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TRANSFERENCIADE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Replicacion, Transcripción y Traducción.-
La transferencia de la información genética almacenada en los polinucleotidos que conforman el DNA, de una
célula madre a una célula hija, se lo hace mediante una copia del DNA. Este proceso de duplicación del DNA
se denomina Replicación. Cuando la célula necesita de esa información por necesidades fisiológicas, se
requiere que una porción de RNA sea sintetizado a partir de genes seleccionados y el proceso se nomina
como Transcripción y finalmente la manifestación final de esa necesidad es la elaboración de proteínas en un
proceso conocido como Traducción.
Replicación Transcripción Traducción
DNA DNA RNA Proteína
Replicación.-
El proceso de replicación se lo hace en forma semiconservadora, es decir cada cadena de la molécula
madre, es conservada y copiada por apareamiento de sus bases, de modo que se producen dos moldes a
ser copiados. El punto donde la doble hélice madre se separa en sus dos hebras para iniciar la replicación,
tiene la forma de una horquilla y se llama horquilla de la replicación.
Durante el proceso, la molécula madre tiene que desenrollarse o sea relajarse para lograr la apertura de la
doble hélice, lo que se logra por acción de las topoisomerasas. La topoisomerasa I corta una de las dos
hebras y las de tipo II cortan ambas hebras. La separación de ambas hélices la realizan las helicasas, de las
cuales se une una molécula a cada hebra y van avanzando en dirección 5´3´ y la otra en dirección 3´5´
separando las dos hebras. Una vez que las hebras se han separado unas proteínas denominadas SSB une a
la hebras impidiendo que se vuelvan a formar puentes de hidrógeno entre las bases complementarias.
Las DNA polimerasas, polimerizan el DNA añadiendo nucleótidos al extremo OH de una hebra preexistente
en sentido 5´-3´. Los precursores son los trifosforribonucléotidos dATP, dGTP, dCTP y dTTP, de los cuales la
DNA polimerasa escoge el nucleótido complementario al que corresponde en la hebra molde o madre, lo une
al nucleótido de hebra hija y realiza el enlace fosfodiéster con liberación de PP.
La polimerasa tipo II a demás de polimerizar el DNA tiene un actividad de exonucleasa, es decir sacar algún
nucleótido introducido en forma errónea. En forma simultánea, la DNA polimerasa tipo I va corrigiendo los
errores detectados en la polimerización, al introducir el nucleótido correcto.
Sin embargo este proceso de replicación no solo es semiconservativo bidireccional, sino que también es
semidiscontinuo, por hecho de que el DNA nuevo se sintetiza en pequeños fragmentos de 400 a 2000 pares
de bases denominados fragmentos de Okazaki, cuya polimerización es posible gracias a la presencia de un
cebador que es una pequeña hebra de unos 10 nucleótidos de RNA cuya síntesis es conducida por la RNA
polimerasa o primasa catalizándo la formación de uniones fosfodiéster. Es decir, lo que primero se sintetiza
es un cebador de RNA, a partir del cual empieza la elongación del DNA, luego el cebador es eliminado y las
discontinuidades se sellan por acción de las DNA Ligasas. Existe por tanto dos hebras, una que crece
continuamente sobre el molde de la hebra madre 3´5´, y que se llama hebra conductora y la hebra nueva que
tiene por molde la hebra madre 5´3´, que se sintetiza en pedazos de Okazaki llamada hebra retrazada.
Las fases de replicación según Horten son:
En forma esquemática la replicación siguen los siguientes pasos:
 Desenrrollamiento por topoisomerasas
 Apertura de horquilla por helicasas
 Iniciación con un cebador de RNA
 Replicación de DNA a partir del cebador por DNA polimerasas, mientras se sigue abriendo la doble
hélice
 Se inicia un nuevo fragmento de Okazaki con un nuevo cebador
 Conformación de dos fragmentos de Okazaki con sus cebadores
 Continúa la elongación por polimerización y apareamiento de bases
 Se elimina el primer cebador
 El hueco dejado por el cebador se rellena con DNA
 Los enlaces 5´3´ fosfodiéster se sellan con DNA ligasa
 La replicación continúa hasta su término.
Un dato de interés médico es el caso del los retrovirus, a cuya familia pertenece el Virus de inmunodeficiencia
adquirida (SIDA), en los cuales su genoma está constituido por RNA, pero para replicarse se transforma
primero en DNA mediante la enzima la transcriptasa inversa. De modo que cuando el virus infecta a una
célula, la enzima sintetiza primero DNA de una sola hebra tomando como molde el RNA, con lo que se forma
un intermediario híbrido DNA-RNA, y luego da paso al DNA de doble cadena Esta molécula de DNA puede
replicarse libremente o puede integrarse dentro del DNA del huésped, desencadenando sus efectos
mortales.
Por otra parte el DNA está sujeto a cambios, es decir a mutaciones. Las sustituciones de nucleótidos cambian
un par de bases por otro par de bases. A su vez se clasifican en transiciones, cuando se sustituye una purina
por otra purina y una pirimidina por otra pirimidina, y transversiones cuando se cambia una pirimidina por una
purina y una purina por una pirimidina. Hay por tanto cuatro transaciones posibles y ocho trasnversiones:
A-T G- C A-T T-A
T-A C-G Transiciones A-T C-G Transversiones
G-C A-T etc
C--G T-A
Las radiaciones como los rayos x, alfa, beta, gamma son agentes mutagénicos, en los que el desplazamiento
de electrones determina la formación de átomos excitados o ionizados que pueden inducir la formación de
radicales libres que afectan al DNA. El efecto de la radiación que es de carácter acumulativo, está relación
directa con la dosis de radiación. La luz ultravioleta es una radiación no ionizante que también produce
mutaciones, puesto que las bases nitrogenadas absorben la radiación, formando dímeros entre dos
pirimidinas adyacentes en la misma hebra, casi siempre dos timiditas, lo que impide la replicación
cromosómica completa.
También existen mutágenos de origen químico como el gas mostaza empleada en la primera guerra mundial,
el 5 bromodesoxiuracilo o la 2 aminopurina. Todo este grupo trabaja provocando cambios como
Desaminación o añadiendo grupos metilo, etilo etc en las bases nitrogenadas.
Un tercer grupo capaz de producir mutaciones, son los agentes intercalantes, llamados sí por introducirse en
la apila de bases nitrogenadas del DNA provocando dobleces en las hebras y por tanto adiciones o
deleciones cuando se repliquen.
Cuando se produce una mutación espontánea, el organismo pone en marcha una serie de enzimas por unos
50 nucleótidos. El nucleótido que corresponde a la primera base en el transcrito primario o producto de RNA
inicial se designa como +1, y los nucleótidos subsecuentes como +2, +3, etc. Esta dirección se llama hacia
abajo. El nucleótido en la posición 5´, inmediato al +1 de la cadena con sentido se llama -1 y los siguientes -
2,-3, etc, en una dirección hacia arriba. Por otra parte en el promotor se reconocen dos secuencias llamadas
secuencia consenso (nucleótidos que coinciden en todas las secuencias) que se ubican entre -10 y -30, entre
cuyos límites se halla la llamada caja TATAAT. Tanto la iniciación como la terminación de RNA, reconocen
una serie de secuencias denominadas elementos de control llamadas promotor, operador y terminador, que
inician, regular y terminan el proceso de transcripción.
Reconocido así los elementos de transcripción, la RNA polimeriza a lo largo de la cadena con sentido que
actúa como molde, iniciando la síntesis en el extremo 3´ OH, mientras que hacia atrás de este, sitio las
cadenas de DNA se regeneran. Para ello un trifosfato de nucleósido reacciona con trifosfato e nucleósido
entrante, formando pares de bases complementarias con el modelo. El grupo 3´OH del nucleósido iniciador,
generalmente el ATP, ataca al átomo de fósforo del segundo nucleótido para formar un
enlace fosfodiéster.
La terminación de la cadena de RNA es reconocida por una proteína denominada proteína ρ o factor rho, que
entonces produce la liberación de RNA naciente de su molde. Estudios in Vitro han determinado, que existen
dos tipos de terminadores: unos con secuencia palindrómica (segmentos de DNA doble complementario, que
se leen igual en ambas cadenas en la dirección 5´3´) que no requieren del factor p y otros terminadores que
requieren necesariamente del factor p. Hay que recordar que en el RNA T se cambia por uracilo, una vez
escrita la secuencia. El primer nucleótido transcrito que casi siempre es una purina en el RNAm se le
denomina nucleótido líder.
