Transcripcin y Traduccin Marta Gutirrez del Campo Dogma

Transcripción y Traducción Marta Gutiérrez del Campo

Dogma central de la Biología CONCEPTO

El Código Genético Este es uno de los descubrimientos más importantes del siglo XX y de toda la Historia de la Ciencia y de la Humanidad: Pero antes, ¿sabes qué es un CÓDIGO? El código genético Veamos qué significa esto… Un código es el conjunto de rasgos que tiene el mensaje para que pueda ser entendido por el emisor y el receptor. El código que se ha usado en este texto, por ejemplo, es la lengua española o el castellano. El mensaje contenido en los genes es entendido por la célula, “traduciéndose” al “lenguaje” de las proteínas. Esto es estudiado por la GENÉTICA MOLECULAR

El Código Genético Veamos qué significa esto… Estos son los nombres de estos procesos. Veamos cómo son… Esto significa que el ADN es capaz de sacar copias idénticas de sí mismo Esto significa que el ADN es capaz de sacar copias de su información en forma de otra molécula: El ARN (ácido ribonucleico) Esto significa que el mensaje de los genes, en forma de ARN, sirve para formar proteínas

Transcripción y Traducción ESQUEMA EXPLICATIVO Flujo de información genética del ADN a proteínas

Transcripción CONCEPTO • La información para fabricar todas las proteínas está almacenada en las moléculas de ADN de los cromosomas. • La sucesión de bases en las moléculas de ADN es un código químico para la sucesión de aminoácidos en las proteínas. • Un segmento de ADN que codifica para una proteína en particular se llama gen.

Transcripción ESQUEMA EXPLICATIVO Los genes del ADN son capaces de sacar copias de su información en forma de otra molécula: El ARN (ácido ribonucleico) La letra U (Uracilo) sustituye a la T en el ARN GGCGCCUAAAUUUG Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN y están formadas por una cadena simple (no doble como ocurría con el ADN)

Transcripción ESQUEMA GRÁFICO

Transcripción ARN (ÁCIDO RIBONUCLÉICO) • El ARN es un ácido nucleico que se compone de una sola cadena de nucleótidos. • Los nucleótidos de ARN están formados por ribosa en lugar de la desoxirribosa del ADN, y tienen la base nitrogenada uracilo (U) en lugar de timina.

Transcripción TIPOS DE ARN • • • ARN mensajero o ARNm: lleva las instrucciones para hacer una proteína en particular, desde el ADN en el núcleo hasta los cromosomas. ARN de transferencia o ARNt: lleva los aminoácidos a los ribosomas, se encuentra en el citoplasma. ARN ribosomal o ARNr: forma parte de los ribosmas.

Transcripción ENZIMA DE LA TRANSCRIPCIÓN: RNA polimerasa Enzima compleja, no requiere primer (cebador), no funciona la corrección de errores Procariotas: sólo un tipo. Con múltiples subunidades. E. Coli : factor sigma iniciación + CORE (holoenzima) Eucariotas: 3 tipos I -> ARNr II -> ARNm III -> ARNt, ARNsn, ARNr 5 S

Transcripción CAMBIO DE BASES DE ADN A ARNm Base DNA Base RNA Guanina Citosina Guanina Adenina Uracilo Timina Adenina

Transcripción ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG Cuando se transcribe el ADN a ARN ocurre esto: Gen que va a transcribirse ADN 1º se abre una parte de la doble cadena de ADN: ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTA TACCTAG TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCAT ATGGATC TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG 2º se copia la información del gen añadiendo letras, de forma complementaria, para formar ARN: ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTAGGCGCCUAAAUUUGTACCTAG TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCAT ATGGATC TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG La doble cadena de ADN NO se terminará abriendo del todo. Sólo se transcribe a ARN la información de algunos genes. Gen trascrito a ARN La letra U (Uracilo) sustituye a la T en el ARN U G A C ARN

Transcripción SECUNCIAS PROMOTORAS Secuencias promotoras (se une la RNA polimerasa) Procariotas: Secuencias consenso Pribnow (-10 pb aguas arriba) y región -35 pb Eucariotas: Caja TATA (-25 pb) y CAAT (-70 pb)

Transcripción BURBUJA DE TRANSCRIPCIÓN

Transcripción PASOS DE LA TRANSCRIPCIÓN • La porción del ADN que contiene el código para la proteína que se necesita, se desdobla y se separa. El resultado es que se exponen las bases. • Los nucleótidos de ARN libres que están en el núcleo, se aparean con las bases expuestas del ADN. Como resultado, de los tripletes del ADN se forman tripletes complementarios en la molécula de ARNm. Una sucesión de tres nucleótidos en una molécula que codifica para un aminoácido se llama un codón.

