Genes y su función: DNA, replicación y expresión

LOS GENES Y SU
FUNCIÓN
Tema 15

DNA y genes
 El mensaje genético está escrito en la molécula de DNA en forma
de secuencia de bases nitrogenadas.
 El mensaje genético se transmite de una generación a la siguiente
mediante la REPLICACIÓN del DNA
 El mensaje genético se expresa en los caracteres biológicos del
organismo mediante la TRASCRIPCIÓN y TRADUCCIÓN.
 En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA que contiene
una información cuya expresión determina algún aspecto concreto
del funcionamiento del organismo.

DNA como
material genético
 Los experimentos de Griffith,
Avery, McLeod y McCarthy
(primera mitad del siglo XX)
confirmaron el ADN como la
molécula portadora de la
información genética.
 Conclusión: una sustancia
química procedente de una
célula es capaz de transformar
genéticamente otra célula

Experimento de Griffith (1928)
 Utilizó dos cepas de Streptococus pneumoniae: cepa S (smooth),
con colonias de superficie lisa y letales para los ratones y cepa R no
encapsulada (rough), con colonias rugosas y que no mataban a los
ratones.
 Las cepas S muertas por calor son también inofensivas, excepto
cuando se las mezcla con cepa R vivas que producen una infección
fatal. Además, en los ratones infectados se encuentran células vivas
con cápsulas características de la cepa S.
 Conclusión: una sustancia química procedente de una célula S
muerta es capaz de transformar genéticamente las cepas R vivas y
hacerlas letales.
 Ese factor que Griffith no supo cuál era, fue reconocido más tarde
por Avery, Mc Leod y Mc Carthy (1944) como el ADN.

Replicación del DNA
 Watson y Crick expusieron la idea
inicial de sobre el mecanismo de
la replicación.
 Las dos cadenas del DNA se
separarían y, frente a cada una de
ellas, se colocarían los nucleótidos
complementarios formándose el
enlace fosfodiéster para dar lugar
a una molécula completa.
 Cada nueva molécula de ADN
tiene una hebra original y una
hebra nueva.

 Según la hipótesis de Watson y Crick (1953) la
replicación del DNA sería semiconservativa.
 Sin embargo, a priori habría al menos dos posibilidades:
 Replicación conservativa.
 Replicación semiconservativa.
Conservativa
Semiconservativa

 Según la hipótesis de Watson y Crick (1953) la
replicación del DNA sería semiconservativa.
 Sin embargo, a priori habría dos posibilidades:
 Replicación conservativa.
 Replicación semiconservativa.
Conservativa
Semiconservativa

Experimentos de Meselson y Sthal
 Meselson y Sthal (1958) realizaron un experimento con
cultivos de bacterias que demostraron que la replicación
del DNA es semiconservativa

RESULTADOS DEL EXPERIMENTO
Experimento de Meselson y Stahl
CONTROL (Centrifugación ADN conocido)
ADN 14
N ADN 15
N 1ª generación 2ª generación 3ª generación
Descarta el modelo
conservativo
Descarta el modelo
dispersivo
INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO
Cultivo con 15
N Cultivo con 14
N
1ª generación
2ª generación
3ª generación
ADN 14
N y
ADN 15
N

Mecanismo replicación
 La replicación o duplicación del DNA requiere:
 Un DNA molde.
 Desoxirribonucleósidos trifosfato de A, T, G y C.
 Energía (la proporcionan los dNTP)
 Las enzimas siguientes:
• Girasas o topoisomerasas. Desenrollan el DNA.
• Helicasas: Separan las dos hebras del DNA.
• Proteínas SSB. Estabilizan el DNA monocatenario en la replicación.
• DNA polimerasas.
• Primasa. Sintetiza el RNA cebador.
• Ligasa. Forma enlaces éster entre los fragmentos adyacentes.

ADN polimerasas
 Catalizan la adición de
nucleótidos (dNTP) uno a uno al
extremo 3’ de una cadena,
siempre en dirección 5’→3’.
 El enzima necesita un cebador
(hebra a la que añadir dNTP).
 La enzima va añadiendo los
nucleótidos (dirección 5´→ 3´) al
extremo 3´ del cebador conforme
va recorriendo la hebra molde
(3´→ 5´).
 En procariotas se han descrito la
Pol I, Pol II y Pol III.

