El documento describe los procesos de expresión génica en células, incluyendo la transcripción, traducción, y síntesis de proteínas. Explica que la transcripción convierte el ADN en ARNm, y la traducción convierte el ARNm en un polipéptido mediante la adición secuencial de aminoácidos guiados por el código genético. También describe los componentes clave de estos procesos como los ribosomas, ARNt, y factores de traducción.

1. María Fernanda Izaguirre - 2013
Síntesis de Proteínas

2. 3-2-3- El Núcleo: El origen del núcleo. Envoltura nuclear y el tráfico entre núcleo y
citoplasma. Organización interna: Cromosomas - Cromatina. Dominios funcionales del
núcleo. Nucléolo. Organización de los genomas. Replicación y mantenimiento del ADN
genómico.
33--22--44-- ExpresiónExpresión génicagénica:: El código genético y la Transcripción.
UNIDAD Nº 3
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR
Biología Molecular & Celular 2012
33--22--44-- ExpresiónExpresión génicagénica:: El código genético y la Transcripción.
La transcripción en las células procariotas y eucariotas. El
procesamiento del ARN. Algunos aspectos claves del metabolismo
del ARNm. Síntesis,Síntesis, procesamiento,procesamiento, clasificaciónclasificación yy
regulaciónregulación dede laslas proteínasproteínas.. TraducciónTraducción:: loslos
componentescomponentes.. ElEl mecanismomecanismo dede traduccióntraducción.. MutaciónMutación yy
traduccióntraducción.. ProcesamientoProcesamiento postraduccionalpostraduccional.. ClasificaciónClasificación
yy regulaciónregulación dede lala localizaciónlocalización dede laslas proteínasproteínas..

3. Biología Celular y Molecular (2006) 5ª Edición.
Lodish, H. y Darnell, J. Editorial Panamericana.
Biología Molecular de la Célula. (2004) 4tª Edición.
Alberts B; Johnson A; Lewis J; Raff M; Roberts K;
Bibliografía
Alberts B; Johnson A; Lewis J; Raff M; Roberts K;
Walter P. Barcelona: Omega.
La Célula (2002) Cooper, G. 2da Edición. Editorial
Marbán.
Genes VII (2001) Lewin, B. 1a Edición. Editorial
Marbán.

4. Una vez transcripto un gen, la síntesis de una proteína
involucra primeramente la síntesis de un polipéptido
(traducción) y luego sus modificaciones postraduccionales
para generar una proteína con actividad biológica
Expresión génica
Gen cadena β
1.POLIPÉPTIDO
Traducción
Modificaciones
postraduccionales
cadena β cadena β
cadena α
cadena α
hemo
Fe+2
Hemoglobina
Gen cadena α
2.PROTEÍNA

5. ARNm
ADN
ARN
polimerasa
ARNr
proteínas
anticodón
ARNt
polipéptido
aminoácidos
replicación
transcripción y
procesamiento
formación
ribosomas
ARNt
Cubierta nuclear
presente en eucariontes,
ausente en procariontes
ribonucleótidos
ARNm
codón
ribosoma
polipéptido
TRADUCCIÓN
Involucra
exclusivamente
la síntesis de un
polipéptido

6. Etapas de la TraducciónEtapas de la Traducción
1. INICIACIÓN: codón
AUG (metionina)
2. ELONGACIÓN: adición de
aminoácidos
SUBUNIDAD
MAYOR
RIBOSOMA
ARNt (ARN de
transferencia)
aminoácidos
Mecanismo similar en los distintos organismos
3. TERMINACIÓN: codón
mudo UAA, UGA, o UAG
SUBUNIDAD MENOR RIBOSOMA
ARNm (ARN mensajero)

7. CÓDIGO GENÉTICO
Decodificación
de la
información
genética
64 combinaciones de tripletes
de nucleótidos

8. El código genético es redundante o degenerado
El código genético es universal (aunque hay pequeñas diferencias)
Puede diferir en algunos codones en las mitocondrias de diversos
eucariontes, en protozoos ciliados y en plantas unicelulares
Acetabularia. La mayoría de los cambios implica la lectura de codones
de detención como codificantes.

