1. EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR.
TERMINACIÓN: La síntesis del ARN finaliza cuando la ARN polimerasa llega a la señal de terminación.
2.2. TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS.
En este proceso intervienen tres ARN polimerasa:
- ARN polimerasa I : transcribe la información que corresponde al ARN ribosómico (excepto el 5 S).
- ARN polimerasa II: transcribe la información que corresponde al ARN mensajero.
- ARN polimerasa III: transcribe la información que corresponde al ARN de transferencia, al ARN ribosómico 5 S y de los genes que portan información para las histonas.
PROCESAMIENTO DEL ARNm
Cuando ya se han unido los primeros ribonucleótidos, se añade sobre el extremo 5’ una caperuza formada por nucleótidos de guanosina modificados.
A continuación sobre el extremo 3’ del ARN recién sintetizado se añaden 200 ribonucleótidos de Adenina gracias a la enzima poli-A polimerasa.
La transcripción en eucariotas requiere un proceso de maduración (salvo las histonas).
El ADN está formado por exones y por intrones. Estos últimos aunque no llevan información útil, también se transcriben. Una vez transcritos son eliminados del ARN recién sintetizado gracias a la acción de las enzimas que foman el complejo denominado
espliceosomas, que están formadas por una parte proteica y por ARN.
El ARN posee secuencias de bases nitrogenadas complementarias a las que poseen los intrones, por lo que se pueden aparear y provocar su extracción. A continuación, los exones se unen por la acción de las ligasas.
3. EL CÓDIGO GENÉTICO.
Es la relación que existe entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos que constituyen una proteína. Tiene las siguientes características:
- Está formado por una secuencia lineal de nucleótidos, cada 3 nucleótidos (triplete o codón) determian un aminoácido.
- Entre los sucesivos codones no hay espacios ni separación de ningún tipo.
- Tiene carácter universal, ya que es el mismo para todas las células de todas las especies.
- El código es degenerado, ya que no existen el mismo número se señales codificadoras en el ARN que aminoácidos van a ser codificados.
Los tripletes de bases de ARNm se denominan codones, y los tripletes de ADN correspondientes que se han transcrito se denomina codógenos.
4. TRADUCCIÓN.
Consiste en la unión de los aminoácidos sintetizados por los ribosomas a partir de la molécula de ARNm mediante enlaces peptídicos.
Antes de que se inicie el proceso propiamente dicho, los aminoácidos que van a ser unidos se activen. Para ello cada aminoácidos se une a una molécula de ARNt gracias a la acción de las enzimas aminoacil-ARNt sintetasas. Para ello es necesario un aporte energético que se obtiene de hidrólisis de ATP.
Se distinguen varias etapas: iniciación, elongación y terminación.
INICIACIÓN.
El ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma.
Luego, se produce la fijación del primer aminoacil-ARNt por la formación de enlaces de hidrógenos entre el anticodón y el codón.
Para finalizar, se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma.
Queda así formado el complejo de iniciación, que tiene dos lugares de unión:
Sitio A.
Sitio P.
El fragmento de ARNm que queda entre las dos subunidades
ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO.
Se produce en varias etapas:
Unión de un aminoacil ARNt al sitio A.
Formación del enlace peptídico entre el aminoácido que se sitúa en el sitio A y el que se sitúa en el sitio P gracias a la enzima peptidiltransferasa. El dipéptido formado permanece unido al segundo ARNt, que está localizado en el sitio A.
Translocación del dipéptido al sitio P.
TERMINACIÓN.
Se produce cuando el ribosoma llega a un codón de terminación en el ARNm para los que no hay ARNt con sus correspondientes anticodones. Por esta razón, no se sitúa ningún aminoácido en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. La enzima peptidil transferasa hace que reaccione el grupo carboxilo del último aminoácido con agua y lo libera.
4.1. DIFERENCIAS EN LA TRADUCCIÓN ENTRE CÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS.
Entre el lugar de transcripción y el de traducción se encuentra la membrana nuclear.
La estabilidad de los ARNm es mayor en las células eucariotas.
En los eucariotas los ARNm son monocistrónicos, a diferencias de los procariotas, que son policistrónicos.
Presentan diferentes ARNr. Diferente coeficiente de sedimentación.
En las células eucariotas el primer aminoácido lleva unido metionina, en vez de formilmetionina.
El primer ARNt de los eucariotas se une primero a la subunidad ribosómica menor, a diferencia de lo que sucede en procariotas.
Diferentes factores de iniciación.
5. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA.
Se realiza fundamentalmente sobre la transcripción, ya que así se controla tanto la formación de ARNm, como de las proteínas correspondientes.
5.1. REGULACIÓN EN PROCARIOTAS
Está basada en el modelo del operón, según el cual existen unas proteínas reguladoras que controlan la transcripción de los genes que codifican para las enzimas que participan en una ruta metabólica determinada.
Se distinguen cuatro tipos de genes:
Genes estructurales: contienen la información para la síntesis de enzimas.
Gen promotor: región del ADN donde se une la ARN polimerasa para empezar la transcripción.
Gen operador: región del ADN donde se une una proteína reguladora para impedir la transcripción.
Gen regulador: sintetizan las proteínas reguladoras.
SISTEMA INDUCIBLE.
Se da en procesos catabólicos.
La proteína sintetizada por el gen regulador es un represor activo, que al estar unido a un gen operador impide la acción de la ARN polimerasa y por tanto no se forman las enzimas necesarias para llevar a cabo una ruta metabólica.