ADN polimerasas
 Las enzimas no pueden formar cadenas de nuevo, sólo
pueden elongar cadenas, es por esto que toda nueva
cadena de ADN comienza por un fragmento de ARN, el
primer o cebador, pues el ARN sí puede sintetizarse de
nuevo. Este primer será posteriormente eliminado.
 Las DNA polimerasas
tienen varios centros
activos: uno para la
actividad polimerasa y otro
para desempeñar una
acción exonucleasa (rompe
enlaces fosdodiéster).

ADN polimerasas
 Las DNA pol son enzimas procesivas: avanzan
sobre la hebra molde sin soltarse mientras
catalizan la adición de nucleótidos al extremo 3’
de la hebra en formación.
 Las enzimas que catalizan el proceso de
replicación sólo unen nucleótidos en sentido
5’→3’ es por esto que ambas cadenas, al ser
antiparalelas, deben de replicarse de manera
diferente.

Replicación del DNA en procariotas
 En experimentos con procariotas se comprueba que la
replicación es bidireccional, semidiscontinua y tiene un
único origen de replicación (ORI C en Escherichia coli).

Horquilla de replicación
Horquillas observadas
3’
5’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
Punto de
inicio
Ninguna polimerasa añade
nucleótidos en estos puntos
5’
5’
3’ 3’
Origen de
replicación
Crecimiento
discontinuo
Crecimiento
continuo

Horquillas de replicación
Formas observadas Interpretación
A los 5 minutos A los 12 minutos
A los 28 minutos A los 48 minutos
1.ª generación 2.ª generación
Punto de
crecimiento Hélice de la 2.ª
generación
Punto de
crecimiento
Hélice de la 1.ª
generación

El problema del superenrrollamiento

 Las helicasas abren el ADN y las proteínas SSB mantienen las
dos hebras separadas.
 La tensión generada al desenrollar la doble hélice se reduce por
las topoisomerasas que introducen cortes en la molécula de ADN.
 La cadena lider se sintetiza de forma continua.
 La cadena retrasada se sintetiza de forma discontinua.
 La síntesis de las dos cadenas se produce de forma simultánea.
 El descubrimiento de los fragmentos de Okazaki (pequeños
fragmentos de RNA con 1000-2000 nucleótidos de DNA unidos al
extremo 3’) dio la pista sobre cómo se replica la hebra retrasada.

1 2
3 4
5 6
La primasa sintetiza un cebador en cada hebra
conductora de la burbuja de replicación.
Las ADN polimerasa III comienzan la síntesis
de la hebra conductora por el extremo 3’ de
cada cebador.
La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre
cada hebra retardada.
La ADN polimerasa comienza a sintetizar un
fragmento de ADN a partir del nuevo cebador.
La ADN polimerasa I elimina el cebador de ARN
y lo reemplaza por ADN.
La ligasa une los fragmentos de ADN.
Nuevo cebador
Cebador
Ligasas
Hebra retardada
Hebra retardada
Primasas
Cebador
Nuevo cebador
El mecanismo de elongación

 La primasa sintetiza los ARN cebadores y a
continuación la ADN pol III forma pequeños
fragmentos de ADN unidos a este ARN.
 Finalmente, en ambas cadenas la ADN pol I elimina
los ARN cebadores y rellena los huecos con
desoxirribonucleótidos.
 Una ligasa une los fragmentos de ADN.
 La síntesis de las dos cadenas, conductora y
retardada se produce de forma simultánea en cada
horquilla de replicación.

Replisoma
1. Topoisomerasa
2. Helicasa
3. Proteínas ssb
4. Primasa
5. DNA pol III
6. DNA pol I
7. Ligasa

Holoenzima* DNA polimerasa
* Una holoenzima es una enzima que está formada por una apoenzima y
un cofactor, que puede ser un ion o una molécula orgánica compleja unida
(grupo prostético) o no (una coenzima).

