Tema 15. Funciones del DNA

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LOS GENES Y SU FUNCIÓN

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Funciones del DNA: replicación, transcripción y traducción

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LOS GENES Y SU FUNCIÓN

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DNA y genes

El mensaje genético está escrito en la molécula de DNA en forma de secuencia de bases nitrogenadas.

El mensaje genético se transmite de una generación a la siguiente mediante la REPLICACIÓN del DNA

El mensaje genético se expresa en los caracteres biológicos del organismo mediante la TRASCRIPCIÓN y TRADUCCIÓN.

En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA que contiene una información cuya expresión determina algún aspecto concreto del funcionamiento del organismo.

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DNA como material genético Los experimentos de Griffith,

Avery, McLeod y McCarthy (primer mitad del siglo XX) confirmaron el ADN como la molécula portadora de la información genética.

Conclusión: una sustancia química procedente de una célula es capaz de transformar genéticamente otra célula

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Experimento de Griffith (1928) Utilizó dos cepas de Streptococus pneumoniae: cepa S (smooth),

con colonias de superficie lisa y letales para los ratones y cepa R no encapsulada (rough), con colonias rugosas y que no mataban a los ratones.

Las cepas S muertas por calor son también inofensivas, excepto cuando se las mezcla con cepa R vivas que producen una infección fatal. Además en los ratones infectados se encuentran células vivas con cápsulas características de la cepa S.

Conclusión: una sustancia química procedente de una célula S muerta es capaz de transformar genéticamente las cepas R vivas y hacerlas letales.

Ese factor que Griffith no supo cual era, fue reconocido más tarde por Avery, Mc Leod y Mc Carthy (1944) como el ADN.

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Replicación del DNA

Watson y Crick expusieron la idea inicial de sobre el mecanismo de la replicación.

Las dos cadenas del DNA se

separarían y, frente a cada una de ellas, se colocarían los nucleótidos complementarios formándose el enlace fosfodiéster para dar lugar a una molécula completa.

Cada nueva molécula de ADN tiene una hebra original y una hebra nueva.

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Replicación del DNA Según la hipótesis de Watson y Crick (1953) la

replicación del DNA sería semiconservativa.

Sin embargo a priori habrían dos posibilidades: Replicación conservativa. Replicación semiconservativa.

Conservativa Semiconservativa

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Replicación del DNA Según la hipótesis de Watson y Crick (1953) la

replicación del DNA sería semiconservativa.

Sin embargo a priori habrían dos posibilidades: Replicación conservativa. Replicación semiconservativa.

Conservativa Semiconservativa

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Experimentos de Meselson y Sthal

Meselson y Sthal (1958) realizaron un experimento con cultivos de bacterias que demostraron que la replicación del DNA es semiconservativa

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RESULTADOS DEL EXPERIMENTO

Experimento de Meselson y Stahl CONTROL (Centrifugación ADN conocido)

ADN 14N ADN 15N 1ª generación 2ª generación 3ª generación

Descarta el modelo conservativo

Descarta el modelo dispersivo

INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO

Cultivo con 15N Cultivo con 14N 1ª generación

2ª generación

3ª generación

ADN 14N y ADN 15N

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Mecanismo replicación La replicación o duplicación del DNA requiere:

Un DNA molde. Desoxirribonucleósidos trifosfato de A, T, G y C. Energía (la proporcionan los dNTP) Las enzimas siguientes: • Girasas o topoisomerasas. Desenrollan el DNA.

• Helicasas: Separan las dos hebras del DNA. • Proteínas SSB. Estabilizan el DNA monocatenario en la replicación. • DNA polimerasas. • Primasa. Sintetiza el RNA cebador. • Ligasa. Forma enlaces ester entre los fragmentos adyacentes.

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El problema del superenrrollamiento

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ADN polimerasas Catalizan la adición de

nucleótidos (dNTP) uno a uno al extremo 3’ de una cadena, siempre en dirección 5’→3’.

El enzima necesita un cebador (hebra a la que añadir dNTP).

La enzima va añadiendo los nucleótidos (dirección 5´→ 3´) al extremo 3´ del cebador conforme va recorriendo la hebra molde (3´→ 5´).

En procariotas se han descrito la Pol I, Pol II y Pol III.

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ADN polimerasas

Las DNA pol son enzimas procesivas: avanzan sobre la hebra molde sin soltarse mientras catalizan la adición de nucleótidos al extremo 3’ de la otra hebra.

