Transcript Síntesis de ARN.
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TEMA 12
SÍNTESIS DE ARN:
TRANSCRIPCIÓN
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1- GENÉTICA MOLECULAR
¿Qué son los genes? ¿qué tipo de información contienen?
¿Cómo se expresa esa información durante el desarrollo
embrionario para que se manifiestes las características
heredadas en los descendientes? La genética molecular da
respuesta a estos interrogantes cuando descubre la relación
existente entre las proteínas y los ácidos nucleicos.
Entre los años 40 y 70 se realizaron experimentos con la
Escherichia coli que permitió identificar la naturaleza
molecular del gen.
•Demostraron que los genes no eran proteínas sino
moléculas de ADN.
•Diseñaron el modelo doble hélice y que permitía explicar
las funciones esenciales del gen: almacenar y expresar
información
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2. DEL GEN A LA PROTEINA.
La casi infinita diversidad de secuencias de aminoácidos posibles
convierte alas proteínas en las moléculas más variadas que existen,
capaces de construir múltiples estructuras celulares que desempeñan
una enorme diversidad de funciones biológicas; en realidad, “somos”
nuestras proteínas.
Puede considerarse que n gen es un segmento de ADN que contiene
la información necesaria para que se sintetice una proteína
determinada (o cadena peptídica): la información fluye del ADN al
ARNm y de este a la proteína.
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3. LA EXPRESIÓN DE LOS GENES transcurre en dos etapas sucesivas: la
TRANSCRIPCIÓN de la información genética o síntesis de ARN y la
TRADUCCIÓN ó síntesis de proteínas.
TRANSCRIPCIÓN: en la que una de las dos cadenas del ADN actúa como
molde para la síntesis de una cadena de ARN, que tiene una secuencia
complementaria.
Existen genes que se transcriben pero no se traducen (ARN t y ARN r)
Existen secuencias génicas reguladoras, ni se transcriben ni se traducen,
sirven de signos de puntuación, señales de inicio y de fin.
TRADUCCIÓN: las instrucciones del gen son traducidas por los
ribosomas de acuerdo con el código genético que establece las
correspondencia entre idioma del ARNm (secuencia de bases)y el
idioma de las proteínas (secuencia de Aa)
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PROCARIOTAS
• Genes continuos: información
necesaria para síntesis de
proteínas.
EUCARIOTAS
• ADN asociado a proteínas no
histonas. Empaquetamiento bajo,
facial acceso en transcripción.
• Genes fragmentados: formados
por exones( transcripción y
traducción) e intrones
(transcripción)
• ADN asociado a histonas. Gran
empaquetamiento, difícil acceso
en transcripción.
• Una sola ARN polimerasa para
síntesis de todos ARN.
• Tres ARN polimerasas: ARNr pol I ,
ARNm pol II, ARNt pol III.
• Transcripción y traducción a la
vez y en el citoplasma.
• Transcripción en núcleo, ARN pasa
membrana hacia citoplasma y
traducción en ribo de citoplasma y
RE.
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PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
• Genes policistrónicos:
transcripción en cadena larga de
ARNm que codifica varias
cadenas peptídicas distintas.
• Genes monocistrónicos:
transcripción en una cadena de
ARNm que codifica una cadena
peptídica.
• Maduración del ARN transcrito
primario precursor del ARNt y
ARNr.
• Maduración del ARN transcrito
primarios: precursores de los
tres tipos de ARN.
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TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
ELEMENTOS QUE INTERVIENEN:
AND molde: aquella de la que
se obtiene réplica.
INFORMATIVA: 5’ a 3’.
MOLDE : 3’ a 5’.
Primer nucleótido transcrito
es el inicio y el +1.
Numeramos en positivo a la
derecha (dirección extremo 5’)
y en negativo hacia la
izquierda.
Cadena ADN molde
Ribonucleótidos
ARN polimerasa II
HEBRA MOLDE
Extre
mo 5’
ARN m
HEBRA
INFORMATIVA
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*RIBONUCLEÓTIDOS. A, G, C,U
en su forma activa = trifosfatos:
ATP, GTP, CTP y UTP.
Estos nucleótidos se unirán
mediante enlace éster
entre el ácido fosfórico 5’
y el grupo –OH 3’ del
anterior nucleótido ya
unido.
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ARN POLIMERASA II (Transcriptasa)
Enzima que cataliza la polimerización de los Ribonucleótidos.
Sus características son:
•Reconoce secuencias promotoras que marcan el inicio de la
transcripción mediante factores de transcripción (proteínas).
• Recorre hebra molde sentido 3’ a 5’. Lee secuencia de sus
bases y selecciona el ribonucleótido apropiado (G _=C, A=U)
• Cataliza la formación del enlace éster. La energía necesaria
para la unión la obtiene de la hidrólisis primera para separar el
resto pirofosfato del nucleótido monofosfato.