Terminación de la
replicación
 La replicación termina cuando
se unen todos los fragmentos
de Okazaki de la hebra
retardada

Replicación en eucariotas
 Los nucleosomas son un obstáculo para el avance
de la replicación.
 Los octámeros de histonas de la cromatina han de
desmontarse y duplicarse para volver a
ensamblarse sobre el DNA replicado.
 Además, para compensar la mayor longitud de las
moléculas de DNA hay múltiples orígenes de la
replicación.
 Las enzimas DNA pol son más complejas y los
fragmentos de Okazaki menores (100-200
nucleótidos) que en procariotas.

Replicación en eucariotas
Origen de la replicación
Horquilla
de replicación
Hebra
retardada
Hebra conductora Origen de la replicación
Burbujas de replicación
Hebra
conductora
Nucleosomas
Nuevos
nucleosomas
Hebra
retardada

Características de la replicación
 Semiconservativa
 Bidireccional
 Semidiscontinua

Fidelidad de la replicación
 La DNA pol III tiene un sistema de corrección de error:
 Actividad exonucleasa 3’ 5’ que elimina el nucleótido introducido
de manera errónea.
 La tasa de errores inicial de incorporación de nucleótidos es de:
1/10.000, mientras que la tasa de error real durante la síntesis de las
nuevas cadenas: 1/1.000.000.000
 Si tras la replicación se detecta un error de apareamiento:
 Las endonucleasas reconocen el error y rompen el enlace
fosfodiéster
 La DNA pol I elimina el nucleótido incorrecto y añade el correcto
 La DNA ligasa sella la muesca
 Los errores no originados en la replicación también se reconocen
y se corrigen.

Concepto de Gen
 En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA
que contiene información cuya expresión determina
algún aspecto concreto del funcionamiento celular.
 En sentido más restringido, un gen es un fragmento
de DNA que determina la síntesis de una molécula
de RNA o una proteína.
 Genes estructurales
 Genes reguladores

Genes estructurales y reguladores
 Genes Estructurales: producen proteínas cuya acción
se manifiesta en caracteres del organismo. Supone la
transcripción y la traducción del gen.
 Genes reguladores: Su expresión no produce
directamente ningún carácter del organismo, sino que
regulan los procesos de replicación, transcripción o
traducción.
 Pueden producir rRNA, tRNA o moléculas de RNA que se unen
a segmentos del DNA regulando su acción.
 También pueden producir proteínas reguladoras que se unen a
segmentos del DNA regulando su acción.

Dogma central de la Biología
Molecular
DNA RNA PROTEÍNAS
Replicación
Transcripción Traducción
RNAt
RNAr

molecular

Molecular
DNA RNA PROTEÍNAS
Replicación
Transcripción
Transcripción
inversa
(Retrovirus) RNAt
Traducción
Replicación
RNAr

TRANSCRIPCIÓN
 Consiste en la síntesis
de ARN a partir de
ADN.
 El enzima implicado
es la RNA polimerasa.

Síntesis de RNA
 La primera síntesis del RNA “in vitro” fue lograda por
Severo Ochoa, lo que le valió el premio Nobel en 1959.
 La enzima descubierta por
Ochoa, la Polinucleótido
fosforilasa, no es la encargada
de la transcripción “in vivo”
 La ARN polimerasa fue
descubierta en 1960 por
Hurwizt y Weis.

Mecanismo de la transcripción
 La síntesis de RNA requiere:
 Un DNA molde
 Ribonucleótidos trifosfato de A, U, G y C
 Energía (la producen los rNTP)
 RNA polimerasa (enzima procesiva)

Transcripción en procariotas
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN-polimerasa
ARN
Iniciación
Elongación
Finalización
ARN transcrito completo
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
Promotor
Terminador
Hebra molde
Hebra codificante

Transcripción en procariotas
 La RNApol se une en la región promotora (para ello se
necesita la subunidad s).
 La RNApol sintetiza el RNA en dirección 5’→3’.
 Al final del gen la secuencia de terminación provoca la
liberación de la RNApol de la hebra molde.
 Los RNAm procariotas suelen ser policistrónicos (un
RNAm lleva información para fabricar varias proteínas)

Imágenes de la Transcripción
 Transcripción simultánea de genes por varias moléculas
de RNA polimerasa.