Sin embargo, al aparecer el sustrato inicial de esa ruta, la proteína cambia su conformación y deja de actuar sobre el gen operador, lo cual significa que las enzimas necesarias para una determinada ruta serán sintetizadas.
SISTEMA REPRESIBLE
Se da en procesos anabólicos.
La proteína sintetizada por el gen regulador es un represor inactivo, y por tanto la ARN polimerasa puede actuar sobre los genes estructurales.
Si el represor se une a un correpresor, este cambia su conformación y se activa, lo cual significa la unión a un gen operador y el impedimento de la ARN polimerasa sobre los genes estructurale
5.2. REGULACIÓN EN EUCARIOTAS.
Es mucho más compleja que en los procariotas. La manera más habitual de regulación se produce sobre la transcripción, aunque puede tener lugar en más procesos.
Los mecanismos más utilizados ejercen su acción sobre la ARN polimerasa.
La capacidad de la ARN polimerasa para empezar la transcripción depende de la separación de las histonas en el ADN (empaquetamiento de la cromatina) y la existencia de factores de transcripción (por ejemplo: hormonas esteroideas)
Las hormonas provocan respuestas concretas en las células diana.
- Los esteroides se unen a determinadas proteínas citoplasmáticas y pasan al núcleo, donde tiene lugar la transcripción al fijarse a ciertas secuencia de ADN
- Las hormonas peptídicas activan la enzima adenil ciclasa, que cataliza la síntesis de AMPc a partir de ATP . El AMPc actúa como mensajero intracelular y hace posible la activación génica.
6.- TRADUCCIÓN (Ampliado)
Una vez que el proceso de transcripción ha terminado, se obtiene como producto final una molécula de ARNm que contiene la información necesaria para la síntesis de una determinada proteína. Este proceso de síntesis de proteínas a partir del ARNm se denomina traducción y se lleva a cabo en los ribosomas.
Antes de que se se inicie la síntesis de la proteínas, los aminoácidos que van a participar en la formación de la cadena peptídica se deben de activar. Esta activación se consigue al unir cada aminoácido a una molécula de ARNt. Esta unión tiene lugar gracias a la acción de la enzima aminoacil-ARNt sintetasa. Para llevar a cabo este proceso es necesario un aporte energético, el cual se consigue de la hidrólisis de ATP que pasa a AMP y dos grupos fosfato. El aminoácido queda unido por su extremo carboxilo al extremo 3’ de la molécula de ARNt.
Las moléculas de ARNt presentan tres brazos:
El aceptor de aminoácidos, donde se localizan los dos extremos de la cadena.
El extremo 3’ que contiene una secuencia específica (CCA), y es dónde se une el aminoácido.
El extremo 5’ que tiene en su final un nucleótido de guanina.
El brazo anticodón, que contiene un triplete de bases nitrogenadas específico, que marca las diferencias entre los distintos ARNt.
Las moléculas de ARNt además de llevar un aminoácido en su extremo 3’, reconoce los nucleótidos del ARNm gracias a la presencia de un anticodón complementario al codón correspondiente.
Una vez activados los aminoácidos, comienza la síntesis de proteínas, lo cual ocurre en varias etapas: iniciación, elongación o alargamiento y terminación.
INICIACIÓN.
En esta fase se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Para ello el ARNm se une a los ribosomas citoplasmáticos y se produce la unión de sus dos subunidades.
Para que el proceso se lleve a cabo se necesitan factores de iniciación (moléculas proteicas).
El primer paso consiste en la fijación del ARNm a la subunidad pequeña del ribosoma. El ARNm queda unido por su extremo 5’.
A continuación, se fija el primer aminoacil-ARNt gracias a los enlaces de hidrógeno que se forman entre las bases complementarias del anticodón del ARNt y las del codón del ARNm. El aminoácido unido a este primer ARNt es la formilmetionina. Aunque todas las cadenas proteicas deberían empezar por este aminoácido, esto no es así, por lo que puede ser degradado.
Para finalizar, la subunidad mayor del ribosoma se acopla, para lo cual es necesario iones magnesio y factores de iniciación.
Como producto final se forma el complejo de iniciación, que constituye la maquinaria sintetizadora activa. Este presenta dos lugares de unión:
Sitio P, de peptidil, ya que es el lugar donde se localiza el ARNt que lleva unida la cadena peptídica en formación.
Sitio A, de aminoacil, ya que es el lugar donde se acopla cada nuevo aminoacil-ARNt.
Para llevar a cabo este proceso es necesario energía, que se obtiene de la hidrólisis de GTP que forma GDP y un grupo fosfato.
ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO.
En esta etapa se lleva a cabo la formación de la cadena peptídica por la unión de los aminoácidos que se van situando por el ribosoma gracias al ARNt que los transporta.
Para ello es necesario el desplazamiento del ribosoma a lo largo de la cadena de ARNm. Se pueden distinguir varias subetapas:
Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A, que solo se produce si el anticodón del ARNt es complementario al codón del ARNm. Esta fase requiere la hidrólisis de ATP y dos factores proteicos de elongación.
Formación del enlace peptídico. Una vez que los dos aminoacil-ARNt se ha situado uno en el sitio A y otro en el sitio P, se produce la unión entre ambos aminoácidos gracias a la participación de la enzima peptidiltransferasa, que se encuentra en la subunidad mayor del ribosoma. El dipéptido permanecerá unido al segundo ARNt, ya que el primeros se ha desprendido del ribosoma.