Una vez terminado el proceso de formación de RNA empieza un segundo proceso llamado de procesamiento
postranscriptivo, para eliminar secuencias no funcionales
EL RNAr esta formado por tres unidades: 16S, 23 S y 5 S. Su síntesis implica la síntesis y remoción de la
copia del precursor 16 S, seguidas de la del precursor 23 S y la copia del precursor 5 S que es liberada en
último término. Mediante una enzima llamada RNAasa M o madurasa, se produce luego una poda de los
precursores para dar lugar a los RNAr finales.
Respecto al RNAt, este también tiene precursores que son podados por acción de ribonucleasas en el núcleo.
Además del proceso de poda, se producen un serie de metilaciones en la ribosa, uridina o citocina y en
ciertas guaninas.
En el RNAm su procesamiento final es sumamente complicado: Los genes constan de secuencias
codificadoras llamadas exones, separados por espacios intercalados no codificadores o intrones (RNA-nh o
nuclear heterogeneo). De este modo se colige, que la copia del premensajero es mucho mas larga que el
RNAm maduro final, pero que en la terminación, el exceso es degradado a mononucleótido, por eliminación
de los intrones. La maduración implica además, la adición de una secuencia de residuos adenílicos (POLI A)
al extremo 3´, en un proceso que es mediado por la poli A polimerasa que requiere ATP. Finalmente tanto los
RNA nucleares como los citoplasmáticos son modificados por adición de un remate al 5´ terminal de una 7
metil Guanosina trifosfato.
El proceso retranscripción puede ser modificado por acción de algunos antibióticos como la actinomicina D,
ciclofosfamida, rifampicina, y anticancerígenos como la daunorrubicina, adriamicina, mitramicina.
Traduccion de la Información.-
En el proceso de traducción, la secuencia de bases determina la estructura primaria de una proteína
producida. Si sabemos que una proteína esta constituida por aminoácidos, cada uno de ellos está
representada en el código genético, por una combinación de tres bases de nucleótidos denominado triplete.
Si tenemos cuatro bases para producir tripletes, son posibles 43 o 64 combinaciones diferentes de tripletes
para ordenar la síntesis de los 20 aminoácidos en la naturaleza, por ejemplo el triplete AAA codifica para
lisina, CCC para prolina, GAA para ácido glutámico etc. A estos tripletes de bases presentes en el RNAm se
conocen como codones, existiendo 6l codones reconocidos. La mayoría de aminoácidos tienen uno o más
codones excepto Triptofano y Metionina, por ejemplo leucina tiene dos codones UUU y UUC, Valina GUU,
GUC, GUA, GUG.
El código genético tiene las siguientes características básicas:
A. El código es de naturaleza universal, es igual para todos los reinos
B. El código es degenerado o redundante en tanto y cuanto la mayoría de aminoácidos tienen mas de un
codon.
C. El código se lee por secuencias de tres bases o sea como codones en triplete en el RNAm
D. Los codones se leen de extremo a extremo y en forma no yuxtapuesta
E. No todos los 64 tripletes son codones para aminoácidos. Tres de estos tripletes UAA, UAG y UGA
sirven como señales de terminación del mensaje y no codifican aminoácidos. Dos codones, AUG y
GUG sirven como señales de iniciación de un mensaje además de actuar en la codificación para
aminoácidos.
F. La dirección de la lectura es siempre de 5´ a 3´ y la síntesis de péptidos ocurre desde el grupo N
terminal a C terminal.
El reconocimiento depende de la complementaridad de bases entre el codon y una secuencia antiparalela
correspondiente llamada anticodon. Si bien existen 64 tripletes para 20 aminoácidos, parece solo haber 40
RNAt diferentes con secuencia anticodon. Las dos primeras bases del codon exhiben una complementariedad
absoluta de sus bases complementarias., mientras que el tercero muestra una flexibilidad que permite la
formación de pares de bases no corrientes debido a la formación de puentes de hidrógeno.
El proceso de combinación de un aminoácido con su RNAt apropiado es función de la enzima aminoacil RNAt
sintetasa, que posee tres sitios de unión: uno para el aminoácido a formarse, otro al RNAt y el tercero a ATP.
En una primera etapa el aminoácido es activado por el ATP dando un aminoacil adenilato En una segunda
etapa el a.a. activado es transferido al RNAt específico al cual se une en forma covalente. Estas moléculas
traducen la información genética suministrada por el RNAm a la secuencia adecuada de aminoácidos.
Las aminoacil-RNAt sintetasas actúan en dos pasos:
Primer paso: ATP + a.a. aminoacil- AMP + PPi
Segundo paso: aminoacil-AMP + RNAt aminoacil-RNAt + AMP
En el primer paso el ATP se utiliza para activar al aminoácido. El PPi formado se utiliza en la segunda
reacción para forzar la producción de productos. Se inicia entonces, la síntesis de una cadena de polipéptidos
en varios pasos: inicio, alargamiento y terminación.
La iniciación requiere de un conjunto de proteínas solubles llamadas factores de inicio designados como FI en
los procariotes y FIe en los eucariotes, que median la interacción entre el mensaje del núcleo y la subunidad
ribosómica pequeña. Además se requiere de GTP que se enlaza al RNAt antes de que entre al ribosoma. Una
vez que entra al tibosoma, el GTP es hidrolizado y se piensa que ello ayuda al cambio de conformación en el
ribosoma, requisito previo al inicio de la traducción.
Por su parte el ribosoma posee dos sitios especiales, uno denominado sitio A (aminoacilo) en el que entra el
aminoacil RNAt al complejo RNAm ribosómico y un sitio P (peptidilo) donde el RNAt dona aminoácidos a la
cadena en crecimiento.
Para el alargamiento, el RNAt en el sitio P se halla disponible para la entrada de un segundo aminoacil en el
sitio A vacante, previa unión con los factores de alargamiento unidos a GTP ( Tu en los procariotes y Fac1 en
los eucariotes).Solo lo hacen aquellos residuos que tienen un anticodon complementario en RNAm. Se ha
formado un complejo, el complejo aminoacil RNAt-Tu-GTP que enlaza al codon RNAm, produciéndose la
hidrólisis del GTP, y liberando Tu-GDP.
El segundo paso de alargamiento es la formación del enlace peptídico entre los aminoácidos enlazados a los
dos RNAt, y esto ocurre por transferencia del aminoácido metionina donado por la S metilmetionina al
aminoácido. Esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa La formación del primer enlace peptídico en
un extremo de la cadena en formación determina la formación de un dipéptido en aquella región.
El tercer paso consiste en la expulsión de RNAt no cargado y el movimiento de un codon del ribosoma junto
con RNM en la dirección 3´. A este paso se lo denomina translocación, que también requiere de otro factor
de alargamiento denominado G en los procariotas y FAe2 en los procariotas y de la hidrólisis del GTP, cuya
energía se utiliza para impulsar este proceso. El ciclo se repite varias veces con el peptidil-RNAt hasta formar
el polipéptido.
De los 64 posibles codones, tres son codones de paro o terminación del ensamble: UAA, UAG y UGA que
detienen la elongación y liberan el polipéptido formado, en una acción sinérgica con los factores de liberación
(FLe en las eucariotas).Una forma de terminación temprana, ocurren por cambios en una sola base en la fase
final, como ocurre con las mutaciones sin sentido, lo que ocasiona la formación de proteínas terminadas
parcialmente y que ocasionan enfermedad.
Replicación DNA.-
Es un proceso en el cual se copia el DNA, de manera semiconservativa y bidireccional. Es un mecanismo
igual para procariotas y eucariotas con una diferencia en las proteínas que participan.
En toda célula que va a dividirse, la cromatina debe duplicarse por igual entre las células hijas. Cada
cromátida tiene solo una doble hélice de DNA (teoría del monofilamento) y en cada cromática de un
cromosoma la doble hélice presenta una cadena vieja una cadena nueva.
La replicación es un proceso en el que cada hebra de DNA sirve de molde para la síntesis de una nueva
cadena hija complementaria. La principal enzima implicada en ello es la DNA Polimerasa que cataliza la unión
de ribonucleótidos 5 fosfatos para formar la cadena en crecimiento.
Existen varias clases de DNA polimerasa: α
Β Activa en división y no divisiónReparación DNA
У En mitocondria. Replicación mitocondrial
б
ε
Las formas Delta y elipson funcionan en la replicación del DNA.