Transcripción en eucariotas
 Existen 3 tipos de RNA polimerasas:
 RNA Pol I → transcribe los genes rRNA
 RNA Pol II → sintetizan mRNA
 RNA Pol III → sintetiza los tRNA y el rRNA 5S
 Para la transcripción del DNA han de desmontarse los
nucleosomas (histonas pueden tener papel regulador).
 Los RNAm son monocistrónicos.
 El RNAm ha de procesarse (maduración)
 Los genes estructurales poseen intrones (secuencias
que han de ser procesadas)

Maduración del RNAm eucariota
 Adición de la “caperuza” al extremo 5’.
 Se añade una guanosina trifosfato invertida y metilada en el N 7
(m7 Gppp), que lo protege de una degradación prematura (por
enzimas exonucleasas) y constituye la señal de inicio en la síntesis
de proteínas.
 Adición de la cola poli-A al extremo 3’.
 Se añade una cola de 150/200 nucleótidos de ácido poliadenílico
También es un estabilizador frente a las exonucleasas.
 Se eliminan los intrones: “Splicing”.
 Son secuencias transcritas pero que no contienen información
para la síntesis de proteínas.

Maduración del RNA en eucariotas
Promotor
5’
3’
5’
3’
5’
3’
ARN
Unidad de transcripción
Iniciación
3’
5’
3’
5’
3’
5’
m7-Gppp
Capucha 5'
Elongación
ARN-polimerasa
m7-Gppp

5’
3’
3’
5’
Finalización
PoliA-polimerasa
m7-Gppp
Capucha 5'
OH
ARN heterogéneo
nuclear
Cola de poli-A
OH

Maduración RNAm: Splicing
 El RNA se une a unas proteínas
(Ribozimas: snRNA) que hacen que
el intrón adopte forma de bucle.
 El RNA se escinde enzimáticamente
(con pérdida de los intrones) y se
suelda de nuevo.

Otros ARN
(recordatorio Tema 5)
 ARN nucleolar: precursor imprescindible
para la síntesis de los RNAr.
 ARN nuclear pequeño: implicado en la
maduración del ARN mensajero.
 Material genético de virus. Generalmente de cadena
sencilla, a excepción de los reovirus.

5’ 3’
Maduración
3’
5’
Exón 1 Intrón Exón 2
RNPsn
Proteína
Espliceosoma
5’ 3’
Intrón
ARNm
Exón 1 Exón 2
Los snRNP son
RIBOZIMAS: moléculas
de RNA que catalizán
reacciones químicas.

Splicing
 Hibridación DNA-RNAm

T A C G A A C C G T T G C A C A T C
A U G C U U G G C A A C G U G
1- Iniciación: Una ARN-polimerasa reconoce y se une a una secuencia
específica del DNA, secuencia promotora. Para ello necesita la intervención de la
subunidad σ. Tras la unión comienza la síntesis del precursor del RNA.
ARNpolimerasa
Transcripción

T A C G A A C C G T T G C A C A T C
A U G C U U G G C A A C G U G
2. Alargamiento: La síntesis de la cadena se produce en dirección 5'3'.
Después de unos 30 nucleótidos se le añade al ARN un capuchón (caperuza o
líder) de metil-GTP en el extremo 5‘ que tiene función protectora.
m-GTP
ARNpolimerasa
Transcripción

A U G C U C G U G
3- Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región
terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA-polimerasa
añade una serie de nucleótidos de adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado
ahora ARNm precursor, se libera.
m-GTP
poliA-polimerasa
U A G A A A A A
ARNm precursor
Transcripción

ARNm
precursor
AAAAAA
AUG UAG
cola
4. Maduración: El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por
lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se
sintetice la correspondiente molécula proteica. 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.
ARNm
maduro
Cabeza
Transcripción

ARN nucleolar
(recordatorio Tema 5)
 Constituye, en parte, el nucléolo.
 Se origina a partir de regiones de ADN, uno de los
cuales es la región organizadora nucleolar (NOR).
 A partir de este ADN, se sintetiza un ARN de 45 S que
se asocia a proteínas.
 Esta ribonucleoproteína se escinde en 3 ARNs.
 A estas moléculas se suma un ARN 5 S, (también
asociado a proteínas), sintetizado en el nucleoplasma,.
 Todos ellos se forman las dos subunidades ribosómicas.

