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SINTESIS DE PROTEINAS
Depto BIOLOGIA
RNL/rnl
MRA/mra
DOGMA CENTRAL
El dogma central indica que la información
fluye del ADN a las proteínas en una sola
dirección, así el genotipo determina el
fenotipo, dictando la composición de las
proteínas. Sin embargo, las proteínas no
alteran al genotipo, excepto en algunos casos
como en el proceso de transcripción
inversa, en donde la información codificada
por algunos virus que contienen ARN se transcribe al ADN por acción de la enzima transcriptasa inversa.
El hecho de que la información fluye del ADN al ARN y de éste a las proteínas, confirmó la teoría darwinista
de la evolución que afirma que la selección natural actúa sobre las variaciones heredables que se encuentran
en el ADN.
TRANSCRIPCION
El proceso de síntesis proteica ocurre en los ribosomas que se encuentran fuera del núcleo, el ADN se
encuentra dentro del núcleo y no sale de él, es por esto que a pesar de contener la información genética no
puede servir de molde directo para la formación de proteínas y por ello debe ocurrir la transcripción, que es un
proceso de copia del ADN para formar ARN (En este caso ARN m). Para que se pueda realizar la síntesis el
ADN transfiere su información al ARNm, y además origina otros dos tipos de ARN que colaborarán en la
traducción del mensaje:

El ARN de transferencia (ARNt) que ubica a cada aminoácido en su lugar correspondiente según las
indicaciones del ARNm, y
 El ARN ribosómico (ARNr) que integra (junto con proteínas asociadas) el ribosoma, que es asiento
celular del proceso.
La síntesis de estos distintos ARN a partir de determinados segmentos de ADN se
denomina transcripción. Cada sector del ADN cuya transcripción da como resultado una molécula de ARN se
llama gen estructural. Esta denominación esta relacionada con los segmentos de donde se transcriben
ARNm, que luego se traducirán dando proteínas con alguna actividad celular (catalítica, estructural, mecánica,
de transporte, etc). Además de los genes estructurales, el ADN presenta otros segmentos relacionados con la
regulación de la expresión génica; llamados reguladores e incluyen:


Sectores del ADN que no se transcriben, sino que funcionan como "conmutadores" que "prenden"
(permiten) o "apagan" (impiden) la transcripción de una proteína o varios genes estructurales;
Sectores del ADN que se transcriben y se traducen posteriormente originando proteínas llamadas
represoras, capaces de bloquear la transcripción de genes estructurales.
Para la síntesis de ARN se requieren:
A) Unidades de transcripción: los ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo.
B) Fuente de energía: dado que el proceso es anabólico y endergónico, se requiere energía que es
aportada por los mismos ribonucleótidos-tri-fosfato (ATP, GTP, CTP y UTP).
C) Información: los ARN copian la información del ADN, cada ARN copia un sector específico
D) Enzima específica: la formación de los ribonucleótidos para formar las cadenas de los distintos ARN
es catalizada por una enzima que se denomina transcriptasa o ARN polimerasa-ADN dependiente.
E) Lugar celular del proceso: La transcripción se realiza en el núcleo, durante los períodos
denominados G1 y G2 de la interfase, cuando el ADN se encuentra como cromatina.
TRANSCRIPCION EN EUCARIONTES
La transcripción de un gen se inicia con la
descondensación de la cromatina (ADN asociado a
proteínas). Una vez que el ADN se encuentra en estado
laxo, una serie de enzimas producen la separación de
las hebras de ADN (helicasas).Este proceso permite
que la maquinaria de transcripción reconozca y lea
aquella hebra de ADN que contiene la secuencia del
gen a transcribir. Al mismo tiempo, proteínas llamadas
factores de transcripción detectan la localización de
un gen uniéndose a una región cercana al sitio de inicio
(secuencia de tres nucleótidos TAC). Los factores de
transcripción facilitan la actividad de las enzimas de
transcripción. Una vez que el factor de transcripción se
ha unido a una región cercana al gen por transcribir, la
enzima ARN polimerasa inicia la lectura del ADN en la
secuencia TAC y la síntesis del ARNm complementario
y finaliza al llegar a una secuencia de término
conformada por uno de los siguientes trinucleótidos:
ATT, ACT o ATC.