Las enzimas que catalizan el proceso de replicación sólo unen nucleótidos en sentido 5’→3’ es por esto que ambas cadenas, al ser antiparalelas, deben de replicarse de manera diferente.

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ADN polimerasas

Además, las enzimas no pueden formar cadenas de nuevo, sólo pueden elongar cadenas, es por esto que toda nueva cadena de ADN comienza por un fragmento de ARN, el primer o cebador, pues el ARN sí puede sintetizarse de nuevo. Este primer será posteriormente eliminado. Las DNA polimerasas tienen varios centros activos: uno para la actividad polimerasa y otros para desempeñar una acción exonucleasa (rompe enlaces fosdodiéster).

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Replicación del DNA en procariotas En experimentos con procariotas se comprueba que la

replicación es bidireccional, semidiscontinua y tiene un único origen de replicación (ORI C en Escherichia coli).

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Horquillas de replicación Formas observadas Interpretación

A los 5 minutos A los 12 minutos

A los 28 minutos A los 48 minutos

1.ª generación 2.ª generación

Punto de crecimiento Hélice de la 2.ª

generación

Punto de crecimiento

Hélice de la 1.ª generación

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Horquilla de replicación Horquillas observadas

3’

5’

3’

5’

3’

5’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

Punto de inicio

Ninguna polimerasa añade nucleótidos en estos puntos

5’ 5’ 3’ 3’

Origen de replicación Crecimiento

discontinuo Crecimiento

continuo

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Horquilla de replicación Las helicasas desenrollan el ADN y las proteínas SSB

mantienen las dos hebra separadas. La tensión generada al desenrollar la doble hélice se

reduce por las topoisomerasas que introducen cortes en la molécula de ADN.

La cadena lider se sintetiza de forma continua. La cadena retrasada se sintetiza de forma discontinua. El descubrimiento de los fragmentos de Okazaki

(pequeños fragmentos de RNA con 1000-2000 nucleótidos de DNA unidos al extremo 3’) dieron la pista sobre como se replica la hebra retrasada.

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Horquilla de replicación La primasa sintetiza los ARN cebadores y a

continuación la ADN pol III forma pequeños fragmentos de ADN unidos a este ARN.

Finalmente, en ambas cadenas la ADN pol I elimina los ARN cebadores y rellena los huecos con desoxirribonucleótidos.

Una ligasa une los fragmentos de ADN. La síntesis de las dos cadenas, conductora y retardada,

se produce de forma simultánea en cada horquilla de replicación.

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Mecanismo de la replicación

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Replisoma Primasa

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Replisoma

1. Topoisomerasa 2. Helicasa 3. Proteínas ssb 4. Primasa 5. DNA pol III 6. DNA pol I 7. Ligasa

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Complejo del replisoma

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Holoenzima DNA polimerasa

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Replicación en eucariotas

Los nucleosomas son un obstáculo para el avance de la replicación.

Los octámeros de histonas de la cromatina han de desmontarse y duplicarse para volver a ensamblarse sobre el DNA replicado.

Además para compensar la mayor longitud de las moléculas de DNA hay múltiples orígenes de la replicación.

Las enzimas DNA pol son más complejas y los fragmentos de Okazaki menores (100-200 nucleótidos) que en procariotas.

Page 29: Tema 15. Funciones del DNA

Horquillas de replicación

Page 30: Tema 15. Funciones del DNA

Características de la replicación

Semiconservativa Bidireccional Semidiscontinua

Page 31: Tema 15. Funciones del DNA

Replicación en eucariotas Origen de la replicación

Horquilla de replicación

Hebra retardada

Hebra conductora Origen de la replicación

Burbujas de replicación

Hebra conductora

Nucleosomas

Nuevos nucleosomas

Hebra retardada

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Fidelidad de la replicación La DNA pol III tiene un sistema de corrección de error:

Actividad exonucleasa 3’→ 5’ que elimina el nucleótido introducido de manera errónea.

La tasa de errores inicial de incorporación de nucleótidos es de: 1/10.000, mientras que la tasa de error real durante la síntesis de las nuevas cadenas: 1/1.000.000.000

Si tras la replicación se detecta un error de apareamiento: Las endonucleasas reconocen el error y rompen el enlace

fosfodiéster La DNA pol I elimina el nucleótido incorrecto y añade el correcto La DNA ligasa sella la muesca

Los errores no originados en la replicación también se reconocen y se corrigen.

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Concepto de Gen En sentido amplio, un gen es un fragmento de DNA

que contiene información cuya expresión determina algún aspecto concreto del funcionamiento celular.

