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TEMA XII. GENÉTICA MOLECULAR. REPLICACIÓN, TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN

• El ADN DEPOSITARIO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA.

• DUPLICACIÓN DEL ADN EN BACTERIAS.

• DUPLICACIÓN DEL ADN EN CÉLULAS EUCARIOTAS.

• SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

• TRANSCRIPCIÓN.

• TRADUCCIÓN.

• UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO GENÉTICO.

• REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO.

El ADN DEPOSITARIO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

En la década de los 40 del pasado siglo se desarrollaron técnicas de tinción y análisis que permitieron estudiar en qué lugares de las células aparecían los ácidos nucleicos. Se observó que el ADN solía aparecer casi exclusivamente en el núcleo y en pequeñas cantidades en algún orgánulo celular como las mitocondrias y los cloroplastos, mientras que el ARN aparecía repartido por el citoplasma, sobre todo en los ribosomas, y en ciertas cantidades también en el núcleo. Se comprobó también que existía ADN en los cromosomas, unido a proteínas, viéndose cómo la cantidad de ADN era siempre constante y propia de cada especie, lo que llevó a sospechar que tal vez existía relación entre el ADN de los cromosomas y los genes o factores hereditarios.

Una primera pista la obtuvo en 1928 GRIFFITH, trabajando con dos cepas de neumococos, una de envoltura lisa y otra de envoltura rugosa. Cuando Griffith mezclaba bacterias rugosas vivas con bacterias lisas muertas y esta mezcla se inyectaba en ratones, de éstos se obtenían bacterias lisas vivas, lo cual sólo se podía explicar si algo de las lisas muertas había pasado a las rugosas vivas y las había transformado. La cuestión era averiguar la naturaleza de ese "algo", que llamó principio transformante.

En 1944. AVERY, MCLEOD y MCCARTHY, , explicaron de forma clara las experiencias de Griffith y demuestran que la molécula responsable de la transformación (principio transformante) era el ADN, pues

sólo enzimas destructoras del ADN eliminaban la capacidad transformante del ADN1.

Otra prueba de que el ADN es el material genético se obtuvo a raíz de los experimentos de HERSHEY Y CHASE con virus bacteriófagos y la bacteria Escherichia coli. Marcaron con isótopos radiactivos los componentes del virus, las proteínas con 35S y el ADN con 32P. Después de la infección observaron que en el interior de la bacteria sólo aparecía fósforo marcado, pero no azufre, lo que demostraba que el material genético del virus era el ADN, mientras que las proteínas de la cápside carecían de información genética y ni siquiera penetraban en la bacteria.

En el momento en que se identificó el material genético, era preciso definir las "unidades hereditarias" de las que habló Mendel desconociendo su naturaleza. Actualmente se denominan genes y se pueden definir como segmentos de ADN que contienen la información necesaria para, mediante transcripción y traducción, sintetizar una proteína. Son las unidades estructurales y funcionales de la herencia, transmitidas de padres a hijos a través de los gametos y regulan la manifestación de los caracteres heredables. Se dice que un gen se expresa cuando se descodifica, es decir, cuando se transcribe y se traduce y origina la proteína que codifica. Los genes de los procariotas son unidades continuas, o sea, que un segmento de ADN contiene toda la información necesaria para la síntesis de una proteína; sin embargo, los genes de los organismos eucariotas se encuentran fragmentados: cada gen consta de una serie de secuencias que codifican fragmentos de la proteína (exones) separadas por otras secuencias, más o menos largas, que no codifican ninguna cadena peptídica (intrones). Se calcula que casi el 90% del total de ADN no codifica secuencia proteica alguna y formarían lo que algunos autores llaman "chatarra genética". Además, tanto en procariotas como en eucariotas, existen secuencias que no se transcriben, pero que desempeñan un papel fundamental en la regulación de la expresión génica, pues constituyen señales que indican el inicio o el final del gen que se va a transcribir.

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Como ya vimos en el tema de los ácidos nucleicos, la principal función del ADN es la de contener el mensaje genético. El

ADN contiene la información con la que se van a fabricar todas las proteínas de la célula. A la porción de ADN que lleva la información para que se fabrique una determinada proteína se le llama gen. De tal manera que, a lo largo de una molécula de ADN (o de un cromosoma) pueden haber varios genes, correspondientes a varias proteínas diferentes.

