Taller de síntesis de proteínas: Análisis de la secuencia del gen de la alfa actina del musculo cardiaco Presentado por: Jersson Ferney Rincón Pan código: 1125548015; Jhon Andry Sánchez Ortega código: 1065864608. 1. ¿Cuántos intrones tiene este gen? ¿Cuáles son los nucleótidos de inicio y finalización para cada intrón? - El gen presenta 6 intrones que se pudo contar gracias a la secuencia de nucleótidos del pre-mARN gen alfa actina de musculo cardíaco. Para todos los intrones presente en esta secuencia las terminaciones van a ser los nucleótidos GU de inicio y para la terminación el nucleótidos AG en la terminación. 2. ¿Cuántos exones tiene este gen? - El gen presenta 8 exones que se pueden observar en la secuencia de nucleótidos de pre-mARN del gen alfa actina del musculo cardiaco. 3. ¿Cuál es la enzima que participa en la transcripción de la información del ADN a mRNA? - La principal enzima que participa en la transcripción es la ARN polimerasa, la cual utiliza un molde de ADN de cadena sencilla para sintetizar una cadena complementaria de ARN. Específicamente, la ARN polimerasa produce una cadena de ARN en dirección de 5' a 3', al agregar cada nuevo nucleótido al extremo 3' de la cadena. La ARN polimerasa sintetiza una cadena de ARN complementaria a la cadena molde de ADN. Esta enzima sintetiza la cadena de ARN en dirección 5' a 3', mientras que lee la cadena molde de ADN en dirección 3' a 5'. La cadena molde de ADN y la cadena de ARN son antiparalelas. Las etapas de la transcripción “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 1 - Iniciación - Elongación - Terminación 4. Describa el proceso de splicing o procedimiento de corte y empalme del pre-mARN - Estos procesos son fundamentales para la síntesis de proteínas de eucariotas, el principal objetivo del splicing es quitar los intrones que es la parte no codificante presente en el pre-ARNm y unir los exones. Para llegar a la maduración del ARNm se llevan los siguientes pasos necearios para el correcto funcionamiento del splicing - Reconocimiento de sitios de empalme: En el pre-ARNm, los intrones están flanqueados por secuencias altamente conservadas llamadas sitios de empalme. Estos sitios incluyen el sitio de empalme donador (5' splice site) en el extremo 5' del intrón y el sitio de empalme aceptor (3' splice site) en el extremo “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 2 3' del intrón. También hay una secuencia de ramificación (branch point) en el interior del intrón. Estos sitios son reconocidos por el spliceosoma, un complejo ribonucleoproteico que lleva a cabo el proceso de empalme. - Formación del spliceosoma: El spliceosoma está compuesto por ribonucleoproteínas pequeñas (snRNPs) y proteínas accesorias. Las snRNPs contienen ARN pequeño (snRNA) y proteínas específicas. Estas snRNPs se ensamblan en el spliceosoma en función de los sitios de empalme reconocidos. - Corte del sitio de empalme donador: El spliceosoma comienza el proceso de empalme cortando el pre-ARNm en el sitio de empalme donador. Esto crea un "lazo" de intrón llamado lariat (soga) que contiene la secuencia de ramificación. - Ataque nucleofílico y empalme: La secuencia de ramificación en el lariat ataca el sitio de empalme aceptor en una reacción nucleofílica. Esto resulta en la liberación del intrón en forma de lariat y la unión de los exones adyacentes, formando un ARNm maduro. - Eliminación del intrón: El intrón en forma de lariat es degradado posteriormente por enzimas, y el ARNm maduro, que consiste solo en exones unidos, se libera y se transporta fuera del núcleo para su traducción en proteínas en el citoplasma. Cave a clara que el proceso de splicing es altamente regulado y puede variar en diferentes células, tejidos y condiciones fisiológicas. El splicing alternativo es un fenómeno en el cual diferentes combinaciones de exones e intrones pueden dar lugar a múltiples variantes de ARNm y, por lo tanto, a diferentes proteínas a partir de un solo gen. Este proceso contribuye a la diversidad proteica en los organismos eucariotas. - “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 3 5. ¿Con cuál código genético se realiza la traducción de este gen? El codigo genetico que se puede utilizar para realizar la traduccion de este gen es el codigo estandar 1 ya que es el mas apropiado para ser utilizado en la trduccion del gen precente, mientras que los otros codigos genetico serian obsoletos para la traduccion de este gen ya que levaduras, inertebrados ni codigos mitocondriales no pueden llevar a cavo esta traduccion ya que cada uno es espesifico para cada gen mientras que el codigo enetico estandar 1 comprende toda la informacion genetica precente en el genoma y puede ser leido por todas las celulas. 