Cada molécula de ARNm tiene un tiempo de
vida limitado, que puede variar entre 30 minutos a10
horas o más. Una vez que el ARNm participa en la
síntesis de proteínas muchas de estas moléculas son degradadas por enzimas especiales llamadas
endonucleasas. Una vez que se ha sintetizado el ARNm, en las células eucariontes, esta molécula sufre una
serie de modificaciones dentro del núcleo, antes de ser transportado al citoplasma. Este proceso se denomina
maduración del ARNm y se caracteriza por la eliminación de segmentos de ARNm que no participan en la
síntesis de proteínas .Estos segmentos se denominan intrones y son eliminados por enzimas especiales que
se encuentran en el núcleo (ribonucleoproteínas). Los segmentos de ARN que participan en la síntesis de
proteínas se denominan exones, y son unidos entre sí por otro grupo de ribonucleoproteínas. Por lo tanto, en
las células de organismos eucariontes, la maduración del ARNm incluye un proceso de corte de intrones y
empalme de exones, lo que determina que la molécula de ARNm recién transcrita, sea más larga, que la
molécula de ARNm maduro. El corte de intrones y empalme de exones (proceso denominado splicing) se
realiza a través de un complejo formado por proteínas y ARN, llamado spleisosoma. Otra modificación que
sufre el ARNm, en eucariontes, corresponde a la adición de largas secuencias de adenina en el extremo 3`
prima de la molécula de ARNm. Este proceso se denomina poliadenilación y a la larga secuencia de 150 a
200 nucleótidos de adenina se le denomina cola poliA. Esta cola de poli A constituye una señal, para
"exportar" la molécula de ARNm hacia el citoplasma, donde la síntesis de proteínas se lleva a cabo y además
protege al ARNm de ser digerido por enzimas nucleasas. En el extremo 5` prima se añade un capuchón de
guanina metilada que también impide el ataque de nucleasa. Por lo tanto el ARNm queda protegido por ambos
extremos para salir al citoplasma.
TRADUCCION. SINTESIS DE PROTEINAS
La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas estructurados por dos subunidades, una grande y una
pequeña, cada una formada por ARNr y proteínas específicas. Para la síntesis de proteínas, también se
requiere de moléculas de ARNt, que están plegadas en una estructura secundaria con forma de hoja de trébol.
Estas moléculas pequeñas pueden llevar un aminoácido en un extremo y el anticodón. La molécula de ARNt
es el adaptador que aparea el aminoácido correcto con cada codón de ARNm durante la síntesis de proteínas.
Hay al menos un tipo de molécula de ARNt para cada tipo de aminoácido presente en las células. Las
enzimas conocidas como aminoacil-ARNt sintetasas catalizan la unión de cada aminoácido a su molécula de
ARNt específica.
El flujo de información en eucariotas es:
La transcripción ocurre en el núcleo y el ARN, luego de sufrir un procesamiento, se dirige al citoplasma donde
se produce la síntesis de proteínas.
La síntesis de proteínas ocurre en varias
etapas:
a) Iniciación: La subunidad ribosómica
más pequeña se une al extremo 5' de una
molécula de ARNm. La primera molécula
de ARNt, que lleva el aminoácido
modificado Met, se acopla con el codón
iniciador AUG de la molécula de ARNm.
La subunidad ribosómica más grande se
ubica en su lugar, el complejo ARNt-Met
ocupa el sitio P (peptídico). El sitio A
(aminoacil) está vacante. El complejo de
iniciación está completo ahora.
b) Elongación: Un segundo ARNt, con su
aminoácido unido, se coloca en el sitio A y
su anticodón se acopla con el ARNm. Se
forma un enlace peptídico entre los dos
aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al
mismo tiempo, se rompe el enlace entre el
primer aminoácido y su ARNt. El ribosoma
se mueve a lo largo de la cadena de ARNm
en una dirección 5' a 3', y el segundo ARNt,
con el dipéptido unido, se mueve desde el
sitio A al sitio P, a medida que el primer
ARNt se desprende del ribosoma. Un tercer
aminoacil-ARNt se coloca en el sitio A y se
forma otro enlace peptídico por la acción
de la enzima peptidil transferasa. La
cadena peptídica naciente siempre está
unida al ARNt que se está moviendo del
sitio A al sitio P y el ARNt entrante que
lleva el siguiente aminoácido siempre
ocupa el sitio A. Este paso se repite una y
otra vez hasta que se completa el
polipéptido.
c) Termino: Cuando el ribosoma alcanza un
codón de termino (en este ejemplo UGA), el
polipéptido se escinde del último ARNt y el
ARNt se desprende del sitio P. El sitio A es
ocupado por un factor de liberación que
produce la disociación de las dos
subunidades del ribosoma.
