Download Resumen Replicación, transcripción y traducción

FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
1.- INTRODUCCIÓN:
Las funciones de los genes son:
- Conservación y almacenamiento de la información genética: requieren una molécula estable (ADN) y
mecanismos que eviten su alteración, aunque los cambios genéticos son indispensables para la evolución.
- Transmisión de la información genética: se produce durante la reproducción y el crecimiento del
individuo. Se deben realizar copias del ADN mediante el proceso conocido como Replicación.
- Flujo de información a través de intermediarios, que culmina con la síntesis de proteínas. Una parte de
ADN se copia en forma de ARNm (Transcripción), que contiene la información necesaria para sintetizar una
cadena polipeptídica en los ribosomas (Traducción). La traducción de una información almacenada en un lenguaje
de nucleótidos a otra expresada en un lenguaje de aminoácidos se resuelve gracias al código genético.
2.- REPLICACIÓN DEL ADN
a.- Introducción: La replicación del ADN tiene lugar en la fase S de la interfase. En general se cumple que:
• Es semiconservativa: A partir de cada cadena de ADN se forma una nueva, complementaria de la que ha
servido como patrón. Así, cada doble hélice conserva una cadena del ADN original y sintetiza una nueva.
• Es bidireccional: A partir de un punto dado del cromosoma, la replicación progresa en dos direcciones.
• En virus y bacterias hay un único punto de inicio de la replicación, mientras que en eucariotas hay varios.
• La replicación avanza por adición de mononucleótidos en el sentido 5’→ 3’.
• Es semidiscontinua: En una de las hebras (hebra conductora) se sintetizan fragmentos bastantes grandes de
forma continua, mientras que en la otra (hebra retardada) la síntesis es discontinua, es decir, se van
incorporando nucleótidos que dan lugar a fragmentos pequeños que se disponen de forma separada.
• La iniciación de la síntesis de cada fragmento requiere un extremo hidroxilo libre que es proporcionado
por un ARN cebador.
• Como sustrato se utilizan desoxirribonucleótidos 5’-trifosfato (dNTP), que se van adicionando al
desoxirribonucleótido 5’-monofosfato (dNMP) o ADN ya sintetizado. En la reacción se libera pirofosfato
(PPi), y esto permite el aporte de energía necesario para la síntesis de ADN.
• La replicación del ADN necesita un conjunto de enzimas específicas: Helicasas, Topoisomerasas,
Primasas, ADN polimerasas, Ligasas…
b.- Fases:
a’.- Fase de iniciación: La doble hélice se desenrolla y abre por acción de enzimas que rompen los
puentes de hidrógeno entre bases complementarias y eliminan las tensiones generadas al separarse y
desespiralizarse las dos hebras. Se inicia en una región del ADN llamada punto de iniciación, donde se forma
una “burbuja de replicación”, en la que hay dos “horquillas de replicación”, donde se va a sintetizar el ADN.
La burbuja se va extendiendo a lo largo del cromosoma en los dos sentidos (la replicación es bidireccional).
b’.- Fase de elongación: Síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las originales, por
acción de la ADN polimerasa III. Como ella no puede comenzar la síntesis por sí misma, es necesario que,
utilizando ADN como molde, primero se sintetice el ARN cebador ARN (de 40 ó 50 nucleótidos). Una vez que ya
hay un extremo 3’ libre en una cadena polinucleotídica previa, la ADN polimerasa, tomando como molde una
hebra de ADN, que recorre en sentido 3’ → 5’, va sintetizando la hebra complementaria (en sentido 5’ → 3’), al ir
uniendo los nucleótidos que se van situando, frente a sus complementarios de la hebra molde.
La síntesis de una hebra es continua, ya que a medida que se abre la doble hélice, la enzima va avanzando y
añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en formación (hebra conductora). Sin embargo, como la otra cadena es
complementaria, la ADN polimerasa debería recorrerla en sentido 5’ → 3’, añadiendo los nucleótidos a la hebra
en formación en sentido 3’ → 5’, lo que no es posible. La síntesis, en este caso, es discontinua, y se produce en
segmentos separados (fragmentos de Okazaki). Esta cadena se denomina hebra retardada. Cada fragmento necesita
una ARN cebador para iniciar la síntesis de una secuencia de nucleótidos.
Posteriormente, los ARN cebadores son eliminados por acción de la ADN polimerasa I, y el hueco dejado por
el ARN cebador es rellenado por la acción de la misma enzima, que tiene también actividad polimerasa. Por
último, los fragmentos de Okazaki se unen por la acción de las enzimas ligasas.
Una vez replicada toda la longitud del ADN, cada hebra recién sintetizada, y la que le ha servido de patrón se
disponen enrolladas, originando una doble hélice.
