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Del ADN
a las
proteínas
DEL ADN A LAS PROTEÍNAS
1.- EL ADN COMO MATERIAL HEREDITARIO
2.- ESTRUCTURA DEL GENOMA Y SU EXPRESIÓN
3.- FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
4.- TRANSCRIPCIÓN: SÍNTESIS DEL ARN
5.- MADURACIÓN DEL ARN
6.- EL CÓDIGO GENÉTICO
7.- EL PROCESO DE TRADUCCIÓN. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
8.- REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
El ADN como material hereditario
Experimentos de Griffith 1928
Bacterias S
muertas por
calor
Bacteria con
cápsula
(virulenta)
Tipo S
1
De los ratones muertos se extraen
bacterias vivas de la cepa S
Tipo R
3
2
Bacterias R
vivas
Bacteria sin
cápsula
(no virulenta)
De los ratones inoculados no se
extraen bacterias vivas, pues no
crecen en el animal.
De los ratones inoculados no se
extraen bacterias vivas
4
Bacterias S
muertas por
calor
De los ratones muertos se extraen
bacterias vivas de la cepa S
AVERY, McLEOD Y McCARTHY (1944).
Avery, McLeod y McCarthy aislaron a partir de los extractos de
neumococos SIII (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas
con el mayor grado de pureza posible en la época. Estas cinco fracciones
diferentes fueron una correspondiente a Polisacáridos, otra de Lípidos,
una de Proteínas, otra de ARN y otra de ADN.
Con cada una de estas fracciones
procedentes de SIII intentaron
transformar las células RII vivas
en SIII. Comprobaron que
ninguna de las fracciones era
capaz de transformar los
neumococos RII en SIII excepto la
fracción químicamente pura que
contenía ADN (ácido
desoxirribonucleico).
el Principio Transformante detectado por Griffith debe ser el ADN.
Hershey y Chase
Bacteriófago T4
En 1952, identificaron al ADN como el material genético
mediante un experimento de bacteriófagos, pero ¿QUE
ES UN BACTERIÓFAGO? son virus que afectan a las
bacterias, formados por una sola estructura proteica,
compuesta por la cabeza, cuello, cola, espícula placa
basal, fibras de cola y ADN que se encuentra en el área
de la cabeza.
Para la identificación del
material genético, Hershey y
Chase utilizaron al fago t2 el
cual infecta a la bacteria
Escherichia coli, usando
marcadores como el P32
que se puede recuperar
despues de la multiplicación
del fago t2 en el ADN y el
S35 que se puede recuperar
en la estructura proteica
determinando así que solo el
ADN se transmitía a sus
descendientes
1948 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle
muestran que los genes codifican las proteínas
Establecen una relación directa entre la
molécula de ADN y la secuencia de
aminoácidos de una enzima: “un gen, una
enzima”.
No todas las proteínas son enzimas y hay
proteínas formadas por varias cadenas
polipeptídicas. La hipótesis se transforma:
“un gen, una cadena polipeptídica”.
Neurospora crassa, moho
con el que trabajaron
• Beadle y Tatum en 1948, realizaron unas experiencias
irradiando con UV un hongo.
– UV
proteínas, no las altera
– UV
ADN lo altera
Al irradiar con UV el hongo, no sintetiza determinados
enzimas (proteínas)
– Se deduce:
si los UV no destruyen a las proteínas, pero
alteran al ADN y al alterarlo no se han sintetizado
las proteínas, está clara la relación entre ADN y
proteínas .
(gen
enzima)
Linus Pauling
Globulos
rojos
Normales
Falciformes
Descubre, estudiando la anemia falciforme, la
relación entre una mutación en el ADN y la pérdida
de actividad biológica de una proteína: En la cadena
b el sexto aminoácido, que debería ser ácido
glutámico, es sustituido por valina.
• Una vez establecido el paralelismo entre
genes y enzimas y tras ser propuesto,
en1.953, el modelo de doble hélice por
Watsony Crick, este último propuso la
denominada
Hipótesis de colinealidad de CRICK:
" Existe una correspondencia entre la
secuencia de nucleótidos del gen y la
secuencia de aminoácidos de la enzima
codificada"
Algunos virus poseen ARN replicasa, capaz de obtener copias de su ARN.
