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T15 – DEL ADN A LAS PROTEÍNAS
            (EXPRESIÓN GÉNICA).


1.   El ADN como material hereditario.
2.   Estructura del genoma y su expresión.
3.   Flujo de información genética.
4.   Transcripción: síntesis del ARN.
5.   Maduración del ARN.
6.   El código genético.
7.   El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
8.   Regulación de la expresión génica.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).




ANTECEDENTES PAU:

2002 - Junio:        traducción, etapas y explicación;
                     código genético;
2004 – Junio:                      transcripción y traducción, definición;
2004 – Septiembre:   transcripción y traducción, identificación en esquema y explicación;
2005 – Septiembre:   código genético, definición y características;
                     reparación del ADN, cómo se produce;
2006 – Junio:                      transcripción y traducción, definición y localización intracelular;
                     ARN, tipos y función en la síntesis de proteínas;
                     formación de ADN a partir de ARN;
2008 – Septiembre:   código genético, características;
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



1 – El ADN como material hereditario.


        - 1ª Evidencia -
 Experiencia de Griffith (1928)

     Las bacterias muertas de
     Streptococcus pneumaniae
         tenía un “principio
       transformante” que era
       captado por las bacterias
         vivas no virulentas y
    transformaban sus caracteres
     hereditarios convirtiéndolas
            en virulentas.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



1 – El ADN como material hereditario.
          - 2ª Evidencia -
  Experiencia de Avery, McLeopd y
           McCarthy (1944)

 Aislaron a partir de los extractos de
       neumococos S (virulentos)
         muertos por calor cinco
           fracciones distintas:
  polisacáridos, lípidos, proteínas,
               ARN y ADN
  Con cada una de ellas intentaros
   transformar las células R vivas en
    S. Comprobaron que ninguna de
       las fracciones era capaz de
   transformarlos excepto la fracción
           que contenía ADN.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



1 – El ADN como material hereditario.


        - 3ª Evidencia -
Experiencia de Hershey y Chase
              (1952)

Experiencia con bacteriófagos en
   el que se utilizaron marcajes
    radiactivos con P32 (ADN) y
          S35 (proteínas).
 Se tuvo la certeza que el ADN
        era el portador de la
            información.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



2 – Estructura del genoma y su expresión.
•  GENOMA:
Material genético (ADN) de un organismo que se almacena en forma de GENES.
• GEN:
Fragmento de ADN que lleva información para que unos determinados
   aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína.
Es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una
   característica observable o FENOTIPO.
        G. Beadle y E. Tatum
                                           Establecen una relación directa entre la
                                                     molécula de ADN y la secuencia
     de                                              aminoácidos de una enzima: “un
     gen, una                                        enzima”.
                                           No todas las proteínas son enzimas y hay
                                           proteínas formadas por varias cadenas
                                           polipeptídicas. La hipótesis se transforma:
            Neurospora crassa              “un gen, una cadena polipeptídica”.
        moho con el que trabajaron
    produciendo mutaciones con rayos X
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2 – Estructura del genoma y su expresión.
      La información se almacena en forma de GENES a lo largo del
                            GENOMA, pero…
          ¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?
C) PROCARIOTAS:
   •  1 solo cromosoma circular.
   •  Genes continuos (no existen zonas sin información).
   •  Plásmidos → moléculas pequeñas de ADN circular que se replican
      independientemente.
D) EUCARIOTAS:
   •  ADN se encuentra en el núcleo.
   •  Mayor cantidad de ADN que en Procariotas.
   •  Hay ADN repetitivo (secuencias ↑ repetidas que no codifican proteínas).
   •  En los genes hay intrones (“sin información”) y exones (“con
      información”).
   •  ADN se asocia a proteínas (histonas).
   •  Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular (≈ Procariotas).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



3 – Flujo de información genética.
ORGANICEMOS LAS IDEAS:
2. El ADN ha de ser “leído” y “traducida” su información para ver qué
   aminoácidos se sintetizan.
3. Un “intermediario” “lee” esa información y se la “copia”.
4. A partir de la información del “intermediario”, se sintetizan los
   aminoácidos.




                  Este esquema fue considerado durante muchos años el

       “dogma central de la biología molecular”
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



3 – Flujo de información genética.


• Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener
  copias de su ARN.
• Otros poseen transcriptasa inversa, que sintetiza ADN a
  partir de ARN mediante retrotranscripción.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



3 – Flujo de información genética.
RESUMIENDO…

3.   Replicación.
4.   Transcripción.
5.   Transcripción inversa (en algunos virus).
6.   Replicación de ARN (en algunos virus).
7.   Traducción.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



3 – Flujo de información genética.



                                                  PROCARIOTAS




                                                   EUCARIOTAS
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
La síntesis de ARN o transcripción necesita:

•   Cadena de ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE.                      ARN polimerasa I → ARNr
•   ENZIMAS → ARN-POLIMERASAS. En eucariotas                 ARN polimerasa II → ARNm
                                                             ARN polimerasa III → ARNt y ARNr
•   RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO de A, G, C, U.


FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN:

• INICIACIÓN:            ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble
    hélice.
• ELONGACIÓN: ARN-polimerasa lee el ADN y sintetiza el ARNm.
• TERMINACIÓN: ARN-polimerasa lee en el ADN una señal                       de
    terminación. Se cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del
    ARN transcrito.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
INICIACIÓN.
• ARN-polimerasa reconoce el CENTRO PROMOTOR → secuencia corta de
bases nitrogenadas que indica en inicio y qué cadena de ADN será la molde.
• ARN-polimerasa abre una pequeña región de la doble hélice de ADN.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
ELONGACIÓN.
• ARN-polimerasa lee la hebra molde 3´→ 5´ y sintetiza el ARN en 5´ → 3´.
• Selecciona el ribonucleótido cuya base es complementaria al ADN molde y lo
une mediante enlaces éster.
• EUCARIOTAS: en el extremo 5´ se le añade al ARN una cabeza (caperuza o
líder) de metil-guanosín-fosfato, necesaria para la traducción.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
TERMINACIÓN.
• ARN-polimerasa reconoce en el ADN una señal
de terminación, que indica el final de la
transcripción.
• PROCARIOTAS:
     • La señal de terminación es una secuencia
     de bases palindrómica (se lee igual de izq →
     dcha que dcha → izq) formada por G y C
     seguida de varias T que forma al final de
     ARN un bucle.
• EUCARIOTAS:
     • La señal de terminación es la señal de
     poliadenilación (AAUAAA).
• La enzima Poli-A-polimerasa añade en 3´ la
cola poli-A (200 Adeninas) → interviene en la
maduración y transporte del ARN fuera del
núcleo.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.




                TRANSCRITO PRIMARIO



                            MADURACIÓN
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



4 – Transcripción: síntesis del ARN.
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (Resumen).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



5 – Maduración del ARN.
Organismos procariontes

•   Los ARNm no sufren proceso de maduración.
•   Los ARNt y ARNr se forman a partir de un
transcrito primario que contienen muchas copias
del ARNt y ARNr.

Organismos eucariontes


                                                                    El ARN transcrito primario
                                                                    sufre un proceso de “corte y
                                                                    empalme”         por      la
                                                                    ribonucleoproteína pequeña
                                                                    nucleolar (RNPpn) llamada
                                                                    splicing mediante el que se
                                                                    eliminan los intrones y se
                                                                    unen los exones.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



5 – Maduración del ARN.
MADURACIÓN en Eucariotas:
• En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los
intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.
• En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5´) y AG
(en el punto de corte 3´) de los intrones.
• FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen.
     • Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm
     diferentes siguiendo dos procesos de “corte y empalme” distintos.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



6 – El código genético.
•   Es el “diccionario” que traduce la secuencia de bases del ARN → aminoácidos.
•   Incluye 64 tripletes posibles (4 bases organizadas de 3 en 3: 43 = 64) que codifican para
    20 aminoácidos proteicos, por lo que cada aminoácido puede ser codificado por más de
    un triplete.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



6 – El código genético.
 CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

  Universal                                               Degenerado
 • Compartido por todos los organismos                    • A excepción de la metionina y el triptófano, un
 conocidos. Incluso los virus.                            aminoácido está codificado por más de un
 • El código ha tenido un solo origen evolutivo.          codón.
 • Existen excepciones en las mitocondrias y              • Esto es una ventaja ante las mutaciones.
 algunos protozoos.                                         Carece de solapamiento
  Sin imperfección                                        • Los tripletes se disponen de manera lineal y
                                                          continua, sin espacios entre ellos y sin compartir
 • Cada codón solo codifica a un aminoácido.              bases nitrogenadas.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
   Activación del aminoácido.

 Unión de cada aminoácido con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una
 enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP.




