases derivadas de la purina, la adenina (A) y la guanina (G), y dos de la pirimidina, timina (T) y citosina (C). N N N N NH2 H N N N N O 2N N NO O CH3 O N N NH2 Adenina (A) Guanina (G) Timina (T) Citosina (C) Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 1
  2. 2. Bioquímica Un nucleósido está formado por una base púrica o pirimidínica enlazada a un azúcar. Los cuatro nucleósidos del DNA se llaman desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxitimidina y desoxicitidina. El éster fosfórico de un nucleósido es lo que se denomina nucleótido. O CH2 OH Base O P O O O P O O O P O O O Nucleótido genérico o nucleósido trifosfato H El esqueleto de DNA, que es constante a lo largo de la molécula, está formado por desoxirribosas ligadas por puentes fosfodiéster. Concretamente, el hidroxilo 3’ (3’-OH) del azúcar de un desoxirribonucleótido está unido al hidroxilo 5’ (5’-OH) del azúcar adyacente por un enlace fosfodiéster. La parte variable del DNA es la secuencia de los cuatro tipos de bases (A, G, C o T) así es que se utilizan esas iniciales para hacer referencia a una secuencia concreta de un polinucleótido. Las cadenas de DNA tienen polaridad. Uno de los extremos de la cadena tiene un grupo 5’-OH y el otro un grupo 3’-OH que no están unidos a otro nucleótido. Por convención el símbolo ACG indica l DNA por Watson y Crick revolucionó a la as características más sobresalientes del modelo de DNA son (ver fig.1): 1) Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje 2) e la hélice mientras que las 3) tes están separadas por 3,4Å a lo largo del eje de la hélice y desplazadas por una rotación de 36º. que el grupo 5’-OH de la desoxiadenosina está libre y que también lo está el grupo 3’-OH de la desoxiguanosina. Así pues, la secuencia de bases está escrita en la dirección 5’→3’. Base O P OO O O CH2 O H O CH2 H P OO O Base Puente fosfodiéster El descubrimiento de la doble hélice de biología (1953) L común. Las cadenas corren en direcciones opuestas. Las bases de purina y pirimidina están en el interior d unidades de fosfato y desoxirribosa están en el exterior. El diámetro de la hélice es de 20Å, las bases adyacen Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 2
  3. 3. Bioquímica Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 3 . La 5) o está restringida en modo a replicación del DNA es semiconservativa omo suele ocurrir con una buena teoría o modelo, la structura de Watson y Crick explicaba también otros dían. El ioquímico Erwin Chargaff, que había determinado las ebras son omplementarias. Si las hebras pudieran separarse y se 4) Las dos cadenas permanecen unidas por puentes de hidrógeno entre los pares de bases Fig. 1. Estructura del DNA adenina siempre está emparejada con la timina y la guanina con la citosina. La secuencia de las bases posibles a lo largo de la cadena del polinuceótido n alguno. La secuencia de bases precisa transporta la información genética. L C e datos que hasta entonces no se compren b cantidades relativas de A, T, G y C en los DNA de muchos organismos encuentra que A y T estaban presentes casi siempre en cantidades aproximadamente iguales y lo mismo sucedía con G y C. Si la mayor parte del DNA de las células era de doble hebra, con el apareamiento entre bases de Watson y Crick, la regla de Chargaff era una consecuencia natural de ello. El modelo de Watson y Crick no solo explicaba la estructura del DNA y la regla de Chargaff; como A se aparea con T y C con G, las dos h Fig. 2. Autorreplicación del DNA. c pudiera sintetizar un nuevo DNA a lo largo de cada una de ellas siguiendo el apareamiento de bases, podrían obtenerse dos moléculas de DNA de doble hebra, cada una de las cuales sería una copia exacta del original. Esta autorreplicación es precisamente la propiedad que el material genético debe poseer (fig. 2)