A partir del DNA cromosómico se transcriben:
diferentes
moléculas
de
ARNr
que,
combinadas con proteínas específicas,
forman los ribosomas; los diferentes tipos de
moléculas de ARNt correspondientes a los
distintos aminoácidos y los ARNm, que llevan
la información para la secuencia de
aminoácidos de las proteínas.
CODIGO GENETICO
Los genes se organizan en base a 4
nucleótidos (A, U, C y G), su unidad
funcional está formada por 3 nucleótidos: el
triplete o codón, por ejemplo AUU, CAG,
CCA, etc. El número máximo de codones
diferentes que se pueden formar son 64
(43). El conjunto de estos 64 codones del
ARNm conforman el código genético, el
cuál está encargado de codificar los 20
aminoácidos diferentes que existen en la
naturaleza.
Este código genético es universal, ya que
todos los organismos usan los mismos
codones para determinar los aminoácidos. 3
de los 64 codones se denominan sin
sentido debido a que no determinan ningún
aminoácido y su rol es el de señalar el
término de la traducción (stop). Los 61
codones restantes se encargan de
determinar los 20 aminoácidos diferentes
por lo que un aminoácido puede ser
determinado por más de un codón
diferentes, ejemplo, el aminoácido valina es determinado por los codones GUU, GUC, GUA y GUG. Esta
propiedad algunos la han llamado ambigüedad o degeneración del código genético. Resumiendo el código
genético presenta las siguientes características:
-
Es universal
Es ambiguo o degenerado
Está organizado en secuencia de 3 nucleótidos, cada secuencia es llamada codón
Presenta codón de inicio
Presenta codón de término
MUTACIONES
Es una alteración en la secuencia de ADN. Puede ser desde una alteración de un solo par de bases
nucleotídicas hasta la ganancia o pérdida de cromosomas enteros, son causadas por daños producidos por
agentes físicos, biológicos o químicos o por errores durante la replicación y la reparación del ADN. Una
consecuencia de las mutaciones a corto plazo puede ser una enfermedad genética, a largo plazo las
mutaciones son esenciales para nuestra existencia, ya que, no habría cambio y no podríamos evolucionar.
Las mutaciones se dividen en:
1. Mutaciones génicas.
2. Mutaciones cromosómicas estructurales.
3. Mutaciones cromosómicas numéricas o genómicas.
Mutaciones génicas
Son las que producen la alteración de la secuencia de nucleótidos de un gen. Las mutaciones génicas son de
dos tipos:
1. sustituciones: provocan la alteración de un único triplete y, por tanto, salvo que indiquen un triplete de
parada, o un aminoácido del centro activo de una enzima, pueden no ser perjudiciales.
a. transición: Si se cambia una base púrica por otra púrica, o bien una base pirimídica por otra pirimídica.
b. transversión: En el caso de que el cambio sea púrica por pirimídica o viceversa.
2. pérdida o inserción de Nucleótidos: generan una alteración en el orden de lectura. Son de dos tipos
adiciones y deleciones.
No Todas las mutaciones génicas afectan la estructura y función de las proteínas, ya que al ser el código
genético degenerado, si modificamos una base nitrogenada puede coincidir que el codón obtenido indique el
mismo aminoácido.
Cambio sinónimo: El codón producto de la mutación especifica el mismo aminoácido, como el código
genético es DEGENERADO produce la misma proteína
Cambio NO-sinónimo: La mutación altera el codón y esto cambia el aminoácido; su efecto depende de que
aminoácido cambió y su posición en la proteína.
Mutación sin sentido: Convierte un codón de aminoácido en un codón de termino. El efecto en la proteína
depende de cuantos aminoácidos perdió con el corte prematuro, normalmente es drástico.
