Tema 2 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Veterinaria + Ciencia y Producción Animal - 2º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2016
Páginas 13
Fecha de subida 18/08/2017
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Genética Animal

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2. Mecanismos de expresión génica 2.1.Transcripción: De ADN a ARN Ocurre en el núcleo y requiere: Una cadena de ADN que actúe como molde.
Enzimas ARN-polimerasas.
Ribonucleótidostrifosfatos de G, C, A y U.
Por tanto la transcripción implica la síntesis de un polinucleótido monocatenario de ARN a partir de un segmento de ADN que actúa como molde. La molécula de ARN sintetizada contiene la misma secuencia (Substituyendo Timinas por Uracilos) que la cadena codificante del ADN y, por tanto, contiene la secuencia complementaria a la correspondiente cadena molde. La enzima implicada se denomina ARN polimerasa. La transcripción no es un proceso continuo sino temporal: No todo el ADN transcribe simultáneamente sino que existen regiones que se transcriben en distintos momentos, dependiendo de las condiciones fisiológicas de las células y en respuesta a diferentes estímulos.
Por lo tanto el mensaje que transmite del ADN al ARN contiene: Información sobre el ADN: o Como fabricar las proteínas a través del ARNm.
o Como fabricar ARN funcionales.
Información implicada en la traducción: o ARN ribosómico (ARNr).
o ARN transferente (ARNt).
En eucariotas, información implicada en la maduración del ARNm: o ARN nuclear pequeño(ARNnp).
o ARN nucleolar pequeño (ARNnop).
Información implicada en la regulación de la transcripción: o Micro ARN (ARNmi).
o ARN de interferencia (ARNi).
La unidad transcripcional o unidad de transcripción es el gen, que es la secuencia de ADN que se copia en forma de ARNm durante la transcripción o la región concreta de la molécula de ADN que actúa como molde para la transcripción. Consta de al menos tres regiones: Promotor.
Secuencia codificante o región codificadora.
Terminador.
Esta unidad de transcripción en procariotas está definida por una secuencia continua de ADN. El producto de transcripción (ARNm) es una copia continua de la secuencia de la región codificante. El promotor está definido por las secuencia consenso a -35 y -10.
21 En eucariotas está definida por una secuencia de ADN continua a lo largo de la molécula. El producto final de la transcripción (ARNm) es una copia discontinua de la secuencia de la región codificante. El promotor está definido por secuencias consenso a -35, -25 y +30. La regulación puede estar afectada por secuencias alejadas antes o después de la unidad de transcripción.
El ARN es sintetizado por una ARN polimerasa que no requiere de cebador, pero si de un molde de ADN y del ARN se aparean con A en la nueva cadena. Gasto de energía que generalmente es ATP.
En procariotas solo hay una única ARN polimerasa que cataliza la síntesis de los diferentes tipos de ARN. La enzima Las ARN polimerasas eucariotas necesitan factores que promuevan el inicio de la transcripción: La ARN polimerasa no se une directamente al ADN sino que necesita de factores proteicos definidos como factores de transcripción.
Los factores de transcripción para la ARN polimerasa II: Factores de transcripción generales (TFII): Se unen al promotor que se encuentra situado a 25 pb antes del sitio de inicio de la transcripción. El promotor puede ocupar una longitud >200 pb y en eucariotas contiene la caja TATA.
Factores transcripcionales específicos del sitio de inicio. Interactúan con los TFII.
22 Para que se lleve a cabo la transcripción se han de dar una serie de normas: Se necesita una hebra de ADN como molde para sintetizar la hebra de ARN.
La síntesis del ARN se lleva a cabo por la actividad de la ARN polimerasa: o Depende de un molde de ADN.
o No necesita cebador o primer.
o o Se puede utilizar indistintamente una u otra cadena como molde.
En los procariotas una única ARN polimerasa cataliza la síntesis de los diferentes tipos de ARN, siendo la subunidad sigma la que da especificidad.