En sentido más restringido, un gen es un fragmento de DNA que determina la síntesis de una molécula de RNA o una proteína. Genes estructurales Genes reguladores:

Page 34: Tema 15. Funciones del DNA

Genes estructurales y reguladores

Genes Estructurales: producen proteínas cuya acción se manifiesta en caracteres del organismo. Supone la transcripción y la traducción del gen.

Genes reguladores: Su expresión no produce directamente ningún carácter del organismo, sino que regulan los procesos de replicación, transcripción o traducción. Pueden producir rRNA, tRNA o moléculas de RNA que se unen

a segmentos del DNA regulando su acción. También pueden producir proteínas reguladoras que se unen a

segmentos del DNA regulando su acción.

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Dogma central de la Biología molecular

Page 36: Tema 15. Funciones del DNA

Dogma central de la Biología Molecular

DNA RNA PROTEÍNAS

Rep

licac

ión

Transcripción Traducción

Transcripción inversa

(Retrovirus)

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TRANSCRIPCIÓN

Consiste en la síntesis de ARN a partir de ADN.

El enzima implicado es la RNA polimerasa.

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Síntesis de RNA

La primera síntesis del RNA “in vitro” fue lograda por Severo Ochoa, lo que le valió el premio Nobel en 1959.

La enzima descubierta por Ochoa, la Polinucleótido fosforilasa, no es la encargada de la transcripción “in vivo”

La ARN polimerasa fue descubierta en 1960 por Hurwizt y Weis.

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Mecanismo de la transcripción

La síntesis de RNA requiere: Un DNA molde

Ribonucleótidos trifosfato de A, U, G y C

Energía (la producen los rNTP)

RNA polimerasa (enzima procesiva)

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Transcripción en procariotas

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’

Promotor

Terminador

Page 41: Tema 15. Funciones del DNA

Transcripción en procariotas

La RNApol se une en la región promotora (para ello se necesita la subunidad σ).

La RNApol sintetiza el RNA en dirección 5’→3’.

Al final del gen la secuencia de terminación provoca la liberación de la RNApol de la hebra molde.

Los RNAm procariotas suelen ser policistrónicos (un RNAm lleva información para fabricar varias proteínas)

Page 42: Tema 15. Funciones del DNA

RNAm en procariotas DNA

Page 43: Tema 15. Funciones del DNA

Imágenes de la Transcripción

Transcripción simultánea de genes por varias moléculas de RNA polimerasa.

Page 44: Tema 15. Funciones del DNA

Transcripción en eucariotas Existen 3 tipos de RNA polimerasas:

RNA Pol I → transcribe los genes rRNA RNA Pol II → sintetizan mRNA RNA Pol III → sintetiza los tRNA y el rRNA 5S

Para la transcripción del DNA han de desmontarse los nucleosomas (histonas pueden tener papel regulador).

Los RNAm son monocistrónicos.

El RNAm ha de procesarse (maduración)

Los genes estructurales poseen intrones (secuencias que han de ser procesadas)

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ARN nucleolar y 5S

ADN

Núcleo

Nucléolo

Proteínas ribosómicas

Nucleoplasma

Citosol

ARN nucleolar 45 S

ARNm

ARN 28 S

ARN 5,8 S

ARN 5 S

Subunidad ribosómica

de 60 S

Subunidad ribosómica

de 40 S

Ribosoma de 80 S

Page 46: Tema 15. Funciones del DNA

RNA mono y policistrónico

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Maduración del RNAm eucariota Adición de la “caperuza” al extremo 5’.

Se añade una guanosina trifosfato invertida y metilada en el N 7 (m7 Gppp), que lo protege de una degradación prematura (por enzimas exonucleasas) y constituye la señal de inicio en la síntesis de proteínas.

Adición de la cola poli-A al extremo 3’. Se añade una cola de 150/200 nucleótidos de ácido poliadenílico

También es un estabilizador frente a las exonucleasas. Se eliminan los intrones: “Splicing”.

Son secuencias transcritas pero que no contienen información para la síntesis de proteínas.

Page 48: Tema 15. Funciones del DNA

Maduración del RNA en eucariotas Promotor

5’ 3’

5’

3’

5’

3’

ARN

Unidad de transcripción

Iniciación 3’ 5’

3’

5’

3’

5’

m7-Gppp

Capucha 5' Elongación

ARN-polimerasa

m7-Gppp

Page 49: Tema 15. Funciones del DNA

Maduración del RNA en eucariotas

5’

3’

3’

5’ Finalización

PoliA-polimerasa

m7-Gppp

Capucha 5' OH

ARN heterogéneo nuclear

Cola de poli-A OH

Page 50: Tema 15. Funciones del DNA

Maduración RNAm: Splicing

El RNA se une a unas proteínas (Ribozimas: snRNA) que hacen que el intrón adopte forma de bucle.

