Genética molecular I

SÍNTESIS DE ARN

(TRANSCRIPCIÓN)

Temario selectividad Tema 11.- Expresión de la información genética:

Transcripción y Traducción.

6.- Descripción del mecanismo de la transcripción (iniciación, elongación, terminación, y maduración). Diferencias entre procariotas y eucariotas.

7.- El código genético y la traducción.

Código genético: fundamento y características (específico, degenerado, sin solapamientos ni discontinuidades y universal).

Traducción: descripción de las etapas del proceso (iniciación, elongación y terminación). Papel del ARNm, ARNt y ribosomas. Diferencias entre procariotas y eucariotas.

El ADN como material genético.

Cepas S vivas Cepas R vivas

Cepas S muertas Cepas S muertas y R vivas

Cepas S vivas

Conclusión: Las bacterias S muertas podían transmitir un “factor transformante” a las R , convirtiéndolas en patógenas (sintetizan la cápsula polisacárida)

GENES, ENZIMAS Y CARACTERES

Contexto histórico y social

Mendel (1866): factores hereditarios.

Sutton, Boveri y Morgan (inicio siglo XX): teoría

cromosómica de la herencia.

Garrod: paralelismo entre gen y sustancia química.

Avery, McLeod y McCarty (1944): los genes están

formados por ADN

Beadle y Tatum (1948): “Un gen, una enzima”

“Un gen-una enzima-un carácter”

Nacimiento de la GENÉTICA MOLECULAR

Dogma Central de la Biología

Molecular (Crick, 1970)

Crick: Hipótesis de la colinealidad:

correspondencia entre la secuencia de

nucleótidos de un gen y la secuencia de aa

de la enzima que el gen codifica.

Concepto moderno de gen

Cualquier secuencia de ADN que se

transcribe como una unidad de ARN,

incluyendo así todo tipo de ARN y la

posibilidad de que un mismo ARNm sirva

para sintetizar varias proteínas

relacionadas en lugar de una sola.

Del gen a la proteína

La expresión de los genes

La expresión de los genes ocurre en dos etapas sucesivas: Transcripción y Traducción

Transcripción

Es el proceso mediante el cual se copia la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en el ARN.

Por consiguiente mediante la transcripción se va a sintetizar una molécula de ARN.

MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN

Intervienen

-ADN:

- cadena molde: se transcribe

- cadena informativa:

- Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C, y U

- ARN-polimerasas (Lee 3’-5’ y sintetiza 5’-3’)

-Principio de complementariedad de bases.

- Cofactores sigma () y rho ().

(ARNt, ARNr)

Procariotas: Transcripción y Traducción a la vez y

mismo lugar.

Eucariotas: Transcripción: en el núcleo.

Traducción: ribosomas.

CARACTERÍSTICAS

Proceso mediante el cual el ARNm copia

la información del ADN

Es selectivo: sólo se transcriben

algunas regiones del ADN

Es reiterativo: un gen puede

transcribirse muchas veces

Sólo se copia una de las cadenas del

ADN. Las enzimas son ARN

polimerasas

Expresión génica en procariotas y

eucariotas

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

Genes G. continuos G. Fragmentados

Exones, intrones

ADN Asociado a pocas

proteínas no histonas

Densamente

empaquetado.

Cromatina

ARN

polimerasa

1 tipo 3 tipos: síntesis de

ARNr, ARNm y

ARNt

Expresión génica en procariotas y

eucariotas

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

Localización

transcripción

y traducción

Citoplasma y procesos

simultáneos

Transcripción:

núcleo. Traducción:

citoplasma

Tipos de

genes

Policistrónicos Monocistrónicos

Maduración Sólo para ARNt y

ARNm

Para los tres tipos:

ARNr, ARNm y

ARNt

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS

Precursor: nucleósido trisfosfato

ARN pol.: varias subunidades. La subunidad σ reconoce el

promotor como señal de inicio (una secuencia específica de

nucleótidos)

ARN pol. : añade ribonucleótidos 5´ 3´

Fin de la síntesis: una secuencia específica.

Transcripción en procariotas

Promotor

5‟ 3‟

5‟ 3‟

5‟ 3‟

5‟ 3‟

ARN-polimerasa

ARN

Iniciación

Elongación

Finalización

ARN transcrito completo

3‟

5‟

3‟

5‟

3‟

5‟

3‟

5‟

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/transcr/transcr7.html

Características:

- Tres tipos de ARN pol.