6. ¿Cuáles son las diferencias entre un código genético utilizado para la traducción de un gen en un organismo eucariota en comparación al utilizado por la mitocondria, cloroplasto, y una bacteria? - Las diferencias entre los códigos genéticos utilizados por organismos eucariotas en comparación con el utilizado por mitocondrias, cloroplastos y bacterias, consisten principalmente en la especificidad de ciertos codones y la asignación de aminoácidos. - Organismos eucariotas Los eucariotas, como animales, plantas y hongos, utilizan un código genético estándar o universal, que es casi idéntico en todos estos organismos. Este “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 4 - - - código genético estándar consta de 64 codones posibles (tripletes de nucleótidos), que especifican 20 aminoácidos diferentes y tres codones de parada (codones de finalización) que señalan el final de la traducción. Mitocondrias Las mitocondrias son organelas celulares que tienen su propio genoma y realizan funciones clave en la producción de energía en las células. El código genético de las mitocondrias, especialmente en organismos vertebrados y algunas otras especies, presenta algunas diferencias en la especificidad de ciertos codones en comparación con el código genético estándar. Cloroplastos Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos también tienen su propio genoma y utilizan un código genético específico. El código genético cloroplástico muestra algunas diferencias en la especificidad de codones en comparación con el código genético estándar, especialmente en las especies de plantas. Bacterias Las bacterias utilizan una variedad de códigos genéticos, algunos de los cuales difieren significativamente del código genético estándar. Algunas bacterias tienen codones diferentes que codifican para los mismos aminoácidos, lo que refleja la diversidad y evolución de los códigos genéticos en el mundo bacteriano. Estas diferencias en el código genético bacteriano pueden influir en la expresión de proteínas y en la adaptación a diferentes entornos y condiciones de crecimiento. 7. ¿Cuáles son las funciones de la proteína alfa actina del músculo cardíaco? - La alfa actina es una proteína esencial para el correcto funcionamiento del músculo cardíaco, ya que tiene un papel fundamental en la contracción y relajación rítmica y coordinada del corazón, permitiendo que este órgano bombee sangre de manera eficiente para abastecer al cuerpo con oxígeno y nutrientes. - Contracción muscular La alfa actina del músculo cardíaco forma parte del citoesqueleto del músculo cardíaco junto con otras proteínas contráctiles como la miosina y la troponina. Durante la contracción muscular, las moléculas de actina se ensamblan en filamentos y deslizan sobre las moléculas de miosina, lo que acorta las fibras musculares y genera la fuerza necesaria para la contracción del corazón. - Mantenimiento de la estructura celular La alfa actina proporciona la estructura y la resistencia necesaria para mantener la forma y la integridad de las células musculares cardíacas. Esto es “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 5 - - - especialmente importante en el músculo cardíaco, que se contrae y se relaja repetidamente durante toda la vida. Regulación de la contracción muscular La alfa actina está involucrada en la regulación fina de la contracción muscular. Varias proteínas reguladoras, como la troponina y la tropomiosina, interactúan con los filamentos de actina para controlar la contracción y relajación del músculo cardíaco en respuesta a las señales nerviosas y hormonales. Transmisión de señales celulares Además de su función contráctil, la alfa actina también está implicada en la transmisión de señales celulares. Puede interactuar con proteínas que participan en vías de señalización celular, lo que afecta la respuesta del músculo cardíaco a diferentes factores internos y externos. Adaptación a las demandas del corazón La expresión y la actividad de la alfa actina del músculo cardíaco pueden adaptarse para satisfacer las demandas cambiantes del corazón en diferentes situaciones, como el ejercicio físico o el estrés. 8. ¿Cuál es la función del péptido señal? - La función principal del péptido señal es la de facilitar el transporte y direccionamiento de la proteína a su ubicación correcta dentro o fuera de la célula durante la síntesis proteica. Cuando una proteína se está sintetizando en el ribosoma, el péptido señal se encuentra en el extremo N-terminal de la cadena polipeptídica en crecimiento. La secuencia de aminoácidos del péptido señal contiene información específica que permite su reconocimiento por las proteínas y maquinarias de transporte celular. La función del péptido señal se puede resumir en los siguientes puntos: - Reconocimiento por el complejo de reconocimiento de señal (SRP) Cuando el péptido señal emerge del ribosoma durante la síntesis proteica, es reconocido por el complejo de reconocimiento de señal (SRP, Signal Recognition Particle). Este complejo está formado por proteínas y ARN y se une al péptido para detener temporalmente la síntesis proteica. - Dirección al retículo endoplasmático (RE) La proteína en proceso, junto con el SRP, se dirige hacia el retículo endoplasmático en las células eucariotas. El RE es un orgánulo intracelular que juega un papel importante en la síntesis de proteínas, el procesamiento y la modificación de las proteínas dirigidas a la secreción o la membrana celular. - Translocación a través del RE “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 6 - El péptido señal ayuda en la inserción de la proteína en el RE, donde se completa su síntesis y se procesa adecuadamente para su función específica. Remoción del péptido señal Después de que la proteína se inserta en el RE y se pliega correctamente, el péptido señal es clivado o eliminado por proteasas especializadas. Esto da lugar a la forma madura y funcional de la proteína. 