  4. 4. Bioquímica La primera enzima descubierta que está dirigida por un molde: La DNA Polimerasa I a DNA polimerasa I no es la enzima que replica la mayor li. parte es la DNA polimerasa más sencilla y la mejor conocida. Su estudio rve de ejemplo para muchos principios clave de la acción de las DNA polimerasas, n es catalizada por un único centro activo que uede enlazarse a cualquiera de los cuatro desoxirribonucleósidos trifosfato (dNTPs) El ibre un molde de DNA parte del DNA de E. co bién L Sin embargo, juega un papel crítico en la replicación y tam en la reparación del DNA. Por otra si tanto procarióticas como eucarióticas. La DNA polimerasa I es una enzima con una procesividad o progresividad moderada: antes de disociarse del DNA molde cataliza la formación de aproximadamente 20 puentes fosfodiéster. La polimerizació p que se enlace uno u otro depende de la base correspondiente de la hebra molde. La probabilidad de que se forme un enlace y de que se establezca un puente fosfodiéster es muy pequeña, a menos que el nucleótido que llegue forme un par de bases de Watson y Crick con el nucleótido opuesto del molde. La DNA polimerasa exige como requerimientos mínimos: a) los cuatro dNTPs (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) y Mg2+ b) una cadena cebadora con grupo 3’-OH l c) La reacción que cataliza esta enzima es: )DNA( residuosn dNTP+ iresiduos1n PP)DNA( ++ una pirofosfatasa inorgánica permite que la acción pueda proseguir. a DNA Polimerasa I también es una exonucleasa 3’→5’ que corrige sus errores de catalizar la hidrólisis de cadenas de DNA así como su olimerización. La enzima cataliza la hidrólisis de uno en uno de los nucleótidos que no o e actividad exonucleasa es distinto del centro de actividad polimerasa. ad exonucleasa ejora notablemente la exactitud de la replicación del DNA, ya que constituye un leótido. En efecto, la DNA olimerasa I comprueba el resultado de cada polimerización que cataliza antes de La hidrólisis del pirofosfato (PPi) por re L La DNA polimerasa I pue p están apareados en el extremo 3’ de las cadenas de DNA (exonucleasa 3’→5’) El centr d La actividad nucleasa 3’→5’ tiene una función correctora en la polimerización. En general, la DNA polimerasa I elimina los residuos incorrectamente apareados del extremo del cebador antes de iniciar la polimerización. Esta activid m control adicional para el correcto apareamiento de las bases. Por lo general, la polimerización no se produce a menos que los pares de bases se adapten a una doble hélice. Sin embargo, un error cometido durante esta etapa, casi siempre puede corregirse antes que se añada el siguiente nuc p incorporar el siguiente nucleótido. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 4
  5. 5. Bioquímica La actividad 3’→5’ exonucleasa de la DNA polimerasa III elimina aproximadamente 1 de cada 10 nucleótidos apareados correctamente. La frecuencia de esrror de la enzima es e 10-7 . Después de la replicación hay tres sistemas de reparación que mejoran la sta enzima puede también hidrolizar DNA a partir del extremo 5’ de la cadena. El tivos e polimerización e hidrólisis 3’→5’. or. Además, la actividad exonucleasa 5’→3’ complementa la actividad xonucleasa 3’→5’ ya que corrige errores de distinto tipo. La polimerización y la as DNA plomerasas II y III se parecen a la I en varios aspectos: molde a partir de dNTP. 2. Se requiere un cebador con 3’-OH libres. Un ue forma parte la DNA polimerasa III sintetiza la may s que la DNA polimerasa I elimina el cebador y llena los espacios vacíos. La DNA polimerasa II participa en la reparación del DNA cen simultáneamente el desenrollamiento y la ntesis se llama horquilla de replicación. nuevo DNA. El sentido global de la síntesis de DNA debe ser 5’→3’ para na hebra y 3’→5’ para la otra. Sin embargo, todas las DNA polimerasas conocidas (1000 nucleótidos) los cuales están mporalmente presentes en las proximidades de la horquilla de replicación. A medida d fidelidad hasta obtener una tasa de mutación global de 10-10 por par de bases y por generación. La