Otros poseen transcriptasa inversa que sintetiza ADN a partir de ARN
mediante un proceso de retrotranscripción.
REPLICACIÓN
(RT)
TRANSCRIPCIÓN
TRADUCCIÓN
La información se almacena en forma de GENES a lo largo del GENOMA,
pero…
¿Cómo lo hacen PROCARIOTAS y EUCARIOTAS?
A) PROCARIOTAS:
 1 solo cromosoma circular
 Genes continuos (no existen zonas sin información)
 Plásmidos  moléculas pequeñas de ADN circular que se replican
independientemente
B) EUCARIOTAS:
 ADN se encuentra en el núcleo
 Mayor cantidad de ADN que en Procariotas
 Hay ADN repetitivo (secuencias ↑ repetidas que no codifican proteínas)
 En los genes hay intrones (“sin información”) y exones (“con información”)
 ADN se asocia a proteínas (histonas)
 Mitocondrias y Cloroplastos tienen ADN circular (≈ Procariotas)
Complejidad del genoma eucariota
• Parte del genoma de los organismos eucariotas
no codifica para proteínas:
– ADN altamente repetitivo, centrómeros, ADN satélite,
telómeros (5% del genoma humano)
– ADN moderadamente repetitivo, SINEs, LINEs, ARNr
y VNTRs (30% del genoma humano)
• Los organismos eucariotas contienen secuencia
no codificante (no traducida a proteína) incluso
dentro de la secuencia génica
Diferentes genes para diferentes RNAs
Hay 4 tipos de RNA.
El DNA genómico contiene toda la información de la estructura y
funcionamiento de un organismo. En cada célula, solamente algunos de los
genes se expresan, es decir se transcriben en RNA.
Hay 4 tipos de RNA, cada uno codificado por
un tipo de gen:
•mRNA - RNA mensajero: Codifica la
secuencia de aminoácidos de un polipéptido.
• tRNA - RNA transferente: Lleva los
aminoácidos a los ribosomas durante la
traslación.
•rRNA - RNA ribosómico: Con proteinas
ribosómicas, constituye los ribosomas,
encargados de la traslación de mRNA.
• snRNA - RNA pequeño nuclear: Está
implicado en el proceso de maduración del
RNA en las células eucariotas.
Generalidades sobre la transcripción:
• Constituye el primer proceso de la expresión génica,
mediante el cuál se transfiere la información contenida en
la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína
utilizando diversos ARN como intermediarios.
• Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN
son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN
polimerasa
• La enzima no requiere cebador
• La enzima elonga en la dirección 5’ -> 3’ mediante la
formación de enlaces en el extremo 3’ OH.
• La síntesis sólo se inicia a partir de secuencias
promotoras e implica el desenrollado parcial del ADN.
• Las dos diferencias principales entre Replicación y
Transcripción son:
- Sólo se transcribe una cadena molde de ADN
- Sólo una pequeña fracción de potencial genético global de un
organismo se ejecuta en la célula.
 La síntesis de ARN o transcripción necesita:
CADENA DE ADN QUE ACTÚE COMO MOLDE
ENZIMAS  ARN-POLIMERASAS En eucariotas
• ARN polimerasa I
ARNr
• ARN polimerasa II
ARNm
• ARN polimerasa III
ARNt y ARNr
RIBONUCLEÓTIDOS TRIFOSFATO DE A, G, C, U
 FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN :
1.- INICIACIÓN: ARN-polimerasa reconoce el ADN y abre la doble hélice
2.- ELONGACIÓN : la ARN-polimerasa lee el ADN molde y sintetiza el ARNm
3.- TERMINACIÓN : ARN-polimerasa lee en el ADN una señal de terminación. Se
cierra la burbuja de ADN y se separa la ARN-polimerasa del ARN transcrito
Estructura básica de un gen codificador de proteínas
Un gen codificador de proteínas consiste en un promotor, seguido
de la secuencia de codificación de la proteína y de un terminador.
El promotor es una secuencia de pares de bases que especifica
dónde debe comenzar la transcripción.
El terminador es una secuencia que especifica el final de la
transcripción en mRNA.