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c’.- Corrección de errores: La replicación no concluye hasta que se comprueba que la copia de la
secuencia nucleotídica es correcta, para lo cual hay que detectar y corregir los errores producidos.
Si por error la ADN polimerasa ha unido nucleótidos no complementarios, por acción enzimática se corta y
elimina la cadena anómala, se sintetiza un fragmento correcto y se une al resto de la cadena.
Tras la corrección, el nº de errores disminuye, aunque la fidelidad de la replicación no es absoluta, lo que
constituye una fuente de variabilidad genética, imprescindible para el desarrollo de los procesos evolutivos.
d’.- Replicación en eucariotas. Las principales diferencias con la de procariotas son:
• La replicación se inicia de manera simultánea en varios puntos de cada cromosoma.
• Intervienen mas tipos de ADN polimerasas, diferentes a las de procariotas.
• Cuando se elimina el último ARN cebador, la hebra retardada quedará incompleta, ya que la ADN
polimerasa no podrá rellenar el hueco, al ser incapaz de sintetizar en dirección 3’ → 5’. Por ello el
telómero se va acortando un poco cada vez que la célula se divide.
3.- TRANSCRIPCIÓN
a.- Introducción: La transcripción consiste en la síntesis de los distintos tipos de ARN a partir de una de las
dos cadenas de ADN. Las diferencias fundamentales entre transcripción y replicación son:
• La transcripción es selectiva, es decir, sólo se transcriben algunas regiones del ADN.
• En la transcripción se copia una sola hebra de ADN, la hebra molde, aunque hay genes que se transcriben
de una hebra y otros, en otras regiones del ADN, que lo hacen de la contraria.
• El ARN se forma al irse uniendo ribonucleótidos siguiendo el criterio de complementaridad de bases;
frente a una adenina del ADN se incorpora un ribonucleótido de uracilo.
• La transcripción es reiterativa: un mismo fragmento de ADN puede transcribirse muchas veces, dando
múltiples copias del mismo ARN.
• Requiere la participación de un complejo sistema de factores proteicos y enzimas, entre las que destaca la
ARN polimerasa, que cataliza la adición de ribonucleótidos-trifosfatos en dirección 5’ → 3’
b.- La Transcripción en procariotas: La transcripción consta de 3 etapas:
a’.- Iniciación: La ARN-polimerasa reconoce en el ADN que se va a transcribir los centros promotores,
secuencias cortas de bases nitrogenadas, a las que se une la ARN-polimerasa, haciendo que la doble hélice se abra
para que quede expuesta la secuencia de bases del ADN y se puedan incorporar los ribonucleótidos.
b’.- Elongación: Consiste en la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN. La ARN –
polimerasa avanza a lo largo de la cadena de ADN “leyéndola” en sentido 3’ → 5’, mientras que el sentido de la
síntesis del ARN es 5’ → 3’. La enzima selecciona el ribonucleótido trifosfato cuya base es complementaria con la
cadena de ADN que actúa como molde y lo une, mediante un enlace fosfodiéster, al siguiente nucleótido,
desprendiéndose el grupo pirofosfato (PPi). La enzima sigue abriendo la doble hélice, mientras que ésta va
cerrándose por detrás, obligando a que la cadena de ARN se vaya separando de la de ADN patrón.
c’.- Terminación: La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación, que indican el
final de la transcripción. Esto implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación del la ARNpolimerasa del ARN transcrito.
c.- La Transcripción en eucariotas: Las principales diferencias respecto al proceso visto en procariotas son:
• Existen tres ARN-polimerasas.
• En eucariotas cada ARNm lleva información para una sola proteína.
• El ARN resultante de la transcripción sufre un proceso denominado “maduración” antes de salir del
citoplasma en forma de ARNt o ARNm. La mayor parte de los genes que codifican las proteínas están
fragmentados. Los fragmentos denominados intrones (secuencias de bases que no se traducen), y exones
(secuencias que se transcriben y se traducen) se intercalan unos con otros. La maduración consiste en la
eliminación de los intrones y unión de los exones entre sí. Las secuencias intrónicas forman unos bucles
que hacen que los extremos de los exones se acerquen, y continúa con el corte de los intrones y la unión de
los exones, para formar un ARNm que ya puede salir del núcleo.
4.- TRADUCCIÓN: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS:
a.- Concepto: La traducción consiste, básicamente, en la unión de los aminoácidos mediante enlaces
peptídicos, según una secuencia que corresponde a la de nucleótidos en el ARNm. Tiene lugar en los ribosomas.
La correspondencia entre esta secuencia de nucleótidos y la de aminoácidos de la proteína se establece en el
código genético.
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b.- El código genético: Se conoce con este nombre la correspondencia que existe entre la secuencia de
nucleótidos (bases) del ARNm y la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Es, por tanto, la clave que permite
la traducción del mensaje genético a su forma funcional, las proteínas.