El RNA se escinde enzimáticamente (con pérdida de los intrones) y se suelda de nuevo.

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Maduración del RNA en eucariotas 5’ 3’ Maduración

3’ 5’

Exón 1 Intrón Exón 2

RNPpn

Proteína

Espliceosoma

5’ 3’

Intrón

ARNm Exón 1 Exón 2

Los snRNP son RIBOZIMAS: moléculas de RNA que catalizán reacciones químicas.

Page 52: Tema 15. Funciones del DNA
Page 53: Tema 15. Funciones del DNA

Splicing

Hibridación DNA-RNAm

Page 54: Tema 15. Funciones del DNA

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 que se encuentran en el ADN.

ARNpolimerasa

Transcripción

Page 55: Tema 15. Funciones del DNA

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: 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

Transcripción

Page 56: Tema 15. Funciones del DNA

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

Transcripción

Page 57: Tema 15. Funciones del DNA

ARNm

precursor

AAAAAA AUG UAG

cola

4. Maduración (cont.): 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 reconoce, corta y retira los intrones y las ARN-ligasas unen los exones, formándose el ARNm maduro.

ARNm

maduro

Cabeza

Transcripción

Page 58: Tema 15. Funciones del DNA

Diferencias entre Transcripción y Replicación

La transcripción es selectiva: únicamente se transcriben algunas regiones del DNA.

En la transcripción se copia una sola hebra del DNA, la hebra molde. Hay genes que se transcriben de una hebra y otros, de la contraria.

La transcripción es reiterativa: un gen puede transcribirse muchas veces.

Page 59: Tema 15. Funciones del DNA

Traducción Consiste en la síntesis de proteínas según las

instrucciones del mRNA. La clave del proceso es descifrar la

información contenida en la secuencia de nucleótidos del mRNA para determinar la secuencia de aminoácidos de la proteína.

El código que relaciona la secuencia de bases del mRNA con la secuencia de aas en las proteínas es el código genético.

Page 60: Tema 15. Funciones del DNA

El código genético

CRICK demostró que los aas están codificados por tripletes de tres bases nitrogenadas en la cadena de RNAm; son los codones.

El código genético es universal.

Existen 64 codones, dado que solamente hay 20 aas, se deduce que varios tripletes codificarán para un mismo aa: se dice que el código genético está degenerado.

Page 61: Tema 15. Funciones del DNA

Código genético

Page 62: Tema 15. Funciones del DNA

Ejemplo de codificación de un péptido con 6 aas.

Page 63: Tema 15. Funciones del DNA
Page 64: Tema 15. Funciones del DNA

TRADUCCIÓN En la traducción intervienen:

Los ribosomas, El RNAm y el RNAt, Los aminoácidos Diversos enzimas: Las aminoacil-tRNA sintetasas y la ribozima

peptidiltransferasa.

Page 65: Tema 15. Funciones del DNA

Formación de los aminoacil-ARNt Son resultado de la unión de los aminoácidos al RNAt

Activación del aminoácido: Aa + ATP aa-AMP + Ppi

1º FASE

Aminoacil-RNAt

Transferencia del aminoácido activado: aa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP

2º FASE

Page 66: Tema 15. Funciones del DNA

Mecanismo de la traducción El proceso de traducción consta de 3 fases:

Fase de iniciación: el RNAm se une con la subunidad menor del ribosoma sobre el codón de iniciación (AUG). También se une el RNAt-Met y posteriormente la subunidad mayor del ribosoma.

Fase de elongación: el ribosoma avanza sobre el RNAm recorriéndolo en sentido 5’- 3’ y la cadena polipeptídica se va alargando.

Fase de terminación: cuando el ribosoma encuentra un codón de terminación se desprende la cadena polipeptídica y se separan las subunidades del ribosoma y el RNAm.

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Page 69: Tema 15. Funciones del DNA

Mecanismo de la traducción En los ribosomas pueden distinguirse tres sitios activos

o locus: Locus P (centro peptidil): Se coloca el primer Aminoacil-tRNA. Locus A (centro aceptor): Se sitúan los siguientes Aminoacil-

tRNA. Locus E (centro de salida): Se sitúa el tRNA a punto de

liberarse del ribosoma. El movimiento de las 2 subuds. del ribosoma necesita

energía obtenida con la hidrólisis del GTP. En cambio, los enlaces peptídicos se realizan sin

consumo de energía por la adecuada situación espacial de los aminoácidos.