La transcripción comienza en el promotor, por toda la región
de codificación, y se acaba en el terminador.
Orientación y nomenclatura de las cadenas en relación a la transcripción
(5)’ CGCTATAGCG (3’)  cadena codificadora del DNA
(3’) GCGATATCGC (5’)  cadena molde del DNA
(5’) CGCUAUAGCG (3’)  transcrito de RNA
¿Qué cadena de la doble hélice es la codificadora?
Depende de cada gen, no es un propiedad del cromosoma.
Transcripción procariotas
Debido a que no hay núcleo para separar los
procesos de transcripción y traducción, cuando se
transcriben los genes de las bacterias, sus
transcripciones pueden traducirse
inmediatamente.
RNA polimerasa
• En procariotas una sola polimerasa (RNA
Polimerasa) se encarga de transcribir el DNA en
las diferentes clases de RNA
ESTRUCTURA (E. coli)
• Se compone de 5 subunidades: 2 subunidades 
idénticas, b, b’, ω, más el cofactor .
• El cofactor  tiene la propiedad de disociarse del
resto de subunidades durante el proceso dejando
el núcleo central de la enzima al descubierto.
Etapas de la transcripción
•Iniciación:
La polimerasa se une a secuencias específicas dentro del ADN,
denominadas centros promotores. La subunidad σ colabora en la
localización de la secuencia promotora
Centros promotores
* Los promotores presentan diferentes eficacias en la
iniciación de la transcripción.
1 transcripción cada 2 segundos a 1 cada 10 minutos
* Los promotores más fuertes tiene secuencias –35 y –10
que coinciden con las consensos.
* La distancia óptima entre ambas secuencias consensos es
de 17 nucleótidos.
* La ARN polimerasa se une al ADN de manera inespecífica
y busca el sitio promotor desplazándose por la molécula
de ADN.
* Puede detectar las secuencias –35 y –10 sin desenrollar la
doble hélice.
• La ARN polimerasa produce una separación de
la molécula de ADN en una región situada entre
–9 a +2.
• En concreto cada ARN polimerasa unida
desenrolla un segmento de ADN de 17 pb.
Elongación
• Tras la polimerización de 6-10 nucleótidos la subunidad
σ se separa de la holoenzima.
• La burbuja de transcripción (ARN polimerasa, ADN
molde y ARN naciente), se desplaza a lo largo de la
molécula de ADN.
• El ARN sintetizado se enrolla con la hebra de ADN
molde formándose un híbrido ADN-ARN, de unos 8-10
nucleótidos de longitud.
• La región desenrollada del ADN y la longitud del híbrido
DNA-RNA permanecen constantes mientras la ARN
polimerasa avanza por el molde.
• La molécula de ADN debe de ir desenrollandose por
delante de la burbuja y enrollandose por detrás.
Finalización
• Se paraliza la formación de enlaces fosfodiésteres.
• Se separa el híbrido ARN-ADN.
• Se rebobina el ADN y se libera la ARN polimerasa.
¿ Dónde se termina la transcripción?
* Existen secuencias de parada (stop signals) en el ADN.
* Una de ellas consiste en una región palindrómica rica en
GC seguida de otra rica en AT.
* El
factor rho detecta señales de terminación no detectadas
por la RNA polimerasa. Los ARN que presentan señales de
terminación dependientes de rho(ρ) no suelen presentar el
lazo en horquilla seguido de uracilos.
Debilita la interacción entre el molde y el transcrito
provocando su separación, la de la enzima y la del propio
factor rho
Transcripción en E coli.
Transcripción Células eucariotas
En las células eucariotas ambos
procesos están espacial y
temporalmente separados; la
transcripción se lleva acabo en el
núcleo produciendo una molécula
de pre-mRNA.
La molécula de pre-mRNA se
procesa para producir el mRNA
maduro, que sale del núcleo y es
traducido en el citoplasma.