•Reconoce la secuencia de terminación.
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LA TRANSCRIPCIÓN
La transcripción se realiza en tres
pasos y antes de ir hacia citoplasma
sufrirá un proceso de maduración.
INICIACIÓN
Para que la ARN pol II transcriba determinados genes, existen tres
clases de secuencias reguladores: el promotor, las secuencias
potenciadoras y las silenciadoras. Todo activado por los factores
de transcripción.
1
El PROMOTOR es la región más próxima al inicio formado por la
secuencia -25TATA, conocida como TATA box ó caja de Hogness,
junto con la secuencia -80CAAT y -120 rica en GC.
Aquellos factores que se unen al promotor se denominan
FACTORES BASALES que ayudan a ir al sitio de iniciación.
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2
Las SECUENCIAS POTENCIADORAS, entre el -200 y -10.000 , a las
que se unen los FACTORES ACTIVADORES DE LA TRANSCRIPCIÓN.
- Desempaquetan la cromatina, disgregan los nucleosomas al
disociar el octámero de histonas y desenrollando la doble vuelta
del ADN para que sea accesible la región promotora.
-Facilitan el acoplamiento de los FACTORES BASALES con la ARN
pol II, incrementa velocidad de síntesis.
3
Las SECUENCIAS SILENCIADORAS, a las que se unen FACTORES
REPRESORES DE LA TRANSCRIPCIÓN, impide actuación de los
factores activadores y disminuyen velocidad de transcripción.
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ELONGACIÓN
La ADN polimerasa II recorre hebra molde sentido 3’ a 5’,
mientras que la cadena del ARNm transcrito primario crece
en dirección 5’ a 3’, crece unos 30 nucleótidos por segundo,
transcribiendo intrones y exones.
TERMINACIÓN
La ARN pol II reconoce la secuencia TTATTT de la señal de
poliadenilación, en el último exón, que codifica como fin de la
transcripción y separación de cadena pre-ARNm de la hebra
molde.
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MADURACIÓN
POSTRANSCRIPCIONAL.
Consiste en modificaciones en ambos extremos , eliminación
de intrones y alteración de ciertas secuencias codificantes.
Al iniciar la transcripción se añade al extremo 5’ del preARNm un resto de metil guanosina trifosfato : “caperuza”
que protege al ARNm del ataque de nucleasas.
Ayuda a los ribosomas a reconocer el lugar como inicio de
la traducción.
La poli-A polimerasa añade al extremo 3’ del pre-ARNm
una cola de poli-A (150-200 ribonucleótidos de adenina)
que protegerá al ARNm y determina la vida media de la
molécula, a más cola más vida.
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Se deben eliminar los intrones y unir los exones entre sí.
La eliminación se hace mediante ´cortes entre los intrones y
los exones, las secuencias intrónicas se enrollan en forma de
lazos y se eliminan mientras que las secuencias exónicas se
empalmen y forman el ARNm funcional que se exportará al
citoplasma.
Estos cortes y uniones se realizan gracias a unas
ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPsn) que
realizarán el splicing y que denominamos espliceosoma.
Se producirá a la vez la edición que consiste en introducir o
eliminar ciertos nucleótidos, alterando ciertas secuencias que
codifican para la síntesis de proteínas. (también denominada
corrección del pre-ARNm)
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5. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN
GÉNICA EN EUCARIOTAS.
Todas las células tienen que responder continuamente a
cambios en el ambiente. Las RESPUESTAS a estos
ESTÍMULOS consisten esencialmente en modificaciones
de la ACTIVIDAD METABÓLICA, ó su COMPORTAMIENTO
por movimientos, inducción de mitosis, formación de
esporas de resistencia…
Esto se realiza modificando la ACTIVIDAD de ciertas
ENZIMAS o regulando la CONCENTRACIÓN ENZIMÁTICA
(variando número de enzimas que participan en una
ruta).
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LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS se
lleva a cabo mediante un sistema semejante a un CONMUTADOR
que se enciende o se apaga.
LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS ES
MÁS COMPREJA y se asemeja a un ORDENADOR que procesa toda
la información y decide si un gen se expresa o no.
Responden rápidamente a los mensajes químicos internos
(variación de hormonas, neurotransmisores…) que llegan desde
los sistemas de coordinación. La etapa más importante es la
embrionaria.
Se realiza desde 5 niveles: 3 en núcleo y 2 en citoplasma.
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A. CONTROL DE LA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA. NÚCLEO.
Primer nivel de control. Se realiza por modificaciones químicas del
ADN ó de las HISTONAS.
En la eucromatina están los genes a ser transcritos pero
densamente empaquetados. Por lo que necesitan ser
descondensados para poder transcribir los genes de esta zona.