- Genes fragmentados: maduración (eliminación de

intrones y unión de exones).

- ADN asociado a histonas: nucleosomas.

Transcripción en eucariotas.

Elementos que intervienen en la TRANSCRIPCION

En este proceso intervienen unas enzimas llamadas ARN-polimerasas

o ARN-pol que tienen las siguientes características:

Utilizan como molde una de las cadenas del fragmento de ADN y la van leyendo en sentido 3‟5‟ y van uniendo ribonucleótidos en sentido 5'3', teniendo en cuenta su complementariedad con los nucleótidos de la cadena del segmento de ADN que se utiliza como molde (hay que tener presente que en el ARN la base complementaria de la adenina es el uracilo).

En el proceso para formar el ARN se utilizan ribonucleótidos trifosfatos (ATP, GTP, CTP y UTP). La energía necesaria para crear el enlace que une a los ribonucleótidos se obtiene de la hidrólisis de los mismos. Cada ribonucleótido trifosfato se hidroliza dando un grupo P-P, energía y un ribonucleótido monofosfato que se unirá mediante un enlace éster a la cadena de ARN en formación.

ARNpolimerasa

3’

3’

5’

5’

ARN

ADN

Etapas de la Transcripción de ARNm en eucariotas.

4 FASES: Iniciación, elongación, finalización y maduración

T A C A C G C C G A C G

U C G U G G G C U G C A

(i)

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

1. Iniciación:

Una ARN-polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de

unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el

ADN.

ARNpolimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

2. Alargamiento o elongación:

La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos

se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil-GTP en el extremo 5„

con función protectora.

m-GTP

ARNpolimerasa

A U G C U C G U G

3. Finalización:

Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen

finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA-polimerasa añade una serie de

nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm

precursor, se libera.

m-GTP

poliA-polimerasa

U A G A A A A A

ARNm precursor

ARNm

AAAAAA AUG UAG

cola

4. Maduración:

El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de

un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice

la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema

enzimático (Varias RNPpn: espliceosoma) reconoce, corta y retira los intrones y

las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.

Cabeza

maduro

5‟ 3‟

Maduración:

3‟ 5‟

Exón 1 Intrón Exón 2

RNPpn

Ribonucleoproteína pqña

nuclear.

Proteína

Espliceosoma

5‟ 3‟

Intrón

ARNm

Exón 1 Exón 2

Región codificadora del gen

Promotor E1 I1 E2 I2 E3 Terminador

ADN

ARNm

precursor

ARNm maduro

AAAAAA

AAAAAA

AUG UAG

AUG UAG

ATC TAC

Cabeza

Cabeza E1 I1 E2 I2 E3 cola

cola

Maduración del ARNm (Visión de conjunto).

Maduración. Comparación entre eucariotas y procariotas

ORGANISMOS PROCARIONTES

ORGANISMOS EUCARIONTES

Transcrito primario

ARNasa

ARNt ARNr

RNPpn

Exón Intrón

Exón

Intrón

Exón

Bucle

Punto de unión

entre exones

Bucle

Los ARNm no sufren

proceso de maduración.

Los ARNt y ARNr se forman a partir de un

transcrito primario que contiene muchas

copias del ARNt y ARNr.

El ARN transcrito primario sufre

un proceso llamado splicing

mediante el que se eliminan los

intrones y se unen los exones.

Un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, según como se eliminen los intrones y exones A partir de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas. Splicing alternativo

DIFERENCIAS en la TRANSCRIPCIÓN

EUCARIOTAS PROCARIOTAS • Tiene lugar en el núcleo

• Tres ARN polimerasas

– ARN pol. I: transcribe ARNr

– ARN pol. lI: transcribe genes

estructurales. ARNm

– ARN pol. III: transcribe ARNt y un

ARNr

• ARN monocistrónico

• Procesado del ARNm

• Los nucleosomas intervienen en el

proceso.

• Señal de terminación: TTATTT

• Región nucleoide

• Una ARN polimerasa

• ARN policistrónico

• No se procesa ARNm

• No hay nucleosomas.

• Señal de terminación:

Palíndromo: GGGCCCTTCCCGGG

Ejemplo de secuencia palindrómica:

“dábale arroz a la zorra el abad”

http://www-class.unl.edu/biochem/gp2/m_biology/animation/m_animations/gene2.swf