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Lección 4
La función de los genes. II) La
traducción
UN GEN-UN ENZIMA
UN GEN-UNA PROTEÍNA
GARROD: LOS ERRORES
CONGÉNITOS DEL METABOLISMO
BEADLE Y TATUM
Protótrofos
Mutante auxótrofo,
necesita algo que
no está en el MM
Análisis de la segregación:
información genética
BEADLE Y TATUM
Necesita aas,
¿cuál?
BEADLE Y TATUM
LA ANEMIA FALCIFORME
CAMBIO EN Hb S
CAMBIO EN Hb S
UN GEN, UNA PROTEÍNA
COLINEALIDAD GENPROTEÍNA
SISTEMA Trp SINTETASA
Mutantes auxótrofos para Trp
Proteína fácilmente aislable
¿Crecen sobre indol?
Aislar proteína y “fingerprint”
Mapear posición mutación
RELACIÓN MAPA GENÉTICOCAMBIOS PROTEÍNA
Gen trpA 4.2 unidades de mapa
EL CÓDIGO GENÉTICO
DEL DNA A LAS PROTEÍNAS
DNA
RNA
Proteína
GEN
Siempre la misma secuencia de aminoácidos para una proteína dada:
el sistema que pasa de nucleótidos a aminoacidos NO es ambiguo
EL CÓDIGO GENÉTICO
Tripletes y sin ambigüedades
(no hay codones que signifiquen más de un aa)
EL CÓDIGO ES NO SOLAPANTE
Si el código fuera solapante:
-no todos los aas podrían estar adyacentes con igual probabilidad
-cambios en UNA base afectarían a más de UN aa
EL CÓDIGO GENÉTICO
Lo importante es la SECUENCIA de los codones
(si lo importante fuera la COMPOSICIÓN de bases
habría 20 posibles codones)
¿CÓMO LEER EN LA FASE
CORRECTA?
Sin sentido
Sólo algunos de los codones tienen sentido de modo que cuando dos codones
con sentido están contiguos el resto de posibles codones que surgen por cambio
de fase no lo tienen: dada una secuencia sólo hay una posible
forma de leerla en proteína.
Con un código de este tipo de tripletes y cuatro nucleótidos se pueden codificar
EXACTAMENTE 20 aminoácidos, el resto NO tienen sentido
1961:
experimentos de Crick: hay aas con más de 1 codon;
experimentos de Niremberg y Matthaei: UUU→Phe
EL CÓDIGO NO FUNCIONA ASÍ: lectura SECUENCIAL desde un punto de inicio hasta
uno de fin.
CODONES DE INICIO Y DE FIN
EL CÓDIGO ES DEGENERADO
CODONES SINÓNIMOS
VARIANTES DEL CÓDIGO
Gln
Gln
Cys
Trp
VARIANTES DEL CÓDIGO
Sec
Pyl
OPTIMIZACIÓN DEL CÓDIGO
El código es arbitrario, pero está optimizado
LOS CODONES COMO TRIPLETES
Gen normal: ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT
(+)
Mut(+): ACT GAC TAC TAC TAC
TAC TAC TAC TAC TAC TAC
X
Fase incorrecta
(+)
(-)
Mut(+)(-): ACT GAC TAC TAC ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT
Fase correcta restaurada
Fase errónea
(+)
(+)
(+)
Mut (+++): ACT GAC TAA CTA GCT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT
Fase errónea
Fase correcta restaurada
EL tRNA COMO ADAPTADOR
El aa NO interacciona
directamente con el codon
Griffiths et al., 2000
ESTRUCTURA DE UN AMINOACILtRNA
RNA de transferencia
O
O = P – O – CH2
O
Adenina
O3’
2’
O
OH
O=C
H–C–R
NH3+
Importancia de la especificidad de las aminoacil tRNA sintetasas
BALANCEO DE LA TERCERA BASE
Fundamentos de la hipótesis:
-1)Hay 61 codones con sentido pero por lo general no más de 40 tRNAs distintos: habrá tRNAs que
reconozcan más de un codon
-2)La degeneración del código suele estar en la tercera posición