Transcripción PASOS DE LA TRANSCRIPCIÓN • La molécula de ARNm se completa por la formación de enlaces entre los nucleótidos del ARN. • La molécula de ARNm se separa de la molécula de ADN. La molécula completa de ARNm, sale del núcleo, pasa por la membrana nuclear y va a los ribosomas.

Transcripción DIRECCIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

Transcripción RESUMEN DE LA TRANSCRIPCIÓN Núcleo celular Finalmente, el ARN sale fuera del núcleo. G U U AU Citoplasma CG G G A A U CC Este ARN también se llama ARN mensajero, porque lleva un mensaje para fabricar proteínas. ARN Gracias a los ribosomas, en el citoplasma, la información que lleva el ARN es “leída” por los ribosomas para formar proteínas en el proceso llamado TRADUCCIÓN o SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Clic aquí para ver un vídeo de la Transcripción ribosomas

Transcripción TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (I)

Transcripción TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (II)

Transcripción TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (III)

Transcripción TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (IV): MODIFICACIONES • La adición de un nucleótido (CAP) la 7 -metil guanina al extremo 5´ del ARNm: para su unión al ribosoma y protección contra la degradación. • La adición de una cola de adeninas en el extremo 3´: para la exportación al citoplasma, aumentar su estabilidad y traducción adecuada. • La escisión de los intrones y empalme de exones para formar una molécula continua: splicing del ARN

Transcripción TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (V): RESUMEN Estructura mensajero eucariota

Transcripción DIFERENCIAS DE TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS

Transcripción DIFERENCIAS DE TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS Característica Procariota Eucariota Cajas y zona operadora Solo cajas Policistrones Monocistrones RNA polimerasa una sola, con 5 subunidades distintas 3 RNA polimerasas. Estabilización El RNA recién transcrito, no tiene. Contiene, al comienzo de la cadena, 7 -metilguanosina o CAP, y al final de la cadena, una secuencia poli A. RNA pol, se autoacopla al promotor RNA pol, necesita la presencia de proteínas de iniciación, que se unan antes que ella al ADN. Promotor Cistrón Comienzo Intrones Lugar de acción No tiene Inmediatamente, al ser creado Tiene y se eliminan mediante splicing (corte y empalme). En el citoplasma.

Traducción POROS NUCLEARES: SALIDA DEL ARNm El ARNm debe ser exportado al citoplasma para su traducción

Traducción CONCEPTO • Es la síntesis de una molécula de proteína, de acuerdo con el código contenido en la molécula de ARNm. • Se llama traducción porque comprende el cambio del “lenguaje” de ácidos nucleicos (sucesión de bases) al lenguaje de proteínas (sucesión de aminoácidos). • En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los ribosomas. Los aminoácidos que se necesitan están dispersos por el citoplasma. Los aminoácidos correctos llegan al ARNm por el ARNt.

Traducción CONCEPTO • Ocurre en el citoplasma celular, fuera del núcleo. • La información del ARN mensajero es “leída” por los ribosomas para fabricar proteínas. • Cada grupo de tres bases (o “letras”) del ARN mensajero determina la unión, a la cadena proteica, de uno de los 20 aminoácidos que existen. Clic aquí para ver un vídeo de la traducción o síntesis de proteínas GGCGCCUAAAUUUAUGGCACCAUG

Traducción ARN t (ÁCIDO RIBONUCLÉICO TRANSFERENTE) Los ARNt tienen forma de trebol

Traducción RIBOSOMAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS El ribosoma es funcional cuando se juntan las subunidades

Traducción RIBOSOMAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS v Orgánulos citoplasmáticos. v Formados por 2 subunidades: Subunidad pequeña se une Subunidad grande se unen ARNm aa Se unen cuando van a sintetizar proteínas

Traducción ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Antes de que se inicie la síntesis: 1. Activación de los aa que van a ser unidos (citoplasma). 2. Cada aa se une a una molécula de ARNt específica por su extremo 3’ Complejo: aminoacil-ARNt

Traducción ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

Traducción CARACTERÍSTICAS • Las moléculas de ARNt son más cortas que las de ARNm y tienen la forma de una hoja de trébol. • En uno de los lazos de la molécula de ARNt hay un conjunto de tres bases llamado anticodón. El lado opuesto transporta un aminoácido. • Las bases de los anticodones del ARNt son complementarias a las bases de los codones del ARNm.

