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Algunos conceptos centrales son: GEN: secuencia de ADN que posee información para un producto celular con función específica. Es la unidad informativa del ADN, responsable de una característica transmisible. GENOMA: conjunto de genes de una especie. EXPRESIÓN GENÉTICA: es el desciframiento o decodificación de la información contenida en el ADN. La expresión genética se da en dos etapas, representadas por el “Dogma central de la biología”:

TRANSCRIPCIÓN: pasaje de la información contenida en el ADN al ARN. TRADUCCIÓN: pasaje de una secuencia de nucleótidos, contenida en el ARN, a una secuencia de aminoácidos (o se una proteína) DUPLICACIÓN DEL ADN: cada molécula de ADN genera dos copias idénticas (este proceso no tiene que ver directamente con la expresión genética sino que lo relacionamos como algo necesariamente previo a la división celular ya que una célula duplicará su ADN para luego repartirlo equitativamente entre las células hijas). TRANSCRIPCION INVERSA: es el único paso “reversible” del dogma y solamente pueden hacerlo cierto tipo de virus (retrovirus) Es importante destacar el flujo de la información genética: del ADN hacia las proteínas (con la excepción de la transcripción inversa).

TRANSCRIPCIÓN Implica la síntesis de moléculas de ARN a partir de una molécula de ADN molde. Esta síntesis la realiza la enzima ARN polimerasa, que “lee” los nucleótidos del ADN, busca ribonucleótidos complementarios a éstos, y construye una cadena nueva en base a la información de una de las hebras del ADN. La ARN polimerasa se caracteriza porque: - la hebra de ADN que toma como molde es la 3´ 5´, es decir que leerá esa cadena molde en dirección 3´5´. - Sintetiza la cadena de ARN en dirección 5´3´, que será por lo tanto antiparalela y complementaria a la hebra molde de ADN. Ejemplo:

5´ATTCGACCGAATTT 3´ 3´TAAGCTGGCTTAAA 5´

Hebra antimolde, positiva o Hebra molde, negativa o no

transcripción

5´AUUCGACCGAAUUU 3´

Molécula de ARN

PROCESO DE LA TRANSCRIPCIÓN Es muy similar en eucariontes y procariontes. Por eso describimos el proceso en líneas generales y luego vemos las diferencias entre eucariontes y procariontes.

1- La ARN polimerasa reconoce una secuencia específica de nucleótidos de ADN: el promotor. El promotor será reconocido específicamente por la ARN polimerasa y de algún modo marcará el punto de inicio de la transcripción de un gen. 2- La ARN polimerasa comienza a avanzar separando las dos cadenas del ADN (rompiendo los puentes de hidrógeno entre ellas) y simultáneamente va leyendo la hebra molde y sintetizando la cadena de ARN complementaria. Los sustratos de la transcripción serán los ribonucleótidos trifosfatados (al incorporarse al ARN rompen 2 enlaces fosfatos y liberan la energía necesaria para unirse al ARN en crecimiento) 3- La ARN polimerasa avanza hasta que reconoce secuencias específicas del ADN: las secuencias de terminación, que señalan el fin de la transcripción

Comparación de la transcripción en eucariontes y procariontes: PROCARIONTES Un solo tipo de ARN pol (con varias subunidades) Promotor típico procarionte Sin factores de transcripción En el citoplasma Secuencias de terminación procariontes ARNm no maduran ni se procesan

EUCARIONTES 3 tipos de ARN pol: ARN pol I, ARN pol II, ARN pol III (cada una transcribe cierto tipo de ARN) Promotor típico eucarionte Con factores de transcripción En el núcleo Secuencias de terminación eucariontes ARNm siempre se procesan

En ambos tipos celulares los ARNt y ARNr sufren un proceso de maduración, pero solamente en eucariontes los ARNm son procesados. Otra diferencia entre ARNm euca y proca es que los ARNm procariontes son policistrónicos (cada ARNm tiene información para más de una proteína) mientras que los ARNm eucariontes son monocistrónicos ( cada ARNm tiene información para solo una proteína) El ARNm eucarionte recién transcripto se llama transcripto primario. Se caracteriza porque contiene dos tipos de secuencias: los exones (secuencias codificantes, tienen información para la síntesis proteica) y los intrones (secuencias no codificantes, es decir sin información y por ello luego serán eliminadas).

Maduración de ARNm en eucariontes

Son 3 modificaciones que ocurren en el núcleo: 1- capping: al extremo 5´se le agrega un nucleótido modificado o CAP (protege al extremo 5´ y luego en la traducción permitirá el reconocimiento del ribosoma) 2- Poliadenilación: agregado al extremo 3´de una sucesión de adeninas, la cola poli-A (protege al extremo 3´) 3- Splicing: eliminación de intrones y empalme de exones. El resultado es un ARNm maduro.

