Principios generales de la expresión génica, Apuntes de Biología

¡Descarga Principios generales de la expresión génica y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! Tema 7: Principios generales de la expresión génica Estructura del ADN El ADN está formado por 2 cadenas de ácido desoxirribonucléico que colocadas de forma antiparalela y se abrazan mutuamente dando lugar a la doble hélice. En la doble hélice, el DNA tiene 2 surcos bien definidos: • F 0 2 0Surco mayor: en este surco están expuestos los átomos de las bases que tendrán que interaccionar con importantes proteínas • F 0 2 0Surco menor En la replicación del ADN los nuevos nucleótidos se irán añadiendo al extremo 3´. Después de la replicación se produce la transcripción; para ello el ADN se tiene que abrir y se copiará en el ARNm Los diferentes codones de ARNm darán lugar a los aminoácidos que forman una proteína en un proceso denominado traducción. Los aminoácidos leen del extremo 5´ 3´ y se incluyen en el extremo amino del carboxilo, dejando estas zonas libres. Transcripción El ARN es importante en la expresión celular de la información genética. Hay 3 tipos de ARN: ARNm, ARNt y ARNr. Hay 3 diferencias entre el ARN y el ADN: • El ARN posee el azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa • El ARN posee uracilo en lugar de timina • El ARN no es bicatenario, si no monocatenario Es necesario señalar que el ARN actúa en 2 niveles: - Genético: el ARN lleva la información genética contenida en el ADN (ARNm) - Funcional: el ARN actúa como una macromolécula, sirviendo en la construcción de ribosomas o interviniendo en la síntesis de proteínas (ARNt) La transcripción de la información genética desde el ADN hasta el ARN es llevada a cabo por acción de una enzima RNA-polimerasa, que cataliza la formación de enlaces fosfodiéster entre ribonucleótidos. La RNA-polimerasa requiere la presencia de ADN, que actúa como molde. Los precursores del ARN son los tripletes ATP, GTP, UTP y CTP. Durante la elongación de la cadena de ARN se añaden nucleótidos al extremo 3´ de la ribosa precedente, que se polimerizan con la liberación de dos enlaces fosfato de alta energía. La síntesis de ARN se produce en dirección 5´ F 0 5 FF 0 2 03 ´ y la banda de molde es antiparalela. La primera base del ARN es casi siempre una Adenina o una Guanina. La ARN-polimerasa tiene 4 subunidades: 2 copias α, β, β´ y δ (sigma). Para iniciar apropiadamente la cadena de ARN, la RNA-polimerasa debe escoger la región apropiada del ADN, denominadas promotores. Una vez que se une la RNApolimerasa puede continuar todo el proceso de transcripción. La RNA-polimerasa abre la doble hélice de ADN por en la secuencia promotora a la vez que induce pequeños desenrrollamientos que se cierran tan pronto para la enzima. Como resultado, las bases del molde quedan expuestas y pueden ser copiadas al ARN complementario. Cuando un ADN tiene 2 promotores cerca apuntando en direcciones opuestas ocurre la transcripción simultánea en ambas direcciones. Una vez que se ha formado una pequeña porción de ARN el factor δ (sigma) se disocia ya que sólo está implicado en la formación del complejo ARN-polimerasa – ADN. La transcripción finaliza en unos puntos específicos denominados finalizadores de transcripción. Por tanto y al contrario que en la replicación que implica la copia de todo un genoma, la transcripción implica unidades mucho más pequeñas que el ADN. Promotores Los promotores son secuencias específicas del ADN donde se une la ARN-polimerasa. Es el factor δ (sigma), como parte de la RNApolimerasa, quien reconoce los promotores. Un único microorganismo puede tener diversos factor δ (sigma) que pueden reconocer distintas secuencias promotoras. Los promotores se localizan 10 bases antes del inicio de la transcripción: la región –10, llamada secuencia o caja de Pribnow. Existe una segunda secuencia que está a 35 bases del inicio de la transcripción. Terminadores de la trascripción La terminación de la síntesis del ARN tiene lugar en secuencias específicas de bases del ADN. Una secuencia común de terminación es la que contiene una repetición invertida con un segmento central no repetido, estas repeticiones conducen a la formación de estructuras en forma de bucle en el ARN, que si se encuentran antes de una secuencia de Uracilos da lugar a la terminación de la transcripción. Otros sitios de terminación son regiones ricas en Guanina-Citosina seguidas de secuencias de Adenina-Timina. Existen otras secuencias que requieren factores protéicos además de ARN-polimerasa para funcionar. Un tipo de terminador requiere una proteína llamada Rho, que no se une a la RNApolimerasa ni al DNA, si no que se une al RNA naciente y se mueve hacia el complejo ARNpolimerasa- DNA. Una vez que la RNApolimerasa se detiene en el sitio de terminación dependiente de Rho, esta puede hacer que el RNA y la polimerasa se separen del ADN, terminando así la transcripción. En todos los casos, las secuencias implicadas en la terminación operan a nivel del ARN. Sin embargo, como el ARN se transcribe del ADN, la terminación viene determinada por una secuencia de nucleótidos específica del ADN. Lo normal en bacterias es un ARNm que codifique más de un gen (ARN policistrónico) Operones Un operón es una unidad completa de expresión génica