En los eucariotas existen tres tipos de ARN polimerasas (I, II y III), especializados en los diferentes tipos de ARN.
Cualquiera de las dos cadenas puede ser utilizada como molde.
La transcripción en bacterias se da de la siguiente manera: Iniciación: La ARN polimerasa reconoce el promotor y forma la burbuja de transcripción. A continuación se unen los primeros NTPr -35 y -10 del promotor. Cuando este se libera la ARN polimerasa inicia la transcripción.
Elongación y terminación a elongación de la cadena. La terminación puede ser dependiente o independientes de la estructura secundaria del transcrito.
o En la terminación dependiente de la estructura las secuencias de terminación generan estructuras y plegamientos en el ARN que son reconocidas por la ARN polimerasa.
o En la terminación independiente de la estructura, es la presencia de la proteína RHO la que determina el final de la transcripción.
El transcrito en los eucariotas se sintetiza a partir de la secuencia molde para la síntesis continua de la molécula de ARN dando lugar a un transcrito primario. El transcrito primario experimenta una serie de modificaciones específicas de La transcripción consta de cuatro fases: Unión: El factor transcripcional general TFIID reconoce la secuencia TATA del promotor en eucariotas. La unión de otros TF (TFIA, B, F y E) y de la propia ARN polimerasa II da lugar a la formación de un complejo basal cerrado: El ADN permanece bicatenario.
23 Iniciación: Comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas determinadas secuencias cortas de bases nitrogenadas, centros promotores, a las que se une y hace que la doble hélice de ADN se abra. El factor TFII H con actividad helicasa desenrolla el ADN creándose un complejo basal abierto. La TFII H con actividad kinasa fosforila el C-Terminal de la ARN polimerasa II e inicia la síntesis de ARN creando un dúplex de ARN-ADN de 9pb aproximadamente. Puede ocurrir lo que se conoce como iniciación abortiva, en esta la iniciación se retrasa debido a que ocurren varios eventos abortados en los que se sintetizan transcritos cortos que se liberan.
Esta fase termina cuando la ARN polimerasa II extiende la cadena de ARN, se desplaza del promotor y se libera TFII-E y H.
Elongación: Es la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARNm. La ARN-polimerasa avanza a lo largo m una caperuza de guanina . Detrás del complejo abierto las cadenas de ADN se cierran para formar la doble hélice. EL TFII-F permanece unido durante toda la elongación. La actividad de la polimerasas está muy potenciada por los factores de elongación.
Terminación: La ARN-polimerasa II reconoce en el ADN una señal de terminación que indica el final de la transcripción. Una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína.
-A que interviene en los procesos de maduración y transporte del ARN fuera del núcleo. La ARN polimerasa II se desfosforila y recicla.
En los eucariotas la región codificante es discontinua. La secuencia de nucleótidos que contiene código (exones) está interrumpida por secuencia sin código (Intrones).
24 2.2.Maduración del ARN A veces el ARNm no se puede traducir directamente, necesita una maduración postranscripcional. Esto consiste en la eliminación de los intrones y la unión de los exones, splicing. Este proceso comienza cuando los intrones forman unos bucles que provocan el acercamiento de los extremos de los exones, y continúa con el corte de estos y la unión de los exones para formar un ARNm que ya está en condiciones de salir del núcleo.
La molécula de ARNm recién sintetizada se denomina pre-ARNm o ARN heterogéneo del núcleo (hnARN). El pre-ARNm sufre una serie de modificaciones post-transcripcionales para rendir un ARNm maduro.
Estas modificaciones son: PoliEliminación de intrones Splicing.
metilaciones. Esta estructura se denomina CAP (Capping). Un CAP que posee un único metilo se conoce como CAP0.
Un CAP con dos grupos metilo se denomina CAP1. Solo una minoría de eucariotas superiores presentan CAP2. Todas estas reacciones suceden en la primera fase de la transcripción.
m m está tapado El ARNhn se le une un complejo proteico (CBC) que tiene la función de: Distinción respecto a otros tipos de ARN.