TRANSCRIPCION EN EUCARIOTAS
• Es un proceso de mucha discriminación (según
el tejido o etapa del desarrollo serán los genes
que se van a transcribir)
• La maquinaria de la transcripción debe tener en
cuenta la compleja estructura de la cromatina
eucariota
• Requiere de varios tipos de RNA polimerasas
• La RNA polimerasa requiere de factores
adicionales llamados factores de transcripción
para iniciar la transcripción
• Tiene que haber un procesamiento complejo del
mRNA que permita escindir los intrones del
mensaje y transportar la molécula al citoplasma
RNA POLIMERASAS
POLIMERASA
LOCALIZACION
RNA SINTETIZADOS
I
Núcleo
pre – rRNA (excepto la
subunidad 5S)
II
Núcleo
pre – mRNA, RNA nucleares
pequeños (snRNA)
III
Núcleo
Mitocondrial
Mitocondria
pre – tRNA, rRNA 5S,
otros snRNA
Mitocondrial
Cloroplástica
Cloroplasto
Cloroplástico
RNA POLIMERASA II
• TRANSCRIBE LOS GENES ESTRUCTURALES, ES
DECIR, LOS QUE SE TRADUCEN A PROTEINAS
• Contiene múltiples subunidades
• Intervienen al menos 7 factores de transcripción: TFIIA,
TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH y TFIIJ
• El factor critico es TFIID que se une a la caja TATA que es
el equivalente eucariota a la región -10
• Los genes de eucariotas, al igual que los de procariotas,
precisan de promotores para iniciar la transcripción
Destacar la presencia de la región TATA box hacia el
nucleótido –25
• En eucariotas, además de la región promotora existen
otras regiones intensificadoras (enhancers) que
participan también en la iniciación.
• Las secuencias intesificadoras no tienen una
localización precisa respecto al sitio de iniciación.
• Las secuencias intesificadoras son bidireccionales.
• Pueden ejercer su efecto sobre promotores situados a
miles de pares de bases de distancia.
Las proteínas del potenciador se unen a las proteínas del
promotor induciendo la transcripción
Iniciación
• Existen en los genes eucariotas tres tipos de secuencias
génicas reguladoras:
1. El promotor: es la región más próxima al inicio de la transcripción y
esta formada por la secuencia -25 TATA, -80CAAT Y -120 GC. Los
factores proteicos de transcripción que se unen al promotor,
conocidos como factores basales, ayudan a la ARN polimerasa a
colocarse en el sitio de iniciación del gen.
2. Las secuencias potenciadoras (enhancers): situadas mucho más
lejos, entre -200,-10000, a ellas se unen los factores activadores de
la transcripción, que cumplen dos funciones:
1.
2.
Desempaquetar la cromatina al disgregar los nucleosomas, y
consiguen desenrollar la doble vuelta del ADN, para que la región
promotora quede accesible.
Incrementar la velocidad de transcripción.
3. Las secuencias silenciadoras( silencers): se encuentran intercaladas
entre las activadoras y a ellas se unen los represores, disminuyendo
la velocidad de transcripción.
• Elongación:
la enzima ARN polimerasa recorre la hebra
molde en sentido 3´ 5´, mientras que la
cadena del ARNm transcrito primario o
pre-ARNm , continua creciendo en dirección
5´ 3´, a razón de 30 nucleótidos por
segundo.
• Terminación:
la enzima reconoce la secuencia TTATTT, que
determina el final de la transcripción y la
separación de la cadena de pre-ARNm recién
sintetizada de la hebra molde de ADN
La pol II sigue transcribiendo mas
allá de la señal de terminación
pasando a través de varias regiones
AATAAA.
El pre-mRNA que transporta esta
señal en forma de AAUAAA se rompe
por una endonucleasa que reconoce
la señal y corta entre 11 y 30
residuos hacia el lado 3’
Luego se añade una cola poli-A de
hasta 200pb mediante una
polimerasa especial que no esta
dirigida por un molde
mRNA en Células Procariotas
La secuencia de un gen codificador de proteínas en una célula
procariota es colineal con el mRNA trasladado; esto es, la
transcripción del gen es la molécula que se traslada en un polipéptido.
Los ARNt y ARNr se forman a
partir de un transcrito primario
que contiene muchas copias
del ARNt y ARNr.
mRNA en Células Eucariotas
La secuencia de un gen codificador de proteínas en una célula
eucariota no es normalmente colineal con el mRNA trasladado; esto
es, la transcripción de un gen es una molécula que debe ser
procesada para eliminar las secuencias extra (intrones) antes de
trasladarlo en un polipéptido.
