La síntesis de proteínas es un proceso que consta del catabolismo y anabolismo.

1. Biología 2016
Expresión génica
Dra. Mariana Lagadari

2. De gen a proteína
La información contenida
en un gen es copiada o
transcripta a ARN
1) Transcripción: ADN → ARNm
2) Traducción: ARNm → Secuencia de aminoácido.
Procesamiento de Proteínas: Formación de estructuras

3. La información codificada en los genes es expresada en 2
fases:
Transcripción donde una ARN polimerasa polimeriza una
molécula de ARNm cuya secuencia nucleotídica es
complementaria a la secuencia génica / de ADN.
Traducción donde un ribosoma ensambla el polipéptido cuya
secuencia de aminoácidos viene especificada en la
secuencia nucleotídica del ARNm

4. La esencia de la herencia es la capacidad de las
células para utilizar la información en su ADN para
producir proteínas particulares, afectando de esta
manera como lucirán las células.
En este sentido,
las proteínas son las herramientas de la herencia

5. peces mamíferos
Vertebrados
Amigable no tanto

6. Homo sapiens
Piel negra Piel blanca

7. Todo esto reside en el material genético….
EL ADN
Si bien todas las características están contenidas en la
molécula de ADN pero hay diferencias entre los seres
vivos que nada tienen que ver con el ADN

8. Todas las características están contenidas en
el ADN, pero hay diferencias entre los seres
vivos que tienen que ver con el AMBIENTE
FENOTIPO = Genotipo +
ambienteAspecto
Morfología
Fisiologia
comportamiento
ADN Eso mismo
Situaciones donde predomina lo genético y en otras en que predomina el
ambiente

9. ADN divido en segmento: genes
Producto final

10. Las células usan ARN para construir sus proteínas
Las proteínas se producen en el
citoplasma, particularmente en los
ribosomas.
ARN ribosomal→ proteínas + ARN
(ARNr)
Hay otros 3 tipos de ARN:
ARNm→ ARN Mensajero largas moléculas de ARN simple
cadena que se transcriben del ADN y viajan a los ribosomas.
Dirije que aa es ensamblado en la proteína a sintetizarse.
ARNt →ARN de Transferencia transportan a los aminoácidos al
ribosoma y lo ubican en la posición correcta en el polipéptido en
formación. Humanos poseen aprox 45 ARNt diferentes.

12. Entonces …
estas moléculas de ARN, junto con otras
proteínas y enzimas, constituyen un sistema
que leen el mensaje genético codificado por la
secuencia nucleotídica y asi producen las
proteínas que esas secuencias especifican.

13. Transcripción

14. Información de ADN al
ARN
La secuencia de ADN se
transcribe a una secuencia de
ARN

15. Se produce un ARNm copia del gen
ARN mensajero

17. Transcripción
Es el primer paso de la biogénesis del ARN
Catalizada por la ARN polimerasa
La síntesis ARNm esta dirigida por secuencias especiale
al comienzo de cada gen Promotores
Sitio de unión o
pegado de la ARN pol

18. • No requiere primer,
• Extiende en dirección 5´-3´
• No tiene actividad proofreading
• Eucas: no reconoce directamente el
promotor
La ARN pol se mueve a lo largo de la cadena
A medida que encuentra cada nucleótido de
ADN, agrega el correspondiente de ARN.
ARN polimerasa

19. Estructura gen procariota
La ARN pol proca es una gran enzima formada por múltiples subunidades.

20. La transcripción se inicia en el nucleótido +1
Estructura gen eucariota
La mayor parte del ADN esta formado por secuencias no codificantes
interrumpidas por fragmentos cortos de ADN codificante: Intrones y Exones
+1
Rio arriba se
encontrara la
región promotora

21. Estas secuencias posibilitan y controlan procesos
relativos a la transcripción génica.
Ejemplo: promotor, sitio de clivaje, sitios de unión.
secuencias de ADN
que generalmente se
las conoce como
secuencias consenso
Todo gen esta
acompañado por
regiones
regulatorias

22. Presentas regiones conservadas:
En eucariotas TATA box, secuencia a -25
En procariotas Secuencia -35: TTGACA
Secuencia -10: TATAAT similar Tata box
Promotor Región del ADN que
controla la transcripción
de un gen.
Secuencias cortas que no se
transcriben que unen a la ARN
pol. y antecede al primer par de
bases que se transcriben a
ARN