Page 70: Tema 15. Funciones del DNA

1er aminoácido

ARNt Anticodón

Codón

ARNm

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

U A C

Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).

5’ 3’

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

Page 71: Tema 15. Funciones del DNA

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A U A C

Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor del ribosoma. El complejo ARNt-glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). El centro activo del ribosoma al que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

5’ 3’

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

(i)

Page 72: Tema 15. Funciones del DNA

ARNm AAAAAAAAAAA

P A

A U G C A A U A C

Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln). La formación de este enlace la cataliza la peptidiltransferasa

5’

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

3’

Page 73: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

5’

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

ARNm 3’

Page 74: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IV: El ARNm se traslada, quedando el ribosoma sobre el siguiente triplete.

5’ 3’

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

ARNm

Page 75: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación V: Entrada del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).

5’

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

ARNm 3’

A C G

Page 76: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).

5’

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

ARNm 3’

A C G

Page 77: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).

5’

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

ARNm 3’

A C G

(i)

Page 78: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.

5’

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

ARNm 3’

A C G

Page 79: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.

5’

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

ARNm 3’

A C G

A A U

Leu

Page 80: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación X: El RNAt-Leu se une al codon UUA.

5’

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

ARNm 3’

A C G A A U

Page 81: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición

5’

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

ARNm 3’

A A U

Page 82: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

5’

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

ARNm 3’

A A U G C U

Page 83: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.

5’

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

ARNm 3’

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Page 84: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A 5’

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

ARNm 3’

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

Page 85: Tema 15. Funciones del DNA

AAAAAAAAAAA

Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

5’

ARNm 3’

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

Page 86: Tema 15. Funciones del DNA

Polirribosomas

Page 87: Tema 15. Funciones del DNA
Page 88: Tema 15. Funciones del DNA

Procesamiento de las proteínas

El polipéptido formado ha de sufrir transformaciones (plegamientos, unión a otros polipéptidos, eliminación de algunos aas…) hasta convertirse en la proteína funcional.

La cadena polipétidica puede perder algunos aas del extremo n-terminal.

La maduración de las proteínas es paralela a su traslocación al Retículo Endoplásmico Rugoso (RER).

Page 89: Tema 15. Funciones del DNA

Regulación génica Los mecanismos de regulación que genes han

expresarse en un momento u otro y en qué células del organismo. Es más eficiente la

regulación de la transcripción que la de la traducción, porque los efectos de la activación o de la represión del gen se amplifican en poco tiempo.

Page 90: Tema 15. Funciones del DNA

Teoría del Operón

Jacob y Monod describieron un mecanismo de regulación de la transcripción en procariotas (les valió el premio Nobel en 1965).

Este modelo se ha mostrado válido para numerosos genes en todos los organismos, y fue deducido del estudio la síntesis del triptófano en Escherichia coli.

Page 91: Tema 15. Funciones del DNA

Operon Trip

La biosíntesis del trip tiene lugar en 5 reacciones enzimáticas sucesivas.

Las 5 enzimas que catalizan dichas reacciones son codificadas por 5 genes estructurales que se agrupan consecutivamente en el DNA bacteriano.

Este agrupamiento recibe el nombre de operón.

Page 92: Tema 15. Funciones del DNA
Page 93: Tema 15. Funciones del DNA

Operon Trip El operador es una secuencia de ADN (en la región

promotora) donde se une una proteína represora que impide la unión de la RNApol y por tanto la transcripción.

La proteína represora es producida en su forma inactiva por un gen regulador que no forma parte del operón.

La proteína represora puede estar en 2 conformaciones: activa se une al operador, impidiendo la transcripción de los

genes estructurales inactiva que no puede unirse al operador

Page 94: Tema 15. Funciones del DNA

Regulador

Operón reprimible

Operador Gen a Gen c Gen b

ARNm

Represor inactivo

triptófano

Vía metabólica del triptófano

enzimas

Operón Triptófano: sistema represible

Si no hay triptófano el represor está en su forma inactiva. Los genes estructurales de la vía de síntesis se transcriben y se traducen, con lo que se sintetiza el trip necesario.