DNA Polimerasa I es también una exonucleasa 5’→3’ que corrige errores E centro activo con actividad exonucleasa 5’→3’ difiere claramente de los centros ac d La DNA Polimerasa I contiene tres centros activos distintos en una única cadena polipeptídica La actividad 5’→3’ juega un papel fundamental en la replicación del DNA al eliminar el RNA cebad e corrección (3’→5’) pueden tener lugar de forma casi simultánea, sin que la enzima deba disociarse del DNA. Descubrimiento de las DNA Polimerasas II y III L 1. Catalizan la síntesis de DNA dirigida por un 3. Síntesis en dirección 5’→3’ 4. Actividad exonucleasa 3’→5’ complejo multienzimático del q or parte del DNA nuevo, mientra re pero no es necesaria para la replicación. La síntesis de DNA nuevo está estrechamente relacionado con el desenrrollamiento del DNA parental. El lugar donde se produ sí Una hebra del DNA se sintetiza en fragmentos y la otra se sintetiza en forma continua En la horquilla de replicación, las dos hebras del DNA parental sirven de molde para la síntesis de u sintetizan DNA en sentido 5’→3’ y no 3’→5’. Reiji Okazaki descubrió que una proporción importante del DNA recién sintetizado existe en forma de fragmentos pequeños te Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 5
  6. 6. Bioquímica que avanza la replicación estos fragmentos se unen covalentemente por medio de la DNA ligasa para formar una de las hebras hijas, la hebra retrasada. La otra hebra nueva se sintetiza en forma continua, sin interrupciones, y se denomina hebra guía. La replicación en E. coli comienza con el desenrrollamiento en el punto oriC (origen) Un cebador de RNA sintetizado por la primasa permite que comience la sínte DNA sis de ue no se construya un cebador. Las RNA polimerasas pueden iniciar cadenas de ovo, así que RNA podría servir como cebador para iniciar la síntesis de DNA. une al omplejo carente de cebador formando un ensamblaje de múltiples subunidades llamado dad. ntetiza la mayor parte del DNA. hebra guía utilizando un RNA cebador originado por la primasa. El NA dúplex, situado por delante de la polimerasa, se desenrolla por la acción de una Luego del desenrrollamiento, el molde está expuesto pero no se puede sintetizar DNA hasta q n En efecto, el RNA actúa como cebador en la síntesis de DNA, y ese cebador está sintetizado por una RNA polimerasa específica llamada primasa la cual se c primosoma. La primasa sintetiza un pequeño fragmento de RNA (5 nucleótidos) que es complementario a una de las hebras del DNA molde. Este RNA cebador es eliminado al final de la replicación por la actividad exonucleasa 5’→3’ de la DNA polimerasa I. La DNA polimerasa III, una asociación de al menos 10 subunidades se caracteriza por una elevadísima progresividad, potencia catalítica (1000 nucleótidos/seg) y fideli si Las hebras guía y retrasada son sintetizadas de forma simultánea por la DNA polimerasa III La DNA polimerasa III se encuentra sobre la horquilla de replicación, donde comienza la síntesis de la D helicasa dependiente de ATP (fig. 3) La proteína de unión a las hebras sencillas mantiene el DNA desenrollado, extendido y accesible, de modo que ambas hebras pueden servir de molde. La hebra guía es sintetizada de forma continua por la DNA polimerasa III. La hebra retrasada se sintetiza en fragmentos, esto se consigue mediante la formación de un bucle en el molde de la hebra retrasada. De este modo, el molde de la hebra retrasada atravesaría el centro activo con actividad polimerasa de una subunidad del dímero polimerasa III en el mismo sentido en que el molde de la hebra guía lo hace en la otra subunidad. La DNA polimerasa III tendría que abandonar el molde de la hebra retrasada después de haber añadido unos 1000 nucleótidos a esta hebra. Entonces se formaría un nuevo bucle y la primasa sintetizaría de nuevo un pequeño fragmento de RNA cebador para iniciar la síntesis de otro fragmento de Okazaki. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 6