• METILACIÓN DEL ADN. La adición de grupos metilo (-CH3) a las
bases del ADN SILENCIA LA EXPRESIÓN GÉNICA. Esta adición facilita
que determinadas regiones donde están las secuencias reguladoras,
adopten la CONFORMACIÓN Z. con esta conformación impide la
unión a la ARN polimerasa.
La metilación es a largo plazo, es decir, aquellas zonas metiladas se
transmiten a las células hijas tras la mitosis.
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• ACETILACIÓN Y METILACIÓN DE LAS HISTONAS. La acetilación
es la adición de grupos acetilo CH3- Co- , que se realiza sobre las
colas dispuestas hacia el exterior de cada nucleosoma. Así se
disminuye su afinidad por el ADN y favorece descondensación
de cromatina facilitando el acceso de la ARN polimerasa hasta
el promotor del gen a transcribir.
La metilación de las colas de histonas hace el efecto contrario
aumenta la condensación favoreciendo la inactivación génica.
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B. CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN. NÚCLEO
Se realiza por acción de elementos traslocables o por factores de
transcripción.
•ELEMENTOS TRASLOCABLES O GENES SALTARINES: se denominan
así por que no tienen una posición fija pueden cambiar en cada
generación provocando inestabilidad génica.
Si se insertan en secuencias codificantes o en reguladoras pueden
producir inactivación o sobreactivación. Pueden ser transposones y
retrotransposones.
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• LOS FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN. Puede ser que un gen se
REPRIMA un tiempo después de haber sido activado : bastaría
con que un factor inhibidor de la transcripción se una a las
secuencias silenciadoras (silencers) que dificulten el acceso de la
ARN polimerasa al promotor.
Pero puede ser que se activen determinados factores
activadores de la transcripción, induciendo a la expresión de
ciertos genes que codifican proteínas esenciales . Muchas
hormonas proteicas como la insulina o esteroídicas como la
progesterona se unen a receptores activando estos factores
activadores.
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C. CONTROL DE LA MADURACIÓN. NÚCLEO
El splicing alternativo y la edición amplifican y modulan la
expresión génica.
Pero a veces, no se une cada exón con su exón anterior en
secuencia sino que puede que se suceden mecanismos
alternativos de corte y pegado a partir de un mismo preARNm, lo que origina cadenas de ARNm con secuencias
distintas.
Es decir, un mismo gen eucariota con varios exones, puede
amplificar su expresión génica, ya que puede fabricar
proteínas diferentes según el orden en que se unen sus exones
durante la maduración .
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D. CONTROL DE LA TRADUCCIÓN. CITOPLASMA.
Actuar sobre las secuencias UTR del ARNm que inhiben la
traducción y facilitan su degradación: eliminando la caperuza y
acortando la cola de poliadenina
Sintetizando las RIBO-LLAVES (ribo-switches) ARN particular que
funciona como llave respondiendo a estímulos y pueden encender
(se traduce) ó apagar (se inhibe).
Por RIBOINTERFERENCIA. El ARN interferente es capaz de silenciar
la expresión génica impidiendo la traducción del ARNm por
degradación o por inhibición de traducción.
Los ARNsi y los ARNmi están relacionados con la defensa antiviral y
con el control de la expresión en diferenciación celular
embrionaria.
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Se ha observado que los niveles de ARNmi son menores
en celular cancerígenas y es uno de los niveles de
estudio actualmente como herramienta terapéutica
para silenciar determinados genes implicados en la
transformación cancerosa.
Los ARNsi se generan a partir de un ARN largo de doble cadena
procedente de virus, transposones , ADN de experimentación.
Los ARNmi proceden de ciertos intrones o de la transcripción de
determinados genes como pueden ser los pseudogenes.
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E.CONTROL DEL PROCESAMIENTO POSTRADUCCIONAL.
CITOPLASMA.
Una vez que se ha sintetizado la proteína, la etapa de
procesamiento postraduccional es la última etapa en la que se
puede realizar un control mediante
-Modificaciones química de algunas proteínas antes de ser
moléculas funcionales
-Cambios conformacionales por adición de grupos químicos
pudiendo pasar de la forma activa a la inactiva.
-Adicción de UBIQUITINA que hace disminuir la vida de la
proteína porque serán degradadas en el proteosoma.
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6. RETROTANSCRIPCIÓN
En las células y algunos virus
existen ENZIMAS
RETROTRANSCRIPTASAS que son capaces conseguir el flujo de
información genética del ARN al ADN.
Los RETROVIRUS se caracterizan porque su genoma está constituido
por una o más cadenas de ARN sencillas que tienen la información
necesaria para construir nuevos virus; además tienen la
particularidad de llevar una doble vida: a veces con ARN y otras con
ADN.
Como cualquier virus necesitan un célula para sintetizar sus
componentes.
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Los podemos encontrar como VIRUS INFECTANTES de vida
libre: poseen una envoltura proteica o cápsida que aloja la
hebra de ARN y la enzima RETROTRANSCRIPTASA; aunque
también los podemos encontrar con la estructura de
PROVIRUS, con doble hebra de ADN en la cual está integrada
un cromosoma de la célula hospedadora.