que, generalmente, implica genes que codifican varios polipéptidos en un ARNm policistrónico o genes que codifican ARNr. RNA-polimerasa en Archaea - Tiene una única ARN-polimerasa pero compleja F 0 2 0- La ARN-polimerasa necesita interactuar con secuencias específicas de los promotores (interacción más compleja que en bacterias ya que están implicadas muchas proteínas) F 0 2 0- No se sabe cuales son las terminaciones, se cree que son secuencias con poli Timina, por lo que son distintas a las bacterianas. RNA-polimerasa en Eukarya - Tienen 3 tipos diferentes de ARN-polimerasa en sus núcleos, debido a que cada ARNpolimerasa sólo reconoce a aquellos promotores de un tipo particular de genes. o ARN-polimerasa I: sintetiza la mayoría de los ARNr o ARN-polimerasa II: sintetiza los ARNm o ARN-polimerasa III: sintetiza los ARNt y un tipo de ARNr F 0 2 0- No existen operones Procesamiento del ARNm en eucariotas Los genes eucariotas, a menudo, están integrados por secuencias no codificadoras o intrones que separan a las secuencias codificadoras o exones. El transcrito primario de un gen de este tipo debe ser procesado para eliminar las regiones no codificadoras antes de iniciar la transcripción, mediante los siguientes procesos: • Camping: Modificación del extremo 5´ por adición de una guanina metilada en forma de GAP. • Añadir una cola poli A al extremo 3´ • Splicing: Eliminación de los intrones y unión de los distintos exones. La mayoría de los intrones tienen capacidad de autoprocesamiento, por lo que son capaces de eliminarse ellos mismos de una molécula de ARN y unir los 2 exones adyacentes. Se dice que actúan como ribozimas (tipo de enzima que funciona como ARN catalítico) Traducción del ARNm La traducción del ARNm es una secuencia específica de aminoácidos se lleva a cabo con la intervención de un elevado número de ARNt. El ARN de transferencia es una molécula adaptadora que tiene 2 especificidades: una para un codón en el ARNm y otra para un aminoácido determinado. Una de las partes variables de la molécula del ARNt es el asa anticodón, en el que hay 3 nucleótidos implicados específicamente en el proceso de reconocimiento del codón. Otras partes del ARNt interaccionan con el ribosoma, con factores protéicos y con la enzima activadora. En el extremo 3´ de la cadena se sitúan3 nucleótidos que se proyectan al exterior formando una protuberancia en la molécula y siempre tiene la misma secuencia CCA; en la ribosa de esta A terminal se asocia covalentemente el aa. a través de enlace éster. A partir del ARNt aceptor el aminoácido es transferido a la cadena polipeptídica en formación que está en el ribosoma. La síntesis de proteínas (traducción) consta de 3 pasos: Iniciación: siempre comienza con una subunidad ribosómica 30s que forma el complejo de iniciación, que consta, además de la subunidad 30s, de ARNm, formilmetionil-ARNt y factores de iniciación. Este paso requiere GTP. A este complejo se le une la subunidad 50s, para completar el ribosoma activo (70s) Precediendo al codón de iniciación en el ARNmexiste una s de reconocimiento ribosómica. El sitio de unión al ribosoma en el extremo 5´ del ARNm es complementario al extremo 3´ del ARN 16s del ribosoma. Esta complementariedad entre bases permite la formación de los complejos ribosoma-ARNm. Los ribosomas eucarióticos, generalmente, reconocen los ARNm por el CAP de un extremo 5´ e inicia su traducción sólo el 1º codón de iniciación. La iniciación siempre comienza en el codón de iniciación AUG, que en bacterias corresponde a formilmetionina y en eukarya y archaea a metionina. La metionina será eliminada por proteasas específicas tras la traducción. Elongación y terminación: El ARNm se mantiene “enhebrado” a través del ribosoma por la subunidad 30s. El ribosoma contiene otros sitios en los que puede interactuar con l ARNt. Dos de ellos se localizan en la subunidad 50s: o Sitio A o sitio aceptor: es el lugar donde se une un nuevo aminoacil-ARNt o Sitio P o sitio peptidil: es el lugar donde el péptido naciente es mantenido por un ARNt. Durante la formación del enlace peptídico el péptido se mueve hacia l ARNt en el sitio A. Se requieren diversos factores de elongación solubles (no ribosómicos) y GTP para la elongación. El ARNt que mantiene al péptido debe ser translocado desde el sitio A al sitio P, quedando libre el sitio A para recibir otro aminoacil-ARNt. La translocación requiere un factor específico de elongación y una molécula de GTP por cada ARNt translocado. En cada paso de translocación el mensaje avanza 3 nucleótidos, exponiendo un nuevo codón al sitio A ribosómico. El ARNt vacío es empujado por la translocación a un 3º sitio, el sitio E (salida) a través del cuál el ARNt sale del ribosoma. Terminación: tiene lugar cuando aparece un codón que no codifica aminoacil-ARNt. Existen 3 de estos codones: UAA, UAG, UGA, denominados codones de parada o sin sentido ya que funcionan como señales de terminación. No se une ningún ARNt a estos codones y, en su lugar, se une factores de liberación que leen el mensaje y separan el polipéptido del último ARNt. A continuación el ribosoma se disocia. Cuando varios ribosomas están traduciendo simultáneamente un mismo mensaje el complejo se denomina polisoma En bacterias y archaea la transcripción y traducción son simultáneas.