  7. 7. Bioquímica FLUJO de INFORMACIÓN GENÉTICA Los genes establecen las clases de proteínas que han de sintetizar las células, sin embargo, el DNA no a que dichos moldes n las moléculas de RNA. El RNA mensajero (mRNA) es el intermediario en el er figura 4. Fig. 3. Replicación del DNA en eucariotas. es el molde directo para la síntesis proteica, y so transporte de información para la síntesis de proteínas. El RNA de transferencia (tRNA) y el RNA ribosómico (rRNA) forman parte de la maquinaria propia de esta síntesis. Todas las formas de RNA celulares son sintetizadas por las RNA polimerasas que toman las instrucciones del DNA molde. Este proceso de transcripción se continúa con la traducción, es decir, la síntesis de proteínas de acuerdo con las instrucciones transmitidas por el mRNA molde. El flujo de información genética (dogma central de la biología molecular) en una célula normal será: ProteínasRNADNA TraduccióniónTranscripc  → → V Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 7
  8. 8. Bioquímica Esto nos lleva al código ecuencias de tres bases, Fig. 4. Dogma central de la biología molecular. genético (fig. 5), que es la relación entre la secuencia de bases del DNA (o de su transcrito de mRNA) y la secuencia de aminoácidos de la proteína. Fig. 5. Arriba, tRNAs traduciendo el código genético de un S llamadas codones, especifican a cada uno de los aminoácidos. Los codones del mRNA son leídos secuencialmente por las moléculas de tRNA, que sirven de adaptadores en la síntesis de proteínas (fig. 5) Esta síntesis tiene lugar en los ribosomas, que son asociaciones complejas de rRNAs y más de 50 clases de proteínas. mRNA. Abajo, el código genético. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 8
  9. 9. Bioquímica Varios tipos de RNA desempeñan papeles as moléculas de RNA son de una sola cadena as células contienen varios tipos de RNA: l RNA mensajero (mRNA): es la plantilla o E NA): l RNA ribosómico (rRNA): es el principal componente de los ribosomas, juega un is uesto que las proteínas son sintetizadas en el citoplasma y no en el interior del núcleo as propiedades propuestas para el mensajero fueron: 1. El mensajero debía ser un polinucleótido. ebía reflejar la composición de bases 3. heterogéneo en tamaño, puesto que los genes (o importantes en la expresión genética L (fig. 6), excepto en algunos virus. En consecuencia una molécula de RNA no tiene necesidad de mantener determinadas proporciones de bases complementarias. Las moléculas de RNA contienen regiones de estructura de doble hélice producidas por la formación de lazos o bucles en forma de horquillas. En estas regiones se empareja A-U y G-C, aunque también se ve G-U pero con un enlace menos fuerte que G-C. La proporción de regiones helicoidales en diferentes tipos de RNA varía entre límites muy amplios, un valor típico es 50%. L E molde para la síntesis de proteínas. Existe una molécula de mRNA correspondiente a cada gen o grupo de genes que vaya a expresarse, en consecuencia, las moléculas de mRNA son muy heterogéneas. Fig. 6. Comparación RNA, DNA l RNA de transferencia (tR transporta los aminoácidos en forma activada al ribosoma para la formación del enlace peptídico, en una secuencia que viene determinada por el mRNA molde. Hay al menos un tipo de tRNA para cada uno de los veinte aminoácidos. Es la más pequeña de las moléculas de RNA. E papel catalítico y estructural en la síntesis de proteínas. Es el más abundante de los tres tipos de RNA (80%), luego se encuentra el tRNA (15%) y por último el mRNA (5%) Descubrimiento del mRNA, el transportador de la información en la síntes proteica P de las células eucarióticas, era evidente que debería existir un intermediario químico especificado por los genes el cual debía ser de vida muy corta. L 2. La composición de bases del mensajero d del DNA que lo especifica. El mensajero debía ser muy grupos de genes) varían en longitud. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 9