1.
2.
El virus se une a receptores de membrana de los
linfocitos TH y funde su envoltura con la membrana
celular.
Se despoja de su cápsida y deja libre las dos hebra
de ARN y las enzimas.
Cada enzima utiliza una cadena de ARN como
molde para sintetizar una cadena de ADN copia
formando un híbrido con el ARN. Después vuelve a
actuar la enzima degradando el ARN y creando otro
ADN complementario al ADNc.
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3. Forma una doble hélice de ADN vírico que se
integra en el genoma de la célula hospedadora y
se convierte en PROVIRUS. Ahora se comporta
como un gen más.
4. Realiza ciclo vital de reproducción. Utiliza la
maquinaria del núcleo celular para realizar la
replicación, transcripción y traducción fabricando
así nuevas copias de ARN vírico, proteínas de la
cápsida y de la envoltura , y enzimas
retrotranscriptasas.
5. Las vesículas de Golgi transportan las
glucoproteínas de su envoltura hasta la
membrana plasmática. Los demás componentes
se ensamblan alrededor del ARN y de las enzimas.
6. Se dirige todo hacia la membrana por donde a través de GEMACIÓN
abandonarán la célula siendo libres y capaces de infectar nuevas células.
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7. EL GENOMA.
ES EL TOTAL DE INFORMACIÓN GENÉTICA QUE CONCONTRAMOS EN
UN VIRUS , UN PROCARIOTA O UN EUCARIOTA.
VIRUS: una molécula de ADN o
ARN circular o lineal. Su número de
genes varía de unos pocos a cientos.
Es universal la creencia de que la
célula eucariota fue antes que los
virus, aunque son esenciales para la
evolución celular.
PROCARIOTAS: cromosoma de
ADN circular con entre 1000 y
12000 genes. Suelen tener
plásmidos con ADNc. Pueden
replicarse independientemente
o integrarse en el bacteriano.
Son utilizados como vectores de
genes .
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EUCARIOTAS: en núcleo, con cromosomas lineales y con ADN en las
mitocondrias y en los cloroplastos.
La organización del genoma humano es compleja y está compuesto por el
genoma nuclear y el genoma mitocondrial. (25.000 + 37)
El genoma nuclear se refiere al contenido de un solo grupo haploide de los
cromosomas humanos y está compuesto por 3200 millones de pares de
bases en 24 secuencias cromosómicas distintas. (22 autosomas + 2 sexuales)
ORGANIZACIÓN: EN SECUENICAS RELACIONADAS Y SECUENCIAS
INTERGÉNICAS.
LAS SECUENCIAS RELACIONADAS con genes son como el 1,5% del total y
tenemos codificantes y no codificantes.
- Las codificantes son los exones. Genes que codifican para proteínas (que se
transcriben a ARNm y traduce) y genes que codifican para otros tipos de ARN.
Los genes pueden estar libres o agrupados en familias génicas. La mayoría
que presenta herencia mendeliana con secuencias ADN no repetidas pero
otros , los de histonas, ARNt y ARNr existen múltiples copias.
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- LAS SECUENCIAS NO CODIFICANTES: incluyen secuencias reguladoras,
intrones y pseudogenes.
LAS SECUENCIAS DE ADN INTERGÉNICO ocupan la mayoría del genoma y su
función es desconocida. Son:
-Secuencias cortas muy repetidas en tandem o satélites (parte del
centrómero, telómeros), minisatélites (repeticiones de 3 a 20 nucleótidos) y
microsatélites (repeticiones muy cortas).
-Secuencias repetidas dispersas como por ejemplo transposones,
retrotransposones, secuencias LINE (repeticiones intercaladas largas) y
secuencias SINE (repeticiones intercaladas cortas).
Las repeticiones dan lugar a polimorfismos creando diferencias entre
individuos, por eso se utilizan en medicina forense para la determinación de
la huella génica.
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8. EPIGENOMA.
EPIGENOMA: conjunto de secuencias de ADN que contiene información
epigenética capaz de controlar directamente la expresión de nuestros
genes.
EPIGENÉTICA: es el conjunto de cambios del ADN, reversibles y
heredables, que no afectan a la secuencia de nucleótidos de los genes,
pero sí son capaces de alterar su expresión, haciendo que unos genes se
expresen y otros no en función de las condiciones medioambientales.
LA IMPRONTA GENÓMICA O SELLADO GENÓMICO es un mecanismo
celular de los organismos mas complejos, que marca o deja una impronta
en un grupo de enes para que se silencien, de manera que este patrón de
sellado es diferente para los genes procedentes de la línea paterna y
materna: estos genes imprintables adquieren la marca de sellado durante
la gametogénesis ya conservan la memoria de donde proceden.