Todas las DNA polimerasa comparten dos propiedades:
 Sintetizan DNA solo en dirección 5´3´ añadiendo nucleótidos al extremo 3´.
 Solo añaden un nuevo nucleótido a una hebra con cebador o iniciador preformado, que se unen por
puentes de hidrógeno a la hebra molde
Las RNA polimerasas difieren de las DNA polimerasas, porque pueden iniciar la síntesis en ausencia de
cebador.
Estudios con timidina marcada indican que en el DNA tiene dos sitios donde la síntesis de DNA es activa y a
los cuales se les denomina punto de origen ORI, que es un lugar del cromosoma con gran contenido en A y T.
A este sitio más comúnmente se le denomina horquilla de replicación siendo un punto en el cual las hebras de
la doble cadena se separan.
La doble hélice se separa por acción de la DNA helicasa y las proteínas desestabilizadoras de la hélice o
proteínas de unión a DNA de una sola cadena lo que implica gasto de ATP. La cromatina entonces se vuelve
recta. Sin embargo hay que recordar que el DNA se halla superenrrollado y al abrirse las cadenas tienden a
superenrrollarse, lo que es evitado a nivel de la horquilla por la topoisomerasa I que rompe una hebra y la
topoisomerasa II que rompe las dos hebras, de modo que las hebras pueden girar libremente. La
topoisomerasa III es la que agrega bases a la hebra.
Abierta la doble cadena, la hebra con sentido 5´-3´ sirve de molde para la replicación de la hebra
complementaria y se denomina hebra conductora. La DNA polimerasa sintetiza las cadenas complementarias
a la hebra molde formando dos copias, una continua que se forma por agregación de los nucleótidos
correspondientes a partir de la terminación 3´ formando la cadena antiparalela de 3´a 5´. Sin embargo nótese
que queda otra hebra madre con sentido 3´a 5´ y la célula es incapaz de seguir con este sentido.
Lo que hace la célula, es utilizar un corto RNA específico de 10 pb denominado RNA cebador y solo así
activar la acción de la DNA polimerasa. El RNA cebador de 3 a 10 nucleótidos, es generado por la RNA
primasa (sintetizadora de RNA), por la polimerasa alfa y un conjunto de proteínas de enganche de carga o
RFC o factor de replicación C (reconoce y se une al DNA del molde y el cebador) y las proteínas de
enganche deslizante o PCNA o antígeno de cadena de proliferación celular que une a las proteínas formando
un cuello alrededor de la hebra molde para lograr sostener la síntesis ininterrumpida de nucleótidos. Esta
enzima se une directamente a la DNA helicasa formando un complejo denominado primosoma que se va
desplazando con la cadena en formación.
Conforme van existiendo fragmentos de cadena en esta hebra denominada hebra retrazada, se van
sintetizando en forma discontinua pequeños fragmentos de nucleótidos denominado fragmentos de Okazaki
de aproximadamente 1000 nucleótidos, de modo que existe unRNA cebador por cada fragmento de Okazaki,
y este cebador se va incorporando a la copia como si fueran DNA hasta el fragmento terminal. Hay que
advertir que un fragmento de Okazaki contiene una unión DNA – RNA.
Una vez que se forman los fragmentos de Okazaki, los fragmentos cortos de RNA son eliminados por acción
de una RNAasa.
El extremo 5´ de Okazaki sin el fragmento corto de RNA son sellados con ribonucleótidos de DNA gracias a
que la DNA polimerasa I los elimina, por lo que se llama también exonucleasas 5´-3´o 3´- 5
Queda entonces un espacio que es rellenado con DNA por la polimerasa delta. Este DNA de relleno
finalmente se une a la hebra retrazada o tardía por acción de la DNA ligasa.
En el final de la hebra antigua queda una zona denominada telómero, que no tiene su dupla en la hebra
discontinua y que es eliminada por las topoisomerasa 4.
Transcripción.-
En este proceso el DNA es copiado como RNA, o sea es necesario cambiar la desoxirribosa por ribosa y las
timinas por uracilos. En otras palabras, es un proceso en el cual un tipo de ácido nucleico es cambiado por
otro tipo de ácido nucleico y para ello se requiere de las RNA polimerasas.
El primer paso en la síntesis de RNA, es la asociación de polimerasa con la plantilla de DNA sitio al cual se
denomina Promotor que regula la actividad de RNA polimerasa, el cual además contiene la información que
determina cual de las dos cadenas de DNA será transcrita y el sitio donde se inicia la transcripción.
La polimerasa se desplaza en la dirección 3´ a 5´, a lo largo de la cadena plantilla, ensamblando una cadena
complementaria antiparalela nueva que crece desde el extremo 5´ en dirección a 3´. En este proceso los
precursores de ribonucleótido son hidrolizados para producir monofosfato de nucleósido, en un proceso
altamente exergónico por la formación de pirofosfato (PPi). Conforme se desplaza la polimerasa a lo largo de
la plantilla introduce nucleótidos apropiados en cada plantilla.
La reacción general es: ATP, GTP, CTP, UTP RNA polimerasa+ Mg++ RNA + PPi
La biosíntesis de RNA involucra 4 pasos:
- Iniciación
- Elongación
- Terminación
- Liberación
Cuando la RNA polimerasa se fija al doble hélice de DNA, se produce un desenrrollamiento de las cadenas.
Una de estas sirve como molde y se denomina cadena con sentido, y solo la cual es transcrita. La otra
cadena llamada cadena antisentido tiene un papel desconocido. Nótese que a aquí no existe un cebador o
informador como en el DNA.
Para la iniciación se requiere siempre de ATP o GTP y de una proteína especial llamada factor sigma σ que
parece ser parte de la RNA polimerasa y que favorece la selección del punto de iniciación. Cuando se ha
formado aproximadamente 10 nucleótidos, el factor sigma se separa y queda libre para unirse a nuevo RNA
polimerasa.
Una vez liberado el factor sigma, continúa la elongación de la cadena nueva gracias a los factores de
elongación que son proteínas auxiliares de la polimerasa II. Para ello el promotor ubica entre las bases 24 y
32 hacia arriba a partir del sitio en el cual se inicia la transcripción.
Esta región contiene una secuencia de bases única, conocida como el compartimento TATA BOX
(5´TATAAA-) que no es otra cosa que el sitio donde se ensambla un complejo preinicial que contiene los
factores generales de transcripción, la polimerasa y es rico en timina adenosina. La Caja TATA se sitúa 25
nucleótidos por arriba o delante del sitio de iniciación
El primero paso en el ensamblado del complejo preinicial es la unión de la proteína de enlace TATA que
reconoce específicamente la secuencia de DNA promotora.
Formado el complejo preinicial, la RNA polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios al
DNA, hasta que se llega a una determinada secuencia que indica el final de la zona a transcribir. Cuando ya
se han añadido unos 30 ribonucleótidos, en el extremo 3´ se une un nucleótido modificado de 7 metil
guanosina trifosfatada, que forma lo que se denomina la caperuza, el casquete o el extremo CAP. Sirve para
que la subunidad pequeña del ribosoma reconozca el RNAm. Hay que advertir que el DNA que queda por
detrás de la elongación se regenera en el doble hélice de DNA.
Para la terminación al RNA nuevo se añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de POLI A,
agregada por la enzima poli A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas
celulares. Este paso es reconocido por el factor p, el cual identifica el extremo del gen y provoca la
disociación del complejo en la fase 4. De lo indicado se deduce que todos los RNA nuevos tiene dos
características en común a) un grupo fosfato termina y b) una adenina o guanina 5´ terminal.
Existe una fase post trascripción denominada de maduración de los productos de transcripción, en la cual en
el núcleo, la enzima ribonucleoproteína nuclear pequeña (RNPpn) elimina los intrones y quedan solos los
exones libres que son unidos por la RNA ligasa. EL RNA transcrito consta de 1872 nucleótidos.
En las células eucariotas gran parte del RNAm es producido por un complejo proceso que empieza en núcleo
con la síntesis y procesamiento de un RNA muy largo, denominado RNAm precursor, RNA nuclear
heterogéneo (hnRNA) o transcrito primario. Este transcrito tiene unos 8.000 nucleótidos (llegando hasta
20.000) y contiene segmentos que se traducirán como aminoácidos (Exones) y segmentos no codificantes
(intrones o secuencias intercaladas) y además secuencias reguladoras a las que se unen las proteínas de
regulación génica .A continuación este trascrito primario sufre el proceso de maduración descrito con cortes y
empalmes de RNA (splicing), dando lugar al RNA que es transportado al citoplasma. En este proceso, la
mayor parte de hnRNa es eliminado y degradado en el núcleo.