  10. 10. Bioquímica 4. El mensajero debía estar asociado transitoriamente con los ribosomas, los sitios de la síntesis de proteínas. 5. El mensajero debía ser sintetizado y degradado rápidamente. Luego de una serie de experimentos, se concluyó que los ribosomas son estructuras no especializadas que sintetizan, en un momento determinado, la proteína dictada por el mensajero que contienen en aquel momento. Con lo que el mRNA es el transportador de la información entre el gen y la proteína. Todo el RNA celular se sintetiza por las RNA polimerasas La RNA polimerasa es la enzima que se sintetiza el RNA según las instrucciones dadas por un DNA molde. La RNA polimerasa de E. coli requiere los siguientes componentes para la síntesis de RNA: 1. Un molde, el cual es preferentemente un DNA de doble cadena, pero también puede ser DNA de una sola cadena. 2. Precursores activados, que son los cuatro ribonucleósidos trifosfato: ATP, GTP, CTP y UTP. 3. Un ión metálico divalente. Son eficaces el Mg2+ o el Mn2+ . La RNA polimerasa cataliza la iniciación y la elongación paso a paso de las cadenas de RNA. La reacción catalizada por esta enzima es: riboNTP)RNA( residuosn + iresiduos1n PP)RNA( ++ La síntesis de RNA se asemeja a la de DNA en varios aspectos: a. La dirección de síntesis es 5’→ 3’ b. El mecanismo de elongación es similar, ataque nucleofílico del grupo 3’-OH del extremo de la cadena en crecimiento sobre el fosfato más interno del nucleósido trifosfato recién llegado. c. La síntesis viene favorecida por la hidrólisis de pirofosfato. Al contrario de la DNA polimerasa, la RNA polimerasa no requiere un iniciador. Otra diferencia es que el DNA molde se conserva íntegramente en la síntesis de RNA mientras que en la síntesis de DNA sólo se conserva la mitad. También, la RNA polimerasa carece de la capacidad nucleásica que utiliza la DNA polimerasa para cortar los nucleótidos mal emparejados. La transcripción comienza en los centros promotores y finaliza en los centros de terminación Los DNA moldes contienen regiones llamadas centros promotores que se unen específicamente a la RNA polimerasa y determinan donde comienza la transcripción. En bacterias son muy importantes las dos secuencias situadas cerca del primer nucleótido que va a ser transcrito y ubicadas hacia el extremo 5’. Una de ellas, llamada secuencia Pribnow, contiene la secuencia consenso TATAAT y está centrada a –10 (diez nucleótidos hacia el lado 5’ a contar desde el primer transcrito +1) La otra, llamada Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 10
  11. 11. Bioquímica regién –35, tiene la secuencia consenso TTGACA. El primer nucleótido transcrito es normalmente una purina. Los genes eucarióticos que codifican proteínas poseen centros promotores con una secuencia consenso TATA centrada alrededor de –25, esta secuencia TATA es análoga a la secuencia Pribnow de procariotas, salvo que está situada más lejos secuencia arriba. -35 -10 +1 TTGACA∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼TATAAT∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼sitio inicio El centro promotor se encuentra en la hebra codificadora, la hebra molde (hebra antisentido) es complementaria del RNA. La RNA polimerasa discurre a lo largo del molde de DNA y transcribe una de sus hebras hasta alcanzar la secuencia de terminación. Esta secuencia codifica una señal de terminación que en E. coli consiste en una horquilla de bases emparejadas en la molécula de RNA recién sintetizada. Esta horquilla se forma por emparejamiento de bases se secuencias autocomplementarias, ricas en G y C. El RNA naciente se disocia espontáneamente de la RNA polimerasa cuando a la horquilla le sigue una hilera de residuos U. Se sabe mucho menos sobre la terminación de la transcripción en eucariotas. El RNA de transferencia es la molécula adaptadora en la síntesis de proteínas Hemos visto que el mRNA es