Transcript Traducción

Transcripción y Traducción
Marta Gutiérrez del Campo
Dogma central de la Biología
CONCEPTO
El Código Genético
Este es uno de los descubrimientos más
importantes del siglo XX y de toda la Historia
de la Ciencia y de la Humanidad:
Pero antes, ¿sabes
qué es un CÓDIGO?
El código
genético
Veamos qué significa esto…
Un código es el conjunto de rasgos que tiene el mensaje para que pueda ser entendido por el
emisor y el receptor. El código que se ha usado en este texto, por ejemplo, es la lengua
española o el castellano.
El mensaje contenido en los genes es entendido por la célula, “traduciéndose” al “lenguaje” de
las proteínas. Esto es estudiado por la GENÉTICA MOLECULAR.
El Código Genético
Veamos qué significa esto…
Estos son los nombres de estos procesos. Veamos cómo son…
Esto significa que
el ADN es capaz
de sacar copias
idénticas de sí
mismo
Esto significa que el
ADN es capaz de
sacar copias de su
información en
forma de otra
molécula: El ARN
(ácido ribonucleico)
Esto significa que
el mensaje de los
genes, en forma
de ARN, sirve
para formar
proteínas
Transcripción y Traducción
ESQUEMA EXPLICATIVO
Flujo de información genética del ADN a proteínas
Transcripción
CONCEPTO
• La información para fabricar todas las proteínas
está almacenada en las moléculas de ADN de
los cromosomas.
• La sucesión de bases en las moléculas de ADN
es un código químico para la sucesión de
aminoácidos en las proteínas.
• Un segmento de ADN que codifica para una
proteína en particular se llama gen.
Transcripción
ESQUEMA EXPLICATIVO
Los genes del ADN
son capaces de
sacar copias de su
información en
forma de otra
molécula: El ARN
(ácido ribonucleico)
La letra U (Uracilo) sustituye
a la T en el ARN
GGCGCCUAAAUUUG
Las cadenas de ARN son más cortas
que las de ADN y están formadas por
una cadena simple (no doble como
ocurría con el ADN)
Transcripción
ESQUEMA GRÁFICO
Transcripción
ARN (ÁCIDO RIBONUCLÉICO)
• El ARN es un ácido nucleico que se
compone de una sola cadena de
nucleótidos.
• Los nucleótidos de ARN están formados
por ribosa en lugar de la desoxirribosa del
ADN, y tienen la base nitrogenada uracilo
(U) en lugar de timina.
Transcripción
TIPOS DE ARN
•
•
•
ARN mensajero o
ARNm:
lleva
las
instrucciones
para
hacer una proteína
en particular, desde
el ADN en el núcleo
hasta
los
cromosomas.
ARN de transferencia
o ARNt: lleva los
aminoácidos a los
ribosomas,
se
encuentra
en
el
citoplasma.
ARN ribosomal o
ARNr: forma parte de
los ribosmas.
Transcripción
ENZIMA DE LA TRANSCRIPCIÓN: RNA polimerasa
Enzima compleja, no requiere primer (cebador), no
funciona la corrección de errores
Procariotas: sólo un tipo. Con múltiples
subunidades.
E. Coli : factor sigma iniciación + CORE
(holoenzima)
Eucariotas: 3 tipos
I -> ARNr
II -> ARNm
III -> ARNt, ARNsn, ARNr 5S
Transcripción
CAMBIO DE BASES DE ADN A ARNm
Base DNA
Base RNA
Guanina
Citosina
Citosina
Guanina
Adenina
Uracilo
Timina
Adenina
Transcripción
ADN
ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC
TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG
Cuando se transcribe el ADN a ARN ocurre esto:
Gen que va a transcribirse
1º se abre una parte de la doble cadena de ADN:
ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC
ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTA
TACCTAG
TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCAT
ATGGATC
TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG
2º se copia la información del gen añadiendo letras, de
forma complementaria, para formar ARN:
ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATTTAAACATGGATC
ATTCGCGGCATTAATCCGATACCTAGTAGGCGCCUAAAUUUGTACCTAG
TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCAT
ATGGATC
TAAGCGCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTAAATTTGTACCTAG
La doble cadena de ADN NO se
terminará abriendo del todo. Sólo
se transcribe a ARN la información
de algunos genes.