El transcrito primario producido por una RNA polimerasa II, cumple con tres funciones:
A. Interviene en la exportación del RNAm al citoplasma
B. Contribuye a la estabilidad del RNAm en el citoplasma
C. Sirve de señal de reconocimiento al ribosoma
Finalmente las moléculas de RNA maduras pasan al citoplasma por los poros nucleares, cuyas proteínas lo
reconocen y lo llevan citoplasma por un proceso de transporte activo. Una vez en el citosol el RNA m se une a
los ribosomas para la traducción a proteínas.
Traduccion del DNA.-
La traducción no es más que la expresión genética de la información almacenada por el DNA: la síntesis de
proteínas propias. Para ello, todos los RNAm se leen en dirección 5´ a 3´ y las cadenas polipeptídicas se
sintetizan desde el extremo N terminal al extremo C terminal. Cada aminoácido viene codificado por un
triplete de bases denominado CODON en el UNAM, siendo los RNAt los adaptadores entre el molde de
UNAM y los aminoácidos incorporados a la proteína nueva.
Durante la traducción cada uno de los 20 aminoácidos se alinea con su correspondiente codón del RNAm
molde o madre. El RNA de transferencia consta de 70 a 80 nucleótidos que se disponen en forma de una hoja
de trébol por la complementariedad de las bases que lo constituyen.
Todos los RNAt poseen una secuencia CCA en su extremo 3´ al cual los aminoácidos se unen a la ribosa de
la adenosina terminal en forma covalente. De modo que la secuencia del RNAm es reconocida por el
ANTICODON del RNAt. La unión de un aminoácido a su RNAt específico es mediado por un grupo de
enzimas denominado AMINOACIL RNAt sintetasa, cada una de las cuales reconoce un aminoácido
específico y al RNAt que debe unirse. Para ello el aminoácido es activado por el ATP (ATP---AMP),
formándose un intermediario AMINOACIL AMP. Este aminoácido activado se une posteriormente al extremo
3´ del RNAt. Por la complementariedad de las bases entre el codón del UNAM y el anticodón del RNAt.
Si tenemos cuatro bases disponibles, la probabilidad de combinación será de 4(3) por tener el codón tres
bases, es decir 4 x 4 x 4= 64 posibilidades de combinación. De estos 54 codones posibles, tres son
CODONES DE TERMINACIÓN O STOP de la traducción y solo 61 codifican para aminoácidos.. Esto significa
que la mayoría de aminoácidos son codificados por más de un codón. Sin embargo, algunos RNAt son
capaces de reconocer más de un codón en el RNAm por un MECANISMO DE BALANCEO, en el cual el
anticodón se acopla con la tercera posición de los codones complementarios.
Previo al mecanismo de traducción es necesario indicar, que los ribosomas tanto en procariotas como en
eucariotas, a la ultracentrifugación se designan como: unidades 80S.Estos organelos son más numerosos en
lo sitios orgánicos donde es mas intensa la síntesis de proteína, por ejemplo las células de mamíferos en
continua división poseen aproximadamente 10 millones de ribosomas. En los eucariotas también se distingue
una subunidad pequeña de ribosoma la 40S constituida por RNAr y unas 30 proteínas pequeñas, además de
una subunidad grande 60S con 45 proteínas. La función del RNA catalítico es la FORMAR LOS ENLACES
PEPTIDICOS entre aminoácidos acoplados.
La traducción no empieza en el extremo 5´ del UNAM, sino que tiene lugar en un lugar específico de
iniciación. De modo general, los extremos 5´ de eucariotas y procariotas tienen secuencias no codificadoras a
las que se conoce como REGIONES 5´ NO CODIFICANTES. Sin embargo, los RNAmde eucariotas
normalmente CODIFICAN UNA SOLA CADENA POLIPEPTIDICA, mientras que las procariotas codifican
múltiples polipéptidos por tener distit6nos sitios de iniciación. A estos RNAm que codifican varios polipéptidos
se denominan POLICISTRONICOS, mientras que a los que codifican un solo polipéptidos se les llama
MONOCISTRONICOS. Finalmente el extremo 3´ de eucariotas como de procariotas terminan en regiones no
codificantes.
La traducción en los dos reinos, SIEMPRE EMPIEZA con el aminoácido METIONINA, codificado por el codón
AUG y en las bacterias con una metionina modificada (formilmetionina). En las bacterias los codones de
iniciación son precedidos por una secuencia de nucleótidos llamado SECUENCIA DE SHINE- DELGARNO
que no se presentan el hombre y mamíferos. En las eucariotas lasa ribosómicas se unen al RNAm
reconociendo la 7 METILGUANOSINA en el extremo 5´CAP, una vez reconocido los ribosomas se desplazan
por la secuencia del mensajero hasta encontrar un codon de iniciación AUG
Mecanismo de la Traducción.-
Comprende tres etapas:
1. Iniciación: Los factores de de iniciación IF con un conjunto de proteínas que interactúan entre si
para iniciar la traducción desde el RNA t al RNAr. Los factores IF 1,1A y 3 se unen a la subunidad
ribosómica 40S mientras que IF 2 en complejo con el GTP se asocia con la metionil RNAt iniciador.
El RNAm es reconocido y dirigido hacia el ribosoma por IF 4, en donde el extremo 5´ CAP a su vez es
reconocido por el factor IF4E. El extremo 3´ es reconocido por una combinación de IF4E + IF4G.
Entonces la subunidad ribosómica 40S unida ya a la metionil RNAt chequea todo el RNAm hasta
identificar el codón de iniciación AUG, momento en el cual IF5 provoca la hidrólisis del GTP
liberándose los factores de iniciación. La subunidad 40S libre se une a la subunidad 60S formando un
complejo de iniciación 80S.
2. Elongación: para ello es necesario indicar que el ribosoma tiene tres sitios para la unión del RNAt,
denominados lugar P (peptidil), A (aminoacil) y E (liberación). El metionil RNAt iniciador se une al sitio
P. El siguiente aminoacil RNAt se une al sitio A por emparejamiento con el segundo codón del
mensajero requiriéndose para ello la presencia de un factor de elongación conocido como EF1α El
momento en el cual se acopla al sitio correcto el aminoacil, el GTP es hidrolizado, con el objetivo de
proveer energía y chequear una correcta unión codón anticodón antes que se forme el primer enlace
peptídico, entre los dos primeros aminoácidos. Es decir, el enlace peptídico se establece entre, el
metionil RNAt iniciador en el sitio P y el segundo aminoacil RNAt en el sitio A.
A continuación, el ribosoma se desplaza tres nucleótidos sobre el RNAm colocándose un nuevo codón
en un sitio A disponible y así continua la elongación de de los aminoácidos, siempre con hidrólisis de
GTP.
3. Terminación: La elongación de la cadena polipeptídica continúa hasta que un codon de terminación
(UAA, UAG o UGA) se coloca en el sitio A del ribosoma .El reconocimiento de los codones de
terminación es una función del factor de terminación eRF 1, el cual estimula la hidrólisis del enlace
entre RNAt y la cadena polipeptídica formada, quedando libre el polipéptido formado.
La síntesis del polipéptido aún no es completa, pues es una proteína no funcional. Para ser funcional
debe plegarse para adquirir la configuración de tridimensional o estructura terciaria. Las proteínas que
facilitan el plegamiento de otras proteínas se llaman CHAPERONAS (nucleoplasmina).Las chaperonas
estabilizan el extremo amino terminal del polipéptido en una conformación extendida, hasta que se
sintetice el resto de la cadena. Además estas proteínas facilitan la transferencia del polipéptido al
atravesar la membrana del organelo.
El plegamiento de las proteínas por rotura y formación de nuevos enlaces covalentes, corre a cargo
de dos enzimas: PDI o disulfuro isomerasa y la la peptidil prolil isomerasa
4. Postraducción es un mecanismo que permite categorizar a las proteínas. Algunas de ellas
experimentan glucocilación en un proceso que implica la transferencia de un oligosacárido de 14
residuos en el retículo endoplásmico. En el organelo, tres residuos de glucosa y uno de manosa son
eliminados. Posteriormente las glicoproteínas pasan al complejo de Golgi en el cual se produce
nuevas reducciones y adiciones dependiendo del tipo de glicoproteína a formar. Dependiendo del tipo
de unión las glucoproteínas se clasifican en N glicoproteínas y O-glicoproteínas según que el
carbohidrato se una al nitrógeno de la asparagina o al oxígeno de la serina o treonina
respectivamente.