Procesado del pre-mRNA (Splicing)
La mayor parte de los genes codificadores de proteínas en las células
eucariotas contienen segmentos denominados intrones, que dividen la
secuencia codificadora de aminoácidos en segmentos denominados exones.
La transcripción de estos genes es pre-mRNA (mRNA precursor). El pre-mRNA
es procesado en el núcleo para eliminar los intrones y unir los exones en una
cadena de mRNA trasladable. Este mRNA sale del núcleo y se traslada en el
citoplasma.
•
•
•
•
LA TRANSCRIPCIÓN
DIFERENCIAS PROCARIOTAS CON
EUCARIOTAS
1ª) En los procariotas el ARNm no tiene ni
caperuza ni cola.
2ª) Tampoco tiene intrones y por lo tanto no
requiere de un mecanismo de maduración.
3ª) Al mismo tiempo que el ARNm se
transcribe se está ya traduciendo.
4ª) Los genes son policistrónicos, esto es,
un ARNm contienen información para varias
proteínas.
Código Genético
Código que establece la relación
entre nucleótidos y aminoácidos
Se consiguió encontrar gracias a los siguientes
descubrimientos:
– Severo Ochoa y otros (1955) aislaron la polinucleótido
fosforilasa (enzima capaz de unir nucleótidos sin hebra
patrón):
formaron un poliU (UUUUUUUU……).
SEVERO OCHOA (1905-1993)
Premio Nobel 1959
Descubrimiento de la Polinucleótido fosforilasa
Niremberg (1961), utilizando moléculas de poliU, realizó la siguiente
experiencia:
Preparan 20 tubos con extracto de E.
Coli y lo necesario para síntesis de
proteínas. Añadieron en cada tubo
uno de los 20 aminoácidos marcados
radiactivamente.
Poli U
Añaden a cada tubo ARN igual al
sintetizado por Severo Ochoa:
“poli U”
Fen *- Fen*- Fen*- Fen*- Fen*
En sólo uno de los tubos se
obtuvo un polipéptido que era de
fenilalanina. Aceptando que el
código genético está formado por
tripletes, dedujeron que el UUU
codificaba para fenilalanina.
• Dedujo: hay colinearidad entre Uracilo y
Fenilalanina.
• Si repetía la experiencia con poliC, sólo se
unían los aminoácidos en el tubo de la
Prolina, por lo tanto hay colinearidad
Citosina y Prolina.
UUUUUUU.. ->
CCCCCCC... ->
AAAAAAA... ->
GGGGGGG ->
UUU
CCC
AAA
GGG
Phe-Phe-Phe-Phe...
Pro-Pro-Pro-Pro...
Lys-Lys-Lys-Lys...
Gly-Gly-Gly-Gly...
Phe
Pro
Lys
Gly
Características del código genético
UNIVERSAL
DEGENERADO
Compartido por todos los
organismos conocidos incluso los
virus.
El código ha tenido un solo origen
evolutivo.
Existen excepciones en las
mitocondrias y algunos protozoos.
SIN IMPERFECCIÓN
Cada codón solo codifica a un
aminoácido.
Met
Gli
Codones de
iniciación
Tre
A excepción de la metionina y el
triptófano, un aminoácido está
codificado por más de un
codón.
Esto es una ventaja ante las
mutaciones.
CARECE DE SOLAPAMIENTO
Los tripletes se disponen de
manera lineal y continua, sin
espacios entre ellos y sin compartir
bases nitrogenadas
His
Ala
Met
Fen
Leu
Ala
Leu
Solapamiento
Pro
El código genético está compuesto por codones
(codon= 3 bases nitrogenadas) que definen el
proceso de traducción
•61 codones para aminoácidos
(existen 20 aminoácidos diferentes)
•3 codones de terminación
El código genético es
universal
El código genético es
redundante (varios
codones para un mismo
aminoácido)
Ejemplo: El aminoácido
glicina está codificado
por GGU, GGC, GGA y
GGG
 Son necesarias señales de inicio y final para que
empiece y termine la traducción
UAA
UAG
Señales de detención
UGA
AUG
Señal de inicio
(único codón de la metionina)
Metionina es siempre el primer aminoácido que se
incorpora a la cadena polipeptídica

 Sin embargo, en la mayoría de los casos el residuo se
elimina después de la traducción
Traducción
• Es la síntesis de una molécula de proteína, de acuerdo
con el código contenido en la molécula de ARNm.