9. Solapamiento del Marco de Lectura,Solapamiento del Marco de Lectura,
Durante la TraducciónDurante la Traducción
Polipéptido 1
A través de este sencillo mecanismo, un mismo ARNm puede
generar más de una proteína, a partir de un único gen. No es un
mecanismo muy extendido y generalmente, sólo uno de los
polipéptidos es funcional.
Polipéptido 2

10. ExperimetosExperimetos queque llevaronllevaron a laa la
DecodificaciónDecodificación deldel CódigoCódigo GenéticoGenético
Extracto
bacteriano
Utilización de ARNm sintético de un
mismo ribonucleótido
ARNm sintético Polipéptido obtenido in vitro

11. ExperimetosExperimetos queque llevaronllevaron a laa la
DecodificaciónDecodificación deldel CódigoCódigo GenéticoGenético
Utilización de
ARNm sintético deARNm sintético de
dos ribonucleótidos
diferentes

12. SecuenciaciónSecuenciación dede ProteínasProteínas
Método de Edman
fenilisotiocianato
feniltiohidantoína
Polipéptido ó proteína de
secuencia desconocida
Espectroscopía

13. ExperimentosExperimentos dede DecodificaciónDecodificación CompletaCompleta deldel
CódigoCódigo GenéticoGenético
Marshall Warren Nirenberg.Marshall Warren Nirenberg. Compartió el Premio Nobel de Fisiología-
Medicina en 1968 con Har Gobind Khorana y Robert W. Holley por la
descripción del código genético y la síntesis de proteínas.
Aminoacil-ARNt-marcado y no marcados
Ribosomas
Tri-ribonucleótido
El trinucleótido y todos los
aminoacil-ARNts atraviesan el filtro
Los ribosomas no
atraviesan el filtro
Complejo ribosoma-UUU-Phe-
ARNt adhosado al filtro
Marshall andMarshall and LederLeder, 1964, Science 145: 1399, 1964, Science 145: 1399
Nitrocelulosa

14. Análisis de los componentes de laAnálisis de los componentes de la
TraducciónTraducción
Citoplasma

15. Asa variable
Proyección en el plano de la estructura 3aria del ARNtProyección en el plano de la estructura 2aria del ARNt
ARNt = 70-80 nt
30-40 ARNt en procariotas
50-100 ARNt en eucariotas
Posición wobble
Reconocimiento
del ARNt por el
ARNm

16. 12
3
4
5
61
metilación
Una prueba
más de que el
ARN pudo ser
nitrogenadas ó Raras en el ARNt
3
6
1
2 4
5 7
8
93
el precursor
del ADN

17. ApareamientosApareamientos TipoTipo WatsonWatson--CrickCrick ApareamientosApareamientos TipoTipo WobbleWobble

18. ApareamientosApareamientos TipoTipo
WatsonWatson--CrickCrick
Si estas bases están en la 1a
posición o wobble del
anticodón, entonces
el ARNt puede
reconocer codones en el
ARNm que tengan estas
bases en la 3a posición
WatsonWatson--CrickCrick
yy
WobbleWobble
Si estas bases están en la 3a
posición o wobble del codón de
un ARNm, entonces
el codón puede ser
reconocido por un ARNt
que tenga estas bases
en la 1a posición del
anticodón

19. ReconocimientoReconocimiento entre elentre el ARNtARNt y ely el aminoácidoaminoácido
3’ 3’
Sitios posibles de reconocimiento ARNt - aminoácido

20. AMP
++
C C
ATP
Aminoacil-ARNt sintetasa Aminoácido
ATP
prirofosfatasa
PPi 2Pi
Mecanismo de
unión del
aminoácido al ARNt
AMP
3’
ATP
AMP
+ +ARNt-aminoácido

21. Clases de Aminoacil-ARNt Sintetasas
Clase I Clase II
ARNt Complejo ARNt-Aminoacil-
ARNt sintetasa I
ARNt Complejo ARNt-Aminoacil-
ARNt sintetasa II