el molde para la síntesis de proteínas. ¿Cómo dirige a los aminoácidos para unirlos en la secuencia correcta? Los aminoácidos son transportados hacia el molde por una molécula adaptadora y este adaptador es la parte que se ajusta realmente con el RNA. Se requieren entonces al menos veinte adaptadores, uno por cada aminoácido, pues cada uno de ellos es específico. El adaptador en la síntesis de proteínas es el tRNA. El tRNA contiene un centro de unión al aminoácido y un centro de reconocimiento del molde. El aminoácido se une al tRNA por el carboxilo esterificado con el 3’ o 2’-OH y la lectura de mensajero es 5’→3’ sintetizando la cadena polipeptídica de NH2→ COOH. Cada molécula de tRNA transporta un aminoácido específico en forma activada hasta el lugar de la síntesis de la proteína. El lugar de reconocimiento del molde en el tRNA es una secuencia de tres bases llamada anticodón. El anticodón del tRNA reconoce una secuencia de tres bases complementarias del mRNA llamada codón (fig. 7) Fig. 7. Ordenamiento e codonesd Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 11
  12. 12. Bioquímica Características principales del código genético 4 codones, 61 tripletes corresponden a aminoácidos y 3 son clave para la terminación os codones que codifican para un mismo aminoácido se llaman sinónimos. Por Cuál es el significado biológico de la degeneración generalizada del código genético? a degeneración del código puede ser también significativa en cuanto que permite al l RNA mensajero contiene señales de iniciación y de parada para la síntesis de a señal de iniciación para la síntesis proteica es compleja, las cadenas polipeptídicas en UG es solo parte de la señal de iniciación. En bacterias el AUG (o GUG) de iniciación l código genético es prácticamente universal os mRNA pueden ser traducidos correctamente por la maquinaria sintetizadora de 6 de la cadena. Como hay 20 aminoácidos y 61 tripletes que lo codifican, es evidente que el código es muy degenerado. Muchos aminoácidos están codificados por más de un triplete. Sólo el triptófano (Trp) y la metionina (Met) están codificados por un solo triplete, mientras que la leucina, arginina y serina son especificados por seis codones cada uno (fig. 5) El número de codones para un aminoácido está correlacionado con la frecuencia de aparición en las proteínas. L ejemplo CAU y CAC son sinónimos para histidina. ¿ Si el código no fuera degenerado, 20 codones designarían aminoácidos y los otros 44 conducirían a la terminación de la cadena. La probabilidad de mutación que originase la terminación de la cadena sería mucho mayor con un código no degenerado que con el código actual. Las mutaciones de terminación de la cadena conducen generalmente a proteína inactivas, mientras que las sustituciones de un aminoácido por otro son generalmente inocuas. Así pues, la degeneración reduce al mínimo los efectos deletéreos delas mutaciones. L DNA modificar ampliamente su composición de bases sin alterar la secuencia de aminoácidos de las proteínas codificadas por él. E proteínas L las bacterias comienzan con un aminoácido modificado, la formilmetionina (fMet) Hay un tRNA específico, el tRNA iniciador, que transporta la fMet. Este complejo fMet- tRNA reconoce al codón AUG o menos frecuentemente al GUG. Sin embargo, AUG es codón para una metionina interna y GUG lo es para una valina interna. Esto significa que la señal para el primer aminoácido de una cadena polipeptídica de procariotas debe ser mucho más complejo que para el resto. A viene precedido por una secuencia rica en purinas (A, G) a varios nucleótidos de distancia. En eucariotas el AUG más próximo al extremo 5’ del mRNA es normalmente la señal de iniciación para la síntesis de la proteína. Este AUG particular es leído por un tRNA iniciador cargado con metionina. E L proteínas pertenecientes a especies biológicas muy alejadas. Así, por ejemplo el mRNA de la hemoglobina humana es traducido correctamente por un extracto celular de germen de trigo. Las bacterias expresan eficazmente las moléculas de DNA Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 12