• Se llama traducción porque comprende el cambio del
“lenguaje” de ácidos nucleicos (sucesión de bases) al
lenguaje de proteínas (sucesión de aminoácidos).
• En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los
ribosomas. Los aminoácidos que se necesitan están
dispersos por el citoplasma. Los aminoácidos correctos
llegan al ARNm por el ARNt.
• Las moléculas de ARNt son más cortas que las de ARNm y
tienen la forma de una hoja de trébol.
• En uno de los lazos de la molécula de ARNt hay un
conjunto de tres bases llamado anticodón. El lado opuesto
transporta un aminoácido.
• Cada tARN contiene un triplete de nucleótidos
denominado anticodón, que es complemetario de un
codón en el mARN para el aminoácido concreto
• Es necesaria una enzima específica para realizar la
unión entre cada tARN y el correspondiente
aminoácido denominada aminoacil-tARN sintetasa
• Los ribosomas son los encargados de juntar los
tARN y mARN para efectuar la traducción.
• El mensaje se lee en dirección 5’  3’, y la cadena
polipeptídica se sintetiza comenzando por el residuo
N-terminal.
activación del aminoácido
Unión de cada aa con su ARNt correspondiente mediante la intervención de una enzima
específica, la aminoacil ARNt-sintetasa, y la energía aportada por el ATP.
+
Aminoacil ARNt -sintetasa
+
Aminoácido
Ácido aminoaciladenílico
+
ARNtx
La unión se realiza en
el extremo 3’ del ARNt
Existen al menos 20 aminoacil-ARNt-sintetasas, una
para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas
Aminoácil -ARNtx
Iniciación
El ARNm se une a la
subunidad menor del
ribosoma por el
extremo 5´.
Se une el primer
ARNt que porta
metionina en
eucariontes y formilmetrionina en
procariontes.
Se incorpora la
subunidad mayor del
ribosoma .
Elongación
Terminación
Una vez terminada la síntesis
de la proteína, los ARNt, las
subunidades ribosomales y el
ARNm
pueden
ser
reutilizados.
67
Val
Leu
NH2
NH2
F-Met
F-Met
P R
E A
P R
E A
P N
T S
P N
T S
I F
D E
I F
D E
I R
L A
I R
L A
S
S
A
UAC
AUG
5’
Phe
T
A
CGU
R2F
Val
Leu T
T
P R
E A
T
P R
E A
P R
E A
Phe
Arg
P N
T S
I F
D E
F-Met
AAA
I R
L A
NH2
P N
T S
GAU P
A
CUA
CAA
N
T S
I F
I F
D E
D E
I R
I R
L A
S
UUU
R1F
COOH
Arg
Arg
T
Phe
S
L A
S
A
A
GUU
Codón de
Terminación
UAA
3’
Sitio P
Sitio A
ARNm
Polirribosomas
Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído
por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o
polisoma.
ARNm
Proteína
en
formación
Microfotografía electrónica (MET, falso
color) de un polirribosoma.
Ribosoma
Traducción en Procariontes y
Eucariontes
PROCARIONTES
EUCARIONTES
ARNm policistrónicos: codifican para ARNm monocistrónicos: codifican
varias proteínas (hay varios sitios de
para una sola proteína (hay un solo
inicio de la traducción)
sitio de inicio para la traducción)
La traducción comienza en el codón
AUG (formilmetionina)
La traducción comienza en el codón
AUG (metionina)
El ARNm tiene, previa al codón inicio,
una secuencia que le permite
reconocer y unirse al ribosoma.
El ribosoma se une al ARNm al
reconocer el cap
Las moléculas proteicas “Factores de Iniciación” y “Factores de
Elongación” son diferentes para células procariontes y eucariontes.