Gen trascrito a ARN
La letra U (Uracilo) sustituye
a la T en el ARN
G
U
ARN
Transcripción
SECUNCIAS PROMOTORAS
Secuencias promotoras (se une la RNA polimerasa)
Procariotas: Secuencias consenso Pribnow (-10
pb aguas arriba) y región -35 pb
Eucariotas: Caja TATA (-25 pb) y CAAT (-70 pb)
Transcripción
BURBUJA DE TRANSCRIPCIÓN
Transcripción
PASOS DE LA TRANSCRIPCIÓN
•
La porción del ADN que
contiene el código para la
proteína que se necesita,
se desdobla y se separa.
El resultado es que se
exponen las bases.
•
Los nucleótidos de ARN
libres que están en el
núcleo, se aparean con las
bases expuestas del ADN.
Como resultado, de los
tripletes del ADN se
forman
tripletes
complementarios en la
molécula de ARNm. Una
sucesión
de
tres
nucleótidos
en
una
molécula que codifica para
un aminoácido se llama un
codón.
Transcripción
PASOS DE LA TRANSCRIPCIÓN
• La
molécula
de
ARNm se completa
por la formación de
enlaces entre los
nucleótidos del ARN.
• La
molécula
de
ARNm se separa de
la molécula de ADN.
La molécula completa
de ARNm, sale del
núcleo, pasa por la
membrana nuclear y
va a los ribosomas.
Transcripción
DIRECCIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
Transcripción
RESUMEN DE LA TRANSCRIPCIÓN
Núcleo celular
Finalmente, el
ARN sale fuera
del núcleo.
Citoplasma
Este ARN también se
llama ARN mensajero,
porque lleva un mensaje
para fabricar proteínas.
ARN
Gracias a los
ribosomas, en el
citoplasma, la
información que
lleva el ARN es
“leída” por los
ribosomas para
formar proteínas en
el proceso llamado
TRADUCCIÓN o
SÍNTESIS DE
PROTEÍNAS
Clic aquí para ver
un vídeo de la
Transcripción
ribosomas
Transcripción
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (I)
1
2
3
Transcripción
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (II)
4
5
6
Transcripción
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (III)
Transcripción
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (IV): MODIFICACIONES
• La adición de un nucleótido
(CAP) la 7-metil guanina al
extremo 5´ del ARNm: para su
unión al ribosoma y protección
contra la degradación.
• La adición de una cola de
adeninas en el extremo 3´: para
la exportación al citoplasma,
aumentar su
estabilidad
y
traducción adecuada.
• La escisión de los intrones y
empalme de exones para formar
una molécula continua: splicing
del ARN
Transcripción
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS (V): RESUMEN
Estructura
mensajero
eucariota
Transcripción
DIFERENCIAS DE TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS
Transcripción
DIFERENCIAS DE TRANSCRIPCIÓN EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS
Característica
Procariota
Eucariota
Cajas y zona operadora
Solo cajas
Policistrones
Monocistrones
RNA polimerasa
una sola, con 5 subunidades
distintas
3 RNA polimerasas.
Estabilización
El RNA recién transcrito, no
tiene.
Contiene, al comienzo de la cadena, 7-metilguanosina o CAP, y al final de la cadena, una
secuencia poli A.
RNA pol, se autoacopla al
promotor
RNA pol, necesita la presencia de proteínas de
iniciación, que se unan antes que ella al ADN.
Promotor
Cistrón
Comienzo
Intrones
Lugar de acción
No tiene
Inmediatamente, al ser
creado
Tiene y se eliminan mediante splicing (corte y
empalme).
En el citoplasma.
Traducción
POROS NUCLEARES: SALIDA DEL ARNm
El ARNm debe ser exportado al citoplasma para su
traducción
Traducción
CONCEPTO
• Es la síntesis de una molécula de proteína, de acuerdo
con el código contenido en la molécula de ARNm.
• Se llama traducción porque comprende el cambio del
“lenguaje” de ácidos nucleicos (sucesión de bases) al
lenguaje de proteínas (sucesión de aminoácidos).
• En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los
ribosomas. Los aminoácidos que se necesitan están
dispersos por el citoplasma. Los aminoácidos correctos
llegan al ARNm por el ARNt.
Traducción
CONCEPTO
• Ocurre en el citoplasma celular, fuera del núcleo.
• La información del ARN mensajero es “leída” por los
ribosomas para fabricar proteínas.
• Cada grupo de tres bases (o “letras”) del ARN mensajero
determina la unión, a la cadena proteica, de uno de los 20
aminoácidos que existen.
Clic aquí para ver un vídeo de
la traducción o síntesis de
proteínas
GGCGCCUAAAUUUAUGGCACCAUGCCAUG
Traducción
ARN t (ÁCIDO RIBONUCLÉICO TRANSFERENTE)
Los ARNt tienen forma de trebol
Traducción
RIBOSOMAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
El ribosoma es funcional cuando se juntan las subunidades
Traducción
RIBOSOMAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
 Orgánulos citoplasmáticos.