Otras proteínas experimentan un anclaje de lípidos en su estructura, generalmente a las cadenas
laterales de la cisteina, serrina y treonina para formar las lipoproteínas.

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Transferencia de la información genética

  • 1. TRANSFERENCIADE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Replicacion, Transcripción y Traducción.- La transferencia de la información genética almacenada en los polinucleotidos que conforman el DNA, de una célula madre a una célula hija, se lo hace mediante una copia del DNA. Este proceso de duplicación del DNA se denomina Replicación. Cuando la célula necesita de esa información por necesidades fisiológicas, se requiere que una porción de RNA sea sintetizado a partir de genes seleccionados y el proceso se nomina como Transcripción y finalmente la manifestación final de esa necesidad es la elaboración de proteínas en un proceso conocido como Traducción. Replicación Transcripción Traducción DNA DNA RNA Proteína Replicación.- El proceso de replicación se lo hace en forma semiconservadora, es decir cada cadena de la molécula madre, es conservada y copiada por apareamiento de sus bases, de modo que se producen dos moldes a ser copiados. El punto donde la doble hélice madre se separa en sus dos hebras para iniciar la replicación, tiene la forma de una horquilla y se llama horquilla de la replicación. Durante el proceso, la molécula madre tiene que desenrollarse o sea relajarse para lograr la apertura de la doble hélice, lo que se logra por acción de las topoisomerasas. La topoisomerasa I corta una de las dos hebras y las de tipo II cortan ambas hebras. La separación de ambas hélices la realizan las helicasas, de las cuales se une una molécula a cada hebra y van avanzando en dirección 5´3´ y la otra en dirección 3´5´ separando las dos hebras. Una vez que las hebras se han separado unas proteínas denominadas SSB une a la hebras impidiendo que se vuelvan a formar puentes de hidrógeno entre las bases complementarias.
  • 2. Las DNA polimerasas, polimerizan el DNA añadiendo nucleótidos al extremo OH de una hebra preexistente en sentido 5´-3´. Los precursores son los trifosforribonucléotidos dATP, dGTP, dCTP y dTTP, de los cuales la DNA polimerasa escoge el nucleótido complementario al que corresponde en la hebra molde o madre, lo une al nucleótido de hebra hija y realiza el enlace fosfodiéster con liberación de PP. La polimerasa tipo II a demás de polimerizar el DNA tiene un actividad de exonucleasa, es decir sacar algún nucleótido introducido en forma errónea. En forma simultánea, la DNA polimerasa tipo I va corrigiendo los errores detectados en la polimerización, al introducir el nucleótido correcto. Sin embargo este proceso de replicación no solo es semiconservativo bidireccional, sino que también es semidiscontinuo, por hecho de que el DNA nuevo se sintetiza en pequeños fragmentos de 400 a 2000 pares de bases denominados fragmentos de Okazaki, cuya polimerización es posible gracias a la presencia de un cebador que es una pequeña hebra de unos 10 nucleótidos de RNA cuya síntesis es conducida por la RNA polimerasa o primasa catalizándo la formación de uniones fosfodiéster. Es decir, lo que primero se sintetiza es un cebador de RNA, a partir del cual empieza la elongación del DNA, luego el cebador es eliminado y las discontinuidades se sellan por acción de las DNA Ligasas. Existe por tanto dos hebras, una que crece continuamente sobre el molde de la hebra madre 3´5´, y que se llama hebra conductora y la hebra nueva que tiene por molde la hebra madre 5´3´, que se sintetiza en pedazos de Okazaki llamada hebra retrazada. Las fases de replicación según Horten son: En forma esquemática la replicación siguen los siguientes pasos:  Desenrrollamiento por topoisomerasas  Apertura de horquilla por helicasas  Iniciación con un cebador de RNA  Replicación de DNA a partir del cebador por DNA polimerasas, mientras se sigue abriendo la doble hélice  Se inicia un nuevo fragmento de Okazaki con un nuevo cebador  Conformación de dos fragmentos de Okazaki con sus cebadores  Continúa la elongación por polimerización y apareamiento de bases  Se elimina el primer cebador  El hueco dejado por el cebador se rellena con DNA  Los enlaces 5´3´ fosfodiéster se sellan con DNA ligasa  La replicación continúa hasta su término.
  • 3. Un dato de interés médico es el caso del los retrovirus, a cuya familia pertenece el Virus de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), en los cuales su genoma está constituido por RNA, pero para replicarse se transforma primero en DNA mediante la enzima la transcriptasa inversa. De modo que cuando el virus infecta a una célula, la enzima sintetiza primero DNA de una sola hebra tomando como molde el RNA, con lo que se forma un intermediario híbrido DNA-RNA, y luego da paso al DNA de doble cadena Esta molécula de DNA puede replicarse libremente o puede integrarse dentro del DNA del huésped, desencadenando sus efectos mortales. Por otra parte el DNA está sujeto a cambios, es decir a mutaciones. Las sustituciones de nucleótidos cambian un par de bases por otro par de bases. A su vez se clasifican en transiciones, cuando se sustituye una purina por otra purina y una pirimidina por otra pirimidina, y transversiones cuando se cambia una pirimidina por una purina y una purina por una pirimidina. Hay por tanto cuatro transaciones posibles y ocho trasnversiones: A-T G- C A-T T-A T-A C-G Transiciones A-T C-G Transversiones G-C A-T etc C--G T-A Las radiaciones como los rayos x, alfa, beta, gamma son agentes mutagénicos, en los que el desplazamiento de electrones determina la formación de átomos excitados o ionizados que pueden inducir la formación de radicales libres que afectan al DNA. El efecto de la radiación que es de carácter acumulativo, está relación directa con la dosis de radiación. La luz ultravioleta es una radiación no ionizante que también produce mutaciones, puesto que las bases nitrogenadas absorben la radiación, formando dímeros entre dos pirimidinas adyacentes en la misma hebra, casi siempre dos timiditas, lo que impide la replicación cromosómica completa. También existen mutágenos de origen químico como el gas mostaza empleada en la primera guerra mundial, el 5 bromodesoxiuracilo o la 2 aminopurina. Todo este grupo trabaja provocando cambios como Desaminación o añadiendo grupos metilo, etilo etc en las bases nitrogenadas. Un tercer grupo capaz de producir mutaciones, son los agentes intercalantes, llamados sí por introducirse en la apila de bases nitrogenadas del DNA provocando dobleces en las hebras y por tanto adiciones o deleciones cuando se repliquen. Cuando se produce una mutación espontánea, el organismo pone en marcha una serie de enzimas por unos 50 nucleótidos. El nucleótido que corresponde a la primera base en el transcrito primario o producto de RNA inicial se designa como +1, y los nucleótidos subsecuentes como +2, +3, etc. Esta dirección se llama hacia abajo. El nucleótido en la posición 5´, inmediato al +1 de la cadena con sentido se llama -1 y los siguientes - 2,-3, etc, en una dirección hacia arriba. Por otra parte en el promotor se reconocen dos secuencias llamadas secuencia consenso (nucleótidos que coinciden en todas las secuencias) que se ubican entre -10 y -30, entre cuyos límites se halla la llamada caja TATAAT. Tanto la iniciación como la terminación de RNA, reconocen una serie de secuencias denominadas elementos de control llamadas promotor, operador y terminador, que inician, regular y terminan el proceso de transcripción. Reconocido así los elementos de transcripción, la RNA polimeriza a lo largo de la cadena con sentido que actúa como molde, iniciando la síntesis en el extremo 3´ OH, mientras que hacia atrás de este, sitio las cadenas de DNA se regeneran. Para ello un trifosfato de nucleósido reacciona con trifosfato e nucleósido entrante, formando pares de bases complementarias con el modelo. El grupo 3´OH del nucleósido iniciador, generalmente el ATP, ataca al átomo de fósforo del segundo nucleótido para formar un enlace fosfodiéster.