TEMA 12
SÍNTESIS DE ARN:
TRANSCRIPCIÓN
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1- GENÉTICA MOLECULAR
¿Qué son los genes? ¿qué tipo de información contienen?
¿Cómo se expresa esa información durante el desarrollo
embrionario para que se manifiestes las características
heredadas en los descendientes? La genética molecular da
respuesta a estos interrogantes cuando descubre la relación
existente entre las proteínas y los ácidos nucleicos.
Entre los años 40 y 70 se realizaron experimentos con la
Escherichia coli que permitió identificar la naturaleza
molecular del gen.
•Demostraron que los genes no eran proteínas sino
moléculas de ADN.
•Diseñaron el modelo doble hélice y que permitía explicar
las funciones esenciales del gen: almacenar y expresar
información
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2. DEL GEN A LA PROTEINA.
La casi infinita diversidad de secuencias de aminoácidos posibles
convierte alas proteínas en las moléculas más variadas que existen,
capaces de construir múltiples estructuras celulares que desempeñan
una enorme diversidad de funciones biológicas; en realidad, “somos”
nuestras proteínas.
Puede considerarse que n gen es un segmento de ADN que contiene
la información necesaria para que se sintetice una proteína
determinada (o cadena peptídica): la información fluye del ADN al
ARNm y de este a la proteína.
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3. LA EXPRESIÓN DE LOS GENES transcurre en dos etapas sucesivas: la
TRANSCRIPCIÓN de la información genética o síntesis de ARN y la
TRADUCCIÓN ó síntesis de proteínas.
TRANSCRIPCIÓN: en la que una de las dos cadenas del ADN actúa como
molde para la síntesis de una cadena de ARN, que tiene una secuencia
complementaria.
Existen genes que se transcriben pero no se traducen (ARN t y ARN r)
Existen secuencias génicas reguladoras, ni se transcriben ni se traducen,
sirven de signos de puntuación, señales de inicio y de fin.
TRADUCCIÓN: las instrucciones del gen son traducidas por los
ribosomas de acuerdo con el código genético que establece las
correspondencia entre idioma del ARNm (secuencia de bases)y el
idioma de las proteínas (secuencia de Aa)
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PROCARIOTAS
• Genes continuos: información
necesaria para síntesis de
proteínas.
EUCARIOTAS
• ADN asociado a proteínas no
histonas. Empaquetamiento bajo,
facial acceso en transcripción.
• Genes fragmentados: formados
por exones( transcripción y
traducción) e intrones
(transcripción)
• ADN asociado a histonas. Gran
empaquetamiento, difícil acceso
en transcripción.
• Una sola ARN polimerasa para
síntesis de todos ARN.
• Tres ARN polimerasas: ARNr pol I ,
ARNm pol II, ARNt pol III.
• Transcripción y traducción a la
vez y en el citoplasma.
• Transcripción en núcleo, ARN pasa
membrana hacia citoplasma y
traducción en ribo de citoplasma y
RE.
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PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
• Genes policistrónicos:
transcripción en cadena larga de
ARNm que codifica varias
cadenas peptídicas distintas.
• Genes monocistrónicos:
transcripción en una cadena de
ARNm que codifica una cadena
peptídica.
• Maduración del ARN transcrito
primario precursor del ARNt y
ARNr.
• Maduración del ARN transcrito
primarios: precursores de los
tres tipos de ARN.
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TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
ELEMENTOS QUE INTERVIENEN:
AND molde: aquella de la que
se obtiene réplica.
INFORMATIVA: 5’ a 3’.
MOLDE : 3’ a 5’.
Primer nucleótido transcrito
es el inicio y el +1.
Numeramos en positivo a la
derecha (dirección extremo 5’)
y en negativo hacia la
izquierda.
Cadena ADN molde
Ribonucleótidos
ARN polimerasa II
HEBRA MOLDE
Extre
mo 5’
ARN m
HEBRA
INFORMATIVA
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*RIBONUCLEÓTIDOS. A, G, C,U
en su forma activa = trifosfatos:
ATP, GTP, CTP y UTP.
Estos nucleótidos se unirán
mediante enlace éster
entre el ácido fosfórico 5’
y el grupo –OH 3’ del
anterior nucleótido ya
unido.
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ARN POLIMERASA II (Transcriptasa)
Enzima que cataliza la polimerización de los Ribonucleótidos.
Sus características son:
•Reconoce secuencias promotoras que marcan el inicio de la
transcripción mediante factores de transcripción (proteínas).
• Recorre hebra molde sentido 3’ a 5’. Lee secuencia de sus
bases y selecciona el ribonucleótido apropiado (G _=C, A=U)
• Cataliza la formación del enlace éster. La energía necesaria
para la unión la obtiene de la hidrólisis primera para separar el
resto pirofosfato del nucleótido monofosfato.