 Formados por 2 subunidades:
Subunidad pequeña
se une
Subunidad grande
se unen
ARNm
aa
Se unen cuando van a sintetizar proteínas
Traducción
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Antes de que se inicie la síntesis:
1. Activación de los aa que van a ser unidos
(citoplasma).
2. Cada aa se une a una molécula de ARNt
específica por su extremo 3’
Complejo: aminoacil-ARNt
Traducción
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Traducción
CARACTERÍSTICAS
• Las moléculas de
ARNt son más cortas
que las de ARNm y
tienen la forma de una
hoja de trébol.
• En uno de los lazos
de la molécula de
ARNt hay un conjunto
de tres bases llamado
anticodón. El lado
opuesto transporta un
aminoácido.
• Las bases de los
anticodones del ARNt
son complementarias
a las bases de los
codones del ARNm.
Código Genético
CONCEPTO
• Está compuesto por ”palabras” de tres letras.
• Las cuatro bases se unen en “palabras” de tres
letras (AGC, CGT y así sucesivamente) y se
obtienen 64 grupos o “palabras” diferentes.
• Las 64 combinaciones son suficientes para
codificar los 20 aminoácidos diferentes.
Código Genético
•
Las
sucesiones de
tres bases se
llaman
tripletes
o
codones.
•
Cada triplete
codifica para
un solo tipo
de
aminoácido.
•
La mayoría de
los
aminoácidos
se codifican
por más de un
triplete
o
codon.
Tercera letra
CODONES
Código Genético
CARACTERÍSTICAS
1- El código genético es universal. Todos los seres vivos lo emplean;
con ciertas excepciones, por ejemplo, el de las mitocondrias, que tiene
algunas diferencias.
2- Se trata de un código degenerado pues el número de tripletas (64)
es superior al de aminoácidos existentes en las proteínas (20).
3- Existen tres tripletas que no codifican ningún aminoácido, son las
tripletas "sin sentido", de "paro" o "stop". Estas tripletas marcan el final
de la región a traducir, esto es, el final de la molécula proteica.
4- La secuencia AUG codifica el principio de la región que se va a
traducir y al mismo tiempo sirve para codificar al aminoácido metionina.
Por lo tanto, todas las proteínas comienzan por la metionina,
posteriormente, esta metionina que ocupa la posición inicial puede ser
eliminada.
Traducción
¿Cuántos ARNt diferentes deben existir en la célula?
Supuesto:
Si 43= 64
Codones 61 + 3 codones sin sentido
Sin embargo:
Sólo existen 31 ARNt s
Respuesta:
ARNt s reconocen más de un codón
Traducción
ESQUEMA EXPLICATIVO
En la traducción del ARNm participan los ribosomas y los
ARNt
Traducción
INICIACIÓN
 Codón 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
INICIACIÓN
La porción de ARNm
cubierta por el
ribosoma corresponde
a 6 nucleótidos = 2
codones.
Sitio P
Sitio A
Traducción
ELONGACIÓN
 La 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.
 Tres subetapas:
 Unión de un aminoacil ARNt al sitio A
 Formación del enlace peptídico
 Translocación del dipéptido al sitio P
Traducción
ELONGACIÓN
Unión de un
aminoacil ARNt al
sitio A
Formación del enlace
peptídico
Translocación del
dipéptido al sitio P
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
POLIRRIBOSOMA
• Lectura del ARNm por
varios ribosomas:
POLIRRIBOSOMA.
• En eucariotas: se
almacenan
generalmente en el
lumen del RER. Luego
maduración en Golgi.
Traducción
DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
• Procariotas: traducción simultánea con
transcripción.
• Eucariotas: separación espacial y temporal.
48
Traducción
RESUMEN GRÁFICO
1
3
2
4
Traducción
En procariontes (bacterias) un RNA puede codificar para mas de un gen
Estructura primaria
(Secuencia lineal)
Residuos de los distintos aminoácidos
Estructura secundaria
Estructura terciaria
(forma adoptada espontáneamente)
(Forma tridimensional: globular,
tubular, como una rueda, etc.)
Las proteínas sufren transformaciones post-traduccionales
Estructura cuaternaria: combinación de monómeros
Traducción
Modificaciones post-traduccionales de las proteínas
El sistema de endomembrana esta formado por el
núcleo, el RER y el aparato de Golgi
En el sistema de
endomembranas las
proteínas son modificadas
y enviadas a sus destinos
finales.
