TEMA 15 TRANSCRIPCIÓN Y
TRADUCCIÓN DEL ADN
- EL FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
Tras describir la
estructura del ADN, Francis Crick elaboró lo que se conoce como “dogma central
de la biología molecular” que esquematiza el flujo de información entre el ADN,
localizado en el núcleo, y los ribosomas que se hallan en el citoplasma
Este postulado se
resume de la siguiente forma; la información genética contenida en el ADN pasa
al ARNm durante la transcripción, este ARNm sale del
núcleo y lleva la información hasta los ribosomas, donde se produce la
traducción o síntesis de proteínas; en la traducción además del ARNm
interviene el ARNt transportando los aminoácidos, y el ARNr, que
forma los ribosomas.
En la actualidad,
esta forma de expresar el flujo de información genética ha tenido que
modificarse debido a los mecanismos de replicación de ciertos virus:
·
Algunos
virus que almacenan su información genética en forma de ARN poseen una enzima,
la ARN replicasa, capaz de fabricar copias de ese ARN
·
Los
retrovirus, como el VIH, almacenan su información en una molécula de ARN.
Emplean la enzima transcriptasa inversa para sintetizar ADN a partir de este
ARN mediante un proceso llamado transcripción inversa
Por tanto, el
actual dogma central de la biología molecular queda de la siguiente forma
- TRANSCRIPCIÓN
- Concepto
Es la síntesis de
ARN y necesita los siguientes elementos:
·
Una
cadena de ADN que actúe como molde. De las dos cadenas del ADN una se
transcribe (cadena molde) y la otra no (cadena informativa)
·
Enzimas;
las ARN polimerasas. En procariotas solo hay una que sintetiza todos los tipos
de ARN y tres en los eucariotas, las ARN polimerasas I, II y III
·
Ribonucleótidos
trifosfato de A, G, C y U
- Etapas
·
Iniciación
o
La ARN
polimerasa reconoce en la cadena molde unas secuencias de bases nitrogenadas,
denominadas promotores, a las que se une
o
En los
procariotas la ARN polimerasa reconoce por sí misma el promotor y se une a él
o
En los
eucariotas se necesitan unas proteínas llamadas factores de transcripción que
se fijan al promotor y la ARN polimerasa II se une a él y se inicia la
transcripción
o
La ARN
polimerasa hace que la doble hélice de ADN se abra y se forma la burbuja de
transcripción
·
Elongación
o
Se
produce por la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN
o
La ARN
polimerasa avanza en sentido 3´→5´ y el ARN se sintetiza
en sentido 5´→3´
·
Terminación
o
La ARN
polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final
de la transcripción
o
Se
cierra la burbuja y se separan la ARN polimerasa y el ARN transcrito
- Diferencias entre
procariotas y eucariotas
·
En
eucariotas se realiza en el núcleo y una vez formado el ARN se exporta al
citoplasma para su traducción
En procariotas al
carecer de núcleo la transcripción y traducción se realizan de forma simultánea
·
En
procariotas hay una sola ARN polimerasa
En eucariotas hay
tres; la I interviene en la síntesis del ARNr, la II en la del ARNm
y la III del ARNt
·
En
eucariotas, durante la elongación, tras la unión de los 30 primeros
ribonucleótidos, se añade en el extremo 5´ una caperuza que, además de
protegerlo de su degradación por ese extremo, será, para el ribosoma, una señal
para el inicio de la traducción
·
En los
procariotas la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica, que
origina al final un bucle que favorece la separación del ADN
·
En los
eucariotas, la ARN polimerasa transcribe regiones de ADN que exceden la
longitud de la secuencia que codifica la proteína. En ciertos puntos, una
enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información. La señal de corte es
una secuencia (AAUAAA), llamada señal de poliadenilación, que aparece sobre el
ARN unos pocos nucleótidos antes del punto de corte
·
Después
de la separación del ARN, una enzima (poli-A-polimerasa) añade en el extremo 3´
una secuencia formada por entre 150 y 200 ribonucleótidos de adenina, llamada
cola poli-A que, parece ser, interviene en los procesos de maduración y
transporte del ARN fuera del núcleo
- Maduración del
ARN
A veces, los ARNm
no se pueden traducir directamente, sino que necesitan un procesamiento previo
o maduración postranscripcional
·
Organismos
procarióticos. Su ARNm puede ser directamente traducido, y a partir
de él se forma una proteína funcional. Sin embargo, para el ARNr y
el ARNt se construye una larga molécula de ARN con múltiples copias
de los mismos, que posteriormente es cortada en cada uno de los ARN
·
Organismos
eucarióticos. La maduración del ARNm consiste en la eliminación de
intrones (partes de un gen que no determinan una secuencia de aminoácidos) y la
unión de exones (partes de un gen que determinan la secuencia de aminoácidos,
mediante un mecanismo llamado splicing
- EL CÓDIGO GENÉTICO
- Concepto
·
Es un
“diccionario” que permite traducir la secuencia de nucleótidos del ARN en una
secuencia de aminoácidos
·
Para
descifrarlo, se propuso, que cada tres bases nitrogenadas codifican un
aminoácido. Esto determina 64 posibles combinaciones para los 20 aminoácidos proteicos.
