BMC Cules son los procesos involucrados en la

BMC

¿Cuáles son los procesos involucrados en la expresión de la información genética? ¿Cuáles son las características estructurales del ARNm y cómo se sintetiza?

1. Estructura de los diferentes tipos de ARN 2. Características generales de la transcripción 3. Requerimientos. Etapas del proceso. 4. Inhibidores de la Transcripción 5. El código genético y sus características. 6. Estructura del Ribosoma. 7. Características generales de la Traducción. 8. Requerimientos. Etapas del proceso. 9. Inhibidores de la Traducción.

EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Transcripción ADN bases nitrogenadas Traducción ARN bases nitrogenadas PROTEÍNAS aminoácidos

• Polimerización de unidades de ribonucleótidos por enlaces 3’-5’ fosfodiéster • Uracilo por Timina en general • Bases modificadas ribosa Pseudouridina ( ) ribosa Ribotimidina (T) ribosa Dihidrouridina (D)

• Cadena polinucleotídica única • Plegamiento por interacciones intracatenarias • Polaridad de la molécula 5’ 3’

TIPOS DE ARN mensajero (ARNm) ribosomal (ARNr) estructurales de transferencia (ARNt) adaptadores

• Tallo aminoacídico o Aminoácido Enlace éster aceptor con extremo 5’-P y secuencia CCA en 3’ • Asa anticodón Apareamiento de bases intracatenario anticodón Dra. Bárbara Codón. E. García Triana, Dr. C.

Aceptor 3’ aminoacil Asa anticodón

50 S 70 S Subunidad mayor Ribosoma E. Coli 30 S Subunidad menor ARNr 5 S ARNr 23 S ARNr 16 S

• El más variable • El más inestable (tiempo de vida media corto) • No presenta bases modificadas

• modificado el extremo 5’: cap (unión al ribosoma) • cola de poli(A) en el extremo 3’ (incrementa la estabilidad) • 5´ ARNhn o transcripto primario cap ARNm AAAAAA- 3´

Proceso mediante el cual, los genes que se encuentran en el ADN celular, son reconocidos y transcriptos selectivamente, produciendo los diferentes tipos de ARN Proceso central en el crecimiento y desarrollo de las células

LOCALIZACIÓN CELULAR Procariotas (protoplasma) Eucariotas (núcleo celular)

CARÁCTER COMPLEMENTARIO, ANTIPARALELO Y UNIDIRECCIONAL • El ARN que se copia es complementario a una de las dos hebras del ADN, que sirve de molde. • La hebra de ARN crece en sentido 5’ 3’ mientras copia la hebra de ADN en dirección 3’ 5’ 5’ C U A A U G U 3’ 5’ 3’ GA T T ACAA

Hebra codificante 5’ 3’ CT AATGT T CUAAUGUU GATTACAA Hebra antisentido o no codificante 3’ 5’

polinucleótido con N residuos Base N HO OH + ribonucleósido trifosfatado Base N+1 HO OH pirofosfato Base N OH polinucleótido con N+ 1 residuos Base N+1 HO OH

REQUERIMIENTOS 3’OH 5’P ARN polimerasa Ribonucleótidos trifosfatados ATP CTP GTP UTP 5’P 3’OH ADN dúplex Mg 2+ 3’OH ARN

ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS 1. Preiniciación 2. Iniciación 3. Elongación 4. Terminación 5. Posterminación

PREINICIACIÓN Reconocimiento de señales específicas, unión ADN-enzima formando un promotor cerrado y su transformación posterior en promotor abierto. La enzima se desliza hasta la posición +1.

PROMOTOR Segmento de ADN ubicado hacia el extremo 5´ del sitio de inicio de la transcripción y que contiene las señales para: • la unión de la enzima ARN polimerasa • su posterior activación • el control reguladoras de la unión de proteínas

PREINICIACIÓN promotor cerrado promotor abierto

INICIACIÓN • Incorporación de ribonucleótidos trifosfatados a partir de la base +1 • formación de enlaces 3´-5´- fosfodiéster • complejo ternario estable entre la polimerasa, el ADN y un segmento de ARN de 6 a 9 nucleótidos.

INICIACIÓN: Eventos A C CA T G G A T 5’ 3’ A 3’ 5’ T G GT A C C T A A C CA T G G A T 5’ 3’ AC T G GT A C C T A 3’ 5’

INICIACIÓN: Eventos A C CA T G G A T 5’ A 3’ A C C 3’ T G G AT 5’ A C C T A AC C T A C CA T G G A T 5’ 3’ 3’ 5’ A C C T A AC C T

ELONGACIÓN Alargamiento gradual de la cadena polirribonucleotídica, por acción del núcleo de la ARN polimerasa. Proteínas auxiliares impiden la dislocación de la enzima.