Experimentalmente se comprobó que 3 bases codifican un aminoácido. Se denominan Codones a cada triplete
de bases del ARNm que codifica un aminoácido. Existen tripletes que codifican la terminación de la síntesis de la
cadena. Algunas características del código genético que conviene destacar son:
• Es altamente específico, pues cada codón codifica un solo aminoácido.
• Es degenerado, porque varios codones codifican a un mismo aminoácido (tripletes sinónimos).
• No presenta solapamiento ni discontinuidades: una base no puede pertenecer a dos tripletes consecutivos,
ni puede quedar suelta sin pertenecer a ninguno.
• Es universal. Los mismos tripletes tienen el mismo significado en todas las células. Esta característica
ofrece una prueba más de la unidad de la vida que deriva de un antepasado común y hace posible
introducir genes de una especie en otra y que dichos genes se expresen, con lo cual se consigue producir
organismos transgénicos, base de la ingeniería genética.
c.- Activación de los aminoácidos: Consiste en la unión de un aminoácido con el ARNt que le corresponde.,
dando lugar al aminoacil-ARNt. La reacción requiere energía y la intervención de una enzima:
d.- Fases de la traducción: En general, la traducción consiste en que los ARNt unidos a sus aminoácidos van
enfrentando sus anticodones a los complementarios de ARNm, que se encuentra unido a los ribosomas, y así los
aminoácidos pueden ir enlazándose unos con otros por enlaces peptídicos en el orden que marca la sucesión de los
tripletes del ARNm. El proceso se puede dividir en varias etapas:
a’.- Iniciación: Es necesario la intervención de varios factores de iniciación. La subunidad pequeña del
ribosoma y el ARNm (por su extremo 5’) se unen en un punto localizado cerca del codón AUG (codón iniciador).
A continuación se asocia un aminoacil-ARNt cuyo anticodón es UAC (complementario del codón iniciador). Por
último, se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, consumiendo energía aportada por el
GTP. Queda así formado el denominado complejo de iniciación.
La porción de ARNm cubierta por el ribosoma corresponde a dos codones (6 nucleótidos). Sobre el primero de
ellos ya está situado el aminoacil-ARNt correspondiente, en el lugar denominado P (lugar donde se localiza el
ARNt que lleva unida la cadena peptídica en formación). La otra zona es el sitio A (lugar en el que se acopla cada
nuevo aminoacil-ARNt).
b’.- Elongación: En esta etapa se sintetiza la cadena peptídica, por unión de sucesivos aminoácidos que se
van situando en el ribosoma transportados por los correspondientes ARNt. También intervienen factores proteicos,
denominados factores de elongación. Se distinguen 3 etapas que se repiten cíclicamente:
a’’.- Unión del aminoacil-ARNt al sitio A: Para ello el anticodón del ARNt debe ser complementario del
codón del ARNm que se encuentra allí. Se gasta energía e intervienen dos factores de elongación
b’’.- Formación del enlace peptídico: Este enlace se produce entre el aminoácido que ocupa el sitio P y
el que ha ocupado el sitio A. La reacción está catalizada por la peptidil-transferasa. No se requiere energía.
Al unirse los dos aminoácidos el que ocupa el sitio P se desprende de su ARNt, el cual se libera del
ribosoma. Se forma de esta manera un péptido que permanece unido al ARNt que ocupa el sitio A.
c’’.- Translocación: El ribosoma se desplaza sobre el ARNm en sentido 5’ → 3’. Así, el peptidil-ARNt
ocupa el sitio P, quedando libre el sitio A, que es ocupado por un nuevo codón de ARNm, pudiéndose repetir de
nuevo el ciclo de elongación. El proceso conlleva un gasto de energía.
c’.- Terminación: Si llega al sitio A un codón de terminación, se coloca un factor de liberación, que
permite que la peptidil-transferasa catalice la reacción de hidrólisis del péptido del ARNt al que está unido, con
gasto de energía. La proteína ya formada, y que ha ido adquiriendo a medida que se sintetizaba su estructura
secundaria y terciaria, abandona el ribosoma que, a su vez, se disocia en sus dos subunidades. El ARNm puede ser
que se siga leyendo por otros ribosomas, en cuyo caso se formarán polisomas, o que se degrade.
e.- La traducción en células eucariotas: Las principales diferencias con el proceso en procariotas son:
• Entre el lugar de transcripción y el de traducción existe una separación (membrana nuclear)
• Los ARNm son más estables y son monocistrónicos (cada uno sólo lleva información para una proteína.).
• Los ribosomas son 80s en células eucariotas y 70s en procariotas.
• Los factores de iniciación, elongación y terminación son diferentes a los de los procariotas.
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