A estos tripletes se les denomina codones.
- Características
·
La
práctica totalidad de seres vivos comparten el mismo código genético. Los 64
codones codifican a los 20 aminoácidos protéicos y a las señales de iniciación
(AUG) y de terminación (UAA, UAG y UGA)
·
Es
universal. El código es compartido por todos los seres vivos conocidos
incluidos los virus. Esto indica que el código ha tenido un solo origen
evolutivo
·
Es
degenerado. La mayor parte de los aminoácidos, a excepción de la metionina
(Met) y el triptófano (Trp), están codificados por más de un codón (codones
sinónimos). Esto es una ventaja ya que en caso de producirse una mutación y
cambie un nucleótido del triplete, no tiene por qué cambiar el orden de los
aminoácidos
·
No es
ambiguo. Cada codón codifica a un solo aminoácido
·
Carece
de solapamiento. Los tripletes se hallan dispuestos de manera lineal y
continua; sin que entre ellos existan comas, ni espacios, y sin que compartan
ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5´→ 3´), desde
el codón de iniciación (AUG) hasta el de finalización
·
Posibilidad
de varias fases de lectura. En virus puede haber varios puntos de iniciación
- LA TRADUCCIÓN
- Concepto
·
Síntesis
de proteínas mediante la unión de aminoácidos siguiendo el orden establecido
por la secuencia de nucleótidos del ARNm
·
Tiene
lugar en los ribosomas. El ARNm se une a la unidad grande mientras
que los aminoácidos lo hacen a la pequeña. Ambas unidades se unen cuando se van
a sintetizar las proteínas
·
En el
ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión de los ARNt;
el sitio P, donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación; el sitio A,
donde entran los aminoácidos que se van a unir a la cadena proteíca; y el sitio
E, donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma
- Activación de los
aminoácidos
·
Consiste
en la unión de cada aminoácido con el ARNt que le corresponde el que
tenga el anticodón correspondiente)
·
Ocurre
en el citoplasma y es catalizado por la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa
con el aporte de energía del ATP. Tras la unión se forma el complejo denominado
aminoacil-ARNt
·
La
unión del aminoácido y su ARNt se realiza entre el grupo carboxilo
del aminoácido y el grupo –OH del extremo 3´ del ARNt
- Etapas de la
traducción
·
Iniciación
o
La
subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto cercano
al codón iniciador (AUG)
o
A continuación,
entra en el sitio P el ARNt cuyo anticodón es complementario al
codón iniciador y que lleva la Metionina
o
Por último,
se une la subunidad grande del ribosoma y queda formado el complejo de
iniciación, con el sitio A libre para el siguiente ARNt
·
Elongación
o
Se
inicia cuando el ARNt cuyo anticodón es complementario al siguiente
triplete entra en el sitio A
o
Se
forma un enlace peptídico entre los aminoácidos que ocupan el sitio P y el
sitio A
o
El
ribosoma se desplaza sobre el ARNm exactamente tres bases y en
sentido 5´→3´ (traslocación). De forma que el primer aminoácido pasa a ocupar
el sitio E, el segundo ocupa el sitio P, quedando libre el sitio A para la
entrada del siguiente ARNt
o
Este
proceso se repite tantas veces como aminoácidos tenga la proteína
·
Terminación
o
La
síntesis de la cadena polipeptídica se detiene cuando se produce la última
traslocación del ribosoma y un codón de terminación ocupa el sitio A del
ribosoma
o
Este
triplete no es reconocido por ningún ARNt y si lo es por unos
factores de liberación, proteínas que hidrolizan el enlace entre el ARNt
en el sitio P y el último aminoácido de la cadena polipeptídica, separándose
así esta cadena del ribosoma
o
Una vez
completada la traducción, la cadena polipeptídica, el ARNm y el ARNt
abandonan el ribosoma, que se disocia en sus dos unidades
- Proceso final
·
A
medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la estructura
secundaria y terciaria
·
Tanto
en procarióticos, como en eucarióticos, si el ARNm es
suficientemente largo puede ser leído por más de un ribosoma a la vez formando
un polirribosoma o polisoma
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