Inverso a lo anterior: un codón de terminación se convierte a uno que especifica aminoácidos y la cadena de
polipéptidos tiene mayor extensión.
Un ejemplo de mutación génica ocurre con la Anemia Falciforme, La Hemoglobina normal contiene el
aminoácido Ácido Glutámico que se cambia por el aminoácido Valina produciendo la anemia falciforme. La
diferencia proviene de un cambio en el momento de la trascripción donde una adenina se cambia por un
uracilo.
Este mínimo cambio de una base, cambia el aminoácido y es suficiente para provocar la enfermedad, ya que
se producen glóbulos rojos en forma de Hoz y se produce la liberación del grupo hemo, que interacciona con
la membrana de los glóbulos rojos, causando hemólisis y la consecuente anemia. La enfermedad está
acompañada de varios síntomas característicos.
Existen otras enfermedades producidas por alteraciones en las bases nitrogenadas como la Fibrosis quística,
Daltonismo, Distrofia muscular, Hemofilia, Talasemia, Diabetes mellitus, Anemia de células falciformes,
Albinismo, en este caso, la carencia de pigmentación en la piel pelos y ojos, se presenta debido a la
incapacidad del organismo para elaborar un pigmento conocido como melanina. La mayoría de los albinos
carece de una de las enzimas necesarias para producir la melanina. Sin embargo otros albinos tienen la
enzima, pero esta no puede penetrar en las células pigmentarias. Ambas formas de albinismo se heredan
como recesivos autonómicos.
ACTIVIDADES
1. ¿Cómo se denomina a la última molécula que se forma por transcripción?
2. ¿A qué se refiere el procesamiento del ARN después de su formación?
3. Caracterice qué son los exones e intrones
4. ¿Qué es el splicing?dibuje
5. ¿Cuál es la función del ribosoma en la traducción?
6. Dibuje y describa las características físicas del ribosoma
7. Describa que es un triplete, un codón y un anticodón
8. ¿Qué es la secuencia TAC?
9. Indique cuáles son codones de inicio y de término
10. ¿Qué es la Metionina(MET)?
11. Indique a qué se refiere el término elongación
12. Caracterice el sitio P y A del ribosoma
13. ¿Cuál es la función del ARNt?
14. ¿Qué función tiene el factor de liberación?
15. A partir de la siguiente secuencia de ADN determine, la cadena complementaria, las cadenas de ARNm,
la cadena de ARNt y los aminoácidos que tendrá esta proteína.
AUG
AAU
AGC
CGA
CGG
GAA
GGC
ACU
AAG
AGG
UAG
UGA
16. A partir de 4 nucleótidos que estructuran al ARN, ¿cuántos codones se pueden formar?
17. ¿Qué características tiene el código genético?
18. Indique las diferencias entre una mutación por Sustitución, Deleción o Adición
Observa la siguiente secuencia de acontecimientos con respecto al flujo de información desde el ADN hacia la
proteína que forma.
Secuencia del ADN
TAC
TTA
TCG
GCT
GCC
CTT
CCG
Secuencia del ARN
AAU
AGC
CGA
CGG
GAA
GGC
GGC
Secuencia proteica
Met
Asn
Ser
Arg
Arg
Glu
Gly
19. Supongamos que en el ADN se produce una mutación que afecta al nucleótido número 17, o sea T, que
es reemplazado por A. ¿Qué consecuencia tiene sobre el ARNm? (anote el codón que se presentaría en este
caso)
AUG
AAU
AGC
CGA
CGG
_____ GGC
20. ¿Qué consecuencia tiene sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína o estructura primaria?. Anota
el aminoácido que formaría ahora parte de la proteína
Met
Asn
Ser
Arg
Arg
_____ Gly
21. Defina que son las mutaciones y cuantos tipos existen
22. ¿Qué es una mutación puntual?
23. Un individuo expuesto a rayos UV ha sufrido una mutación por transverción. Explique en que consiste
24. Un especie de ganado ovino hereda una mutación que se caracteriza por que convierte un codón de
aminoácido en un codón de termino. ¿Qué tipo de mutación es? Caracterícela
25. Explique con sus propias palabras en qué consiste la anemia falsiforme y cuáles son sus consecuencias