TERMINACIÓN Detención de la elongación, liberación del ARN y la polimerasa (secuencias de ADN o proteínas específicas)

POSTERMINACIÓN Maduración (E. Coli) ARNm policistrónicos No se modifica

POSTERMINACIÓN EN PROCARIOTAS Procesamiento de ARNt y ARNr • Generación de extremos 3’ y 5’ (ARNasa) • Formación de bases raras (transformación enzimática de las comunes)

INHIBIDORES DE LA TRANSCRIPCIÓN Según su mecanismo de acción Terminadores de Cadena Los que actúan sobre el ADN molde Los que actúan sobre las polimerasas 3´-desoxiadenosina Actinomicina D Rifampicina

• ¿A qué se denomina absceso alveolar? • ¿Por qué se propone el uso de un antibiótico? • ¿Qué es la tetraciclina? • ¿Cómo ejerce su efecto antibiótico? • ¿Este efecto también se manifiesta sobre las células del paciente? • ¿Es correcta su indicación en este caso?

Acumulación de pus en el alveolo dentario

ANTI: CONTRA BIOS: VIDA Compuesto químico utilizado para eliminar o inhibir el crecimiento de organismos infecciosos. ABSCESO ALVEOLAR Consecuencia de una infección bacteriana

Antibiótico de amplio espectro

EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Transcripción ADN Traducción ARN PROTEÍNAS

EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Transcripción ADN Traducción ARN bases nitrogenadas PROTEÍNAS aminoácidos

Relación de equivalencia entre la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm y la secuencia de aminoácidos de una proteína Necesidad natural, por las diferencias estructurales entre el ADN y las proteínas

Historia experimental del código genético • Razonamientos teóricos Relación de codificación ¿Cuántas bases codifican un aminoácido? 4 3 = 64 3: 1 Unidad de codificación Triplete de bases: CODÓN

CÓDIGO GENÉTICO Fen Ser Leu Ile Pro Tre Met Tir Ter His Gl. N Cis Ter Tri Arg As. N Ser Lis Arg Asp Val Ala Glu Gli Tercera posición (extremo 3’) Primera posición (extremo 5’) Segunda posición

CARÁCTER DEGENERADO PERO NO AMBIGUO En general Cada aminoácido es codificado por más de un codón. Ala GCU GCC GCA GCG codones sinónimos Cada codón codifica solo para un aminoácido. GCU Ala

CÓDIGO GENÉTICO NO ES SUPERPUESTO Cada base nitrogenada forma parte de un solo codón 5’ -A-U-C-C-G-G-G-U-A-A-A-C-C-G-G-A-U-C- 3’ Ile Arg Val As. N Arg Ile

CODONES DE INICIACIÓN Generalmente AUG (Met) CODONES DE TERMINACIÓN UAA, UAG, UGA

EL CÓDIGO GENÉTICO ES CASI UNIVERSAL Triplete Lectura en el código “estándar” código mitocondrial UAG Terminación Tri AGA Arg Terminación AUA Ile Met de iniciación

CÓDIGO GENÉTICO: CARACTERÍSTICAS • Código de tripletes (codones) que se leen secuencialmente, sin superposición y sin signos de puntuación. • Carácter degenerado pero no ambiguo. • Existen codones de inicio y de terminación. • Es casi universal.

DESCODIFICACIÓN Conversión de un lenguaje en otro

DESCODIFICACIÓN ADN ARNm aa aminoacil ARNt aa Proteína

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS RIBOSOMAS (I) • Componentes celulares más abundantes en el citoplasma de todas las células animales y vegetales, hongos, bacterias, cloroplastos y mitocondrias

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS RIBOSOMAS (II) • Ribosomas bacterianos unidos al ARNm que a su vez se une al ADN. • Ribosomas eucariontes en el citoplasma asociados al citoesqueleto o al retículo endoplásmico.

COMPOSICIÓN DE LOS RIBOSOMAS PROCARIOTAS 50 S ARNr 5 S ARNr 23 S 70 S Subunidad mayor 31 proteínas Ribosoma E. Coli 30 S Subunidad menor ARNr 16 S 21 proteínas

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL Modelo asimétrico Partícula 70 S redondeada, diámetro 23 nm

DOMINIOS FUNCIONALES Peptidiltransferasa Región ARN 5 S Sitio del complejo EF-Tu Sitio de salida del ARNt P A E Tetraciclina P Sitio aminoacilo Sitio peptidilo Extremo 3’ del ARN 16 S (unión de la secuencia Shine-Dalgarno) Cadena polipeptídica ¿Efecto sobre la traducción?