22. Reconocimiento de los aminoácidos por cada una de los
subtipos de aminoacil-ARNt sintetasas en E. coli
(a, subunidad estructural de la enzima)
Clase I Clase II
Arg (a) Ala (a4)
Cys (a) Asn (a2)
Gln (a) Asp (a2)
Glu (a) Gly (a b )Glu (a) Gly (a2b2)
IIe (a) His (a2)
Leu (a) Lys (a2)
Met (a) Phe (a2b2)
Trp (a2) Ser (a2)
Tyr (a2) Pro (a2)
Val (a) Thr(a2)

23. Análisis de los componentes de laAnálisis de los componentes de la
TraducciónTraducción
Citoplasma

24. Ribosomas
Polisomas bacterianos
Ribosomas
citosólicos
RER, eucariotas
Polisomas eucariontes

25. El ARN ribosomal cataliza
la unión peptídica
ARNr 16 S bacteriano

26. Estructura 2ria del ARNr
Estructura básica de las proteínas ribosomales
Ribosomas
Subunidad 50S Ribosoma 70S Subunidad 30S
Modelo estructural del ribosoma procarionte
Proteínas con escasa estructura 3ria

27. Sitios de unión en el ribosoma
A = AMINOACÍLICO
P = PEPTIDÍLICO
E = EXIT (sitio de salida)
SOLO EN LA INICIACIÓN

29. Sitios de Iniciación de la Traducción
E. coli trpA
E. coli trpB
E. coli thrA
E. coli lacl
Secuencias en el ARNm
Reconocimiento por
el ARNr 16S
(SECUENCIA DE SHINE DELGARNO)
Reconocimiento por
el ARNt iniciador
(CODÓN DE INICIACIÓN)
E. coli lacl
Proteína del fago A ФX174
Replicasa QB de los fagos
Proteína A del fago R17
Fago λ cro

30. En procariotas, en
general la
metionina
iniciadora está
Metionina
sintetasa
Metionil-ARNtf
(Met-ARNtf)
N10-Formil
ARNtf
ARNtf
Formilación del Metionil-ARNt-iniciador
iniciadora está
modificada en
formil-metionina
N -Formil
tetrahidrofolato
tetrahidrofolato
transformilasa
ARNtf
Formilmetionil-
ARNtf
(fMet-ARNtf)

31. Iniciación de la Traducción en Bacterias3’16 S rRNA
f
f
UAC
Ingresa al sitio P
IF1 = Iniciator factor 1
IF2 = Iniciator factor 2
IF3 = Iniciator factor 3
(8 nt)
UAC
f
-GDP
Sitio A
disponible
para ingreso
de 2do. aa

32. Iniciación de la Traducción en Eucariotas
punto
de control
punto
de control
Kozak
5’-ACCAUGG-
En algunos ARNm eucariontes y virales
Internal Ribosomal Entry Sites

33. Lo vemos a mayor magnificación,
Iniciación de la traducción en eucariotas
Unión de factores
de iniciación
Subunidad 40S
ARNm
Subunidad 60S
CAP

34. Elongación en procariotas
Tranlocación
Inactivo
Punto de control
Regeneración del EF-Tu/GTP
Cooper, 2002
Formación de la
unión peptídica
por el ARNr
Activo
Inactivo
En eucariotas el mecanismo es similar y los factores de elongación son
eEF-1α, eEF-1γβ, eEF-2,
Lodish et al., 2002

35. Terminación de la Traducción en
procariotas y eucariotas
Codón mudo:
UAA o UGA o
UAG
Factor de
terminación
RF-1, RF-2,
RF-3 unidos a
GTP en
procariotas o
eRF-1, eRF-3 en
eucariotas
GTP
GDP + Pi