  • 4. La terminación de la cadena de RNA es reconocida por una proteína denominada proteína ρ o factor rho, que entonces produce la liberación de RNA naciente de su molde. Estudios in Vitro han determinado, que existen dos tipos de terminadores: unos con secuencia palindrómica (segmentos de DNA doble complementario, que se leen igual en ambas cadenas en la dirección 5´3´) que no requieren del factor p y otros terminadores que requieren necesariamente del factor p. Hay que recordar que en el RNA T se cambia por uracilo, una vez escrita la secuencia. El primer nucleótido transcrito que casi siempre es una purina en el RNAm se le denomina nucleótido líder. Una vez terminado el proceso de formación de RNA empieza un segundo proceso llamado de procesamiento postranscriptivo, para eliminar secuencias no funcionales EL RNAr esta formado por tres unidades: 16S, 23 S y 5 S. Su síntesis implica la síntesis y remoción de la copia del precursor 16 S, seguidas de la del precursor 23 S y la copia del precursor 5 S que es liberada en último término. Mediante una enzima llamada RNAasa M o madurasa, se produce luego una poda de los precursores para dar lugar a los RNAr finales. Respecto al RNAt, este también tiene precursores que son podados por acción de ribonucleasas en el núcleo. Además del proceso de poda, se producen un serie de metilaciones en la ribosa, uridina o citocina y en ciertas guaninas. En el RNAm su procesamiento final es sumamente complicado: Los genes constan de secuencias codificadoras llamadas exones, separados por espacios intercalados no codificadores o intrones (RNA-nh o nuclear heterogeneo). De este modo se colige, que la copia del premensajero es mucho mas larga que el RNAm maduro final, pero que en la terminación, el exceso es degradado a mononucleótido, por eliminación de los intrones. La maduración implica además, la adición de una secuencia de residuos adenílicos (POLI A) al extremo 3´, en un proceso que es mediado por la poli A polimerasa que requiere ATP. Finalmente tanto los RNA nucleares como los citoplasmáticos son modificados por adición de un remate al 5´ terminal de una 7 metil Guanosina trifosfato. El proceso retranscripción puede ser modificado por acción de algunos antibióticos como la actinomicina D, ciclofosfamida, rifampicina, y anticancerígenos como la daunorrubicina, adriamicina, mitramicina. Traduccion de la Información.- En el proceso de traducción, la secuencia de bases determina la estructura primaria de una proteína producida. Si sabemos que una proteína esta constituida por aminoácidos, cada uno de ellos está representada en el código genético, por una combinación de tres bases de nucleótidos denominado triplete. Si tenemos cuatro bases para producir tripletes, son posibles 43 o 64 combinaciones diferentes de tripletes
  • 5. para ordenar la síntesis de los 20 aminoácidos en la naturaleza, por ejemplo el triplete AAA codifica para lisina, CCC para prolina, GAA para ácido glutámico etc. A estos tripletes de bases presentes en el RNAm se conocen como codones, existiendo 6l codones reconocidos. La mayoría de aminoácidos tienen uno o más codones excepto Triptofano y Metionina, por ejemplo leucina tiene dos codones UUU y UUC, Valina GUU, GUC, GUA, GUG. El código genético tiene las siguientes características básicas: A. El código es de naturaleza universal, es igual para todos los reinos B. El código es degenerado o redundante en tanto y cuanto la mayoría de aminoácidos tienen mas de un codon. C. El código se lee por secuencias de tres bases o sea como codones en triplete en el RNAm D. Los codones se leen de extremo a extremo y en forma no yuxtapuesta E. No todos los 64 tripletes son codones para aminoácidos. Tres de estos tripletes UAA, UAG y UGA sirven como señales de terminación del mensaje y no codifican aminoácidos. Dos codones, AUG y GUG sirven como señales de iniciación de un mensaje además de actuar en la codificación para aminoácidos. F. La dirección de la lectura es siempre de 5´ a 3´ y la síntesis de péptidos ocurre desde el grupo N terminal a C terminal. El reconocimiento depende de la complementaridad de bases entre el codon y una secuencia antiparalela correspondiente llamada anticodon. Si bien existen 64 tripletes para 20 aminoácidos, parece solo haber 40 RNAt diferentes con secuencia anticodon. Las dos primeras bases del codon exhiben una complementariedad absoluta de sus bases complementarias., mientras que el tercero muestra una flexibilidad que permite la formación de pares de bases no corrientes debido a la formación de puentes de hidrógeno. El proceso de combinación de un aminoácido con su RNAt apropiado es función de la enzima aminoacil RNAt sintetasa, que posee tres sitios de unión: uno para el aminoácido a formarse, otro al RNAt y el tercero a ATP. En una primera etapa el aminoácido es activado por el ATP dando un aminoacil adenilato En una segunda etapa el a.a. activado es transferido al RNAt específico al cual se une en forma covalente. Estas moléculas traducen la información genética suministrada por el RNAm a la secuencia adecuada de aminoácidos.
  • 6. Las aminoacil-RNAt sintetasas actúan en dos pasos: Primer paso: ATP + a.a. aminoacil- AMP + PPi Segundo paso: aminoacil-AMP + RNAt aminoacil-RNAt + AMP En el primer paso el ATP se utiliza para activar al aminoácido. El PPi formado se utiliza en la segunda reacción para forzar la producción de productos. Se inicia entonces, la síntesis de una cadena de polipéptidos en varios pasos: inicio, alargamiento y terminación. La iniciación requiere de un conjunto de proteínas solubles llamadas factores de inicio designados como FI en los procariotes y FIe en los eucariotes, que median la interacción entre el mensaje del núcleo y la subunidad ribosómica pequeña. Además se requiere de GTP que se enlaza al RNAt antes de que entre al ribosoma. Una vez que entra al tibosoma, el GTP es hidrolizado y se piensa que ello ayuda al cambio de conformación en el ribosoma, requisito previo al inicio de la traducción. Por su parte el ribosoma posee dos sitios especiales, uno denominado sitio A (aminoacilo) en el que entra el aminoacil RNAt al complejo RNAm ribosómico y un sitio P (peptidilo) donde el RNAt dona aminoácidos a la cadena en crecimiento. Para el alargamiento, el RNAt en el sitio P se halla disponible para la entrada de un segundo aminoacil en el sitio A vacante, previa unión con los factores de alargamiento unidos a GTP ( Tu en los procariotes y Fac1 en los eucariotes).Solo lo hacen aquellos residuos que tienen un anticodon complementario en RNAm. Se ha formado un complejo, el complejo aminoacil RNAt-Tu-GTP que enlaza al codon RNAm, produciéndose la hidrólisis del GTP, y liberando Tu-GDP. El segundo paso de alargamiento es la formación del enlace peptídico entre los aminoácidos enlazados a los dos RNAt, y esto ocurre por transferencia del aminoácido metionina donado por la S metilmetionina al aminoácido. Esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa La formación del primer enlace peptídico en un extremo de la cadena en formación determina la formación de un dipéptido en aquella región. El tercer paso consiste en la expulsión de RNAt no cargado y el movimiento de un codon del ribosoma junto con RNM en la dirección 3´. A este paso se lo denomina translocación, que también requiere de otro factor de alargamiento denominado G en los procariotas y FAe2 en los procariotas y de la hidrólisis del GTP, cuya energía se utiliza para impulsar este proceso. El ciclo se repite varias veces con el peptidil-RNAt hasta formar el polipéptido. De los 64 posibles codones, tres son codones de paro o terminación del ensamble: UAA, UAG y UGA que detienen la elongación y liberan el polipéptido formado, en una acción sinérgica con los factores de liberación (FLe en las eucariotas).Una forma de terminación temprana, ocurren por cambios en una sola base en la fase final, como ocurre con las mutaciones sin sentido, lo que ocasiona la formación de proteínas terminadas parcialmente y que ocasionan enfermedad. Replicación DNA.- Es un proceso en el cual se copia el DNA, de manera semiconservativa y bidireccional. Es un mecanismo igual para procariotas y eucariotas con una diferencia en las proteínas que participan. En toda célula que va a dividirse, la cromatina debe duplicarse por igual entre las células hijas. Cada cromátida tiene solo una doble hélice de DNA (teoría del monofilamento) y en cada cromática de un cromosoma la doble hélice presenta una cadena vieja una cadena nueva. La replicación es un proceso en el que cada hebra de DNA sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena hija complementaria. La principal enzima implicada en ello es la DNA Polimerasa que cataliza la unión de ribonucleótidos 5 fosfatos para formar la cadena en crecimiento.