•Reconoce la secuencia de terminación.
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LA TRANSCRIPCIÓN
La transcripción se realiza en tres
pasos y antes de ir hacia citoplasma
sufrirá un proceso de maduración.
INICIACIÓN
Para que la ARN pol II transcriba determinados genes, existen tres
clases de secuencias reguladores: el promotor, las secuencias
potenciadoras y las silenciadoras. Todo activado por los factores
de transcripción.
1
El PROMOTOR es la región más próxima al inicio formado por la
secuencia -25TATA, conocida como TATA box ó caja de Hogness,
junto con la secuencia -80CAAT y -120 rica en GC.
Aquellos factores que se unen al promotor se denominan
FACTORES BASALES que ayudan a ir al sitio de iniciación.
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Las SECUENCIAS POTENCIADORAS, entre el -200 y -10.000 , a las
que se unen los FACTORES ACTIVADORES DE LA TRANSCRIPCIÓN.
- Desempaquetan la cromatina, disgregan los nucleosomas al
disociar el octámero de histonas y desenrollando la doble vuelta
del ADN para que sea accesible la región promotora.
-Facilitan el acoplamiento de los FACTORES BASALES con la ARN
pol II, incrementa velocidad de síntesis.
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Las SECUENCIAS SILENCIADORAS, a las que se unen FACTORES
REPRESORES DE LA TRANSCRIPCIÓN, impide actuación de los
factores activadores y disminuyen velocidad de transcripción.
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ELONGACIÓN
La ADN polimerasa II recorre hebra molde sentido 3’ a 5’,
mientras que la cadena del ARNm transcrito primario crece
en dirección 5’ a 3’, crece unos 30 nucleótidos por segundo,
transcribiendo intrones y exones.
TERMINACIÓN
La ARN pol II reconoce la secuencia TTATTT de la señal de
poliadenilación, en el último exón, que codifica como fin de la
transcripción y separación de cadena pre-ARNm de la hebra
molde.
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MADURACIÓN
POSTRANSCRIPCIONAL.
Consiste en modificaciones en ambos extremos , eliminación
de intrones y alteración de ciertas secuencias codificantes.
Al iniciar la transcripción se añade al extremo 5’ del preARNm un resto de metil guanosina trifosfato : “caperuza”
que protege al ARNm del ataque de nucleasas.
Ayuda a los ribosomas a reconocer el lugar como inicio de
la traducción.
La poli-A polimerasa añade al extremo 3’ del pre-ARNm
una cola de poli-A (150-200 ribonucleótidos de adenina)
que protegerá al ARNm y determina la vida media de la
molécula, a más cola más vida.
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Se deben eliminar los intrones y unir los exones entre sí.
La eliminación se hace mediante ´cortes entre los intrones y
los exones, las secuencias intrónicas se enrollan en forma de
lazos y se eliminan mientras que las secuencias exónicas se
empalmen y forman el ARNm funcional que se exportará al
citoplasma.
Estos cortes y uniones se realizan gracias a unas
ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPsn) que
realizarán el splicing y que denominamos espliceosoma.
Se producirá a la vez la edición que consiste en introducir o
eliminar ciertos nucleótidos, alterando ciertas secuencias que
codifican para la síntesis de proteínas. (también denominada
corrección del pre-ARNm)
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5. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN
GÉNICA EN EUCARIOTAS.
Todas las células tienen que responder continuamente a
cambios en el ambiente. Las RESPUESTAS a estos
ESTÍMULOS consisten esencialmente en modificaciones
de la ACTIVIDAD METABÓLICA, ó su COMPORTAMIENTO
por movimientos, inducción de mitosis, formación de
esporas de resistencia…
Esto se realiza modificando la ACTIVIDAD de ciertas
ENZIMAS o regulando la CONCENTRACIÓN ENZIMÁTICA
(variando número de enzimas que participan en una
ruta).
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LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS se
lleva a cabo mediante un sistema semejante a un CONMUTADOR
que se enciende o se apaga.
LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS ES
MÁS COMPREJA y se asemeja a un ORDENADOR que procesa toda
la información y decide si un gen se expresa o no.
Responden rápidamente a los mensajes químicos internos
(variación de hormonas, neurotransmisores…) que llegan desde
los sistemas de coordinación. La etapa más importante es la
embrionaria.
Se realiza desde 5 niveles: 3 en núcleo y 2 en citoplasma.
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A. CONTROL DE LA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA. NÚCLEO.
Primer nivel de control. Se realiza por modificaciones químicas del
ADN ó de las HISTONAS.
En la eucromatina están los genes a ser transcritos pero
densamente empaquetados. Por lo que necesitan ser
descondensados para poder transcribir los genes de esta zona.