  13. 13. Bioquímica recombinante que codifican proteínas humanas tal como la insulina. Estos resultados sugieren firmemente que el código genético es universal. Sin embargo existen excepciones a esto. Las mitocondrias humanas leen el triplete UGA como codón para el triptófano en vez de señal STOP. Además AGA y AGG significan STOP en vez de arginina y AUA corresponde a metionina en vez de isoleucina. Las mitocondrias pueden tener un código genético diferente al del resto de la célula debido a que el DNA mitocondrial codifica unos tRNAs distintos. El código genético es prácticamente, pero no absolutamente universal. Existen variaciones en mitocondrias y en especies como los ciliados, que se separaron muy pronto en la evolución de los eucariotas. Es interesante advertir que dos de los codones modificados en las mitocondrias humanas disminuyen la información asignada a la tercera base del triplete (por ej. tanto AUA como AUG codifican metionina) La mayoría de las modificaciones observadas respecto al código genético estándar van en la dirección simplificadora. La gran mayoría de los genes eucarióticos son mosaicos de intrones y exones En las bacterias las cadenas polipeptídicas están codificadas por una disposición continua de codones del DNA. En genes de organismos superiores no es siempre así, diversos genes son discontinuos. Las cadenas de RNA recién sintetizadas (transcrito primario) son mucho mayores que las moléculas de mRNA derivadas de ellas. Las regiones que se eliminan de este transcrito primario se llaman intrones (secuencias intercaladas), mientras que aquellas que se mantienen en el mRNA maduro se denominan exones (regiones expresadas) Un aspecto común de la expresión de estos genes discontinuos es que sus exones están ordenados en la misma secuencia en el mRNA y en el DNA. Así pues, los genes entrecortados, como los genes continuos, son colineales con sus productos polipeptídicos. El entrecortado (splicing) es una operación compleja realizada por los “spliceosomas” que son asociaciones de proteínas y pequeñas moléculas de RNA. Esta maquinaria enzimática reconoce las señales del RNA naciente que especifican los Fig. 7 . Intrones y exones Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 13
  14. 14. Bioquímica puntos de corte. Los intrones casi siempre empiezan con GU y terminan con una pareja AG, precedida de un tramo rico en pirimidinas (U, C) Esta secuencia consenso es parte de la señal de empalme. Muchos exones codifican dominios de proteínas La mayoría de los genes de los eucariotas superiores (aves, mamíferos) están entrecortados. Los eucariotas inferiores, como las levaduras, tienen una mayor proporción de genes continuos. La comparación entre secuencias de DNA de genes que codifican proteínas muy conservadas durante la evolución sugiere firmemente que había intrones en los genes ancestrales y que se perdieron durante la evolución en aquellos seres especializados en un crecimiento muy rápido, tales como las eubacterias y las levaduras. Un dominio completo de una proteína puede estar codificado por un solo exón. Una hipótesis muy atrayente es que las proteínas nuevas aparecen durante la evolución por reordenamiento de los exones que codifican elementos estructurales discretos, centros de enlace y centros catalíticos. Transcripción en eucariotas Las tres etapas de la transcripción: (1) iniciación, (2) elongación y (3) terminación (1) La RNA polimerasa desenrolla casi dos vueltas del DNA molde antes de iniciar la síntesis de RNA. El inicio de la transcripción se origina en los centros promotores del DNA molde. Existen dos tramos de secuencias comunes más allá del lado 5’ del punto de iniciación (secuencia arriba) en procariotas, son la secuencia –10 (TATAAT) y –35 (TTGACA) Los números