36. Factores de Traducción
Rol Procariotas Eucariotas
Iniciación IF-1, IF-2, IF-3 eIF-1, eIF-1A, eIF-2, eIF-3,
eIF-4A, eIF-4B, eIF-4E, eIF-eIF-4A, eIF-4B, eIF-4E, eIF-
4G, eIF-5
Elongación EF-Tu EF-Ts, EF-G eEF-1α, eEF-1γβ, eEF-2,
Terminación RF-1, RF-2, RF-3 eRF-1, eRF-3

37. Terminación y Reinicio de la Traducción en Procariotas y Eucariotas
Circularización del ARNm
Múltiples ribosomas
Rápido reciclaje ribosómico
Circularización
RF1, eRF1
RF2, eRF2
RF1y2, eRF1y2
plegamiento y
procesamiento postraduccional
aumenta eficiencia
Poly(A) binding protein I
Traducción de una proteína de tamaño medio en eucariontes,
30-60 seg.

38. Circularización del ARN, en condiciones experimentales
Microscopia de Fuerza Atómica. A-D en modo deflexión, F en modo “height”
ARN aparece elongado en
ausencia de proteínas
ARN elongado en presencia
de GST-4G1 y Pab 1p
ARN elongado en presencia de
GST-4G1-213 y Pab 1p y eIF4E
Se observan muchos círculos de Se observan muchos círculos de
Se observan algunos círculos de
ARN si se incuba con GST-
4G1-459, Pab1p y eIF4E
Se observan muchos círculos de
ARN si se incuba con GST-4G1-
459, Pab1p y eIF4E+F y el
complejo proteico en los extremos
Se observan muchos círculos de
ARN si se incuba con GST-4G1-459,
Pab1p y eIF4E+F y el complejo
proteico en los extremos. Modo
Wells et al., 1997. Cell 2:135-140.
Diagrama de un microscopio de fuerza atómica

39. -Corrimiento marco de lectura
-Bloqueo de los extremos 5’ o 3’ no traducibles del ARNm
(5´y 3´UTR, untranslation region)
-Longitud de cola poli A
-Control sobre eIF4, eIF2, eIF3 (por fosforilación)
-Cualquiera de los diferentes pasos de Traducción
Control de la Síntesis del Polipéptido durante la Traducción
Control Postraduccional de la Síntesis de un Polipéptido
-Adición de: fosfatos, sulfatos, adenilatos, azúcares, ácidos
grasos, metilos, acilos, prenilos, péptidos, etc.
- Eliminación de fragmentos: metionina, señales, activación
proteica
- Plegamiento proteico
- Degradación (sistema ubiquitina-proteosoma)
-Cualquiera de los diferentes pasos de Traducción

40. La estabilidad de los ARNm citoplasmáticos
controla la expresión génica
La concentración de un ARNm es función tanto de su
velocidad de síntesis como de su velocidad de
degradación. Así si 2 genes se transcriben en la misma
proporción, la concentración en equilibrio del ARNm másproporción, la concentración en equilibrio del ARNm más
estable será mayor que la del otro.
Para un ARNm estable, la síntesis de la proteína que
codifica persiste mucho tiempo después que se ha
reprimido la transcripción del gen.

41. La estabilidad de los ARNm citoplasmáticos
controla la expresión génica
Los ARNm bacterianos son en su mayoría inestables y se desintegran de
manera exponencial, siendo su vida media característica de unos pocos minutos.
lo que les permite reajustar rápidamente la síntesis proteica, adaptándose a los
cambios del medio ambiente.
mRNA Half-Lives*
Cell Cell Generation Average Range Known forCell Cell Generation
Time
Average Range Known for
Individual Cases
Escherichia coli 20 – 60 min 3 – 5 min 2 – 10 min
Saccharomyces
cerevisiae (yeast)
3 h 22 min 4 – 40 min
Cultured human
or rodent cells
16 – 24 h 10 h 30 min or less (histone
and c-myc mRNAs); 0.3 –
24 h (specific mRNAs of
cultured cells)
Lodish 2002