• METILACIÓN DEL ADN. La adición de grupos metilo (-CH3) a las
bases del ADN SILENCIA LA EXPRESIÓN GÉNICA. Esta adición facilita
que determinadas regiones donde están las secuencias reguladoras,
adopten la CONFORMACIÓN Z. con esta conformación impide la
unión a la ARN polimerasa.
La metilación es a largo plazo, es decir, aquellas zonas metiladas se
transmiten a las células hijas tras la mitosis.
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• ACETILACIÓN Y METILACIÓN DE LAS HISTONAS. La acetilación
es la adición de grupos acetilo CH3- Co- , que se realiza sobre las
colas dispuestas hacia el exterior de cada nucleosoma. Así se
disminuye su afinidad por el ADN y favorece descondensación
de cromatina facilitando el acceso de la ARN polimerasa hasta
el promotor del gen a transcribir.
La metilación de las colas de histonas hace el efecto contrario
aumenta la condensación favoreciendo la inactivación génica.
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B. CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN. NÚCLEO
Se realiza por acción de elementos traslocables o por factores de
transcripción.
•ELEMENTOS TRASLOCABLES O GENES SALTARINES: se denominan
así por que no tienen una posición fija pueden cambiar en cada
generación provocando inestabilidad génica.
Si se insertan en secuencias codificantes o en reguladoras pueden
producir inactivación o sobreactivación. Pueden ser transposones y
retrotransposones.
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• LOS FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN. Puede ser que un gen se
REPRIMA un tiempo después de haber sido activado : bastaría
con que un factor inhibidor de la transcripción se una a las
secuencias silenciadoras (silencers) que dificulten el acceso de la
ARN polimerasa al promotor.
Pero puede ser que se activen determinados factores
activadores de la transcripción, induciendo a la expresión de
ciertos genes que codifican proteínas esenciales . Muchas
hormonas proteicas como la insulina o esteroídicas como la
progesterona se unen a receptores activando estos factores
activadores.
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C. CONTROL DE LA MADURACIÓN. NÚCLEO
El splicing alternativo y la edición amplifican y modulan la
expresión génica.
Pero a veces, no se une cada exón con su exón anterior en
secuencia sino que puede que se suceden mecanismos
alternativos de corte y pegado a partir de un mismo preARNm, lo que origina cadenas de ARNm con secuencias
distintas.
Es decir, un mismo gen eucariota con varios exones, puede
amplificar su expresión génica, ya que puede fabricar
proteínas diferentes según el orden en que se unen sus exones
durante la maduración .
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D. CONTROL DE LA TRADUCCIÓN. CITOPLASMA.
Actuar sobre las secuencias UTR del ARNm que inhiben la
traducción y facilitan su degradación: eliminando la caperuza y
acortando la cola de poliadenina
Sintetizando las RIBO-LLAVES (ribo-switches) ARN particular que
funciona como llave respondiendo a estímulos y pueden encender
(se traduce) ó apagar (se inhibe).
Por RIBOINTERFERENCIA. El ARN interferente es capaz de silenciar
la expresión génica impidiendo la traducción del ARNm por
degradación o por inhibición de traducción.
Los ARNsi y los ARNmi están relacionados con la defensa antiviral y
con el control de la expresión en diferenciación celular
embrionaria.
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Se ha observado que los niveles de ARNmi son menores
en celular cancerígenas y es uno de los niveles de
estudio actualmente como herramienta terapéutica
para silenciar determinados genes implicados en la
transformación cancerosa.
Los ARNsi se generan a partir de un ARN largo de doble cadena
procedente de virus, transposones , ADN de experimentación.
Los ARNmi proceden de ciertos intrones o de la transcripción de
determinados genes como pueden ser los pseudogenes.
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E.CONTROL DEL PROCESAMIENTO POSTRADUCCIONAL.
CITOPLASMA.
Una vez que se ha sintetizado la proteína, la etapa de
procesamiento postraduccional es la última etapa en la que se
puede realizar un control mediante
-Modificaciones química de algunas proteínas antes de ser
moléculas funcionales
-Cambios conformacionales por adición de grupos químicos
pudiendo pasar de la forma activa a la inactiva.
-Adicción de UBIQUITINA que hace disminuir la vida de la
proteína porque serán degradadas en el proteosoma.
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6. RETROTANSCRIPCIÓN
En las células y algunos virus
existen ENZIMAS
RETROTRANSCRIPTASAS que son capaces conseguir el flujo de
información genética del ARN al ADN.
Los RETROVIRUS se caracterizan porque su genoma está constituido
por una o más cadenas de ARN sencillas que tienen la información
necesaria para construir nuevos virus; además tienen la
particularidad de llevar una doble vida: a veces con ARN y otras con
ADN.
Como cualquier virus necesitan un célula para sintetizar sus
componentes.
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Los podemos encontrar como VIRUS INFECTANTES de vida
libre: poseen una envoltura proteica o cápsida que aloja la
hebra de ARN y la enzima RETROTRANSCRIPTASA; aunque
también los podemos encontrar con la estructura de
PROVIRUS, con doble hebra de ADN en la cual está integrada
un cromosoma de la célula hospedadora.
