Tema Nº 2: Flujo de Información génica, desde el ADN a las

proteínas

OBJETIVOS DE LA CLASE

• Comprender el dogma central de la biología molecular.

• Identificar las etapas del flujo de información genética.

• Comprender el proceso de replicación del ADN.

El flujo de la información génica

• En los años veinte se encontró una molécula similar al ADN, también un ácido nucleico, que tenía unidades similares pero con diferencias en el azúcar y en una de sus bases nitrogenadas, que se llamó ácido ribonucleico (ARN).

• Lo interesante del ARN era que a diferencia del ADN exclusivamente nuclear, parecía encontrarse tanto en el núcleo como en el citoplasma de la célula.

• Teniendo presente que las proteínas se sintetizan justamente en el citoplasma, se postuló que podría servir de mediador entre el ADN y la síntesis proteica.

Instrucciones para la síntesis de proteínas

• El ADN debe viajar desde el núcleo al citoplasma en forma de ARN.

• Aquí se encuentran los ribosomas (fabricas de proteínas).

• Para esto, el mensaje de los genes es leído en el núcleo y transformado en un mensaje de ARN.

• El ARN viaja desde el núcleo al citoplasma y su mensaje es nuevamente leído, pero para sintetizar una cadena de aminoácidos, es decir, una Proteína.

Dogma central de la biología molecular

• Plantea que el ADN forma una copia de parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARN mensajero (transcripción), la cual constituye la información utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína (traducción).

Proteína

• La única excepción a esta regla son los virus ARN, que tienen ARN como molde para ADN, y así forman ARN y proteínas.

• Son los Retrovirus que, en el proceso de transcripción inversa, sintetizan ADN de doble hélice tomando como molde su ARN.

Dogma central de la biología molecular en retrovirus

Genética Molecular

La transmisión de la información genética tiene 3 procesos:

•Replicación del ADN.•Transcripción de la

información.•Traducción.

Replicación del ADN• La replicación se realiza en el núcleo de la

célula y consiste en la separación de las dos cadenas de polinucleótidos del ADN y cada una se convierte en una matriz o plantilla para el montaje de una nueva cadena idéntica de ADN a la que se había separado.

Importancia de la replicación del ADN

• Asegura la continuidad de la información genética durante el crecimiento y la reparación de los tejidos.

• Continuidad genética de padres a hijos.

• Continuidad de la vida desde los ancestros hasta los organismos actuales.

Hipótesis sobre los mecanismos de la replicación

Tres explicaciones:

• Conservativo: doble hélice original que permanece intacta, formándose una doble hélice completamente nueva.

• Semiconservativa: cada molécula nueva de ADN está formada por una cadena nueva o recién sintetizada y una cadena antigua u originaria.

Hipótesis sobre los mecanismos de la replicación

• Dispersiva: en este modelo la vieja molécula se rompe y las nuevas moléculas se construyen con precursores viejos y nuevos.

Hipótesis sobre los mecanismos de la replicación

Características de la replicación del ADN

• Es semiconservativa ya que al final de la duplicación, cada molécula de DNA presenta una hebra original y una hebra nueva.

• Es bidireccional, ya que a partir de un punto dado, se replican ambas hebras de ADN.

• La replicación avanza adicionando mononucleótidos en dirección 5' → 3'

¿Cómo ocurre la replicación?

• La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación.

• Requiere de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno, las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple (SSP) para mantener separadas las cadenas abiertas.

• Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación".

• Por acción de la ADN polimerasa, los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G).

• Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' a 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki .

• La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada.

• Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores (Los cebadores o “primers” son pequeños segmentos de ARN que se utilizan para iniciar la síntesis de ADN).

• Cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.

Enzimas de la replicación

• DNA polimerasa, participa en la replicación y reparación del DNA;

• Topoisomerasas, desenrollan al DNA; • Helicasas, separan las dos hebras del DNA

para que cada una actúe como molde; • Primasas, sintetizan al RNA cebador

usando como molde una hebra del DNA; • Nucleasas, rompen una de las hélices,

dando lugar a un origen de replicación, reparan lesiones del DNA;

• Ligasas, unen fragmentos de DNA adyacentes a través de enlaces fosfodiester.

REPLICACIÓN DEL ADN

TRANSCRIPCIÓN

Objetivo de la clase

• Conocer y analizar los acontecimientos que ocurren en cada etapa del proceso de transcripción.

• Conocer el proceso de la maduración del ARNm.

Lectura y traducción del mensaje de los genes

• El mensaje de los genes es leído en el núcleo y transformado en un mensaje de ARN.

• El ARN se traslada desde el núcleo al citoplasma celular y su mensaje es leído, pero esta vez para sintetizar una cadena de aminoácidos, es decir, una proteína.

• Por lo tanto, el ADN contiene información que determina primero el tipo de ARN y luego el tipo de proteínas sintetizadas.

Transcripción La transcripción del DNA es

un mecanismo fundamental para el control celular y para la expresión de la información genética.

Este mecanismo permite que la información del DNA llegue al resto de orgánulos celulares y salga del núcleo en el caso de los eucariota.

Para ello esa información debe copiarse en forma de RNA.

La TRANSCRIPCIÓN es el proceso de copia de un gen o fragmento de DNA utilizando ribonucléotidos y originándose diferentes tipos de RNA.

