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Parte 1
3
general
Introducción
Índice
a la genética
de contenidos
3.1 duplicación del adn
3.1.1 etapas de la duplicación
3.1.2 duplicación en procariontes
3.2 transcripción
3.2.1 etapas de transcripción
3.3 código genético y traducción
3.3.1 código genético
3.3.2 traducción
y eucariontes
Extras
Ejemplos
Cuestiones
Objetivos
Conocer las diferentes etapas de la duplicación del ADN.
Conocer las diferentes etapas de la transcripción del ADN.
Identificar las diferencias básicas entre la transcripción en procariotas y eucariotas.
Conocer el Código Genético.
Conocer las diferentes etapas de la traducción de ácidos nucleicos a proteínas.
Relacionar los ácidos nucleicos con las proteínas mediante el Código Genético.
3.1 Duplicación
del adn
El proceso de duplicación consiste en la separación de las dos cadenas complementarias del ADN
(molécula madre) y la formación de dos nuevas (moléculas
Nota
hijas). Cada molécula hija es complementaria a una de las
cadenas de la molécula madre, por ello que a este tipo de
La herencia del material genético se
duplicación se le llama “semiconservativa” porque cada una
basa en el proceso de duplicación
de las dos moléculas hijas contiene la mitad de la molécula
o replicación de ADN y su estudio
madre.
ha permitido la puesta a punto de
3.1.1 Etapas
numerosas técnicas biotecnológicas,
como la reacción de la PCR.
de la duplicación
Existen 3 etapas bien diferenciadas en el proceso de
duplicación: la iniciación, la elongación y la terminación.
importante
a. iniciación
El objetivo de esta primera etapa es indicar
el inicio de la replicación y separar las dos
hebras “madres”, para permitir así la entrada
del complejo enzimático que dará lugar a la
replicación del ADN, permitiendo su acceso al
origen de la replicación.
El inicio de la duplicación comienza en
una secuencia específica de nucleótidos
denominada origen de replicación, en el que
hay un gran contenido de adenina y timina.
b. elongación
Para poder separar las dos hebras de una molécula
tan estable como es el ADN, la célula presenta una
serie de proteínas iniciadoras que desestabilizan la
doble hélice como:
Girasas: enzimas que desenrollan la doble hélice
efectuando unos cortes en el ADN.
Helicasas: generan unos bucles conocidos como
horquillas de replicación mediante la ruptura de los
puentes de hidrógeno existentes entre las bases
complementarias de la doble hélice.
Proteínas ssb: proteínas de unión a cadena que
permiten que el ADN no se vuelva a naturalizar o
forme estructuras secundarias.
Topoisomerasas: evitan que los extremos de la
El objetivo de esta segunda etapa es sintetizar
zona de ADN que se va a replicar formen super
las hebras hijas de ADN. Para ello, una
enrollamientos.
vez separadas las dos hebras madres, un
oligonucleótido de ARN específico, llamado ARN cebador, determina el punto donde la enzima
que es realmente responsable de la síntesis del ADN, la ADN polimerasa, comienza a añadir
nucleótidos. Este ARN cebador está sintetizado por las ARN primasas.
La ADN polimerasa sintetiza las hebras hijas siempre en sentido 5´ → 3´ de la cadena madre por
lo que la cadena madre antiparalela que va en sentido en sentido 3´ → 5´, necesita la presencia
de una enzima extra, la ADN polimerasa I y un ARN cebador que deja un extremo 3´ libre,
sintetizando así ADN de forma discontinua en forma de fragmentos de Okazaki.
c. terminación
La síntesis del ADN prosigue hasta que todo el cromosoma ha quedado replicado longitudinalmente.
En el caso de la cadena hija procedente de la hebra madre que
va en sentido 3´ → 5´, el ADN ligasa une los polinucleótidos de
los fragmentos de Okazaki entre sí, catalizando las reacciones
de condensación que unen los grupos fosfato y azúcar de los
nucleótidos contiguos, recomponiendo la integridad de esta
cadena hija, denominada retardada.
3.1.2 Duplicación
Nota
Ecuación química. Los nucleótidos
(dNTP) utilizados en la replicación
del ADN por la ADN polimerasa
liberan un grupo pirofosfato (PPi)
para introducir el correspondiente
dNMP.
en procariontes y eucariontes
En procariotas como Escherichia coli, el ADN genómico es circular. El desenrollamiento y apertura
de la doble hélice se realiza en el punto ori-c, interviniendo un grupo de enzimas y proteínas,
cuyo conjunto se denomina replisoma.
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En eucariotas como el hongo Saccharomyces cerevisiae, la traducción, al igual que en procariontes
es semiconservativa y bidireccional pero el inicio se da en las burbujas de replicación (puede haber
unas 100 a la vez). Las enzimas que intervienen son similares a las que actúan en las células
procariotas, pero en los eucariotas es además necesaria la presencia de enzimas que han de
duplicar las histonas, que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen
en la hebra conductora.
3.2 Transcripción
Durante la transcripción, las secuencias de ADN
son copiadas a ARN mediante una enzima llamada
ARN polimerasa. La transcripción produce ARN
mensajero (ARNm) como primer paso de la síntesis
de proteínas.