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En la década de 1940 BEADLE y TATUM fueron los primeros en establecer la existencia de una relación directa entre la molécula de ADN y la secuencia de aminoácidos de una enzima, y propusieron la hipótesis de “un gen, una enzima”. Según esta hipótesis, un gen contiene la información para que los aminoácidos se unan en un determinado orden y formen una enzima.

Hoy sabemos que el ADN se encuentra en el núcleo y la síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas (situados en el citoplasma). Para llevar la información desde el núcleo a los ribosomas tenemos un intermediario, que es el ARN mensajero (ARNm).

Según el “dogma de la biología” el ADN es capaz de autoduplicarse antes de una división celular mediante un proceso de replicación; además, transmite su información a una molécula de ARNm por el proceso de transcripción y el ARNm lo transmite a una secuencia de aminoácidos de una proteína en el proceso denominado traducción, en este proceso intervienen otros tipos de ARN, el ARN ribosómico (ARNr), componente fundamental de los ribosomas y el ARN transferente (ARNt), que transporta los aminoácidos hasta los ribosomas.

AUTODUPLICACIÓN O REPLICACIÓN DEL ADN

La información contenida en los genes también debe tranferirse desde una célula progenitora a su descendencia, por eso el ADN debe duplicarse o replicarse. Así las células hijas pueden tener la misma información genética que la madre.

La replicación es el proceso por el cual una molécula de ADN de doble hélice da lugar a otras dos moléculas de ADN con la misma secuencia de bases.

Permite a las células hijas contener la misma información genética que la célula madre de la que proceden.

El ADN es una molécula con dos cadenas complementarias y antiparalelas. Una de las primeras dudas que se plantearon fue la de cómo se rplicaba el ADN. Respecto a esto había dos hipótesis:

• El ADN se replica de manera conservativa. Esto es, cada hebra de ADN forma una copia y una célula hija recibe la molécula original y la otra célula recibe la copia.

• El ADN se replica de manera semiconservativa. Cada hebra de ADN forma una hebra

complementaria y cada célula hija recibe una molécula de ADN que consta de una hebra original y de su complementaria sintetizada de nuevo. Esta controversia fue resuelta por MESELSON y STAHL con una serie de elegantes experiencias.

CONSERVATIVA SEMICONSERVATIVA

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La replicación del ADN permite a las células hijas contener la misma información genética que la célula madre de la que proceden.

El proceso de replicación es similar tanto en los organismos procariotas como en los eucariotas. Pero ¿cómo es posible que una doble hélice se copie a sí misma?

Watson y Crick ya indicaron: «No se nos ha escapado observar que el apareamiento específico de bases que hemos postulado sugiere de inmediato un posible mecanismo de copiado para el material genético». Y es que la doble hélice de ADN parental rompe los puentes de hidrógeno entre sus bases, como si «se desabrochara», de modo que cada hebra se separa y actúa como molde o patrón para la síntesis de una nueva cadena que posee una secuencia de bases complementaria.

La complementariedad entre las bases (G - C y A - T), al igual que en los demás procesos en que se transmite información (transcripción y traducción), constituye la esencia de la replicación del ADN. Por esta razón se denomina más correctamente replicación y no duplicación, pues hacer una réplica de un molde supone obtener una copia complementaria, mientras que duplicaran molde significa hacer una copia idéntica.

DUPLICACIÓN DEL ADN EN BACTERIAS (Escherichia coli)

Para la duplicación del ADN existente, éste tiene que actuar como patrón. Para ello, las dos cadenas de la doble hélice se han de separar por unos momentos en un proceso similar al revelado fotográfico, a partir de un negativo (las hebras de ADN molde del ADN parental) se obtiene un positivo (las copias).

La enzima helicasa interviene en la apertura de la doble hélice y la enzima girasa y topoisomerasa le ayudan a desenrrollarse.

La replicación del ADN se lleva a cabo en tres etapas:

1. Apertura y desenrollamiento de la doble hélice.

2. Síntesis de las dos nuevas cadenas de ADN.

3. Corrección de errores.

1. Apertura y desenrollamiento de la doble hélice.

Enzimas como las girasas y las topoisomerasas eliminar tensión derivada de la torsión de la molécula desenrollándola. Después la doble hélice se abre como una cremallera por acción de la enzima helicasa para que pueda actuar la ADN pol III. Así, mediante los puentes de hidrógeno se unirán los nucleótidos libres adecuados y se polimerizarán formando una nueva cadena de ADN que será complementaria a la del molde. Las proteínas SSB (single-stranded DNA binding) mantienen abiertas y separadas las cadenas, para que actúen las polimerasas.