Regulación génica
REGULACIÓN EN BACTERIAS
• Las bacterias son organismos unicelulares
y requieren de regulación de genes para
adaptarse a las necesidades ambientales.
GENES QUE FORMAN SU ADN
Genes constitutivos :
• Codifican para el metabolismo básico celular se
expresan continuamente
• Los genes constitutivos codifican para sistemas
enzimáticos constitutivos.
Regulación génica
REGULACIÓN EN BACTERIAS
Genes adaptativos:
• Se expresan solamente en determinadas
situaciones, codifican para enzimas que
solamente se necesitan en momentos
concretos.
• Genes adaptativos codifican para sistemas
enzimáticos adaptativos.
Regulación génica
REGULACIÓN BACTERIANA: OPERÓN
• Grupo de genes estructurales cuya expresión
está regulada por los mismos elementos de
control (promotor y operador) y genes
reguladores.
• Es un modelo de regulación de la expresión
génica.
• Jacob y Monod en Escherichia coli.
• Conceptos:
–
–
–
–
Promotor.
Genes estructurales. ARN policistrónico
Operador
Gen regulador
Regulación génica
ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA OPERON
Regulación génica
OPERON INDUCIBLE
1
2
3
4
Regulación génica
OPERON REPRIMIBLE
1
2
3
Regulación génica
OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC
• Regula los enzimas implicados en el
metabolismo de la lactosa.
• Es INDUCIBLE: la existencia de lactosa en el
medio induce la síntesis de enzimas para su
metabolismo.
• Control negativo y positivo
En
ausencia
de
LACTOSA
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Regulación génica
OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC
• En ausencia de
lactosa el represor
está unido a
promotor y no hay
transcripción.
• Cuando hay
lacotsa:
– En el medio se
forma alolactosa.
– Ésta se une al
represor
– El represor libera al
promotor
Regulación génica
OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC
• Cuando hay lactosa:
– El promotor queda
libre, y a él se une la
ARN polimerasa
– Comienza la
transcripción de
genes de enzimas
implicadas en la
degradación de la
lactosa.
• Así sólo se producen
los enzimas
necesarios en el
momento preciso.
Regulación génica
OPERON INDUCIBLE: OPERON LAC
Regulación génica
OPERON REPRIMIBLE: OPERON TRIPTÓFANO
• Es un operón reprimible.
• Cuando el producto final
es excesivo se reprimen
los genes de los enzimas
que dan lugar a su
síntesis.
• En este caso, el represor
sólo es activo cuando se
une al triptófano.
Regulación génica
OPERON REPRIMIBLE: OPERON TRIPTÓFANO
• Cuando hay
suficiente cantidad
de triptófano, éste se
une al represor y lo
activa.
• Triptófano =
correpresor.
• El represor se une al
promotor y se
bloquea la
transcripción de los
genes para la
síntesis de triptófano.
Regulación génica
REGULACIÓN EN EUCARIOTAS
En un mamífero una célula cualquiera puede expresar
unas 5000 proteínas diferentes a partir de ~35000
genes.
La mayor parte de estas proteínas son necesarias para
cualquier tipo celular y normalmente se expresan en
forma constitutiva (housekeeping proteins
housekeepingen).
Otras solo se encuentran presentes en algunos tipos
celulares.
Como se regula este proceso?
Regulación génica
REGULACIÓN EN EUCARIOTAS
• Peor conocido por más complejo.
• Diversidad de funciones a pesar del tener
todas el mismo genoma.
• Contienen:
– Promotores cercanos
– Secuencias activadoras más lejanas a los
genes: los enhancers
– Ambos son lugares de unión a proteínas
reguladoras.
Regulación génica
REGULACIÓN EN EUCARIOTAS
Para evitar el despilfarro de la energía, las células no
disponen de todas las proteínas que están codificadas en
sus genes, sino en cada momento sintetizan solamente
aquellas que necesitan y en las concentraciones adecuadas,
mediante la regulación de la expresión génica.
La regulación de la expresión génica en eucariotas se puede
llevar a cabo en cinco niveles diferentes tres en el núcleo:
1. Control de la estructura de la cromatina
2. Control de la transcripción
3. Control de la maduración postranscripcional
NÚCLEO
4. Control de la traducción
5. Control del procesamiento postraduccionales
CITOPLASMA
Regulación génica
REGULACIÓN EN EUCARIOTAS
Regulación transcripción:
Metilación del DNA en las regiones reguladoras de un gen que se
hereda (herencia epigenética)-> Impronta parental (Parental
imprinting)
Metiltransferasa
Citosina
Metil-Citosina
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