Código Genético CONCEPTO • Está compuesto por ”palabras” de tres letras. • Las cuatro bases se unen en “palabras” de tres letras (AGC, CGT y así sucesivamente) y se obtienen 64 grupos o “palabras” diferentes. • Las 64 combinaciones son suficientes para codificar los 20 aminoácidos diferentes.

Código Genético • Las sucesiones de tres bases se llaman tripletes o codones. • Cada triplete codifica para un solo tipo de aminoácido. • La mayoría de los aminoácidos se codifican por más de un triplete o codon. Tercera letra CODONES

Código Genético CARACTERÍSTICAS 1 - El código genético es universal. Todos los seres vivos lo emplean; con ciertas excepciones, por ejemplo, el de las mitocondrias, que tiene algunas diferencias. 2 - Se trata de un código degenerado pues el número de tripletas (64) es superior al de aminoácidos existentes en las proteínas (20). 3 - Existen tres tripletas que no codifican ningún aminoácido, son las tripletas "sin sentido", de "paro" o "stop". Estas tripletas marcan el final de la región a traducir, esto es, el final de la molécula proteica. 4 - La secuencia AUG codifica el principio de la región que se va a traducir y al mismo tiempo sirve para codificar al aminoácido metionina. Por lo tanto, todas las proteínas comienzan por la metionina, posteriormente, esta metionina que ocupa la posición inicial puede ser eliminada.

Traducción ¿Cuántos ARNt diferentes deben existir en la célula? Supuesto: Si 43= 64 Codones 61 + 3 codones sin sentido Sin embargo: Sólo existen 31 ARNt s Respuesta: ARNt s reconocen más de un codón

Traducción ESQUEMA EXPLICATIVO En la traducción del ARNm participan los ribosomas y los ARNt

Traducción INICIACIÓN q Codón iniciador (ARNm): AUG se une a la subunidad menor. q Fijación del primer aminoacil-ARNt, con el anticodón correspondiente: UAC q Inicio: unión de subunidad mayor. COMPLEJO DE INICIACIÓN

Traducción INICIACIÓN La porción de ARNm cubierta por el ribosoma corresponde a 6 nucleótidos = 2 codones. Sitio P Sitio A

Traducción ELONGACIÓN La cadena peptídica se sintetiza por la unión de los sucesivos aa que se van situando en el ribosoma transportados por los correspondientes ARNt. El ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm. Tres subetapas: Unión de un aminoacil ARNt al sitio A Formación del enlace peptídico Translocación del dipéptido al sitio P

Traducción ELONGACIÓN Unión de un aminoacil ARNt al sitio A Formación del enlace peptídico Translocación del dipéptido al sitio P

Traducción TERMINACIÓN Existen 3 codones de terminación: UAA, UAG, UGA. No hay ARNt con los anticodones correspondientes. Cuando el ribosoma llega a uno de ellos, la cadena peptídica se acaba.

Traducción POLIRRIBOSOMA • Lectura del ARNm por varios ribosomas: POLIRRIBOSOMA. • En eucariotas: se almacenan generalmente en el lumen del RER. Luego maduración en Golgi.

Traducción DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS • Procariotas: traducción simultánea con transcripción. • Eucariotas: separación espacial y temporal.

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Traducción RESUMEN GRÁFICO

Traducción En procariontes (bacterias) un RNA puede codificar para mas de un gen

Estructura primaria (Secuencia lineal) Estructura secundaria (forma adoptada espontáneamente) Residuos de los distintos aminoácidos Estructura terciaria (Forma tridimensional: globular, tubular, como una rueda, etc. ) Las proteínas sufren transformaciones post-traduccionales

Estructura cuaternaria: combinación de monómeros

Traducción Modificaciones post-traduccionales de las proteínas El sistema de endomembrana esta formado por el núcleo, el RER y el aparato de Golgi

En el sistema de endomembranas las proteínas son modificadas y enviadas a sus destinos finales.