La separación comienza en puntos llamados orígenes de replicación (ORI) formando lo que se llama burbujas de replicación que dan lugar a las horquillas de replicación (por su forma de Y). Comienza cuando se forma una burbuja de replicación (doble hélice de ADN circular), que se extiende y da lugar a dos horquillas de replicación, en las cuales cada hebra de ADN sirve de molde para que se sintetice una cadena complemetaria. Las horquillas se desplazan en sentidos opuestos hasta que se encuentran en el punto de terminación. Finalmente al cabo de unos 30 minutos, los dos nuevos cromosomas geneticamente idénticos se separan.

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2. Síntesis de dos nuevas cadenas de ADN.

La enzima ADN pol III recorre la hebra molde y selecciona el desoxirribonucleótido trifosfato cuya base es complementaria a la de la molécula molde, si sirve, se desprenden dos PP (resto pirofosfato) y el nucleótido monofosfato se incorpora a la cadena de ADN nueva formándose un enlace fosfodiester con energía aportada al hidrolizarse el trifosfato.

Además la ADN pol III es autocorrectora, esta enzima comprueba ("mira hacia atrás") cada nucleótido incorporado y si no es correcto lo cambia

2.

Se plantean dos problemas:

• La ADN pol III solo "sabe leer" en sentido 3’— 5’ y las nuevas cadenas crecen en sentido 5’—3’. Por tanto la orientada en 3’—5' es copiada continuamente y la nueva copia se va a llamar hebra conductora. La otra hebra es antiparalela y no puede leerse directamente, esto se resuelve con la síntesis de pequeños fragmentos de ADN que después se unirán, estos fragmentos se llaman fragmentos de Okazaki y crecen en sentido 5’— 3’ y que luego se unen para formar la hebra retardada.

• La ADN pol III no puede iniciar por sí sola la síntesis de ADN, le hace falta un pequeño fragmento de ARN cebador sintetizado por una ARN pol llamada primasa.

Finalmente este ARN cebador formado es eliminado por una ADN pol I que después sintetiza los trozos de ADN que sustituyen a los fragmentos de Okazaki y por último una ligasa une los trozos y forma la hebra retardada.

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Hay un error de apareamiento por cada 10 millones de bases. En una bacteria hay 3 millones de pares de bases, en el hombre hay

3.000 millones de pares de bases.

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3. Corrección de errores.

La ADN pol autocorrige su actividad pero comete un error de apareamiento por cada 10 millones de pares de bases. Esta precisión es suficiente para una bacteria, pero no para especies más evolucionadas como el hombre.

Para precisar más hay una maquinaria enzimática que corrige la acción de la ADN pol después de la replicación. Son un conjunto de enzimas que detectan el mal emparejamiento, lo eliminan y regeneran la secuencia correcta.

Debe reconocer primero cual de las dos hebras del ADN es la nueva, se distingue porque en las secuencias GATC, la A esta metilada en las cadenas molde, y permanece un tiempo sin metilar en la cadena nueva. En ese tiempo la cadena nueva es recorrida por el complejo que elimina el nucleótido y con la ADN pol rellena el hueco poniendo uno nuevo. De esta forma se comete un error por cada 10.000.000.000 de pares de bases.

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DUPLICACIÓN DEL ADN EN CÉLULAS EUCARIOTAS

La replicación del genoma eucariota transcurre en la fase S del ciclo celular de modo similar al descrito para los procariotas: es semiconservativa y bidireccional; la hebra conductora se sintetiza de manera continua y la retardada de forma discontinua, en forma de fragmentos de Okazaki que luego se unen; y también se requiere un ARN cebador para que los ADN polimerasas inicien la replicación.

Sin embargo, la replicación en eucariotas presenta ciertas características peculiares:

• Intervienen, al menos, cinco tipos diferentes de ADN polimerasas

• El genoma eucariota consta de varios cromosomas lineales con un total de unos 3 x 109

pares de bases. Si se replicase al ritmo que en E. coli (30 minutos), tardaría 30.000 minutos, es decir, unas 3 semanas. Para que el proceso solo tarde unas pocas horas, existen numerosas burbujas de replicación y no sólo una a lo largo de cada cromosoma. En el genoma humano, por ejemplo, pueden existir unos 30.000 puntos de replicación, lo que acelera en gran medida el proceso de replicación.