ARN nucleolar y ARN 5S
ADN
Núcleo
Nucléolo
Proteínas
ribosómicas
Nucleoplasma
Citosol
ARN nucleolar 45 S
ARNm
ARN 28 S
ARN 5,8 S
ARN 5 S
Subunidad
ribosómica
de 60 S
Subunidad
ribosómica
de 40 S
Ribosoma de 80 S

Diferencias entre Transcripción y Replicación
 La transcripción es selectiva: únicamente se
transcriben algunas regiones del DNA.
 En la transcripción se copia una sola hebra del DNA,
la hebra molde. Hay genes que se transcriben de una
hebra y otros, de la contraria.
 La transcripción es reiterativa: un gen puede
transcribirse muchas veces.

Traducción
 Consiste en la síntesis de proteínas según las
instrucciones del mRNA.
 La clave del proceso es descifrar la
información contenida en la secuencia de
nucleótidos del mRNA para determinar la
secuencia de aminoácidos de la proteína.
 El código que relaciona la secuencia de bases
del mRNA con la secuencia de aas en las
proteínas es el código genético.

El código genético
 CRICK demostró que los aas están codificados
por tripletes de tres bases nitrogenadas en la
cadena de RNAm; son los codones.
 El código genético es universal.
 Existen 64 codones, dado que solamente hay
20 aas, se deduce que varios tripletes
codificarán para un mismo aa: se dice que el
código genético está degenerado.

Código genético
Ejemplo de codificación de un péptido con 6 aas.

Código genético
 El código genético es universal. Todos los seres vivos lo emplean, con ciertas
excepciones, por ej., el de las mitocondrias, que tiene algunas diferencias.
 Sin solapamientos ni espacios. Los codones están dispuestos de manera lineal y
continua, sin que entre ellos existan espacios y sin que compartan ningún
nucleótido.
 Se trata de un código degenerado pues el número de tripletes (64) es superior al
de aminoácidos existentes en las proteínas (20).
 Sin ambigüedad. Ningún codón codifica más de un aminoácido.
 Existen tres tripletas que no codifican ningún aminoácido, son las tripletes "sin
sentido", de "paro" o "stop". Estos tripletes marcan el final de la región a
traducir, esto es, el final de la molécula proteica.
 La secuencia AUG codifica el principio de la región que se va a traducir y al mismo
tiempo sirve para codificar al aminoácido metionina. Por lo tanto,todas las proteínas
comienzan por la metionina. Ahora bien, posteriormente,esta metionina que ocupa
la posición inicial puede ser eliminada.

TRADUCCIÓN
 En la traducción intervienen:
 Los ribosomas,
 El RNAm y el RNAt,
 Los aminoácidos
 Diversos enzimas: Las aminoacil-tRNA sintetasas y la ribozima
peptidiltransferasa.

Formación de los aminoacil-ARNt
 Son resultado de la unión de los aminoácidos al RNAt
Activación del aminoácido:
aa + ATP aa-AMP + PPi
1º FASE
Aminoacil-RNAt
Transferencia del aminoácido activado:
aa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP
2º FASE

Mecanismo de la traducción
 El proceso de traducción consta de 3 fases:
 Fase de iniciación: el RNAm se une con la
subunidad menor del ribosoma sobre el codón de
iniciación (AUG). También se une el RNAt-Met y
posteriormente la subunidad mayor del ribosoma.
 Fase de elongación: el ribosoma avanza sobre el
RNAm recorriéndolo en sentido 5’- 3’ y la cadena
polipeptídica se va alargando.
 Fase de terminación: cuando el ribosoma encuentra
un codón de terminación se desprende la cadena
polipeptídica y se separan las subunidades del
ribosoma y el RNAm.

Mecanismo de la traducción
 En los ribosomas pueden distinguirse tres sitios activos
o locus:
 Locus P (centro peptidil): Se coloca el primer Aminoacil-tRNA.
 Locus A (centro aceptor): Se sitúan los siguientes Aminoacil-
tRNA.
 Locus E (centro de salida): Se sitúa el tRNA a punto de
liberarse del ribosoma.
 El movimiento de las 2 subuds. del ribosoma necesita
energía obtenida con la hidrólisis del GTP.
 En cambio, los enlaces peptídicos se realizan sin
consumo de energía por la adecuada situación espacial
de los aminoácidos.