Correcto procesamiento y transporte del ARN.
Unión al ribosoma para iniciar la traducción.
25 m está poli-adenilado eucariotas está normalmente poliadenilado (Cola de poliA). Esta cola sirve de sitio de unión de proteínas específicas que protegen al ARNm de la degradación enzimática. Esta se une gracias a una enzima específica que reconoce la secuencia consenso AAAUAAA. Esta adición se trata de una modificación cotrascripcional.
m La poliadenilación es importante para la estabilidad del ARNm y para su transporte al citoplasma.
2.2.1. Splicing En los intrones de organismos .
Un número variable de nucleótidos (20-50) por delante del lugar aceptor se encuentra un nucleótido de Adenosina conservado que se denomina lugar de ramificación. Entre el lugar de ramificación y el aceptor se encuentra una región rica en pirimidinas.
El splicing (Corte y empalme) se realiza de forma secuencial manteniendo el mismo orden de eliminación de los intrones. Existen cuatro tipos de intrones: I y II: El splicing se realiza por autocorte y empalme sin necesidad de enzimas (Ribozimas) (ARNr).
III: El splicing se realiza con ayuda de espliceosomas (ARNm).
IV: El splicing con ayuda de endonucleasas y ATP (ARNt).
Al realizar una electroforesis durante este proceso es posible visualizar los diferentes tamaños de los precursores del ARNm maduro.
El splicing se realiza por dos reacciones de trans-esterificación sin necesidad de enzimas proteicos.
2.2.2. Intrones Los intrones de tipo III o intrones del ARNm nuclear son eliminados por la acción de un complejo proteico llamado espliceosoma. El espliceosoma es un complejo de ARNsn y más de 40 proteínas que reconoce las secuencias del intrón implicadas en el splicing y las elimina.
2.2.3. Maduración mediante ARN autocatalíticos La autoeliminación de intrones se da en determinados organismos y es fruto de la actividad del ARN como ribozima.
26 2.2.4. Modelos de maduración Debido a los diferentes modelos de maduración un mismo transcrito primario puede madurar de diferentes maneras dando lugar a diferentes transcritos finales.
27 2.2.5. Resumen 2.2.6. Enhancers y factores de transcripción específicos Los factores transcripcionales específicos (Inducibles o transactivadores) pueden actuar a gran distancia (En trans) del promotor para activar o reprimir la transcripción.
Reconocen secuencias específicas alejadas del promotor (Enhancers) y las interconectan con el complejo basal cerrado mediante un puente proteico.
El ADN al ser una molécula flexible forma un lazo que permite la interconexión entre los TF-E y TF-G.
Los TF-E presentan un dominio de unión al ADN y otro activador separados por un dominio conector.
Los factores transcripcionales específicos pueden actuar cooperativamente e interactuar entre ellos para activar o reprimir la expresión de los genes.
Dominios de unión al ADN: La interacción específica entre las proteínas y el ADN se realiza mediante puentes de hidrógeno entre aminoácidos concretos de la proteína y grupos sustituyentes de las bases nitrogenadas del ADN.
El motivo HTH (Hélice-Giro-Hélice) es un dominio de unión al ADN muy común en los factores transcripcionales específicos.
Los dedos de Zn son estructuras modulares que permiten a los factores transcripcionales específicos realizar contactos con zonas extensas del ADN, y reconocer secuencias determinadas con mucha especificidad. Por ejemplo, las proteínas receptoras de hormonas esteroideas.
28 2.3.El código genético El código genético comprende toda la información almacenada en el ADN, son 64 codones que identifican a los 20 aminoácidos, hay una señal de iniciación y tres de terminación. Así pues es el diccionario de vocablos que permite la traducción de la información genética a partir del ARNm. Las características: Es universal. Compartido por todos los organismos. Aunque ya se conocen algunas excepciones como mitocondrias, algunas bacterias y protozoos.