• Otra característica peculiar del cromosoma eucariota es que el ADN se encuentra

asociado con los octámeros de histonas, en forma de nucleosomas, por lo que, además de replicarse el ADN, deben duplicarse también las histonas. Al parecer, tanto los nuevos nucleosomas como los antiguos se reparten de manera aleatoria entre las dos nuevas hebras hijas: en la retardada y en la conductora.

Telómeros: envejecimiento y muerte celular

Los cromosomas eucariotas son lineales y presentan en sus extremos unas regiones, denominadas telómeros constituidas por secuencias repetitivas, del tipo TTAGGGTTAGGG... Cuando se replica el ADN lineal, los extremos 5' de los telómeros, no pueden ser replicados.

Cuando se elimina el ARN cebador del extremo 5' de cada una de las hebras recién sintetizadas, el hueco que queda no lo pueden rellenar los enzimas ADN polimerasas, porque no encuentran extremos hídroxilos 3' libres sobre los que adicionar nuevos nucleótidos. La imposibilidad de replicar los extremos de cada cromosoma da lugar a que el telómero se vaya acortando en cada ciclo de replicación que ocurre durante la fase S de la división celular. Este acortamiento de los telómeros con la edad está relacionado con el envejecimiento y la muerte programada de las células.

El acortamiento de los telómeros y la apoptosis

Al cabo de un número determinado de divisiones llega un momento en que se produce la pérdida de una cantidad importante de material génico de los telómeros, lo que deja al descubierto los extremos «pegajosos» de los comosomas; estos se unen unos con otros y se altera gravemente la repartición equitativa de los cromosomas durante la mitosis. En esta situación, la célula activa el mecanismo de apoptosis que provoca la muerte celular.

Los telómeros son como un implacable «reloj molecular», que con sus sucesivos acortamientos indican a una célula cuántas divisiones celulares son aún posibles hasta que llegue el momento en que debe cesar toda actividad.

La telomerasa: clave de la inmortalidad

El acortamiento de los telómeros, puede ser neutralizado en algunas células, como las células madres y las células cancerosas, gracias a la acción de una enzima, llamado telomerasa, que las convierte en celulas inmortales.

La telomerasa es una ribonucleoproteína que actúa como transcriptasa inversa, ya que contiene una hebra de ARN con la secuencia apropiada para actuar como molde para la síntesis de la secuencia telomérica de ADN que se le añade a los extremos cromosoma para evitar su acortamiento en cada proceso de replicación.

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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La información genética del ADN debe ser descodificada en la célula. El ADN tiene poca importancia directa sobre el funcionamiento de la célula. El gen de la Hemoglobina no puede transportar oxígeno, es la protema codificada por ese gen la que puede hacerlo.

En general un gen es un segmento de ADN que contiene mediante TRANSCRIPCIÓN y TRADUCCIÓN se sintetice una proteína.

información necesaria para que

En organismos procariotas, transcripción y traducción tienen lugar a la vez y en el mismo lugar, según los genes se transcriben, se va leyendo el ARNm por los ribosomas.

En organismos eucariotas los procesos están separados en espacio y tiempo. El ADN se transcribe en el núcleo y los ARNm formados atraviesan la membrana y se dirigen al citoplasma donde se leen por ribosomas.

Los genes de procariotas son continuos, toda la secuencia válida está junta pero en eucariotashay secuencias largas transcriben (intrones).

que se transcriben (exones) separadas por otras del mismo gen que no se

Además en ambos hay secuencias que no se transcriben pero que marcan el inicio y el final de la

transcripción.

La TRANSCRIPCIÓN consiste en la copia de la información del ADN en el lenguaje del ARN a

partir de precursores que son ribonucleóticos trifosfato.

Se forma una molécula de ARN gracias a la ARN polimerasa sirviendose de patrón de una de las dos hebras de ADN.

Se considera igual en procariotas y eucariotas, con 4 fases: Iniciación, elongación, terminación y maduración o procesado.

- Iniciación. En todos los genes hay una secuencia denominada promotor (TTGA, TATA, TTCA) que indica donde empieza la síntesis y que hebra se transcribe de las dos. Estas a 10 bases (30 en eucariotas) antes del gen. La ARN pol se une al promotor.