corresponden a la hebra codificadora. Hebra codificadora es aquella del DNA que posee la misma secuencia que el RNA transcrito cambiando U por T (hebra con sentido +); hebra molde es la hebra antisentido y es la complementaria a la codificadora o al mRNA transcrito primario (hebra con sentido -) 5’∼∼∼∼∼∼Compart. CAAT∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼Compart. GC∼∼∼∼∼∼∼∼∼Compart. TATA∼∼∼∼∼∼∼∼∼3’ -110 -40 Centro de iniciación del mRNA En levaduras, una secuencia TATAAA centrada entre los nucleótidos –30 y –90 desempeña el mismo papel. La mutación de una única base en la TATA box daña sensiblemente la actividad del promotor. Asimismo los intercambios de bases A y T producen pérdida de actividad, demostrando con ello que es esencial la secuencia exacta y no solo un alto contenido de pares AT. El compartimiento TATA es necesario pero insuficiente para una alta actividad del promotor. Se localizan elementos adicionales entre las posiciones –40 y –110 CAAT y GC que pueden ser también eficaces estando en la hebra molde. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 14
  15. 15. Bioquímica Secuencias intensificadoras pueden estimular la transcripción en centros de iniciación alejados a millares de bases. Las secuencias intensificadoras pueden encontrarse secuencia arriba, secuencia abajo o incluso en medio de un gen transcrito. Son efectivos tanto si están situados sobre la hebra codificadora como sobre la hebra molde. (2) La elongación tiene lugar en las burbujas de transcripción que se desplazan a lo largo del molde de DNA. La RNA polimerasa es una enzima muy progresiva o procesiva. Su velocidad de síntesis es de 50 nucleótidos por segundo y posee una tasa de error de un fallo cada 104 o 105 bases agregadas. (3) Las regiones transcritas de los moldes de DNA contienen señales de terminación. La más sencilla es una región palindrómica rica en GC seguida de una región rica en AT. El transcrito de RNA de este DNA palindrómico es autocomplementario, por lo tanto, sus bases se pueden emparejar para formar una estructura en horquilla con un tallo y un bucle, estructura favorecida por su alto contenido en GC. Esta horquilla estable viene seguida de una secuencia de 4 o más residuos U. El transcrito de RNA finaliza en ellos o justamente después. Los precursores de mRNA adquieren casquetes 5’ durante la transcripción El extremo 5’ trifosfato de la cadena de RNA naciente se modifica de inmediato. Se libera un fosfato, luego el extremo 5’ difosfato ataca al átomo Pα del GTP para formar un enlace 5’-5’-trifosfato nada corriente se denomina casquete CAP. Los casquetes contribuyen a la estabilidad de los mRNAs porque protegen sus extremos 5’ frente a las fosfatasas y las nucleasas. Además los casquetes facilitan la traducción del mRNA por los sistemas eucarióticos de síntesis proteica. Después de la ruptura debida a una endonucleasa se añade una cola de 3’- poliadenilato a la mayoría de los precursores de mRNAs La endonucleasa que reconoce la secuencia AAUAAA rompe los transcritos primarios eucarióticos (el entorno también incide en el sitio de ruptura) Luego, la poli(A) polimerasa añade unos 250 residuos A al extremo 3’ y esa cola de A se enrolla alrededor de varias copias de una proteína de unión. Función de la cola poli(A): un mRNA sin cola poli(A) es un molde menos efectivo para síntesis proteica. La vida de una molécula de mRNA se determina en parte por la velocidad de degradación de su cola de poli(A) En el núcleo de eucariotas el mRNA transcrito primario sufre de un procesamiento a cargo de ribonucleoproteínas (RNA y enzimas de corte y empalme) encargadas de eliminar intrones y empalmar exones. Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 15
  16. 16. Bioquímica Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 16 Fig. Diferencias desde transcripción a traducción entre eucariotas y procariotas.

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