23. Donde inicia el ARNm?
Cual cadena se copia?
Donde termina el ARNm?
Secuencia promotora
Dirección del promotor
Señal de terminación
Señal STOP

24. Estructura gen eucariota

25. Maquinaria basal reconocimiento del promotor e
inicio de la transcripción
•ARN polimerasa (en euca hay varios tipos)
•Factores basales de la transcripcion TFII (euca)
•Factores adicionales: factores de reconocimiento del
promotor
Eucariotas Complejo basal de la transcripción
Procariotas: Factor σ media reconocimiento al
promotor
Maquinaria transcripcional
Componentes

26. Factores de Transcripción
∗Se unen a diversos tipos de secuencias localizadas antes
de la TATA box.
∗Son requeridos para iniciar la transcripción de un gen
∗Algunos sirven de anclado para la ARN pol.
∗Algunos actuan como proteinas que activan el proceso
de transcripción.
∗Otros actúan como proteínas represoras, que frenan la
transcripción

27. Los factores basales de la transcripción forman un
complejo sobre el ADN en el lugar del promotor
Los factores basales
median la interacción
de la ARN pol
formando el aparato
basal de la
transcripción

28. Enhancer secuencias aumentadoras que actúan como lugar de unión de
proteínas regulatorias (Factores de Transcripción) que regulan la
transcripción.
Acercamiento del
enhancer al aparato
basal
Enhancer: secuencias aumentadoras que actúan como lugar
de unión de Factores de Transcripción que son proteínas que
regulan la transcripción.
Comienza la transcripción

29. Activadores
Represores
Factores basales
Co activadores

30. Maquinaria regulatoria:
control de la velocidad de transcripción.
Involucra:
• Factores regulatorios de la Transcripción:
Activadores o represores
(se unen a Enhancers)
• Co-activadores
Co-activadores o co-represores

31. Un promotor con sus
enhancers puede determinar
especificidad de tejido de la
expresión de los genes
Genes “prendidos” y “apagados”

32. Transcripción
3 pasos
Iniciación
Elongación
Terminación

33. Iniciación
La unión de la ARN pol al promotor es el primer paso
Eucas complejo transcripcional reconoce a TATA box
Bacterias subunidad σ reconoce secuencia -10.
Una vez que la ARN Pol se pego comienza la apertura de la doble hélice de
ADN.

34. Elongación
La transcripción de ARN siempre comienza en ATP o GTP
Burbuja de transcripción
Hay una hibridación temporal ADN-
ARN, a medida que se agregan
nucleótidos, se extiende el ARN
hacia afuera de la burbuja.

35. Terminación
Al final del gen se encuentra secuencia STOP : la
ARN pol se disocia del ADN, se disocia el hibrido en la
burbuja y este se cierra nuevamente.

36. Terminación: secuencia STOP
Están comprendidos en regiones con
series GC seguido de series AT
Se forma un GC Hairpin seguido de 4 o
más U
Esta estructura provoca que la ARN pol
entre en “pausa”
La unión U-A es la mas lábil y no
aguanta la pausa por mucho tiempo.
Hay otros factores que intervienen en
esta terminación.

38. En los eucariotas los ARNm deben viajar fuera
del núcleo hacia el citoplasma donde serán
traducidos
ARNm sufre modificaciones
postranscripcionales
que lo protegen de ser degradado

39. 5´CAP 7-metil-guanosina
Se agrega luego de transcriptos aprox. 30 nucleótidos.
Una unión 5´-5´ en la A o G de
codón iniciación.
Esta estructura protege de la
acción de nucleasas o
fosfatasas.
Favorece el encuentro del ARNm
con el ribosoma.

40. 3´Cola de Poli A
El extremo 3´contiene comúnmente AAUAAA.
Una polimerasa poliA agrega A (aprox. 250) a este extremo
del transcripto.
Brinda protección de las nucleasas y estabilidad al mensajero.

41. Capping
Clivaje y
PoliAdenilacion
Modificaciones post-transcripcionales

42. Eucariotas
Salida del ARNm hacia el citoplasma

43. Producto de la Transcripción eucariota:
ARN inmaduro o pre-ARN m (transcripto primario)
Estos pre-ARNm son procesados en el núcleo para
dar ARNm que serán transportados al citoplasma
donde participaran de la síntesis proteica.
Este producto primario contiene exones e intrones.