- Elongación; La ARN pol desenrrolla una vuelta de hélice y queda al descubierto la hebra que servirá de patrón. El enzima se desplaza por la hebra en 3'— 5' y la cadena de ARNm se forma en 5'— 3'. El ADN se va enrollando después del paso de la enzima.

- Terminación. La ARN pol se encuentra con la señal de terminación que parece ser TTTT o en procariotas TTATTT

3 . Se desprende y se libera el ARN.

- Maduración. Es exclusivo de eucariotas. necesitan este proceso antes de ser leídos.

Como en procariotas los genes son continuos, no

La mayor parte de los genes eucariotas que codifican para proteínas se encuentran fragmentados por los que se transcriben secuencias sin información (intrones) y secuencias que sí tienen información genética (exones). La maduración del pre-ARNm consiste en un conjunto de modificaciones que lleva a la eliminación de los intrones y el pegado de los exones.

Al ARNm se le añade una cola de 200 nucleótidos de A en el extremo 3' y un nucleótido especial, la 7-metil guanosina trifosfato en el 5’. Este ARNm preparado sale al citoplasma.

3 En E.Coli estas secuencias son palíndromos (DÁBALE ARROZ A LA ZORRA EL ABAD).

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La TRADUCCIÓN genética4 es un proceso mediante el cual los aminoácidos de una proteina se van uniendo según un orden dictado por la secuencia de los nucleótidos del ADN.

Para realizar esto, una molécula de ARNm se ha copiado en el proceso de transcripción y ha salido del núcleo al citoplasma.

Como ya se ha explicado, en los procariotas el ARN no requiere proceso de maduración y por eso nada más ser sintetizado, es leído por los ribosomas para formar proteínas. En eucariotas el ARNm transcrito primario sufre una maduración en la que se eliminan los intrones y se convierte en ARNm maduro que sale del núcleo al citoplasma o al retículo endoplásmico rugoso donde los ribosomas lo traducirán y formarán proteínas.

La síntesis de proteínas se realiza dentro de la estructura de los ribosomas (formados por ARNr y proteínas) y la energía necesaria para este proceso proviene del ATP y del GTP. Los aminoácidos son transportados al lugar de síntesis por moléculas de ARNt según el orden que marca el ARNm. Para cada aminoácido existe al menos un ARNt específico y la unión entre los dos se realiza gracias a un grupo enzimático que forma el complejo aminoacil-ARNt-sintetasa. En las moléculas del ARNt tres de sus bases forman un anticodón complementario del codón del ARNm.

A continuación estudiaremos el proceso en los organismos eucariontes. Consta de 3 etapas:

- Iniciación.

- Elongación peptídica.

- Terminación.

- Iniciación.

La traducción necesita dos señales de iniciación:

- Un triplete iniciador AUG que codifica para la Metionina.

- La "caperuza" de metil-guanosina del ARNm.

La subunidad menor del ribosoma se une al ARNm en la zona más próxima a la "caperuza" y la traducción se iniciará en el triplete de iniciación AUG más próximo a esta caperuza. Para ello un ARNt iniciador que tiene el anticodón complementario de la AUG se une al codón de iniciación y aporta el primer aminoácido: la Metionina. Debido a esto, todas las proteínas recién formadas tienen en su extremo N- terminal el aminoácido Metionina.

Al final de esta etapa la subunidad mayor del ribosoma se une a la menor para formar el ribosoma completo y funcional que se caracteriza por poseer una estructura adecuada para poder albergar a los ARNt y a la vez pueden desplazarse por la molécula de ARNm codón a codón.

Un ribosoma funcional tiene dos lugares de unión:

- Lugar de unión aminoacil-ARNt o centro A. A este lugar se une la molécula de ARNt que trae un nuevo aminoácido a la cadena.

- Lugar de unión del peptidil-ARNt o centro P. En este lugar se sitúa la molécula de ARNt que contiene el último aminoácido unido a la cadena polipeptídica.

4 La traducción en los eucariotas la explica claramente el investigador Claude Heleno con un lenguaje gráfico: Todo sucede como si la fábrica

celular guardara sus planes (genes del ADN) en una biblioteca (el núcleo), pero, no deseando cometer una falsa maniobra, utilizará fotocopias

(ARNm) en lugar del original (AON). La máquina de fotocopiar (ARN polimerasa) realiza su trabajo página a página (gen).