Regulación de la expresión génica
Genes constitutivos y genes regulados
No todos los genes se expresan
simultáneamente ni al mismo nivel
Genes constitutivos: se expresan al mismo
nivel independientemente de las
condiciones ambientales
Genes regulados: se expresan a distintos
niveles (o no se expresan) dependiendo de
las condiciones
Regulación de la expresión génica
en procariotas
• Un primer nivel de regulación se establece en las
secuencias promotoras que sean lo más
parecidas posibles a las secuencias consenso.
• Un segundo nivel es el modelo del operón
propuesto por Jacob y Monod en 1961
Francois Jacob
Jacques Monod
Los operones son
inducibles
reprimibles
de acuerdo al mecanismo de control
El Operón lactosa, que abreviadamente se
denomina Operón lac, es un sistema inducible.
La proteína reguladora, producto del gen
regulador , es un represor que impide la expresión
de los genes estructurales en ausencia del
inductor.
El inductor en este caso es la lactosa
modelo del operón lactosa:
Supone que el ADN que codifica la formación de los enzimas necesarios
para la degradación de la galactosa contiene:
dos tipos de genes:
Estructurales (z, y, a):Codifican proteínas estructurales y enzimáticas
Reguladores (i):Codifican proteínas que regulan a los genes
estructurales
Elementos de control:
Zona promotor (p) : lugar al que se une la ARNp.
Zona operador (o) :debe estar libre para que pueda actuar la ARNp
Operón lactosa en ausencia de lactosa
Cuando un producto del metabolismo, el triptofano por
ejemplo, está en cantidades suficientes la bacteria puede
dejar de fabricar las enzimas que los sintetizan.
En este sistema, el producto funciona como correpresor
uniéndose al represor y de este modo detiene la síntesis
proteica.
Operón triptófano: en presencia de triptófano
Represor
inactivo
Operón triptófano: en ausencia
de triptófano
Tanto la represión como la inducción son ejemplos de
control negativo, dado que la proteína represora
detiene (" turn off ") la transcripción.
La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la
enzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible:
solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa,
el sustrato sobre el cual opera, esta presente.
En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácido
triptófano se producen continuamente a menos que el
triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en
este caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano
están reprimidas.
Operón lac: control positivo inducible
Niveles de regulación en eucariotas
Todas las células de un organismo pluricelular tienen el
genoma, pero no todas sintetizan las mismas proteínas.
La regulación génica se lleva a cabo en diferentes momentos.
ADN
Pre-ARNm
Transcripción
Cromatina
ADN-B
ADN-Z
Nivel principal
de regulación
Transcripciónal
ARNm
Splicing
Traducción
Proteína
Proteína
activa
Modificaciones
post-traduccionales
Estabilidad
Splicing
alternativo
Post-transcripción
Post-Traduccional
1) CONFORMACION Y ESTRUCTURA DEL ADN
Compactación diferencial de la cromatina
• La compactación de la cromatina afecta la capacidad de unión de
las enzimas y factores transcripcionales de genes específicos. La
cromatina se puede dividir en dos clases según su patrón de tinción.
La eucromatina se tiñe suavemente y se corresponde con
regiones del genoma que están disponibles para la transcripción.
Por otro lado, la heterocromatina, se tiñe intensamente y se
corresponde a regiones del genoma que están densamente
compactadas e inaccesibles para el aparato transcripcional.Se
pueden distinguir dos clases de heterocromatina: la constitutiva y la
facultativa. La constitutiva hace referencia a cromosomas o parte de
ellos que son heterocromáticos en todas las células de una misma
especie, mientras que la facultativa implica zonas de cromosomas
que se pueden descompactar tornándose en eucromatina en
algunas células de un mismo organismo.
• Secuencias características de organización del DNA como
los palíndromes así como la disposición espacial del DNA Z han
sido relacionados con señalizaciones para el sitio de inicio de la
transcripción.
Modificaciones covalentes del ADN
• Metilaciones de residuos de desoxi citidina
2) CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA
EXPRESION GENETICA
• Constituye uno de los modos más
importantes de regulación de la expresión
proteica en eucariontes. En esta categoría
están incluídos los promotores, la
presencia de secuencias regulatorias
potenciadoras (enhancers), y la
interacción entre múltiples proteínas
activadoras o inhibidoras que actúan
mediante su unión a secuencias
específicas de reconocimiento al ADN.