Page 95: Tema 15. Funciones del DNA

Regulador

Operón reprimible

Operador Gen a Gen c Gen b

ARNm

Represor inactivo

triptófano

Vía metabólica del triptófano

enzimas

Represor activo

En presencia de demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor se une al operador, impidiendo que la transcripción y traducción de los genes a, b y c ocurra, con lo que la vía de síntesis se paraliza.

Page 96: Tema 15. Funciones del DNA

Operón Lac

El operón Lac está formado por 3 genes estructurales que regulan la síntesis de las enzimas que intervienen en el catabolismo de la lactosa en Escherichia coli.

Este es un operón inducible, lo que permite la síntesis de proteínas enzimáticas solamente cuando son necesarias (si hay lactosa que deba ser catabolizada).

La cantidad de las enzimas del operón lac aumenta cerca de 1000 veces, tan sólo 2 minutos después de la aparición de lactosa.

Page 97: Tema 15. Funciones del DNA

Regulador

Operón LAC

Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor activo

Si no hay lactosa los Genes no se transcriben

Operón Lac: sistema inducible

Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcriben, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

Page 98: Tema 15. Funciones del DNA

Regulador Operador Gen x Gen a Gen y

ARNm

Represor

Transcripción

Traducción

Enzimas para metabolizar la lactosa

Lactosa

Represor inactivo

Operón LAC

Si hay lactosa, se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes x, y, a, con lo que se sintetizarán las enzimas para metabolizar la lac. Cuando haya desaparecido la lac el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y, y a.

Page 99: Tema 15. Funciones del DNA

Concepto de gen

La genética molecular nos ha mostrado que los genes son fragmentos de DNA capaces de determinar la síntesis de moléculas de RNA y de proteínas, o bien de regular el funcionamiento de otros genes.

La genética mendeliana tradicional postula que un gen es un factor hereditario que determina un carácter del organismo.

¿CÓMO DETERMINAN LOS CARACTERES DE UN ORGANISMO EL RNA Y LAS PROTEÍNAS?

Page 100: Tema 15. Funciones del DNA

Experimentos de Beadle y Tatum

Postularon la hipótesis un gen-un enzima (les valió el premio Nobel en 1958) Obtuvieron mutantes por irradiación del Hongo

Neurospora crassa La forma silvestre del hongo es capaz de crecer en

un medio mínimo. El moho, es capaz de sintetizar todos los compuestos

necesarios para sus funciones vitales (agua, azúcar, sales minerales y biotina, vitamina del grupo B).

Page 101: Tema 15. Funciones del DNA
Page 102: Tema 15. Funciones del DNA
Page 103: Tema 15. Funciones del DNA

Los mutantes que crecen en presencia de arginina no pueden sintetizar algunos de los compuestos intermediarios de la ruta de síntesis de este aa.

En la síntesis de arg se dan varias reacciones, catalizadas por las enzimas a, b, c, producidas por los genes 1,2,3

Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina ↑ ↑ ↑ Enzima a b c ↑ ↑ ↑ Genes 1 2 3

Page 104: Tema 15. Funciones del DNA

El primer mutante puede vivir en un medio suplementado con ornitina, aunque no tenga arg.

El segundo mutante no puede vivir en un medio mínimo enriquecido con ornitina, pero sí en un medio que contenga citrulina, aunque no contenga arginina.

El tercer mutante no puede vivir más que en medios que contengan arginina.

Sustancias del medio mínimo → ornitina → citrulina → arginina ↑ ↑ ↑ Enzima a b c ↑ ↑ ↑ Genes 1 2 3

Page 105: Tema 15. Funciones del DNA

Un gen – un enzima

Estos experimentos demostraron que los caracteres de un organismo (en este caso la dependencia de un determinado nutriente) son debidos a la presencia de las enzimas adecuadas para catalizar determinadas reacciones químicas, y la presencia de las enzimas se debe a la acción de los genes.

Un gen – un enzima – una reacción química – un carácter

Page 106: Tema 15. Funciones del DNA

Un gen – un enzima

Otro ejemplo que lo pone de manifiesto es el albinismo

dioxifenilalanina

Page 107: Tema 15. Funciones del DNA

El proteoma

Es el conjunto de proteínas que puede producir un organismo. Lo estudia la proteómica.

Es mayor que el número de genes, por lo que es necesario conocerlo para comprender el funcionamiento de un organismo.

El principio un gen – un enzima, es una simplificación.

Page 108: Tema 15. Funciones del DNA

Proteoma Hay más proteínas que genes:

Splicing alternativos Modificaciones postraduccionales Genes polimórficos