9. Además de la eliminación del péptido señal, ¿qué otras modificaciones postraduccionales se describen en la actina alfa de músculo cardíaco? - Fosforilación La fosforilación es una de las modificaciones postraduccionales más comunes en las proteínas, incluida la actina. La fosforilación es la adición de grupos fosfato a ciertos aminoácidos de la proteína mediante enzimas llamadas quinasas. En la actina, la fosforilación puede regular su capacidad para formar filamentos y afectar su interacción - Acetilación La acetilación es la adición de grupos de acetilo a residuos de aminoácidos en la proteína. La acetilación de la actina puede influir en su estabilidad y en sus interacciones con otras proteínas y componentes celulares. - Glucosilación. La glucosilación consiste en la adición de grupos de glucosa a la proteína. Esta modificación postraduccional puede afectar la función y la estabilidad de la actina. - Ubiquitinación La ubiquitinación es la adición de moléculas de ubiquitina a la proteína, lo que puede tener varias funciones, como dirigir la proteína para su degradación en el proteasoma o regular su actividad. - Sumoilación La sumoilación es la adición de grupos SUMO (small ubiquitin-like modifier) a la proteína, lo que puede afectar su localización celular y su función. - Nitrosilación La nitrosilación implica la adición de grupos nitrosilo a la proteína, lo que puede modificar su actividad y función. 10. Analice la información de la síntesis de la proteína β-globina de Homo sapiens y la catalasa de E. coli. ¿Cuáles son las diferencias en la síntesis de estas proteínas? - Estructura y Función de las Proteínas: “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 7 - - - La β-globina es una subunidad de la hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos y es esencial para el transporte de oxígeno. La β-globina se ensambla con otras subunidades (alfa-globina y otras) para formar la molécula de hemoglobina. La catalasa es una enzima que se encuentra en E. coli y otras células y juega un papel en la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, evitando el daño celular por estrés oxidativo. Tipo de Organismo: La síntesis de la β-globina ocurre en células eucariotas, específicamente en los eritrocitos humanos. Los eucariotas tienen núcleo definido y procesos de splicing más complejos. La síntesis de la catalasa ocurre en bacterias, como E. coli, que son procariotas y carecen de un núcleo. Su maquinaria de síntesis de proteínas y splicing es diferente a la de los eucariotas. Proceso de Splicing: En la síntesis de la β-globina, el proceso de splicing involucra la eliminación de intrones y empalme de exones en el ARNm, generando variantes maduras de ARNm que codifican la β-globina. Este proceso es llevado a cabo por el spliceosoma en células eucariotas. En E. coli, no hay splicing intrón/exón en el sentido eucariota. Los genes bacterianos suelen estar compuestos por regiones codificantes continuas (exones) sin intrones, por lo que no se necesita un proceso de splicing similar al de los eucariotas. Regulación y Contexto Celular: La síntesis de la β-globina está regulada de manera compleja en diferentes etapas de la vida y en respuesta a condiciones específicas, como la disponibilidad de oxígeno. En E. coli, la síntesis de la catalasa puede ser inducida en respuesta al estrés oxidativo, cuando la bacteria está expuesta a peróxido de hidrógeno. Esto ayuda a proteger a la bacteria del daño causado por el estrés oxidativo. “Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz” SC-CER96940 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co 8 - Bibliografía 3.4: Síntesis de Proteínas. (2022, octubre 30). LibreTexts Español; Libretexts. https://espanol.libretexts.org/Salud/Anatom%C3%ADa_y_Fisiolog%C3%ADa/Li bro%3A_Anatom%C3%ADa_y_Fisiolog%C3%ADa_1e_(OpenStax)/Unit_1%3A _Niveles_de_Organizaci%C3%B3n/03%3A_El_nivel_celular_de_organizaci%C 3%B3n/3.04%3A_S%C3%ADntesis_de_Prote%C3%ADnas - ADN mitocondrial. (s/f). Genome.gov. Recuperado el 11 de agosto de 2023, de https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/ADN-mitocondrial - Etapas de la traducción. (s/f). Khan Academy. Recuperado el 11 de agosto de 2023, de https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-centraldogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation - Fundación Instituto Roche - Glosario de genética - splicing (corte y empalme). (s/f). Institutoroche.es. Recuperado el 11 de agosto de 2023, de https://www.institutoroche.es/recursos/glosario/splicing+(corte+y+empalme) - Resumen de la transcripción. (s/f). Khan Academy. 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