1er aminoácido
ARNt
Anticodón
Codón
ARNm
Subunidad menor del ribosoma
AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
U A C
Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma reconoce y se une a una región del ARNm
anterior al codón de iniciación AUG. Se les une entonces el complejo ARNt-met. La unión
se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina.
5’ 3’
U G C U U A C G A U A G

Subunidad menor del ribosoma
AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
U A C
Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor del ribosoma. El complejo ARNt-
Gln se sitúa frente al codón correspondiente (CAA). El centro activo del ribosoma donde se
une el complejo ARNt-Gln se llama centro aminoacil (Sitio A).
5’
3’
G U U
(i)

ARNm
AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
U A C
Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina y el
grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina. La formación de este enlace la
cataliza la enzima peptidiltransferasa
5’
G U U
3’

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación III: El ARNt del primer aminoácido se libera.
5’
G U U
ARNm
3’

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación IV: El ARNm se traslada, quedando el ribosoma sobre el siguiente triplete.
5’ 3’
G U U
U G C
ARNm

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación V: Entrada del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido.
5’
G U U
U G C
ARNm
3’
A C G

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína.
5’
G U U
U G C
ARNm
3’
A C G

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido (Gln).
5’
U G C
ARNm
3’
A C G
(i)

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo
ARNt-Cys-Glu-Met en el locus peptidil (locus P) del ribosoma.
5’
U G C
ARNm
3’
A C G

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido.
5’
U G C
ARNm
3’
A C G
A A U
Leu

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación X: El RNAt-Leu se une al codon UUA.
5’
U G C
ARNm
3’
A C G A A U

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido (Leu) y liberación
del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza sobre el 5º codón.
5’
U G C
ARNm
3’
A A U

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación XII: Entrada del ARNt-Arg, el 5º aminoácido.
5’
U G C
ARNm
3’
A A U
G C U

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido.
Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza al 6º triplete, se trata
del un codón de finalización o STOP.
5’
ARNm
3’
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
G C U

AAAAAAAAAAA
P A
A U G C A A
5’
ARNm
3’
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
G C U
Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se
disocian y se separan del ARNm.

AAAAAAAAAAA
Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del
hialoplasma.
5’
ARNm
3’
A U G C A A U G C U U A C G A U A G

Procesamiento de las proteínas
 El polipéptido formado ha de sufrir transformaciones
(plegamientos, unión a otros polipéptidos, eliminación de
algunos aas…) hasta convertirse en la proteína
funcional.
 La cadena polipétidica puede perder algunos aas del
extremo n-terminal.
 La maduración de las proteínas es paralela a su
traslocación al Retículo Endoplásmico Rugoso (RER).

Regulación génica
 Se refiere a los mecanismos de regulación que
determinan que genes han expresarse en un momento
u otro y en qué células del organismo.
 Es más eficiente la
regulación de la
transcripción que la de la
traducción, porque los
efectos de la activación o
de la represión del gen se
amplifican en poco
tiempo.

Teoría del Operón
 Jacob y Monod describieron un mecanismo de
regulación de la transcripción en procariotas (les valió
el premio Nobel en 1965).
 Este modelo se ha mostrado válido para numerosos
genes en todos los organismos, y fue deducido del
estudio la síntesis del triptófano en Escherichia coli.

Operon Trip
 La biosíntesis del trip tiene lugar en 5
reacciones enzimáticas sucesivas.
 Las 5 enzimas que catalizan dichas reacciones
son codificadas por 5 genes estructurales que
se agrupan consecutivamente en el DNA
bacteriano.
 Este agrupamiento recibe el nombre de
operón.

Operon Trip
 El operador es una secuencia de ADN (en la región
promotora) donde se une una proteína represora que
impide la unión de la RNApol y por tanto la
transcripción.
 La proteína represora es producida en su forma
inactiva por un gen regulador que no forma parte del
operón.
 La proteína represora puede estar en 2
conformaciones:
 activa se une al operador, impidiendo la transcripción de los
genes estructurales
 inactiva que no puede unirse al operador

Regulador
Operón reprimible
Operador Gen a Gen c
Gen b
ARNm
Represor
inactivo
triptófano
Vía metabólica del triptófano
enzimas
Operón Triptófano: sistema represible
Si no hay triptófano el
represor está en su forma
inactiva.
Los genes estructurales de la
vía de síntesis se transcriben
y se traducen, con lo que se
sintetiza el trip necesario.