TRADUCCIÓN Implica el desciframiento del ARNm a una secuencia de aminoácidos. ¿Por qué “traducción? Porque entre ARN y proteína hay un evidente cambio de lenguaje: de los nucleótidos pasamos a los aminoácidos. Debe haber entonces, como en toda traducción, un “diccionario” que permita hacer equivalencias entre ambos lenguajes. Es decir, que establezca relaciones de correspondencia entre los nucleótidos y los aminoácidos. Estamos hablando del Código genético. El código relaciona codones (secuencias de 3 nucleótidos consecutivos presentes en el ARNm) con aminoácidos. El código genético tiene 3 características: - es universal: el mismo código es aplicable a todos los seres vivos - es degenerado: existen codones sinónimo, es decir que varios codones distintos codifican el mismo aminoácido (ej: CCA – CCC – CCU – CCG codifican todos para prolina, luego son codones sinónimo) - no es ambiguo: a cada codón le corresponde un y solo un aminoácido. De todos los codones que presenta el código nos interesan: - AUG que codifica para metionina. Es el codón que marcará el inicio de la traducción. - UAG, UGA, UAA que son los codones de terminación, señalan el fin de la traducción

Repasemos algunas características de los tres tipos de ARN: ARNm
lleva, en su secuencia de nucleótidos, la información para una secuencia de aminoácidos.
a cada conjunto de tres nucleótidos consecutivos se los llama codón o triplete. Un codón codifica para un aminoácido. ARNr


ARNt





Hay distintos tipos de ARNr que se distinguen fundamentalmente por su tamaño Se asocian con proteínas ribosomales y constituyen así los ribosomas. Los ribosomas están formados por dos subunidades, la mayor y la menor. Son el lugar físico de la síntesis proteica. Transporta los aminoácidos hacia el ribosoma Tiene bases modificadas químicamente Está plegado en forma de trébol Tiene un anticodón, que será complementario a algún codón del ARNm

¿En qué consiste la traducción? Dado un cierto ARNm, se comienza a leer desde el extremo 5´hacia el 3´buscando el primer codón AUG que aparezca: la traducción comienza allí. Se irán leyendo progresivamente los codones y traduciendo a aminoácidos y hasta que aparezca un codón de terminación. Veamos un ejemplo:

5´CCUAGAUGCCCUUUGCAGGCUAACCCU 3´

ARNm

traducción

Met- pro – fen –ala – gli – terminación.

Proteína

PROCESO DE SÍNTESIS DE PROTEÍNAS a- Aminoacilación: implica cargar a cada ARNt con el aminoácido específico que deberá transportar. Esto se lleva a cabo por enzimas específicas que son las aminoacil ARNt sintetasas que hacen esto con consumo de ATP. b- Traducción: se divide en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Iniciación: a la subunidad menor del ribosoma se une el ARNm y el primer ARNt o ARNt iniciador, que reconocerá al codón inicio (lleva metionina). Luego se acopla la subunidad mayor del ribosoma. Quedan así definidos dos lugares contiguos en el ribosoma: sitio P y sitio A. En el P queda orientado el ARNt iniciador Elongación: al sitio A ingresa un ARNt. El aminoácido del sitio P se libera del ARNt y se une al aminoácido que está en sitio A. La enzima que cataliza esta unión es la peptidil transferasa. El ARNt del sitio P está “descargado” y sale del ribosoma. Luego se produce un corrimiento del ribosoma hacia el extremo 3´ del ARNm: la traslocación. Como consecuencia lo que estaba en A pasa a estar en P. Con lo cual ahora el sitio P vuelve a estar ocupado y el A libre (igual a como empezó esta etapa). Al sitio A llegará otro ARNt, se formará otra unión peptídico, traslocación, etc. Se repite hasta que al sitio A ingresa un codón de terminación.

Terminación: el codón de terminación es reconocido por factores de terminación. La cadena de aminoácidos unidos se libera del ARNt que la transporta, el ARNm ya leído completamente se disocia del ribosoma y finalmente las dos subunidades ribosomales se desacoplan.

Diferencias en la traducción procariontes y eucarionte: en procariontes la traducción es cotranscripcional. Esto significa que es simultánea con la transcripción debido a que ambos procesos (transcripción y traducción) ocurren en el mismo lugar (el citoplasma) y a que los ARNm no sufren maduración ni procesamientos. En eucariontes la traducción es post-transcripcional, es decir que ocurre una vez que la transcripción terminó porque en este caso transcripción y traducción ocurren en lugares diferentes (núcleo y citoplasma respectivamente) y además porque los ARNm siempre sufren modificaciones antes de traducirse.