  • 7. Existen varias clases de DNA polimerasa: α Β Activa en división y no divisiónReparación DNA У En mitocondria. Replicación mitocondrial б ε Las formas Delta y elipson funcionan en la replicación del DNA. Todas las DNA polimerasa comparten dos propiedades:  Sintetizan DNA solo en dirección 5´3´ añadiendo nucleótidos al extremo 3´.  Solo añaden un nuevo nucleótido a una hebra con cebador o iniciador preformado, que se unen por puentes de hidrógeno a la hebra molde Las RNA polimerasas difieren de las DNA polimerasas, porque pueden iniciar la síntesis en ausencia de cebador. Estudios con timidina marcada indican que en el DNA tiene dos sitios donde la síntesis de DNA es activa y a los cuales se les denomina punto de origen ORI, que es un lugar del cromosoma con gran contenido en A y T. A este sitio más comúnmente se le denomina horquilla de replicación siendo un punto en el cual las hebras de la doble cadena se separan. La doble hélice se separa por acción de la DNA helicasa y las proteínas desestabilizadoras de la hélice o proteínas de unión a DNA de una sola cadena lo que implica gasto de ATP. La cromatina entonces se vuelve recta. Sin embargo hay que recordar que el DNA se halla superenrrollado y al abrirse las cadenas tienden a superenrrollarse, lo que es evitado a nivel de la horquilla por la topoisomerasa I que rompe una hebra y la topoisomerasa II que rompe las dos hebras, de modo que las hebras pueden girar libremente. La topoisomerasa III es la que agrega bases a la hebra. Abierta la doble cadena, la hebra con sentido 5´-3´ sirve de molde para la replicación de la hebra complementaria y se denomina hebra conductora. La DNA polimerasa sintetiza las cadenas complementarias a la hebra molde formando dos copias, una continua que se forma por agregación de los nucleótidos correspondientes a partir de la terminación 3´ formando la cadena antiparalela de 3´a 5´. Sin embargo nótese que queda otra hebra madre con sentido 3´a 5´ y la célula es incapaz de seguir con este sentido. Lo que hace la célula, es utilizar un corto RNA específico de 10 pb denominado RNA cebador y solo así activar la acción de la DNA polimerasa. El RNA cebador de 3 a 10 nucleótidos, es generado por la RNA primasa (sintetizadora de RNA), por la polimerasa alfa y un conjunto de proteínas de enganche de carga o RFC o factor de replicación C (reconoce y se une al DNA del molde y el cebador) y las proteínas de enganche deslizante o PCNA o antígeno de cadena de proliferación celular que une a las proteínas formando un cuello alrededor de la hebra molde para lograr sostener la síntesis ininterrumpida de nucleótidos. Esta enzima se une directamente a la DNA helicasa formando un complejo denominado primosoma que se va desplazando con la cadena en formación. Conforme van existiendo fragmentos de cadena en esta hebra denominada hebra retrazada, se van sintetizando en forma discontinua pequeños fragmentos de nucleótidos denominado fragmentos de Okazaki de aproximadamente 1000 nucleótidos, de modo que existe unRNA cebador por cada fragmento de Okazaki, y este cebador se va incorporando a la copia como si fueran DNA hasta el fragmento terminal. Hay que advertir que un fragmento de Okazaki contiene una unión DNA – RNA. Una vez que se forman los fragmentos de Okazaki, los fragmentos cortos de RNA son eliminados por acción de una RNAasa. El extremo 5´ de Okazaki sin el fragmento corto de RNA son sellados con ribonucleótidos de DNA gracias a que la DNA polimerasa I los elimina, por lo que se llama también exonucleasas 5´-3´o 3´- 5
  • 8. Queda entonces un espacio que es rellenado con DNA por la polimerasa delta. Este DNA de relleno finalmente se une a la hebra retrazada o tardía por acción de la DNA ligasa. En el final de la hebra antigua queda una zona denominada telómero, que no tiene su dupla en la hebra discontinua y que es eliminada por las topoisomerasa 4. Transcripción.- En este proceso el DNA es copiado como RNA, o sea es necesario cambiar la desoxirribosa por ribosa y las timinas por uracilos. En otras palabras, es un proceso en el cual un tipo de ácido nucleico es cambiado por otro tipo de ácido nucleico y para ello se requiere de las RNA polimerasas. El primer paso en la síntesis de RNA, es la asociación de polimerasa con la plantilla de DNA sitio al cual se denomina Promotor que regula la actividad de RNA polimerasa, el cual además contiene la información que determina cual de las dos cadenas de DNA será transcrita y el sitio donde se inicia la transcripción. La polimerasa se desplaza en la dirección 3´ a 5´, a lo largo de la cadena plantilla, ensamblando una cadena complementaria antiparalela nueva que crece desde el extremo 5´ en dirección a 3´. En este proceso los precursores de ribonucleótido son hidrolizados para producir monofosfato de nucleósido, en un proceso altamente exergónico por la formación de pirofosfato (PPi). Conforme se desplaza la polimerasa a lo largo de la plantilla introduce nucleótidos apropiados en cada plantilla. La reacción general es: ATP, GTP, CTP, UTP RNA polimerasa+ Mg++ RNA + PPi La biosíntesis de RNA involucra 4 pasos: - Iniciación - Elongación - Terminación - Liberación Cuando la RNA polimerasa se fija al doble hélice de DNA, se produce un desenrrollamiento de las cadenas. Una de estas sirve como molde y se denomina cadena con sentido, y solo la cual es transcrita. La otra cadena llamada cadena antisentido tiene un papel desconocido. Nótese que a aquí no existe un cebador o informador como en el DNA. Para la iniciación se requiere siempre de ATP o GTP y de una proteína especial llamada factor sigma σ que parece ser parte de la RNA polimerasa y que favorece la selección del punto de iniciación. Cuando se ha formado aproximadamente 10 nucleótidos, el factor sigma se separa y queda libre para unirse a nuevo RNA polimerasa. Una vez liberado el factor sigma, continúa la elongación de la cadena nueva gracias a los factores de elongación que son proteínas auxiliares de la polimerasa II. Para ello el promotor ubica entre las bases 24 y 32 hacia arriba a partir del sitio en el cual se inicia la transcripción. Esta región contiene una secuencia de bases única, conocida como el compartimento TATA BOX (5´TATAAA-) que no es otra cosa que el sitio donde se ensambla un complejo preinicial que contiene los factores generales de transcripción, la polimerasa y es rico en timina adenosina. La Caja TATA se sitúa 25 nucleótidos por arriba o delante del sitio de iniciación El primero paso en el ensamblado del complejo preinicial es la unión de la proteína de enlace TATA que reconoce específicamente la secuencia de DNA promotora. Formado el complejo preinicial, la RNA polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios al DNA, hasta que se llega a una determinada secuencia que indica el final de la zona a transcribir. Cuando ya se han añadido unos 30 ribonucleótidos, en el extremo 3´ se une un nucleótido modificado de 7 metil guanosina trifosfatada, que forma lo que se denomina la caperuza, el casquete o el extremo CAP. Sirve para
  • 9. que la subunidad pequeña del ribosoma reconozca el RNAm. Hay que advertir que el DNA que queda por detrás de la elongación se regenera en el doble hélice de DNA. Para la terminación al RNA nuevo se añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de POLI A, agregada por la enzima poli A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas celulares. Este paso es reconocido por el factor p, el cual identifica el extremo del gen y provoca la disociación del complejo en la fase 4. De lo indicado se deduce que todos los RNA nuevos tiene dos características en común a) un grupo fosfato termina y b) una adenina o guanina 5´ terminal. Existe una fase post trascripción denominada de maduración de los productos de transcripción, en la cual en el núcleo, la enzima ribonucleoproteína nuclear pequeña (RNPpn) elimina los intrones y quedan solos los exones libres que son unidos por la RNA ligasa. EL RNA transcrito consta de 1872 nucleótidos. En las células eucariotas gran parte del RNAm es producido por un complejo proceso que empieza en núcleo con la síntesis y procesamiento de un RNA muy largo, denominado RNAm precursor, RNA nuclear heterogéneo (hnRNA) o transcrito primario. Este transcrito tiene unos 8.000 nucleótidos (llegando hasta 20.000) y contiene segmentos que se traducirán como aminoácidos (Exones) y segmentos no codificantes (intrones o secuencias intercaladas) y además secuencias reguladoras a las que se unen las proteínas de regulación génica .A continuación este trascrito primario sufre el proceso de maduración descrito con cortes y empalmes de RNA (splicing), dando lugar al RNA que es transportado al citoplasma. En este proceso, la mayor parte de hnRNa es eliminado y degradado en el núcleo. El transcrito primario producido por una RNA polimerasa II, cumple con tres funciones: A. Interviene en la exportación del RNAm al citoplasma B. Contribuye a la estabilidad del RNAm en el citoplasma C. Sirve de señal de reconocimiento al ribosoma Finalmente las moléculas de RNA maduras pasan al citoplasma por los poros nucleares, cuyas proteínas lo reconocen y lo llevan citoplasma por un proceso de transporte activo. Una vez en el citosol el RNA m se une a los ribosomas para la traducción a proteínas. Traduccion del DNA.