Las fotocopias son deslizadas bajo la puerta de la biblioteca, o más bien por pequeñas aberturas (los poros de la membrana nuclear), para ser utilizadas por las cadenas de montaje (los ribosomas) que poseen el casillero de descodificación (código genético) que les permite realizar

productos acabados (proteínas) utilizando los elementos (aminoácidos) aportados desde el medio exterior o fabricados en la célula.

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Al final de la iniciación el centro P está ocupado por el ARNt unido a la Metionina y el centro A está libre para recibir un segundo ARNt unido a su correspondiente aminoácido.

- Elongación peptídica. Es el crecimiento en longitud de la cadena polipeptídica por la suma de

sucesivos aminoácidos.

Tiene a su vez varias etapas:

1. El centro A se encontraba vacío y llega a él un ARNt con su aminoácido cuyo codón es complementario al tripleto siguiente al AUG. En esta etapa interviene el factor de elongación que transporta el nuevo ARNt a su lugar adecuado en el ribosoma con consumo de energía.

2. Se forma el enlace peptídico entre el aminoácido unido al ARNt del centro P (Met) y el recién incorcorporado del centro A. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidil- transferasa que está en la subunidad grande del ribosoma. De esta forma resulta la formación de un dipéptido compuesto por el primer y el segundo aminoácido.

Después interviene el segundo factor de elongación desplazando exactamente tres nucleótidos el ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5' —3'.

Esto provoca la expulsión del ARNt de la metionina del centro P y el cambio de todo el complejo del centro A al P. De esta forma el centro P queda ocupado por el péptido que se está formando unido al ARNt y el centro P queda vacante y preparado para recibir a un nuevo ARNt con otro aminoácido y repetir todo el proceso.

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- Terminación. Cuando al centro A del ribosoma llega uno de los codones de terminación UAA,

UGA, UAG, para los que no hay ARNt con anticodones complementarios la síntesis se detiene. Un factor proteico de terminación se une al triplete de fin del ARNm y la peptidil tranferasa se ve obligada a catalizar la transferencia a la cadena de proteína, no un nuevo aminoácido (el centro A está vacío) sino una molécula de agua.

De esta forma queda libre la proteína formada y el último ARNt. El ribosoma se separa del ARNm y las dos subunidades se disocian.

Cuando el extremo 5' del ARNm sale del ribosoma otro ribosoma puede unirse a él, sintetizándose otra molécula de proteína. Si son varios ribosomas los que están unidos al mismo tiempo al ARNm forman los polisomas o polirribosomas.

Una vez liberada la proteína al citoplasma, ahora debe sufrir los procesos de plegamiento que le darán su conformación nativa (estructura terciaria y cuaternaria).

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UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO GENÉTICO Gracias a este código se hace posible que los aminoácidos de las proteínas se vayan uniendo

según el orden establecido en los genes. Por tanto, el código genético establece una correspondencia entre las bases nitrogenadas y los aminoácidos que forman la proteína.

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Cada triplete de nucleótidos llamado codón codifica para un aminoácido. Las reglas que establecen este código constituyen el código genético.

Las claves del código genético se descifraron en los años 60. Se fueron construyendo en el laboratorio ARNmensajeros artificiales de secuencia de bases conocidas: UUUUUU, AAAAAA, CCCCCC, GGGGGG y posteriormente todas las combinaciones de bases posibles. Después con enzimas se sintetizaba la proteína correspondiente analizando los aminoácidos que contenía. Así se hizo corresponder codones con aminoácidos.

Después se comprobó que todos los seres vivos utilizaban el mismo código para sintetizar sus proteínas, por tanto el código genético es universal.

Cada triplete de bases codifica para cada uno de los 20 aminoácidos diferentes de las proteínas.

Los tripletes de las bases (codones) se ordenan, como ya conoces, de forma lineal en el ARN. Como son combinaciones de 4 bases diferentes pueden formar 4 = 64 codones diferentes. Las proteínas sólo tienen 20 aminoácidos diferentes, por tanto, muchos de los aminoácidos deben estar codifeicados por varios codones.

Debido a esto se dice que el código genético está degenerado o que el código es redundante.

Como no hay relación química directa entre los aminoácidos y los tripletes del ARNm, la causa de la degeneración debe estar en los ARNt, y así es, ya que el anticodón de algunos ARNt puede aparearse con diferentes codones de ARNm.