 Existen al menos 20 aminoacil ARNt-sintetasas, una
 para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Iniciación:
 • La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el
 ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la
 proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met)
 (Eucariotas) o ARNt-N formil metionina (f-Met) (Procariotas). La unión se
 produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la
 metionia (Met).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación I:
 • A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el
 ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2, la glutamina (Gln) [ARNt-Gln] se
 sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que
 se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación II:
 • Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el
 grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación III:
 • El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación IV:
 • El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la
 región P (peptidil) del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre
 para la entrada del complejo ARNt-aminoácido3.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación V:
 • Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo
 ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteina (Cys).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación VI:
 • Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteina (Cys).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación VII:
 • Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Gln).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación VIII:
 • El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt-Cys-Gln-
 Met en la región peptidil (P) del ribosoma.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación IX:
 • Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación X:
 • Éste se sitúa en la región aminoacil (A).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación XI:
 • Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu).
 Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación XII:
 • Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Elongación XIII:
 • Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg).
 Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición,
 se trata de un codón de finalización o de STOP (UAG, UGA o UAA).
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Finalización I:
 • Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian
 hasta nueva síntesis y se separan del ARNm.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Finalización II:
 • Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del
 hialoplasma.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
 Polirribosoma o polisoma:
 • Si el ARNm que se tiene que traducir es largo puede ser leído por más de un
 ribosoma a la vez.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



    7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.


                                                                                 INICIACIÓN
                                                                 La subunidad pequeña del ribosoma se une al
                                                                 ARNm colocando el codón de iniciación AUG en el
                                                                 sitio P.

                                                                 A continuación se coloca el primer aminoacil-
                                                                 ARNt con el aminoácido N-f-Met en procariotas y
                                                                 el aminoácido Met en eucariotas.
              ELONGACIÓN                                         Finalmente se une la subunidad grande del
                                                                 ribosoma.
Se produce el alargamiento del péptido. Entra
un nuevo aminoacil-ARNt complementario al
codón del sitio A.

Se formará un enlace peptídico entre los dos
aminoácidos presentes gracias a la peptidil-
transferasa.

A continuación se trasloca el ribosoma en
sentido 5´→ 3´ sobre 3 bases del ARNm, se libera
el sitio A y el segundo ARNt se sitúa en el sitio P.

Entra un nuevo aminoacil-ARNt en A. Se forma un
nuevo enlace peptídico y se repite el proceso.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
      TERMINACIÓN

 Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UGA o UAG),
 entonces entra en el sitio A un factor de liberación proteico que separa el péptido del
 último aminoacil-ARNt.
 Todos los elementos se separan y la proteína adquiere su estructura tridimensional.




         Polirribosomas

 Si el ARNm a traducir es lo suficientemente
 largo, puede ser leido por más de un
 ribosoma a la vez, formando un polirribosoma
 o polisoma.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



8 – Regulación de la expresión génica.
    Una célula no sintetiza todas las proteínas que es capaz, sino sólo aquellas que necesita
    según su función y momento vital. Es necesario un control que es muy complejo pero que en
    gran medida ocurre en la transcripción.
•   EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).
Promotor: es una secuencia de nucleótidos en los que se une la ARN-pol para iniciar la transcripción.
Genes estructurales: conjunto de genes relacionados con una misma función que se transcriben
    conjuntamente generando un ARN policistrónico.
Operador: secuencia de nucleótidos situados entre el promotor y los genes estructurales.
Gen regulador: codifica una proteína que actúa como represor uniéndose al operador e impidiendo que la
    ARN-pol pueda iniciar la transcripción.

                                                                  Si hay lactosa en el medio, la
                                                                  bacteria              necesita
                                                                  metabolizarla y para ellos
                                                                  requiere 3 enzimas. Es un
                                                                  derivado de la lactosa quien
                                                                  se une al represor y lo
                                                                  inactiva de manera que deja
                                                                  libre el ADN y permite el
                                                                  trabajo de la ADN-pol.
T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA).



8 – Regulación de la expresión génica.
 •    EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod).

Es un proceso mucho más complejo y menos conocido.
Es importante destacar que es esta regulación la que permite que, a partir de un mismo
paquete de genes, se origine la gran diversidad de tipos celulares presentes en un
organismo pluricelular complejo.