- La traducción no es más que la expresión genética de la información almacenada por el DNA: la síntesis de proteínas propias. Para ello, todos los RNAm se leen en dirección 5´ a 3´ y las cadenas polipeptídicas se sintetizan desde el extremo N terminal al extremo C terminal. Cada aminoácido viene codificado por un triplete de bases denominado CODON en el UNAM, siendo los RNAt los adaptadores entre el molde de UNAM y los aminoácidos incorporados a la proteína nueva. Durante la traducción cada uno de los 20 aminoácidos se alinea con su correspondiente codón del RNAm molde o madre. El RNA de transferencia consta de 70 a 80 nucleótidos que se disponen en forma de una hoja de trébol por la complementariedad de las bases que lo constituyen. Todos los RNAt poseen una secuencia CCA en su extremo 3´ al cual los aminoácidos se unen a la ribosa de la adenosina terminal en forma covalente. De modo que la secuencia del RNAm es reconocida por el ANTICODON del RNAt. La unión de un aminoácido a su RNAt específico es mediado por un grupo de enzimas denominado AMINOACIL RNAt sintetasa, cada una de las cuales reconoce un aminoácido específico y al RNAt que debe unirse. Para ello el aminoácido es activado por el ATP (ATP---AMP), formándose un intermediario AMINOACIL AMP. Este aminoácido activado se une posteriormente al extremo 3´ del RNAt. Por la complementariedad de las bases entre el codón del UNAM y el anticodón del RNAt. Si tenemos cuatro bases disponibles, la probabilidad de combinación será de 4(3) por tener el codón tres bases, es decir 4 x 4 x 4= 64 posibilidades de combinación. De estos 54 codones posibles, tres son CODONES DE TERMINACIÓN O STOP de la traducción y solo 61 codifican para aminoácidos.. Esto significa que la mayoría de aminoácidos son codificados por más de un codón. Sin embargo, algunos RNAt son capaces de reconocer más de un codón en el RNAm por un MECANISMO DE BALANCEO, en el cual el anticodón se acopla con la tercera posición de los codones complementarios.
  • 10. Previo al mecanismo de traducción es necesario indicar, que los ribosomas tanto en procariotas como en eucariotas, a la ultracentrifugación se designan como: unidades 80S.Estos organelos son más numerosos en lo sitios orgánicos donde es mas intensa la síntesis de proteína, por ejemplo las células de mamíferos en continua división poseen aproximadamente 10 millones de ribosomas. En los eucariotas también se distingue una subunidad pequeña de ribosoma la 40S constituida por RNAr y unas 30 proteínas pequeñas, además de una subunidad grande 60S con 45 proteínas. La función del RNA catalítico es la FORMAR LOS ENLACES PEPTIDICOS entre aminoácidos acoplados. La traducción no empieza en el extremo 5´ del UNAM, sino que tiene lugar en un lugar específico de iniciación. De modo general, los extremos 5´ de eucariotas y procariotas tienen secuencias no codificadoras a las que se conoce como REGIONES 5´ NO CODIFICANTES. Sin embargo, los RNAmde eucariotas normalmente CODIFICAN UNA SOLA CADENA POLIPEPTIDICA, mientras que las procariotas codifican múltiples polipéptidos por tener distit6nos sitios de iniciación. A estos RNAm que codifican varios polipéptidos se denominan POLICISTRONICOS, mientras que a los que codifican un solo polipéptidos se les llama MONOCISTRONICOS. Finalmente el extremo 3´ de eucariotas como de procariotas terminan en regiones no codificantes. La traducción en los dos reinos, SIEMPRE EMPIEZA con el aminoácido METIONINA, codificado por el codón AUG y en las bacterias con una metionina modificada (formilmetionina). En las bacterias los codones de iniciación son precedidos por una secuencia de nucleótidos llamado SECUENCIA DE SHINE- DELGARNO que no se presentan el hombre y mamíferos. En las eucariotas lasa ribosómicas se unen al RNAm reconociendo la 7 METILGUANOSINA en el extremo 5´CAP, una vez reconocido los ribosomas se desplazan por la secuencia del mensajero hasta encontrar un codon de iniciación AUG Mecanismo de la Traducción.- Comprende tres etapas: 1. Iniciación: Los factores de de iniciación IF con un conjunto de proteínas que interactúan entre si para iniciar la traducción desde el RNA t al RNAr. Los factores IF 1,1A y 3 se unen a la subunidad ribosómica 40S mientras que IF 2 en complejo con el GTP se asocia con la metionil RNAt iniciador. El RNAm es reconocido y dirigido hacia el ribosoma por IF 4, en donde el extremo 5´ CAP a su vez es reconocido por el factor IF4E. El extremo 3´ es reconocido por una combinación de IF4E + IF4G. Entonces la subunidad ribosómica 40S unida ya a la metionil RNAt chequea todo el RNAm hasta identificar el codón de iniciación AUG, momento en el cual IF5 provoca la hidrólisis del GTP liberándose los factores de iniciación. La subunidad 40S libre se une a la subunidad 60S formando un complejo de iniciación 80S. 2. Elongación: para ello es necesario indicar que el ribosoma tiene tres sitios para la unión del RNAt, denominados lugar P (peptidil), A (aminoacil) y E (liberación). El metionil RNAt iniciador se une al sitio P. El siguiente aminoacil RNAt se une al sitio A por emparejamiento con el segundo codón del mensajero requiriéndose para ello la presencia de un factor de elongación conocido como EF1α El momento en el cual se acopla al sitio correcto el aminoacil, el GTP es hidrolizado, con el objetivo de proveer energía y chequear una correcta unión codón anticodón antes que se forme el primer enlace peptídico, entre los dos primeros aminoácidos. Es decir, el enlace peptídico se establece entre, el metionil RNAt iniciador en el sitio P y el segundo aminoacil RNAt en el sitio A. A continuación, el ribosoma se desplaza tres nucleótidos sobre el RNAm colocándose un nuevo codón en un sitio A disponible y así continua la elongación de de los aminoácidos, siempre con hidrólisis de GTP. 3. Terminación: La elongación de la cadena polipeptídica continúa hasta que un codon de terminación (UAA, UAG o UGA) se coloca en el sitio A del ribosoma .El reconocimiento de los codones de
  • 11. terminación es una función del factor de terminación eRF 1, el cual estimula la hidrólisis del enlace entre RNAt y la cadena polipeptídica formada, quedando libre el polipéptido formado. La síntesis del polipéptido aún no es completa, pues es una proteína no funcional. Para ser funcional debe plegarse para adquirir la configuración de tridimensional o estructura terciaria. Las proteínas que facilitan el plegamiento de otras proteínas se llaman CHAPERONAS (nucleoplasmina).Las chaperonas estabilizan el extremo amino terminal del polipéptido en una conformación extendida, hasta que se sintetice el resto de la cadena. Además estas proteínas facilitan la transferencia del polipéptido al atravesar la membrana del organelo. El plegamiento de las proteínas por rotura y formación de nuevos enlaces covalentes, corre a cargo de dos enzimas: PDI o disulfuro isomerasa y la la peptidil prolil isomerasa 4. Postraducción es un mecanismo que permite categorizar a las proteínas. Algunas de ellas experimentan glucocilación en un proceso que implica la transferencia de un oligosacárido de 14 residuos en el retículo endoplásmico. En el organelo, tres residuos de glucosa y uno de manosa son eliminados. Posteriormente las glicoproteínas pasan al complejo de Golgi en el cual se produce nuevas reducciones y adiciones dependiendo del tipo de glicoproteína a formar. Dependiendo del tipo de unión las glucoproteínas se clasifican en N glicoproteínas y O-glicoproteínas según que el carbohidrato se una al nitrógeno de la asparagina o al oxígeno de la serina o treonina respectivamente. Otras proteínas experimentan un anclaje de lípidos en su estructura, generalmente a las cadenas laterales de la cisteina, serrina y treonina para formar las lipoproteínas.