3) CONTROL POST-TRANSCRIPCIONAL DE LA
EXPRESION GENETICA
SITIOS DE POLIADENILACION ALTERNATIVA:
• En este caso hallándose sobre un mismo gen varios
sitios susceptibles de ser poliadenilados como es el
caso del gen para la cadena pesada m de
inmunoglobulina. Dependiendo del sitio 3’ poliadenilado,
la proteína resultante puede anclarse a membrana o ser
secretada, de acuerdo al estadío de desarrollo en que
se encuentra la célula.
SPLICING ALTERNATIVO:
• Es un mecanismo muy difundido, que permite que un
solo gen pueda codificar para más de una proteína. En
muchos de estos casos se conoce más de una vía para
procesar el transcripto primario obteniendo proteínas
estructural y funcionalmente diferentes o bien isoformas
de una proteína. El mecanismo por el cual la célula
selecciona los sitios no está claro.
Procesamiento (splicing) alternativo
EDICIÓN DEL ARN (Mutagénesis dirigida del ARN):
• Si bien el splicing alternativo es la forma mejor estudiada
y más habitual de regulación de la expresión genética a
nivel de procesamiento del ARN, no es la única. La
mutación puntual de una base en el ARNnh o en el
ARNm, puede alterar el producto. Esto no constituye un
error sino que es una herramienta utilizada por la célula
para lograr una determinada proteína. En el ser humano
este es el caso de las apoproteínas B100 y B48. Ambas
son codificadas por el mismo gen y contienen en el
ARNnh los mismos exones e intrones. Cuando el gen se
expresa en el hepatocito, el ARNnh no sufre ningún tipo
de modificación y el RNAm procesado se traduce en
ApoB100. En cambio, cuando el gen se expresa en el
enterocito se produce una mutación puntual que
convierte C por U en el ARNm configurando un codón
de terminación que codifica para la ApoB48.
4)- CONTROL TRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA
• Se puede regular la velocidad con que los mensajeros son traducidos y el
número de veces que debe traducirse.
• CONTROL GENERAL DE LA TRADUCCIÓN: Todos los ARNm celulares
tienen cap con la guanosina metilada y esa estructura aumenta la
traducción. Cuando por alguna razón de disposición espacial del extremo 5’
del ARN el cap no queda disponible para su interacción el factor de
iniciación Ife4E la traducción disminuye. Puede controlarse también la
actividad de los factores de iniciación: IFe2B, IFe3, IFe4B e IFe4F. La
actividad de estos factores se controla por fosforilación.
• CONTROL PARTICULAR DE LA TRADUCCIÓN : Depende de sustancias
reguladoras que modifican la configuración de un tramo de nucleótidos no
traducibles localizados en el extremo 5’ entre el cap y el codón de
iniciación.
• Un ejemplo de este tipo de regulación lo proporciona la traducción del
mensajero de la Ferritina que se une al hierro para su depósito intracelular.
Cuando las concentraciones citosólicas de hierro aumentan la síntesis de
ferritina se produce a altas velocidades, el hierro se liga a la aconitasa o
IRF. En cambio, cuando estas concentraciones disminuyen la IRF queda
libre y se liga al ARNm de la ferritina formando un bucle en el extremo 5’
que impide el ligado de IFe4F y con ello el ensamblaje del aparato de
traducción, bloqueando de esta manera la producción innecesaria de
proteína.
5)- CONTROL POSTRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA
Entre las modificaciones más importantes:
• La unión de grupos prostéticos
• La modificación de ciertos aminoácidos
mediante fosforilaciones, metilaciones etc..
• La eliminación de uno o más aminoácidos del
extremo aminoterminal
• La eliminación de segmentos de aminoácidos
internos.
• La formación de puentes disulfuro que ayudan
al plegamiento.
• La asociación con otras cadenas polipeptídicas,
que definen la estructura cuaternaria de la
proteína funcional.
Mecanismo de actuación hormonal
Hormonas peptídicas
Mecanismo de actuación hormonal
Hormonas esteroideas