-3)Datos de geometría de los enlaces sugieren que puede haber ciertos apareamientos no típicos
entre bases en la tercera posición si son normales en las otras dos
-4)En el primer tRNA secuenciado (Ala en levadura) se encontró I en primera posición del anticodon
Lado 5’ del
anticodon
Lado 3’ del
codon
G
UoC
C
Sólo G
A
Sólo U
U
AoG
I
U, C o A
Hipótesis de Crick (1966)
U modificada con
A, G, U o C
UN MISMO tRNA PUEDE
RECONOCER VARIOS CODONES
Codon
tRNA
UCU
tRNASer1
UCC
UCA
tRNASer2
UCG
AGU
tRNASer3
AGC
Anticodon
GGA y
balanceo
UGA y
balanceo
GCU y
balanceo
Lado 5’ del
anticodon
Lado 3’ del codon
G
UoC
C
Sólo G
A
Sólo U
U
AoG
I
U, C o A
LA SÍNTESIS DE
PROTEÍNAS
VISIÓN GENERAL DEL PROCESO
Iniciación
Elongación
Terminación
Buchanan et al. 2001
Cloroplasto
Núcleo
Mitocondria
Proteína
Proteína
Proteína
Citoplasma
DIFERENCIAS BÁSICAS PROCARIOTAS-EUCARIOTAS:
-1)Citoplasma vs. Citoplasma+Mitocondrias+Cloroplastos
-2)Transcripción y traducción
Buchanan et al. 2001
rRNA
Proteínas
Procariotas
Eucariotas
Velocidad ribosoma procariótico: 15-18 aas/sg
Velocidad ribosoma eucariótico: 6-7 aas/sg
Velocidad transcripción: 55 nts/sg
Velocidad síntesis del DNA: 1000 nts/sg
TASA ERROR RIBOSOMAS: 1-5 errores/10.000 enlaces pept.
Lewin 2000
• Etapas del proceso de traducción:
– a)Iniciación
– b)Elongación
• b.1)Entrada del aa-tRNA
• b.2)Formación del enlace peptídico
• b.3)Desplazamiento del ribosoma
– c)Terminación
¿QUÉ SEÑALA LA POSICIÓN
DEL CODON DE INICIO?
En procariotas
SÍNTESIS DEL fMet-tRNAf
Grupo amino bloqueado
Lewin 2000
INICIACIÓN EN EUBACTERIAS
INICIACIÓN EN EUCARIOTAS
Muchos factores de iniciación y ambos extremos del RNAm
implicados
INICIACIÓN EN EUCARIOTAS
eIF4 y otros
eIF2-GTP
Met-tRNAi
nATP  nADP+Pi
Lewin 2000
EL RIBOSOMA TRAS LA INICIACIÓN
Sitio P
Sitio A
3’
5’
Codon de inicio
Lewin 2000
Segundo codon
ENTRADA DEL aa-tRNA EN EL SITIO A
Complejo ternario
En eucariotas: eEF-1a y eEF-1bg
Para Sec-tRNASec: SELB
Lewin 2000
FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO
Cadena peptídica
Cadena peptídica
TERMINACIÓN ABRUPTA:
3.10-4/enlace peptídico formado
Lewin 2000
DESPLAZAMIENTO DEL RIBOSOMA
-La estructura de EF-G es similar a la del complejo aa-tRNA:EF-Tu:GTP
-En eucariotas el factor de elongación es eEF-2
-Frecuencia de salto de fase por error: <10-5/aa
-Puede haber cambios de fase programados
Factores de terminación:
1 en eucariotas y arqueas
2 en eubacterias que reconocen los codones
1 que les ayuda en la unión con gasto GTP
Polipéptido liberado
Disociación
Desplazamiento ribosomas sobre el
RNAm: colinealidad gen-proteínas
MARCOS DE LECTURA
Actuación no reversible de los
ribosomas: DOGMA CENTRAL
Epigenética: efecto del ambiente
sobre ESTRUCTURA de la cromatina
que se hereda
EFECTO DE LAS MUTACIONES
No hay producto funcional del gen: MUTACIÓN NULA
Algo de producto funcional del gen: MUTACIÓN REZUMANTE
Sin alteración perceptible del producto del gen: MUTACIÓN SILENCIOSA
Sin efecto por una copia alelo mutante en diploide: HAPLO-SUFICIENCIA
Efecto por una copia alelo mutante en diploide: HAPLO-INSUFICIENCIA
Nueva función del producto mutante: MUTANTE DE GANANCIA DE FUNCIÓN