3.2.1 Etapas
de la transcripción
Nota
La información genética recogida en el ADN se
ejecuta mediante un complejo sistema en el que
interviene la síntesis de proteínas o enzimas
que son las que llevarán a cabo la mayoría
de los procesos biológicos. Este proceso,
denominado expresión genética comienza con la
transcripción, denominándose así porque el ADN
se transcribe a otro tipo de moléculas.
Al igual que en la duplicación del ADN, las etapas
de la transcripción son tres: iniciación, elongación y terminación, existiendo diferencias entre
eucariotas y procariotas.
a. iniciación
El objetivo de la etapa de iniciación es que el complejo de transcripción de ARN polimerasa,
reconozca secuencias específicas de ADN donde comenzar la transcripción mediante la síntesis de
un ARN cebador.
Nota
El inicio de la secuencia de ADN que se va a
Los promotores se localizan en los extremos
transcribir a ARNm viene determinado por unas
5’-terminales de los genes. Sin embargo la
secuencias de nucleótidos definidas llamadas
secuencia promotora, además del promotor
promotores, siendo las más conocidas la caja
está constituida por unos 70 pares de bases
TATAAT y la caja TTGACA. En el caso de células
nitrogenadas o más (1.000-2.000), donde
procariotas, la ARN polimerasa es guiada hacia
se unen diferentes proteínas que controlan
el promotor mediante una serie de proteínas
la transcripción, como la holoenzima ARN
llamadas factores sigma.
El reconocimiento del promotor por la ARN
polimerasa corre a cargo de la subunidad sigma del enzima. La unión de ARN polimerasa a ADN
se llama complejo cerrado. En este momento la ARN polimerasa se une a una de las cadenas del
ADN bicatenario y éste se enrolla sobre la enzima. La interacción entre la ARN polimerasa y el ADN
está estabilizada por diferentes tipos de enlaces débiles como interacciones iónicas, interacciones
de Van der Waals y enlaces de hidrógeno.
Nota
En la zona del ADN donde se produce la unión con el ARN polimerasa, se
Los ribonucleótidos
produce una desnaturalización de 18 pares de bases y apertura de las
trifosfato se van
dos cadenas complementarias para generar una estructura denominada
apareando al ADN
horquilla de transcripción o complejo abierto. Es en esta estructura
molde para formar el
donde comienza la síntesis del ARN cebador a partir del nucleótido
cebador, liberando,
número 10 del ADN molde (Fig. 3.1).
La subunidad sigma del ARN polimerasa abandona el complejo de
transcripción cuando el cebador alcanza una longitud de 12 ribonucleótidos.
al igual que ocurre
con los dNTP de la
duplicación del ADN,
grupos pirofosfatos.
3
En la etapa de iniciación la búsqueda del promotor por la ARN polimerasa
es muy rápida, sin embargo la formación de la burbuja de transcripción o apertura del ADN y la
síntesis del cebador es muy lenta (Fig. 3.1).
introducción a la genética molecular
polimerasa.
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A. Complejo cerrado. Unión de la
holoenzima a la región promotora
5’
ARN polimerasa
punto de inicio
-35 pb
3’
ADN
sigma
B. Complejo abierto. Separación
de la doble hebra
-35 pb
-35 pb
-10 pb
sigma
5’
C. Elongación en dirección 5’→ 3’, a los 12
nucleótidos transcritos a la subunidad
sigma se disocia
-35 pb
ARNm
sigma
Fig. 3.1 Inicio de la transcripción
b. elongación
Una vez sintetizado el ARN cebador comienza la segunda etapa de la transcripción, la elongación.
En esta etapa la ARN polimerasa se va desplazando por el ADN molde mediante la formación de
sucesivas horquillas de replicación catalizando la elongación de la cadena del ARN mediante la
formación del enlace fosfodiéster entre la cadena de ARN ya formada y el ribonucleótido trifosfato
entrante siguiente.
Nota
c. terminación
La terminación es la última etapa de la
transcripción y su objetivo es la de desensamblar
la unión de la ARN polimerasa del ADN justo
cuando la elongación se ha completado.
Al igual que la iniciación de la transcripción, la
terminación también está señalizada por la
información contenida en la secuencia del ADN
que se está transcribiendo. Estas secuencias, ricas
en guanina y citosina, se encuentran localizadas
en los extremos de los genes, seguidas de
secuencias ricas en timina y formando secuencias
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En el caso de eucariotas la transcripción se
produce en el núcleo, siendo un proceso de
mayor complejidad que en procariotas ya que
una vez transcrito, el ARN sufre un proceso
de maduración que tras cortes y empalmes
sucesivos elimina ciertos segmentos del ADN
llamados los intrones (que no son necesarios
para la correcta expresión de la proteína) para
producir el ARNm. Por ello, un mismo gen o
secuencia de ADN, puede dar lugar a diferentes
moléculas de ARNm y por tanto, producir
diferentes proteínas. El proceso de transcripción
en eucariotas está además regulado por factores
de regulación como son los “enhancer”,
proteínas que incrementan notablemente la
actividad de transcripción de un gen en la célula.