Es degenerado. La mayor parte de los aminoácidos están codificados por más de un codón, excepto la metionina y el triptófano.
No presenta imperfección. Ningún codón codifica más de un aminoácido.
Carece de solapamiento. Los codones se hallan de manera lineal y continua sin que compartan ninguna base nitrogenada.
2.4.Mutaciones Son cambios en el ADN que se transmiten a la descendencia. Estas pueden ser perjudiciales, beneficiosas o neutras.
Estudiaremos la de tipo génico que son aquellas que provocan cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen.
Ocurren durante la replicación del ADN.
Transiciones: Se sustituye una base del mismo tipo por otra (Púrica-púrica, pirimidinica-pirimidinica).
Transversiones: Se sustituye una base de distinto tipo por otra (púrica-pirimidinica pirimidinica-púrica) Inserción: Consiste en la adición de una base nueva en la cadena.
Deleción: Consiste en la supresión de una base de la cadena.
Cuando ocurre una mutación pero esta codifica el mismo aminoácido que el original se dice que es una mutación silenciosa.
29 2.5.Traducción: De ARN a proteínas Es el proceso que convierte una secuencia de ARNm en una cadena de aminoácidos para formar una proteína. En el proceso se coordina la actividad de tres tipos de ARN: El ARNm, el ARNt y el ARNr.
Se realiza en los ribosomas del citoplasma y del RER, formados por dos subunidades. El ARNm se une a la subunidad pequeña y los aminoácidos a la subunidad grande para ir formando la cadena polipeptídica. Así que las subunidades se encuentran separadas y se unen para la traducción. En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión de los ARNt: El sitio A, donde entran los aminoácidos que se van a unir a la cadena polipeptídica, el sitio P donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación, y el sitio E, donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma.
Los ARNt son los encargados de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma, e incorporarlos a la proteína en formación. Existen dos zonas relevantes para su función, el anticodón formado por tres bases nitrogenadas 30 complementarias con el codón del ARNm codón que reconoce ese ARNt. Esta molécula de ARNt es lineal y está formado por 70-90 nucleótidos. La secuencia sintetasas para cada aminoácido. El número de genes que codifican para cada ARNt es muy variable, los humanos se calcula que tienen más de 200 en diferentes cromosomas.
t La secuencia de una proteína está definida por una secuencia lineal de tripletes contíguos sin solapamientos en el ARNm. La región del ARNm que se traduce es la comprendida entre un codón de inicio AUG, y un codón de terminación. Esta región determina el marco de lectura (Reading frame) de un determinado gen. Las zonas del ARNm no traducidas se denominan UTR (Untraslated región).
Cualquier ARNm tiene tres posibles marcos de lectura, depende de por donde empecemos a leer la secuencia.
Cada marco de lectura determina una secuencia diferente de codones, pero sólo un marco determina la secuencia de una proteína determinada.
El codón AUG determina el marco de lectura.
Un marco de lectura sin un codón de terminación en 50 o más codones se denomina marco abierto (Open Reading Frame, ORF) y normalmente corresponden a genes que codifican proteínas.
En organismos eucariotas los intrones tienen que eliminarse con absoluta precisión para garantizar la reconstrucción correcta del marco de lectura de un ARNm. En los intrones los tres posibles marcos de lectura están bloqueados por codones de terminación (TAG, TAA o TGA).
Los ARNt se aparean con los ARNm mediante una secuencia de tres bases del anticodón. El alineamiento de los dos ARN es antiparalelo. Los anticodones contienen el nucleótido Inosinato que puede formar puentes de H2 con tres nucleótidos diferentes (A, U y C). Esta posición de balanceo explica en parte la redundancia en el código genético.
El anticodón determina el aminoácido que se une al ARNt. El aminoácido unido al ARNt se denomina aminoacil-ARNt.
La aminoacil ARNt sintetasa es el enzima que une los aminoácidos correctos a los ARNt.