42. La estabilidad de los ARNm citoplasmáticos
controla la expresión génica
En contraste, la mayoría de los ARNm de los eucariontes superiores tiene vida
media de muchas horas, ya que en los organismos multicelulares la mayoría de
las células están en un medio bastante constante y realizan funciones específicas
por días, meses o incluso toda la vida del organismo (ej., neuronas).
Sin embargo, algunos ARNm tienen vidas medias muy cortas porque sólo se
necesitan durante breves períodos de tiempo (ejs., factores de transcripción denecesitan durante breves períodos de tiempo (ejs., factores de transcripción de
inicio de fase S, citoquinas, etc.)
Lodish 2002 Demostración experimental del efecto
desestabilizante de las secuencias
AUUUA sobre la vida media del ARNm
(t1/2)
Cultured cells were transfected separately with expression vectors
containing the diagrammed β-globin sequences and the half-lives of the
expressed mRNAs were determined. The AUUUA sequences (red) were
from the gene encoding a cytokine called granulocyte-macrophage
colony-stimulating factor (GMCSF), whose mRNA has a t1/2of about 1
hour. Their insertion into the β-globin gene, which normally expresses a
stable mRNA, resulted in a short-lived recombinant β-globin mRNA.

43. La estabilidad de los ARNm citoplasmáticos
controla la expresión génica
Muchos ARNm eucariontes superiores de vida media corta
poseen copias múltiples, a veces superpuestas, de la secuencia
AUUUA en su región no traducible (UTR) 3´.
La velocidad de degradación de algunos ARNm eucariontes está
regulada, por señales extracelularesregulada, por señales extracelulares
Algunos controles operan aumentando la estabilidad del ARNm (ej.
Prolactina aumenta la estabilidad del ARNm de la caseína),
mientras que otros la disminuyen (ej., el aumento de hierro
extracelular disminuye la estabilidad del ARNm del receptor que
capta hierro en las células intestinales de vertebrados)

44. Precisión en la regulación de la concentración
intracelular de hierro (Fe)
(tanto el exceso como su carencia es nocivo)
Ferro-reductasa
DMT-1
(Divalent Metal Transporter)
Ferritina
Almace-
namiento
Envío a tejidos
para utilización
ó depósito
Ferroportina
Heafestina
Almacenamiento
en tejidos
mediante ferritina
o hemosiderina
(hígado, bazo,
médula ósea)
Transferrina

45. Regulación de la Traducción por unión de
proteínas fijadoras de ARN específicas
Regulación de la estabilidad del ARNm del receptor de transferrina- (TfR) dependiente de hierro
Los 3′ iron-response elements (IREs) en este ARNm tiene una estructura stem-loop (brazo-lazo) con secuencias
ricas en AU (amarillo) que promueven la degradación del ARNm degradation. A bajas [Fe] intracelular, la
conformación de IRE-BP (iron-response element─binding protein) (verde oscuro) es tal que se une a los IREs,
inhibiendo la degradación del ARNm. Esto resulta en un aumento de los niveles del receptor de transferrina para
aumentar el transporte intracelualr de hierro.

46. Terminada la
traducción
Los
polipéptidos
de SE y de MP
se quedan
anclados a la
Los
polipéptidos
para
lisosomas se
vierten a la luz
La mayoría
de los
polipéptidos
de secreción
se vierten a
Los
polipéptidos
citosólicos , de
peroxisosomas
, mitocondrias,
anclados a la
membrana del
RE por sus
regiones
hidrófobas o
por uniones
covalentes de
lípidos de
membrana
vierten a la luz
del RE
se vierten a
la luz del RE
, mitocondrias,
cloroplastos,
nucleares
Modificaciones
postraduccionales
PROTEÍNA

47. ADICIÓN Y PROCESAMIENTO DE CARBOHIDRATOS
Modificaciones postraduccionales
ADICIÓN Y PROCESAMIENTO DE CARBOHIDRATOS
ESCISIONES PROTEOLÍTICAS ESPECÍFICAS
FORMACIÓN DE ENLANCES DISULFURO
PLEGAMIENTO ADECUADO
ENSAMBLADO DE PROTEÍNAS MULTIMÉRICAS