44. pre-ARN
En eucariotas: no hay apareamiento perfecto entre
el ARN maduro y el gen del cual fue trascripto.

45. Proceso de maduracion del pre-ARNm
Sistema enzimático reconoce, corta y retira
los intrones y se unen los exones entre si
formando el ARNm maduro
Splicing

46. SPLICING o “Corte y Empalme”
El pre-ARNm es sometido a un
proceso de maduración en el cual las
secuencias intrónicas son eliminadas
produciendo una molécula de ARNm
madura que codificara directamente
una proteína.

47. “Espliceosoma”: maquinaria del splicing.
Formado por proteínas y ARN: ribonucleoproteínas pequeñas
SnRNP
Reconocen secuencias
consenso en los intrones
necesarias para su
eliminación.

48. Cada gen es copiado a ARN y este codifica para una proteína

49. Un gen muchas proteínas
Proceso que lo permite: Splicing alternativo
Splicing puedo ocurrir incluyendo o excluyendo exone
Hasta los ´80
Un gen una proteína
Mediados de los ‘80

53. Número de genes similar
Lo que ocurre es que nuestras genes pueden
generar muchas mas proteínas que los del gusano

54. Splicing alternativo
Causa de gran complejidad de los vertebrados
Mosca de la fruta (Dosophila melanogaster)
1 gen→ 38.000 proteínas
mayor al núm. de genes diferentes que tiene célula de la mosca!!!
diferenciación celular!

56. Splicing alternativo: Fenómeno propio de eucariotas
superiores
•Un gen y un único transcripto primario pueden dar varios tipos de
ARNm y así varias proteínas diferentes
•Mecanismo de control de la expresión génica
Exones constitutivos
Exones facultativos
poseen secuencia de unión a proteínas
reguladoras del splicing

57. Nuestros genes pueden generar muchas variantes de proteínas.

58. Velocidad determinada por la estructura que adopta gen
en el ADN, es decir del estado de la cromatina
Relajada enzima copia rápido
Compacta enzima copia lento

59. Exiten ARN que no son codificantes sino que
su función es ser parte del proceso de
traducción: ARN ribosómico y ARN de
transferencia

60. Traducción

61. TraducciónTraducción

62. Intervienen
Los ribosomas y ARN transferencia
nexo entre los aa y el ARN m
Traducción síntesis de proteínas

63. Los acontecimientos de la síntesis proteica
están catalizados sobre RIBOSOMAS
Complejo de moléculas de ARN y
proteínas. Tienen 2 subunidades:
E: exit
P: peptidyl
A: aminoacyl

64. Procariotas
mas pequeños
Menos densos
Libres en citoplasma
Contienen sitio A y P
mas grandes
Mas densos
Libres en citoplasma o
Asociados a RE
Contiene sitio A, P y E
Eucariotas

65. Existen ribosomas libres que fabrican proteínas solubles con
destino citoplasmático. Existen ribosomas unidos a membrana
que fabrican las proteínas destinadas a membrana o de
secreción.
Y también existen
POLIRRIBOSOMAS que son
capaces de traducir un mismo
mensajero simultáneamente

66. Aminoacil-ARNt sintetasa
acopla a cada
aminoacido a su ARNt
apropiado.
Existe una enzima
diferente para cada aa.
Los ARNt son otros de los protagonistas de la traducción de proteínas
El aa se une
aquí
Estructura 2ria
Forma de trébol.
Sitio aceptor

67. Existen 45 ARNt y no 64 Código genético es degenerado
Algunas moléculas de ARNt exigen solo un apareamiento de
las 2 primeras bases del codón. Efecto Wobble
1 ARNt reconoce mas de 1 codón

68. Cada ARNt está codificado en el ADN y hay uno
para cada tipo de aminoácido, y la aminoacil
sintetasa lo reconoce por esta estructura
tridimensional en forma de L.
La estructura tridimensional también le sirve para
poder asociarse a los ribosomas en el proceso de
la traducción de proteínas.