 Promotor: es una secuencia de nucleótidos que suele estar situado cerca del gen que se va a transcribir.
      Tiene un punto de unión para proteínas activadoras que permiten la unión de la ARN-pol.
 Elementos activadores: controlan la transcripción y pueden estar muy distantes del gen. Suelen ser
      activados para su transcripción por otras proteínas.
 Proteínas activadoras: actúan uniéndose al promotor y a los elementos activadores, permitiendo que a
      continuación se una la ARN-pol. Pueden activar múltiples elementos a la vez.
     LA REGULACIÓN HORMONAL

 Muchas hormonas actúan como mensajeros químicos que controlan la expresión génica. Es el caso de las
    hormonas esteroideas que pueden entrar en cualquier tipo de célula pero sólo en aquellas que
    presentan un receptor específico forman un complejo hormona-receptor que actúan como activador
    de la transcripción.

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T15 - Del adn a las proteínas (expresión génica).

  • 1. T15 – DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 1. El ADN como material hereditario. 2. Estructura del genoma y su expresión. 3. Flujo de información genética. 4. Transcripción: síntesis del ARN. 5. Maduración del ARN. 6. El código genético. 7. El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. 8. Regulación de la expresión génica.
  • 2. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). ANTECEDENTES PAU: 2002 - Junio: traducción, etapas y explicación; código genético; 2004 – Junio: transcripción y traducción, definición; 2004 – Septiembre: transcripción y traducción, identificación en esquema y explicación; 2005 – Septiembre: código genético, definición y características; reparación del ADN, cómo se produce; 2006 – Junio: transcripción y traducción, definición y localización intracelular; ARN, tipos y función en la síntesis de proteínas; formación de ADN a partir de ARN; 2008 – Septiembre: código genético, características;
  • 3. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 1 – El ADN como material hereditario. - 1ª Evidencia - Experiencia de Griffith (1928) Las bacterias muertas de Streptococcus pneumaniae tenía un “principio transformante” que era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaban sus caracteres hereditarios convirtiéndolas en virulentas.
  • 4. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 1 – El ADN como material hereditario. - 2ª Evidencia - Experiencia de Avery, McLeopd y McCarthy (1944) Aislaron a partir de los extractos de neumococos S (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas: polisacáridos, lípidos, proteínas, ARN y ADN Con cada una de ellas intentaros transformar las células R vivas en S. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformarlos excepto la fracción que contenía ADN.
  • 5. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 1 – El ADN como material hereditario. - 3ª Evidencia - Experiencia de Hershey y Chase (1952) Experiencia con bacteriófagos en el que se utilizaron marcajes radiactivos con P32 (ADN) y S35 (proteínas). Se tuvo la certeza que el ADN era el portador de la información.
  • 6. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 2 – Estructura del genoma y su expresión. • GENOMA: Material genético (ADN) de un organismo que se almacena en forma de GENES. • GEN: Fragmento de ADN que lleva información para que unos determinados aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína. Es una unidad de información hereditaria que se expresa determinando una característica observable o FENOTIPO. G. Beadle y E. Tatum Establecen una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima: “un gen, una enzima”. No todas las proteínas son enzimas y hay proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas. La hipótesis se transforma: Neurospora crassa “un gen, una cadena polipeptídica”. moho con el que trabajaron produciendo mutaciones con rayos X
  • 7. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 2 – Estructura del genoma y su expresión. La información se almacena en forma de GENES a lo largo del GENOMA, pero… ¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS? C) PROCARIOTAS: • 1 solo cromosoma circular. • Genes continuos (no existen zonas sin información). • Plásmidos → moléculas pequeñas de ADN circular que se replican independientemente. D) EUCARIOTAS: • ADN se encuentra en el núcleo. • Mayor cantidad de ADN que en Procariotas. • Hay ADN repetitivo (secuencias ↑ repetidas que no codifican proteínas). • En los genes hay intrones (“sin información”) y exones (“con información”). • ADN se asocia a proteínas (histonas). • Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular (≈ Procariotas).
  • 8. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 3 – Flujo de información genética. ORGANICEMOS LAS IDEAS: 2. El ADN ha de ser “leído” y “traducida” su información para ver qué aminoácidos se sintetizan. 3. Un “intermediario” “lee” esa información y se la “copia”. 4. A partir de la información del “intermediario”, se sintetizan los aminoácidos. Este esquema fue considerado durante muchos años el “dogma central de la biología molecular”
  • 9. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 3 – Flujo de información genética. • Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN. • Otros poseen transcriptasa inversa, que sintetiza ADN a partir de ARN mediante retrotranscripción.
  • 10. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 3 – Flujo de información genética. RESUMIENDO… 3. Replicación. 4. Transcripción. 5. Transcripción inversa (en algunos virus). 6. Replicación de ARN (en algunos virus). 7. Traducción.