Elementos que intervienen

Para que se lleve a cabo la transcripción del DNA en las células se requieren los siguientes elementos:

DNA original que servirá de molde para ser copiado.

RNA-polimerasa: sintetiza el RNA a partir del molde del DNA.

Ribonucleótidos trifosfato para llevar a cabo la copia.

Poli-A polimerasa, ribonucleoproteína pequeña nuclear, RNA-ligasa.

Mecanismo

El proceso de divide en 3 etapas:

IniciaciónElongaciónTerminación

Transcripción

INICIACIÓN Comienza cuando

proteínas especiales llamadas factores de transcripción, detectan la localización de un gen, uniéndose a una región cercana al sitio de inicio, este sitio está constituido por la secuencia de 3 nucleótidos TAC, y a la región cercana se le llama región TATA o Centros promotores = secuencias cortas de bases nitrogenadas.

La ARN-polimerasa hace que la doble hélice de ADN se abra exposición de la secuencia de bases del ADN unión de los ribonucleótidos.

TranscripciónELONGACIÓN

Adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN.ARN-polimerasa: “lee” ADN 3’-5’ síntesis ARN 5’-3’La cadena de ARN sintetizada es complementaria de la hebra de ADN que se utiliza como molde.Complementariedad entre las bases de ADN y ARN:

G-CA-U

T-AC-G

TranscripciónTERMINACIÓN

Luego de formarse la cadena de polipéptidos de ARNm (elongación), se va colocar un codón de terminación (ATT, ACT o ATC)

La transcripción finaliza, y al RNA recién formado se le 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.

Maduración del ARNm

• Es solo observado en eucariontes.• Los ARNm recién sintetizados forman

complejo con proteínas nucleares, llamadas ribonucleoproteínas, que desempeñan la función de cortar y empalmar el ARN, y por lo tanto regular la expresión génica.

• Por lo tanto, el ARNm recién formado no es igual al ARNm que se usa finalmente para formar las proteínas.

• El ARNm original posee dos zonas definidas:

• Una zona donde hay segmentos que no participan en la síntesis de proteínas, llamados intrones, que son eliminados por las enzimas de restricción que se encuentran en el núcleo, las cuales cortan el ARNm exactamente en el lugar correcto.

• Zonas que contienen los segmentos que participan en la síntesis de proteínas, llamados exones, y que son unidos entre sí por enzimas presentes en el interior del núcleo.

• Al final, existe un sistema de corte de intrones y empalme de exones, que determinan una molécula de ARNm madura, más corta que la original, pero con capacidad de traducción.

Maduración del ARNm

Maduración del ARNm

Transcripción del ADN

Código genético y síntesis de proteínas

Objetivos de la clase

• Conocer en qué consiste el código genético y sus características.

• Comprender el proceso de traducción del ARNm en aminoácidos.

• Conocer las etapas del proceso de traducción.

¿Qué es el código genético?

• Es el conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas.

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

• La clave de la traducción reside en el código genético que está compuesto por combinaciones de 3 nucleótidos consecutivos llamado TripletesTripletes o CodonesCodones.

• GCU alanina

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

• Codón se le llama cuando ya se transcribió la información a ARNm.

• Existen en total 64 codones.• 4 nucléotidos se combinan de a 3

así: 43= 64• 61 de los cuales sirven para

descifrar aminoácidos.

El código genético está compuesto por codones (codón= 3 bases nitrogenadas) que definen el proceso de traducción.

•61 codones para 61 codones para aminoácidos aminoácidos (existen 20 aminoácidos (existen 20 aminoácidos diferentes)diferentes)•3 codones de 3 codones de terminaciónterminación• El código

genético es universal.

• El código genético es redundante o degenerado (varios codones para un mismo aminoácido).

• Ejemplo: El aminoácido glicina está codificado por GGU, GGC, GGA y GGG.

Características del Código genético

CODIGO GENETICO

ARNm

CODIGO GENETICO

ARNm

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/Codones-ARN.png

Traducción

• Traducción = síntesis de proteínas.

• Se necesita:• Ribosomas• ARN mensajero• Aminoácidos• ARN de transferencia• Enzimas y energía

TRADUCCIÓN

ARN --- Proteína

TRADUCCIÓN

ARN --- Proteína

TRADUCCIÓN

RIBOSOMASOrgánulos citoplasmáticos.Formados por 2 subunidades:

Subunidad pequeña se une ARNm

Subunidad grande se unen aa

Se unen cuando van a sintetizar proteínas

TRADUCCIÓN• Antes de que se inicie la síntesis:• Activación de los aa que van a ser

unidos (citoplasma)• Cada aa se une a una molécula de

ARNt específica por su extremo 3’• Complejo: aminoacil-ARNt

TRADUCCIÓN

INICIACIÓNCodón iniciador (ARNm): AUG se une a la

subunidad menor.Fijación del primer aminoacil-ARNt, con el

anticodón correspondiente: UAC Inicio: unión de subunidad mayor.

COMPLEJO DE INICIACIÓN

TRADUCCIÓN

ELONGACIÓNLa 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.

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

TERMINACIÓN

TRADUCCIÓN

Como consecuencia se libera:La cadena proteicaLas 2 subunidades ribosómicas separadasEl ARNm

ACTIVIDAD FORMATIVA

• Defina los siguientes conceptos:1. Codón.2. Anticodón. 3. Uracilo.4. Proteína.5. Núcleo.6. ADN.7. Ribosoma.