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA TRADUCCIÓN (I) • Ocurre en los ribosomas • Polimerización de unidades de aminoácidos • Unidireccional (Nt --- Ct) • Colineal a la lectura del ARNm (5’ -- 3’) • Carácter gradual y repetitivo (aminoácidos incorporados uno a uno por igual mecanismo)

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA TRADUCCIÓN (II) • Carácter acoplado (hidrólisis de los NTP) • Carácter dirigido (orden de los aminoácidos determinado por el orden de los codones en el ARNm) • Requiere de la participación de proteínas específicas en su diferentes etapas

ETAPAS DE LA TRADUCCIÓN EN PROCARIOTAS 1. Preiniciación 2. Iniciación 3. Elongación 4. Terminación 5. Posterminación

PREINICIACIÓN Activación de los aminoácidos Unión enzimática de los aminoácidos a un ARNt específico Garantiza la incorporación sitio-específica de los aminoácidos e incrementa el potencial de transferencia

PREINICIACIÓN: Tipos de ARNt. Met ARNt i. Met ARNt m. Met Cargados por la misma enzima reconocen igual codón (AUG) ARNt que se emplea para la iniciación ARNt para la Met en posiciones interiores de la cadena peptídica El Met-ARNt i. Met es formilado por una transformilasa (N 10 formil-FH 4)

Generalidades del proceso • Una vez activados los aminoácidos estos se incorporan al proceso de síntesis de proteínas. • Los aminoácidos unidos a su ARNt específico entran al sitio A del ribosoma. • Se forma el enlace peptídico entre el grupoalfa carboxilo del aa terminal de la cadena en crecimiento situada en el sitio P. • Desplazamiento de la cadena y colocación del próximo codón del ARNm en el sitio A. • Se produce la entrada del siguiente aa activado. • Este proceso se repite hasta que en el sitio A se sitúa un codón de terminación.

RIBOSOMA DURANTE LA ETAPA DE ELONGACIÓN Formación del nuevo enlace peptídico ARNt 4 saliente Sitio P Sitio A aa-ARNt 7 entrante Movimiento del ribosoma Trad. Dra. Bárbara E. García Triana, Dr. C.

TERMINACIÓN Detención de la elongación, liberación de la cadena peptídica neoformada y desensamblaje del aparato sintetizador (codones de terminación, FL-1, 2, 3)

POSTERMINACIÓN Modificaciones que le dan a la proteína su forma definitiva y funcional

Estudio Independiente § Enumerar las posibles modificaciones postraduccionales que puede sufrir un polipéptido recién sintetizado.

aa-ARNt sitio P sitio E Peptidil ARNt 5' sitio A 3' ARNm codones Elongación Unión del aminoacil-ARNt

Estudio Independiente • Representar la composición de los ribosomas eucariontes. • Realizar un cuadro comparativo con los requerimientos de cada etapa de la traducción en procariotas y eucariotas.

¿Es correcta la proposición del estudiante, de indicar la Tetraciclina en este caso clínico?

Estudio Independiente • Enumerar los diferentes inhibidores de la traducción y su mecanismo de acción. • ¿En cuál de las etapas de la traducción, interfieren los inhibidores de proteasas, utilizados en el tratamiento de los pacientes con SIDA, y mencionados en la clase donde estudiamos las enzimas?

1 - El código genético es la relación de equivalencia entre la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm y la secuencia de aminoácidos de una proteína. 2 - El ribosoma está compuesto por ARN ribosomal y proteínas que se organizan en una subunidad mayor y una menor.

3 - La Traducción ocurre en los ribosomas por polimerización gradual y repetitiva de unidades de aminoácidos, es unidireccional, colineal a la lectura del ARNm, tiene carácter acoplado y requiere de la participación de proteínas específicas. 4 - Sus etapas son: preiniciación, elongación, terminación y posterminación.

5 - La traducción en eucariotas se produce por igual mecanismo básico y se diferencia en la composición de los ribosomas y los factores proteicos requeridos, entre otros. 6 - Los inhibidores de la traducción interfieren por diferentes mecanismos en este proceso y tienen amplio uso como antibióticos.

1 - Las características estructurales de los diferentes tipos de ARN, se relacionan directamente con la función que realizan. 2 - La transcripción tiene carácter complementario, antiparalelo y unidireccional y está acoplada a la hidrólisis del pirofosfato.

3 - La transcripción requiere de una molécula de ADN dúplex, la enzima ARN polimerasa, los desoxinucleótidos trifosfatados y los iones magnesio. 4 - Sus etapas son: preiniciación, elongación, terminación y posterminación.

5 - La transcripción en eucariotas se caracteriza por el procesamiento del ARN mensajero, la acción de 3 ARN polimerasas diferentes y el traslado del ARN al citoplasma. 6 - Los inhibidores de la transcripción pueden actuar sobre el ADN molde, sobre la ARN polimerasa o pueden ser terminadores de cadena.

• Material complementario. • Morfofisiología I Medicina Col. Autores • Capítulos ubicados en la bibliografía por temas, en el tema III: Ø Flujo celular de información. Ø Transcripción Ø Ribosomas Ø Traducción