69. La traducción comienza cuando la molécula de ARNm maduro
se une al ARNr de un ribosoma
Se dispone de manera tal que solo un codón es expuesto para
que sea reconocido por ARNt correspondiente.
Esta ARNt contiene los 3 aa complemetarios: Anticodón

70. Síntesis proteica
Iniciación
Elongación
Terminación

71. Síntesis proteica
Iniciación
La subunidad ribosómica pequeña reconoce primero el CAP del
ARNm.
Luego se desplaza a lo largo del ARNm hasta el primer AUG
codón inicial.
El ARNt iniciador entrante se une al codón AUG
→ Met es el primer aminoácido (Proca: Nformil-Met)
El correcto posicionamiento del ARNm es critico para
determinar el marco de lectura

72. Iniciación
MET
Factores de iniciación
posicionan al ARNm en el ribosoma
guían al anticodón (ARNt) hacia su codón.

73. Esto ocurre en el sitio P del ribosoma
(P= peptidyl)
Los factores de iniciación se
liberan y se asocia la subunidad
mayor.

74. Se desplaza la subunidad menor del ribosoma a lo
largo del ARNm. Un segundo ARNt se ubica en la
región A (aminoacyl)
La molécula de ARNt con el anticodón
complementario al codón expuesto se une al codón
en el ARNm
ARNt lleva un solo tipo de aa, este y no otro será
incorporado al extremo de cadena polipeptídica
creciente.

75. Elongación
Se desplaza la subunidad
menor del ribosoma a lo largo
del ARNm. Un segundo ARNt
se ubica en la región A
(aminoacyl)
Los 2 aa se unen a través de un
enlace peptidico-Peptidil-
Transferasa- y el ARNt de met
se libera pasando por el sitio E
(exit).El 2do ARNt ahora se
ubica en el sitio P

76. A medida que el ribosoma se transloca (direccion 5´-3´) sobre la
molécula de ARNm, se exponen sucesivos codones y las
moléculas de ARNt se unen unas tras otras.
La translocación es guiada por factores de elongación. Así se
relocaliza al polipéptido creciente en el sitio P y se expone el
nuevo codón.
El proceso se repite con la entrada de un nuevo ARNt
Elongación

77. Se expone un
nuevo codón

78. Terminación
La elongación se detiene cuando
se expone un codón STOP
(ej UUA)
Este codón no codificante,
no une ARNt pero es reconocido
por un Factor liberador que
provoca la disociación de las
subunidades ribosomales

79. En Procariotas
∗Traducción es co-transcripcional
∗El ARNm es reconocido por el ribosoma por una sitio de
unión al ribosoma o secuencia de Shine Dalgarno (cerca al 5´)
∗El comienzo de cada ARNm esta marcado con una secuencia
(leader sequence) complementaria a un ARNt, no tienen CAP.
Esto asegura la lectura desde el comienzo.
∗Bacterias: generalmente tiene varios genes en un mismo
ARNm : ARNm PLOCISTRONICO

80. No Intrones Intrones
ARN policistronicos 1 ARN – 1 Proteína
ARNm citoplasmático pre-ARNm nuclear
Leader sequence CAP
No modificaciones del ARNm modificaciones postraduccionales
Ribosomas pequeños Ribosomas mas grandes.

81. An overview of gene expression in eukaryotes

82. Control de la
expresión génica

83. Un promotor con sus enhancers puede determinar
especificidad de tejido de la expresión de los genes

84. Los genes deben ser regulados ya que no es necesario que
todos se expresen todo el tiempo:
Genes constitutivos y genes regulados.
No todos los genes se expresan simultáneamente ni al
mismo nivel.
Genes constitutivos: se expresan al mismo nivel independientemente de las
condiciones ambientales
Genes regulados: se expresan a distintos niveles (o no se expresan)
dependiendo de las condiciones ambientales.

85. Los objetivos de la regulación son:
• Armonía estructural, equilibrio celular
• Adaptación
• Diferenciación: típico de eucariotas pluricelulares.

86. Niveles de control en la expresión génica eucariota

87. 1
2
3 45
Inicio de la transcripción: Frecuencia de inicio.
2.Splicing de los intrones
Tasa de splicing (exones facultativos)
3.Pasaje a través de la membrana
nuclear
4.Destrucción del transcripto
Síntesis proteica
6. Modificaciones
post-
traduccionales

88. Niveles de control en la expresión génica eucariota
1. Inicio de la transcripción: Frecuencia de inicio.
2. Splicing de los intrones: Tasa de splicing (exones facultativos)
3. Pasaje a través de la membrana nuclear: Control del acceso
o eficiencia del transporte.
4. Destrucción del transcripto: Modulación del grado de
protección del ARNm
5. Síntesis proteica: Regulación de la disponibilidad de proteínas
involucradas en la traducción.
6. Modificaciones post-traduccionales: Fosforilaciones u otras
modificaciones pueden alterar la actividad de las proteínas.