El reconocimiento de un aminoácido específico y el ARNt correspondiente por la ARNt sintetasa es una etapa crítica en la traducción del mensaje genético. Las aminoacil-ARNt sintetasa unen los aminoácidos a sus respectivas moléculas de ARNt con gran especificidad. Son dependientes de ATP. Existen dos clases: Clase I Clase II Los ribosomas son riboproteínas que se forman por autoensamblaje de múltiples componentes. El ARNr desempeña la función catalítica y estructural.
La síntesis de proteínas ocurre en polisomas (Polirribosomas). Los ARNm se descodifican simultáneamente por varios mino-terminal al carboxiloterminal.
La síntesis de proteínas se lleva a cabo en tres fases: Iniciación: La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen cerca del codón iniciador, AUG. Este entra en el sitio P del ribosoma al cual se une el ARNt complementario que traerá un aminoácido metionina formando el complejo de iniciación.
La traducción se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma comienza a leer el mensaje. Esta subunidad m. En eucariotas se requiere la ayuda de factores de 31 La cola poli A interviene en el plegamiento del ARNm favor m).
En eucariotas, posterior a la región no codificante se encuentra la secuencia Kozac que contiene el AUG. Los factores de inicio permiten encontrar este codón así como el acoplamiento del ARNt que porta el aminoácido metionina (Formil Met en procariotas).
m hasta el AUG. Posteriormente se une la subunidad 60s.
El ribosoma tiene tres lugares de unión para los aminoacil-ARNt: o Centro aminoacilo A.
o Centro peptidilo P.
o Centro de salida E.
El primer aminoacil-ARNt (Met-ARNt) se une al sitio P.
Elongación: Consiste en el alargamiento de la cadena proteica, y se inicia cuando un segundo ARNt entra en el ribosoma ocupando el sitio A. A continuación se creará un enlace peptídico entre el aminoácido del sitio P y el del sitio A. El segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado, y por el otro, a su codón complementario. Después, se produce la translocación del ribosoma, que implica el desplazamiento del ribosoma a lo largo de ARNm Podemos distinguir tres subfases: o Entrada del segundo aminoacil ARNt al sitio A: La unión tiene lugar cuando un factor de elongación eFITu se une a GTP y juntos entran en el sitio A. La hidrólisis de GTP a GDP libera el factor eF-Tu del ribosoma dejando el aminoacil ARNt en el sitio.
o Formación del enlace peptídico: -amino del aminoácido del sitio A atrae al minoacil-ARNt del sitio P para formar un enlace peptídico. Esta reacción produce un dipeptidil-ARNt en el sitio A. La reacción está catalizada por el ARNr de la subunidad grande del ribosoma que actúa como ribozima con actividad peptidil transferasa.
o Traslocación: m. Este movimiento desplaza al dipeptidil-ARNt al sitio P y deja libre el sitio A. Este paso requiere el factor de elongación EF-G y la hidrólisis de una nueva molécula de GTP.
El ARNt que llevaba el aminoácido queda libre y se mmoverá al sitio E donde queda libre y se libera al citoplasma.
El sitio A queda libre para recibir un nuevo animoacil-ARNt Terminación: Tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra un codón de terminación (UAA, UGA o UAG). Unos factores de liberación hacen que se separe por hidrólisis la cadena polipeptídica del ARNt.
En este caso no hay ningún ARNt con este anticodón que lleve cargando un aminoácido. En lugar de eso los factores de terminación (RF) entran en el sitio A y liberan la cadena proteica del ribosoma mediante la hidrólisis del enlace éster entre el polipéptido y el ARNt.
Como consecuencia se desensambla todo el complejo de traducción y se disocian las dos subunidades del ribosoma.
32 Las tres etapas que caracterizan la síntesis de proteínas requieren energía que se obtiene de la liberada en la hidrólisis de GTP en GDP.
En procariotas la transcripción y la traducción son procesos continuos.
33 ...

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