1.
2.
El virus se une a receptores de membrana de los
linfocitos TH y funde su envoltura con la membrana
celular.
Se despoja de su cápsida y deja libre las dos hebra
de ARN y las enzimas.
Cada enzima utiliza una cadena de ARN como
molde para sintetizar una cadena de ADN copia
formando un híbrido con el ARN. Después vuelve a
actuar la enzima degradando el ARN y creando otro
ADN complementario al ADNc.
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3. Forma una doble hélice de ADN vírico que se
integra en el genoma de la célula hospedadora y
se convierte en PROVIRUS. Ahora se comporta
como un gen más.
4. Realiza ciclo vital de reproducción. Utiliza la
maquinaria del núcleo celular para realizar la
replicación, transcripción y traducción fabricando
así nuevas copias de ARN vírico, proteínas de la
cápsida y de la envoltura , y enzimas
retrotranscriptasas.
5. Las vesículas de Golgi transportan las
glucoproteínas de su envoltura hasta la
membrana plasmática. Los demás componentes
se ensamblan alrededor del ARN y de las enzimas.
6. Se dirige todo hacia la membrana por donde a través de GEMACIÓN
abandonarán la célula siendo libres y capaces de infectar nuevas células.
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7. EL GENOMA.
ES EL TOTAL DE INFORMACIÓN GENÉTICA QUE CONCONTRAMOS EN
UN VIRUS , UN PROCARIOTA O UN EUCARIOTA.
VIRUS: una molécula de ADN o
ARN circular o lineal. Su número de
genes varía de unos pocos a cientos.
Es universal la creencia de que la
célula eucariota fue antes que los
virus, aunque son esenciales para la
evolución celular.
PROCARIOTAS: cromosoma de
ADN circular con entre 1000 y
12000 genes. Suelen tener
plásmidos con ADNc. Pueden
replicarse independientemente
o integrarse en el bacteriano.
Son utilizados como vectores de
genes .
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EUCARIOTAS: en núcleo, con cromosomas lineales y con ADN en las
mitocondrias y en los cloroplastos.
La organización del genoma humano es compleja y está compuesto por el
genoma nuclear y el genoma mitocondrial. (25.000 + 37)
El genoma nuclear se refiere al contenido de un solo grupo haploide de los
cromosomas humanos y está compuesto por 3200 millones de pares de
bases en 24 secuencias cromosómicas distintas. (22 autosomas + 2 sexuales)
ORGANIZACIÓN: EN SECUENICAS RELACIONADAS Y SECUENCIAS
INTERGÉNICAS.
LAS SECUENCIAS RELACIONADAS con genes son como el 1,5% del total y
tenemos codificantes y no codificantes.
- Las codificantes son los exones. Genes que codifican para proteínas (que se
transcriben a ARNm y traduce) y genes que codifican para otros tipos de ARN.
Los genes pueden estar libres o agrupados en familias génicas. La mayoría
que presenta herencia mendeliana con secuencias ADN no repetidas pero
otros , los de histonas, ARNt y ARNr existen múltiples copias.
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- LAS SECUENCIAS NO CODIFICANTES: incluyen secuencias reguladoras,
intrones y pseudogenes.
LAS SECUENCIAS DE ADN INTERGÉNICO ocupan la mayoría del genoma y su
función es desconocida. Son:
-Secuencias cortas muy repetidas en tandem o satélites (parte del
centrómero, telómeros), minisatélites (repeticiones de 3 a 20 nucleótidos) y
microsatélites (repeticiones muy cortas).
-Secuencias repetidas dispersas como por ejemplo transposones,
retrotransposones, secuencias LINE (repeticiones intercaladas largas) y
secuencias SINE (repeticiones intercaladas cortas).
Las repeticiones dan lugar a polimorfismos creando diferencias entre
individuos, por eso se utilizan en medicina forense para la determinación de
la huella génica.
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8. EPIGENOMA.
EPIGENOMA: conjunto de secuencias de ADN que contiene información
epigenética capaz de controlar directamente la expresión de nuestros
genes.
EPIGENÉTICA: es el conjunto de cambios del ADN, reversibles y
heredables, que no afectan a la secuencia de nucleótidos de los genes,
pero sí son capaces de alterar su expresión, haciendo que unos genes se
expresen y otros no en función de las condiciones medioambientales.
LA IMPRONTA GENÓMICA O SELLADO GENÓMICO es un mecanismo
celular de los organismos mas complejos, que marca o deja una impronta
en un grupo de enes para que se silencien, de manera que este patrón de
sellado es diferente para los genes procedentes de la línea paterna y
materna: estos genes imprintables adquieren la marca de sellado durante
la gametogénesis ya conservan la memoria de donde proceden.