89. Además,
El silenciamiento de un gen puede ocurrir por:
• La inactivación por interacción con un regulador
• El silenciamiento génico postranscripcional: cosupresión
• La metilación del DNA en vertebrados (directamente ligada al
superenrollamiento y al silenciamiento).

90. Diferenciación
celular

91. ¿Cómo es posible que si todas las
células de un individuo tienen los
mismos genes, se produzca la
diferenciación celular?

92. Diferenciación celular
El proceso por el que una célula se
especializa y pierde la capacidad de
originar cualquier otro tipo de célula.

94. Diferenciación
celular
Cada tipo celular
una vez
diferenciado
comienza a
producir proteínas
diferentes que lo
distinguen de otros
tipos celulares
Células
madres

95. Son capaces de originar a los distintos tipos de células
de un organismo y que se encargan del crecimiento y
de la reparación de los tejidos.
A pesar de la diferenciación, los organismos
pluricelulares disponen durante toda su existencia de
células madre
Células madre

96. Entonces, la diferenciación celular es el
resultado de la expresión diferencial de
genes específicos en cada tipo celular.
Por ejemplo
Genes que codifican para enzimas hepáticas no se expresan en
células nerviosas, sin embargo ambas tienen el mismo ADN.

97. La diferenciación celular está controlada por
mecanismos de regulación génica como:
control genómico
control transcripcional
control post-transcripcional
control traduccional
control post-traduccional

98. • Señales externas (activación de programa genético)
• Respuesta a cambios en el ambiente
• Señales de células vecinas
• Segregación de factores citoplasmáticos (proteínas,
ARNm)
• Regulación de la expresión génica: disponibilidad de
activadores, represores, presencia o ausencia de Factores
reguladores de la transcripción, etc.
Factores que influyen en la diferenciación celular

99. Segregación de
factores
citoplasmáticos
Comunicación
entre células
Cascada de
señales
regulatorias

100. Genes Homeóticos: “Master control genes”
El producto de estos genes son factores de transcripción que
regulan otros genes (afectan genes que presentan Homeobox)
Determinan la identidad de los segmentos o partes individuales del
embrión
Estos genes indican a la célula si forma parte de la cabeza, del tórax
o del abdomen del individuo.
Estos genes codifican factores de transcripción que actúan sobre
otros genes por inducción de la diferenciación celular, regulando
genes específicos.
Ejemplo

101. HOX pueden reemplazar
antenas por patas
creciendo en la cabeza.
Hox (genes en la mosca de la fruta) presenta homeobox
Consecuencia de la expresion del gen de Antenapedia en un sitio mas anterior: un sitio
anterior se transforma en uno posterior.
Estos factores de Transcripción reciben el nombre entonces de
“maestros” y los genes que los codifican “genes maestros”
Es decir que los reguladores maestros controlan la expresión de
genes subalternos

102. Bibliografía
•Alberts, B., Bray, D., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts,
K. y Walter, P. Introducción a la Biología Celular.
traducción al español de la 3 ed - Omega, Barcelona.
•Curtis H., Barnes S., Schnek A., Flores G. Invitación a la
Biología. 6 ed. Editorial Panamericana. 2006.
•Raven and Jhonson. Biology. 6th Edition. McGraw-Hill. 2001

103. Mecanismos de regulación génica,
funcionamiento de genes,
posicionamiento de los genes,
alteración de diversos segmentos del ADN
Proyecto genoma humano
Objetivos secundarios

104. Proyecto genoma humano
1990-2003
Científicos de todo el mundo se unieron en el
Proyecto genoma humano.
Objetivo:
Determinar la secuencia de 3 billones
de letras en nuestro ADN
Porque?
En estas letras se encuentra la información
que ayudara a extender nuestro entendimiento
del cuerpo humano y mejorara la salud.

105. Resultado: Se conoce la Secuencia
genómica
Aun queda por determinar donde se
encuentra cada parte, como interactúan
entre ellas y como
trabajan juntas para contribuir a la salud o
la enfermedad.
Nuevas metas:
Mapear las variaciones genéticas
Descifrar la genética del cáncer y otras
enfermedades.