  • 11. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 3 – Flujo de información genética. PROCARIOTAS EUCARIOTAS
  • 12. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. La síntesis de ARN o transcripción necesita: • Cadena de ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE. ARN polimerasa I → ARNr • ENZIMAS → ARN-POLIMERASAS. En eucariotas ARN polimerasa II → ARNm ARN polimerasa III → ARNt y ARNr • RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO de A, G, C, U. FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN: • INICIACIÓN: ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble hélice. • ELONGACIÓN: ARN-polimerasa lee el ADN y sintetiza el ARNm. • TERMINACIÓN: ARN-polimerasa lee en el ADN una señal de terminación. Se cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del ARN transcrito.
  • 13. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN.
  • 14. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. INICIACIÓN. • ARN-polimerasa reconoce el CENTRO PROMOTOR → secuencia corta de bases nitrogenadas que indica en inicio y qué cadena de ADN será la molde. • ARN-polimerasa abre una pequeña región de la doble hélice de ADN.
  • 15. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. ELONGACIÓN. • ARN-polimerasa lee la hebra molde 3´→ 5´ y sintetiza el ARN en 5´ → 3´. • Selecciona el ribonucleótido cuya base es complementaria al ADN molde y lo une mediante enlaces éster. • EUCARIOTAS: en el extremo 5´ se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-guanosín-fosfato, necesaria para la traducción.
  • 16. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. TERMINACIÓN. • ARN-polimerasa reconoce en el ADN una señal de terminación, que indica el final de la transcripción. • PROCARIOTAS: • La señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (se lee igual de izq → dcha que dcha → izq) formada por G y C seguida de varias T que forma al final de ARN un bucle. • EUCARIOTAS: • La señal de terminación es la señal de poliadenilación (AAUAAA). • La enzima Poli-A-polimerasa añade en 3´ la cola poli-A (200 Adeninas) → interviene en la maduración y transporte del ARN fuera del núcleo.
  • 17. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. TRANSCRITO PRIMARIO MADURACIÓN
  • 18. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 4 – Transcripción: síntesis del ARN. TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (Resumen).
  • 19. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 5 – Maduración del ARN. Organismos procariontes • Los ARNm no sufren proceso de maduración. • Los ARNt y ARNr se forman a partir de un transcrito primario que contienen muchas copias del ARNt y ARNr. Organismos eucariontes El ARN transcrito primario sufre un proceso de “corte y empalme” por la ribonucleoproteína pequeña nucleolar (RNPpn) llamada splicing mediante el que se eliminan los intrones y se unen los exones.
  • 20. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 5 – Maduración del ARN. MADURACIÓN en Eucariotas: • En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro. • En casi todos los ARNm estudiados, aparece GU (en el punto de corte 5´) y AG (en el punto de corte 3´) de los intrones. • FUNCIÓN DE LOS INTRONES: no se sabe la función que cumplen. • Existen casos en que un mismo Transcrito Primario produce 2 ARNm diferentes siguiendo dos procesos de “corte y empalme” distintos.
  • 21. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 6 – El código genético. • Es el “diccionario” que traduce la secuencia de bases del ARN → aminoácidos. • Incluye 64 tripletes posibles (4 bases organizadas de 3 en 3: 43 = 64) que codifican para 20 aminoácidos proteicos, por lo que cada aminoácido puede ser codificado por más de un triplete.
  • 22. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 6 – El código genético. CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO Universal Degenerado • Compartido por todos los organismos • A excepción de la metionina y el triptófano, un conocidos. Incluso los virus. aminoácido está codificado por más de un • El código ha tenido un solo origen evolutivo. codón. • Existen excepciones en las mitocondrias y • Esto es una ventaja ante las mutaciones. algunos protozoos. Carece de solapamiento Sin imperfección • Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir • Cada codón solo codifica a un aminoácido. bases nitrogenadas.
  • 23. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas.
  • 24. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Activación del aminoácido. Unión de cada aminoácido con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP. Existen al menos 20 aminoacil ARNt-sintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas.
  • 25. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Iniciación: • La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met) (Eucariotas) o ARNt-N formil metionina (f-Met) (Procariotas). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionia (Met).
  • 26. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación I: • A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2, la glutamina (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).
  • 27. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación II: • Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).
  • 28. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación III: • El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.