De los 64 codones, 61 codifican para aminoácidos y 3 son señales de terminación (tripletes de fin son UAA, UGA, UAG).

Los codones del ARNm siempre se leen en la dirección 5' — 3' y es muy importante el punto de

iniciación de la lectura, comenzar una base antes o después puede alterar todos los tripletes y por tanto

toda la secuencia de aminoácidos.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO.

Regulación de la expresión génica. Ej. procariotas.

A pesar de tener todas las células de un organismo la misma información genética en su ADN, son muy diferentes unas de otras. Esta diferencia reside, generalmente, en su especialización para sintetizar determinadas proteínas.

Los mecanismos por los que una célula, a pesar de tener toda la información genética, sólo se especializa en la síntesis de determinadas proteínas y no de otras se denominan diferenciación celular. Esto implica que determinadas secuencias de ADN se van a traducir de forma preferente. Cuando un gen se traduce de forma preferente se dice que se ha expresado. Los mecanismos que controlan esa expresión se llaman mecanismos de expresión génica.

Las células ejercen esos controles:

1- Durante la transcripción. Sólo se transcribe información al ARN de algunos genes.

2- En la maduración del ARNm.

3- En el transporte. Selecciona los ARNm que salen del núcleo.

4- En la traducción. Selecciona los ARNm que se traducen a proteínas.

Los investigadores F.Jacob y J.Monod del Instituto Pasteur de París propusieron el modelo llamado operón para la expresión génica en bacterias (Premio Nobel, 1965).

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Observaron que las enzimas que intervienen en la degradación de la lactosa (que es un disacárido) sólo se sintetizaban cuando este compuesto estaba presente en el medio de cultivo. Por el contrario, las enzimas que sintetizaban el aminoácido Triptófano (Trp), sólo se sintetizaban cuando no había triptófano en el medio.

Teoría del operón: genes reguladores, operadores y estructurales.

A partir de estos resultados Jacod y Monod elaboraron una hipótesis que posteriormente ha sido contrastada experimentalmente en múltiples sistemas. Es la teoría del operón..

Según esta teoría hay varios llamados genes estructurales (A,B,C) que son los que dan lugar a la síntesis de proteínas (enzimáticas, estructurales, etc...) que participan en un proceso químico. Estos genes están dispuestos de forma consecutiva en el ADN y además comparten una zona del ADN donde empieza su lectura la ARN polimerasa y que se llama promotor.

Existen también otras proteínas llamadas reguladoras que son capaces de unirse al ADN controlando la expresión de los genes estructurales. Los genes que codifican estas proteínas se llaman genes reguladores.

Las proteínas reguladoras se unen a una región del ADN llamada operador que suele estar intercalada entre el promotor y los genes estructurales.

Las proteínas reguladoras pueden ser: represoras o activadoras según el control sea negativo o positivo.

Cuando una bacteria necesita sintetizar proteínas debe separar el operador del represor y para ello utiliza dos tácticas: la inducción enzimática y la represión enzimática.

Ejemplo: operón de la lactosa.

De inducción enzimática el ejemplo más conocido es el operón LAC o el operón de lactosa.

El operón lactosa contiene:

a). Un gen regulador que codifica a la proteína represora.

b). El promotor o sitio de unión de la ARN polimerasa.

c). El operador o sitio de unión de la proteína represora,.

d) Los genes estructurales A, B y C que codifican a las enzimas que intervienen en la

degradación de la lactosa.

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El proceso es el siguiente:

1) Si no hay lactosa en el medio, no son necesarias las enzimas para degradarla. Se sintetiza un represor activo por parte del gen regulador, este represor bloquea el operador e impide la síntesis de enzimas A, B y C que se encargan de degradar la lactosa hasta sus productos finales.

2) Si se ingiere lactosa en la dieta, se une a la proteína represora y produce en ella un cambio conformacional que la inactiva; y si la concentración de lactosa es bastante alta reprime al represor impidiendo que éste se una al operador.

3) Los genes estructurales A, B y C se expresan y los enzimas que catalizan la lactosa la convierten en sus productos finales y hacen que esta desaparezca del protoplasma celular.

4) Si los niveles de lactosa descienden el represor vuelve a ser activo, se une al operador y lo bloquea volviendo a reprimirse la expresión génica.

Resumiendo:

“Cuanto mayor sea la concentración de lactosa mayor es la producción de. enzimas que la degradan."