Regulador
Operón reprimible
Operador Gen a Gen c
Gen b
ARNm
Represor
inactivo
triptófano
Vía metabólica del triptófano
enzimas
Represor
activo
En presencia de demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor
se une al operador, impidiendo la transcripción y traducción de los genes a, b y c, con lo
que la vía de síntesis se paraliza.

Operón Lac
 El operón Lac está formado por 3 genes estructurales
que regulan la síntesis de las enzimas que intervienen
en el catabolismo de la lactosa en Escherichia coli.
 Este es un operón inducible, lo que permite la síntesis
de proteínas enzimáticas solamente cuando son
necesarias (si hay lactosa que deba ser catabolizada).
 La cantidad de las enzimas del operón lac aumenta
cerca de 1000 veces, tan sólo 2 minutos después de la
aparición de lactosa.

Regulador
Operón LAC
Operador Gen x Gen a
Gen y
ARNm
Represor activo
Si no hay lactosa los
Genes no se transcriben
Operón Lac: sistema inducible
Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se
transcriben, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

Regulador
Operador Gen x Gen a
Gen y
ARNm
Represor
Transcripción
Traducción
Enzimas para
metabolizar la lactosa
Lactosa
Represor
inactivo
Operón LAC
Si hay lactosa, se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, permite la transcripción de los
genes x, y, a, con lo que se sintetizarán las enzimas para metabolizar la lac. Cuando haya desaparecido la
lac el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes.

Concepto de gen
 La genética molecular nos ha mostrado que los genes
son fragmentos de DNA capaces de determinar la
síntesis de moléculas de RNA y de proteínas, o bien de
regular el funcionamiento de otros genes.
 La genética mendeliana tradicional postula que un
gen es un factor hereditario que determina un carácter
del organismo.
¿CÓMO DETERMINAN LOS CARACTERES DE UN
ORGANISMO EL RNA Y LAS PROTEÍNAS?

Experimentos de Beadle y Tatum
 Postularon la hipótesis un gen-un enzima
(les valió el premio Nobel en 1958)
 Obtuvieron mutantes por irradiación del Hongo
Neurospora crassa
 La forma silvestre del hongo es capaz de crecer en
un medio mínimo.
 El moho, es capaz de sintetizar todos los compuestos
necesarios para sus funciones vitales (agua, azúcar,
sales minerales y biotina, vitamina del grupo B).

 Los mutantes que crecen en presencia de arginina no
pueden sintetizar algunos de los compuestos
intermediarios de la ruta de síntesis de este aa.
 En la síntesis de arg se dan varias reacciones,
catalizadas por las enzimas a, b, c, producidas por los
genes 1,2,3
Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina
↑ ↑ ↑
Enzima a b c
↑ ↑ ↑
Genes 1 2 3

 El primer mutante puede vivir en un medio
suplementado con ornitina, aunque no tenga arg.
 El segundo mutante no puede vivir en un medio mínimo
enriquecido con ornitina, pero sí en un medio que
contenga citrulina, aunque no contenga arginina.
 El tercer mutante no puede vivir más que en medios que
contengan arginina.
Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina
↑ ↑ ↑
Enzima a b c
↑ ↑ ↑
Genes 1 2 3

Un gen – un enzima
 Estos experimentos demostraron que los caracteres
de un organismo (en este caso la dependencia de un
determinado nutriente) son debidos a la presencia de
las enzimas adecuadas para catalizar determinadas
reacciones químicas, y la presencia de las enzimas
se debe a la acción de los genes.
 Un gen – un enzima – una reacción química – un carácter

Un gen – un enzima
 Otro ejemplo que lo pone de manifiesto es
el albinismo
dioxifenilalanina

El proteoma
 Es el conjunto de proteínas que puede producir
un organismo. Lo estudia la proteómica.
 Es mayor que el número de genes, por lo que
es necesario conocerlo para comprender el
funcionamiento de un organismo.
 El principio un gen – un enzima, es una
simplificación.

Proteoma
 Hay más proteínas que genes:
 Splicing alternativos
 Modificaciones postraduccionales
 Genes polimórficos: dos o más alelos

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