Regulación génica REGULACIÓN EN BACTERIAS • Las bacterias son organismos unicelulares y requieren de regulación de genes para adaptarse a las necesidades ambientales. GENES QUE FORMAN SU ADN Genes constitutivos : • Codifican para el metabolismo básico celular se expresan continuamente • Los genes constitutivos codifican para sistemas enzimáticos constitutivos.

Regulación génica REGULACIÓN EN BACTERIAS Genes adaptativos: • Se expresan solamente en determinadas situaciones, codifican para enzimas que solamente se necesitan en momentos concretos. • Genes adaptativos codifican para sistemas enzimáticos adaptativos.

Regulación génica REGULACIÓN BACTERIANA: OPERÓN • Grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores. • Es un modelo de regulación de la expresión génica. • Jacob y Monod en Escherichia coli. • Conceptos: – – Promotor. Genes estructurales. ARN policistrónico Operador Gen regulador

Regulación génica ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA OPERON

Regulación génica OPERON INDUCIBLE

Regulación génica OPERON REPRIMIBLE

Regulación génica OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC • Regula los enzimas implicados en el metabolismo de la lactosa. • Es INDUCIBLE: la existencia de lactosa en el medio induce la síntesis de enzimas para su metabolismo. • Control negativo y positivo En ausencia de LACTOSA 61

Regulación génica OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC • En ausencia de lactosa el represor está unido a promotor y no hay transcripción. • Cuando hay lacotsa: – En el medio se forma alolactosa. – Ésta se une al represor – El represor libera al promotor

Regulación génica OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC • Cuando hay lactosa: – El promotor queda libre, y a él se une la ARN polimerasa – Comienza la transcripción de genes de enzimas implicadas en la degradación de la lactosa. • Así sólo se producen los enzimas necesarios en el momento preciso.

Regulación génica OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC

Regulación génica OPERON REPRIMIBLE: OPERON TRIPTÓFANO • Es un operón reprimible. • Cuando el producto final es excesivo se reprimen los genes de los enzimas que dan lugar a su síntesis. • En este caso, el represor sólo es activo cuando se une al triptófano.

Regulación génica OPERON REPRIMIBLE: OPERON TRIPTÓFANO • Cuando hay suficiente cantidad de triptófano, éste se une al represor y lo activa. • Triptófano = correpresor. • El represor se une al promotor y se bloquea la transcripción de los genes para la síntesis de triptófano.

Regulación génica REGULACIÓN EN EUCARIOTAS En un mamífero una célula cualquiera puede expresar unas 5000 proteínas diferentes a partir de ~35000 genes. La mayor parte de estas proteínas son necesarias para cualquier tipo celular y normalmente se expresan en forma constitutiva (housekeeping proteins housekeepingen). Otras solo se encuentran presentes en algunos tipos celulares. Como se regula este proceso?

Regulación génica REGULACIÓN EN EUCARIOTAS • Peor conocido por más complejo. • Diversidad de funciones a pesar del tener todas el mismo genoma. • Contienen: – Promotores cercanos – Secuencias activadoras más lejanas a los genes: los enhancers – Ambos son lugares de unión a proteínas reguladoras.

Regulación génica REGULACIÓN EN EUCARIOTAS Para evitar el despilfarro de la energía, las células no disponen de todas las proteínas que están codificadas en sus genes, sino en cada momento sintetizan solamente aquellas que necesitan y en las concentraciones adecuadas, mediante la regulación de la expresión génica. La regulación de la expresión génica en eucariotas se puede llevar a cabo en cinco niveles diferentes tres en el núcleo: 1. Control de la estructura de la cromatina 2. Control de la transcripción 3. Control de la maduración postranscripcional NÚCLEO 4. Control de la traducción 5. Control del procesamiento postraduccionales CITOPLASMA

Regulación génica REGULACIÓN EN EUCARIOTAS Regulación transcripción: Metilación del DNA en las regiones reguladoras de un gen que se hereda (herencia epigenética)-> Impronta parental (Parental imprinting) Metiltransferasa Citosina Metil-Citosina

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