  • 29. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación IV: • El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región P (peptidil) del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aminoácido3.
  • 30. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación V: • Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteina (Cys).
  • 31. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VI: • Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteina (Cys).
  • 32. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VII: • Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Gln).
  • 33. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación VIII: • El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt-Cys-Gln- Met en la región peptidil (P) del ribosoma.
  • 34. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación IX: • Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina
  • 35. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación X: • Éste se sitúa en la región aminoacil (A).
  • 36. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XI: • Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición.
  • 37. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XII: • Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).
  • 38. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Elongación XIII: • Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata de un codón de finalización o de STOP (UAG, UGA o UAA).
  • 39. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Finalización I: • Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian hasta nueva síntesis y se separan del ARNm.
  • 40. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Finalización II: • Después de unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.
  • 41. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. Polirribosoma o polisoma: • Si el ARNm que se tiene que traducir es largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez.
  • 42. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. INICIACIÓN La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm colocando el codón de iniciación AUG en el sitio P. A continuación se coloca el primer aminoacil- ARNt con el aminoácido N-f-Met en procariotas y el aminoácido Met en eucariotas. ELONGACIÓN Finalmente se une la subunidad grande del ribosoma. Se produce el alargamiento del péptido. Entra un nuevo aminoacil-ARNt complementario al codón del sitio A. Se formará un enlace peptídico entre los dos aminoácidos presentes gracias a la peptidil- transferasa. A continuación se trasloca el ribosoma en sentido 5´→ 3´ sobre 3 bases del ARNm, se libera el sitio A y el segundo ARNt se sitúa en el sitio P. Entra un nuevo aminoacil-ARNt en A. Se forma un nuevo enlace peptídico y se repite el proceso.
  • 43. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 7 – El proceso de traducción. Síntesis de proteínas. TERMINACIÓN Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UGA o UAG), entonces entra en el sitio A un factor de liberación proteico que separa el péptido del último aminoacil-ARNt. Todos los elementos se separan y la proteína adquiere su estructura tridimensional. Polirribosomas Si el ARNm a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leido por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.
  • 44. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 8 – Regulación de la expresión génica. Una célula no sintetiza todas las proteínas que es capaz, sino sólo aquellas que necesita según su función y momento vital. Es necesario un control que es muy complejo pero que en gran medida ocurre en la transcripción. • EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod). Promotor: es una secuencia de nucleótidos en los que se une la ARN-pol para iniciar la transcripción. Genes estructurales: conjunto de genes relacionados con una misma función que se transcriben conjuntamente generando un ARN policistrónico. Operador: secuencia de nucleótidos situados entre el promotor y los genes estructurales. Gen regulador: codifica una proteína que actúa como represor uniéndose al operador e impidiendo que la ARN-pol pueda iniciar la transcripción. Si hay lactosa en el medio, la bacteria necesita metabolizarla y para ellos requiere 3 enzimas. Es un derivado de la lactosa quien se une al represor y lo inactiva de manera que deja libre el ADN y permite el trabajo de la ADN-pol.
  • 45. T15. DEL ADN A LAS PROTEÍNAS (EXPRESIÓN GÉNICA). 8 – Regulación de la expresión génica. • EN PROCARIOTAS: Modelo del Operón (Jacob y Monod). Es un proceso mucho más complejo y menos conocido. Es importante destacar que es esta regulación la que permite que, a partir de un mismo paquete de genes, se origine la gran diversidad de tipos celulares presentes en un organismo pluricelular complejo. Promotor: es una secuencia de nucleótidos que suele estar situado cerca del gen que se va a transcribir. Tiene un punto de unión para proteínas activadoras que permiten la unión de la ARN-pol. Elementos activadores: controlan la transcripción y pueden estar muy distantes del gen. Suelen ser activados para su transcripción por otras proteínas. Proteínas activadoras: actúan uniéndose al promotor y a los elementos activadores, permitiendo que a continuación se una la ARN-pol. Pueden activar múltiples elementos a la vez. LA REGULACIÓN HORMONAL Muchas hormonas actúan como mensajeros químicos que controlan la expresión génica. Es el caso de las hormonas esteroideas que pueden entrar en cualquier tipo de célula pero sólo en aquellas que presentan un receptor específico forman un complejo hormona-receptor que actúan como activador de la transcripción.