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Transcripción-traducciónEs el primer paso a la expresión génica, donde se copia la secuencia de un gen se transcribe a una molécula de ARN.Cuando se transcribe una molécula de ADN se está expresando.Los genes codifican para PROTEÍNAS (no todos los genes codifican para proteínas) O ARN FUNCIONAL (ARN...

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Transcripción-traducción Es el primer paso a la expresión génica, donde se copia la secuencia de un gen se transcribe a una molécula de ARN. Cuando se transcribe una molécula de ADN se está expresando. Los genes codifican para PROTEÍNAS (no todos los genes codifican para proteínas) O ARN FUNCIONAL (ARNr, ARNt, ARNpn). Es un proceso UNIVERSAL. ¿QUE NECESITAMOS PARA LA TRANSCRIPCIÓN? 

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Cadena molde (es la que comienza a partir del extremo 3´libre, puede ser cualquiera de las dos cadenas de ADN, siempre y cuando se comience a agregar ribonucleótidos en este extremo). Ribonucleotidos trifosfatos Maquinaria enzimática.

La célula es quien seleccionan que proteína o que ARN se va a producir y a qué velocidad. Todos los ARN que se produzcan serán por el proceso de transcripción, y la mayoría cumplen funciones en la síntesis proteica de manera directa o indirectamente. Presentan estructuras secundarias y terciarias, y pueden ser modificadas luego de ser transcriptas. La transcripción comienza con el desenrollamiento de un fragmento de la doble hélice del ADN. Una de estas cadenas actuara como molde para luego sintetizar la nueva cadena de ARN. Las bases de esta hebra molde, van a aparearse de forma complementaria con los ribonucleótidos de la cadena de ARN en crecimiento que lo hara en sentido de 5´a 3´. Estas bases se unirán de forma covalente, no lo harán a través de puentes de hidrogeno. Y los nucleótidos que van siendo sintetizados se unirán entre sí por enlaces fosfodiéster. La cadena de ARN formada se la llamara TRANSCRIPTO. La síntesis comienza en secuencias específicas llamadas PROMOTORES, denominada +1, definiendo lo que es corriente arriba (regula este proceso) y corriente abajo(se encuentran las señales ejemplo la de terminación). En la transcripción encontramos POTENCIADOR Y SILENCIADOR.

Las enzimas que realizan la transcripción son las ARN POLIMERASA. Y como la ARN POLIMERASA reconoce el sitio de inicio? 1. El ARN POLIMERASA choca con la ,molécula de ADN 2. Se adhiere débilmente hasta recorrer toda la cadena 3. Cuando encuentre una región para codificar se adhiere estrechamente a la región PROMOTOR. 4. Abre la doble hélice por delante de esta enzima 5. Toma la cadena molde 6. Comienza a agregar ribonucleotidos en el extremo 3´ 7. La unión de los ribonucleotidos entre sí será mediante enlaces fosfodiester 8. La elongación es de 5´-3´.(el ARN polimerasa utiliza trifosfatos de ribonucleotidos ATP,GTP, CTP, UTP, cuyos enlaces de alta energía aporta la energía que impulsa el progreso de la reacción) 9. Encuentra la señal TERMINADOR. 10. La ARN POLIMERASA se detiene y se separa de la cadena molde. 11. Sólo se transcribirá a ARN el fragmento de la molécula que contenga el gen. PROMOTOR: lugar donde se posiciona la polimerasa, para comenzar la transcripción, que a su vez la transcripción de diferentes genes pueden tener diferentes eficiencias. Como el ADN es bicatenario el promotor podría dirigir la síntesis de dos transcriptos en sentidos opuestos (comenzando en el extremo 3´), pero como el PROMOTER ES ASIMETRICO esto solo ocurre en un solo sentido. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN: 1- INICIACIÓN: incluye los factores de transcripción general, donde proteínas se ensamblan en el promotor posicionan al ARN polimerasa, separan la doble hélice, expone la cadena molde, reconociéndola para ser transcripta. El reconocimiento de la hebra molde requiere: la unión de la polimerasa al promotor (complejo cerrado) y la formación de una burbuja de ADN de cadena simple mediante el desenrollamiento del mismo (complejo abierto). El ensamblaje comienza con la unión del factor de transcripción TF2D, que está formado por sub-unidades de TBP (responsables de reconocer la secuencia TATA), con la secuencia TATA (formado por A y T).

Una vez unido el 1° factor de transcripción a la secuencia TATA del ADN, se ensamblan otros factores junto al ARN polimerasa II, formando el complejo de iniciación de la transcripción.luego el factor transcripcional TF2H, separa la doble hélice utilizando la energía de la hidrolisis de ATP, quedando expuesta la cadena molde. Fosforila el ARN polimerasa II agregando un grupo fosfato, lo que hace que se libera del complejo transcripcional, para luego comenzar la elongación de la transcripción. Sólo la forma desfosforilada del ARN polimerasa II puede iniciar la síntesis del ARN en un promotor. 2- ELONGACIÓN: se van agregando ribonucleótidos a la cadena creciente (mediante enlaces covalentes entre las bases complementarias; y con enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos) y se forma un híbrido entre ADN Y ARN llamado dúplex. 3- TERMINACIÓN: el ARN polimerasa encuentra el sitio de terminación de la transcripción y se libera el complejo del ADN. Esto conlleva la liberación del ARN sintetizado.

DIFERENCIACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN : EUCARIOTAS - Tiene 3 tipos de ARN polimerasa: I, II, y III - Necesita factores de transcripción general. - Tiene una secuencia consenso TATA, donde se posiciona la polimerasa - Los genes están más separados con extensión de hasta 100.000 pares de nucleótidos - La transcripción debe tener en cuenta el empaquetamiento del ADN, en nucleosoma - El ADN se encuentra en el núcleo, por lo que la transcripción se da en el núcleo. - El ARN son monocistrónicos, es decir,

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PROCARIOTAS Sólo tiene un tipo de ARN polimerasa, transcribe todos los genes tanto para los que codifican para proteínas como para los que codifican ARNs. Necesita factor sigma 70, es la que reconoce secuencias específicas en la región promotora y posiciona la polimerasa. Tiene una secuencia consenso, TATA box. Los genes tienden a estar muy cerca. El ADN se encuentra en el citoplasma. A medida que se transcribe el ARNm en el citoplasma, los ribosomas se unen al extremo libre 3´del

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que un ARNm codifica para una única proteína La traducción se da en el citoplasma. ARN inicial contiene secuencias de intrón-exón; sus dos extremos son modificados y los intrones son eliminados.

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transcripto para comenzar la síntesis proteica. Existen 2 tipos de terminación en la transcripción: INDEPENDIENTE DE RHO se basa en la conformación de bucles autocomplementario en el ARNm que está siendo sintetizado, cerca de este bucle hay una región de poliadenina, hay poliurindinas, donde se produce una interacción débil que desestabiliza el dúplex y libera el ARN sin ningún factor proteico. DEPENDIENTE DE RHO, se une un factor proteico al ARNm y desensambla el dúplex, cuando la polimerasa llega a cierto punto y así se libera el ARN. Los ARN son policistrónicos, es decir, el ARNm codifica para más de una proteína. La transcripción y la traducción están acopladas, al no tener núcleo se da todo en el citoplasma. En el extremo 5´inicia la transcripción y en el extremo 3´indica la finalización de la transcripción.

El ADN polimerasa sintetiza, cataliza la unión de desoxirribonucleicos. Y produce un error de cada 107.nucleotidos El ARN polimerasa cataliza la unión de ribonucleicos, produce un error de cada 104 nucleótidos copiados en ARN.

ARN

ARNm; transporta información transcripta de un gen que codifica solo una proteína (en bacterias transporta información de un grupo de genes para varias proteínas) ARN no mensajero; actúa como reguladores, estructurales y enzimáticos de las células. ARNr; forma la parte central de los ribosomas, traduce el ARNm a proteína. ARNt; forma los adaptadores para seleccionar los nucleótidos para luego incorporarlos a las proteínas. ARNpn; participan en varios procesos nucleares, ejemplo splicing. ARNsno;(pequeño nucleolar) se utiliza para modificar químicamente otros ARNs ARNmi; (micro); regula la expresión génica. Otros; participan en diversos procesos celulares, como síntesis de telómeros, inactivación del cromosoma X, transporte al retículo endoplasmático.

SECUENCIAS CONSENSO: son secuencias repetidas en muchos genes y que varía muy poco. Un ejemplo es la secuencia TATA. POLIMERASAS: I: se encuentra principalmente en el nucléolo, transcribe los genes del ARNr II: se encuentra en el núcleo, transcribe ARNm y ARNpn. Tiene un domini carboxilo que debe ser fosforilado para el inicio de la transcripción, esto es llevado a cabo por el factor de transcripción TF2H; una vez terminada la transcripción se desfosforila el dominio carboxilo. III:transcribe el ARNt y ARNr 5s. FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN

La mayoría de los genes eucariotas están regulados por múltiples factores de transcripción que actúan como activadores, represores o mediadores: ACTIVADORES: reconocen la secuencia de ADN mediante un dominio de activación. REPRESORES: una proteína se une al ADN y al no poseer un dominio de activación ocupa el sitio que sería reconocido por el activador y el promotor queda reprimido. MEDIADOR: posee un dominio de represión. Estos factores se pueden dividir en: FACTORES TRANSCRIPCIONALES BASALES: son requeridos siempre por la polimerasa. FACTORES ESPECÍFICOS: se requieren en algunos genes, si la célula no tiene ciertos factores, no tendrá ciertos genes activados. Pueden actuar como moléculas únicas o heterodímeros. SECUENCIAS POTENCIADORAS O ENHANCERS O SECUENCIAS REGULADORAS EN CIS: Estimulan la transcripción, pueden actuar cerca o lejos del promotor, y también antes o después del gen, pueden actuar a distancia e independiente de la orientación. PROCESAMIENTO DEL ARNm: 1- CAPPING: es la adición de una caperuza en el extremo 5´del ARNm . Esta caperuza evita la degradación del ARN y es utilizado como señal para la traducción. El ARNm que está siendo transcripto posee en su extremo 5´ un grupo trifosfato, mediante la enzima fosfohidrolasa se elimina un grupo fosfato, quedando un extremo difosfato. Este grupo difosfato es el sustrato para una guaniltransferasa; esta enzima añade una guanina a este extremo 5 ´.Mediante la acción de la guanil 7 metil-transferasa se añade un grupo metilo, finalmente el resultado es 7-metilguanosina (CAP o CAPERUSA) unida por enlace 5´-5´trifosfato al ARNm. 2- POLIADENILACIÓN: se da cuando un ARN que ya fue transcripto se expone a una secuencia de poliadeninas al extremo 3´ de la molécula, se agrega una secuencia de muchos nucleótidos de adenina. La cola poli A genera estabilidad a la molécula de ARNm, haciendo que las enzimas con actividad exonucleasa encargadas de degradar el ARNm no lo reconozca.

La transcripción termina luego del sitio de poliadenilación. En el núcleo el ARN polimerasa II transcriben los genes que codifican para proteínas. La cola de la polimerasa esta fosforilada durante todo el proceso de transcripción, esto hace que sea capaz de llamar a los factores encargados de modificar el ARNm. Este ARNm dentro del núcleo será recubierto por una proteína llamada poli A binding protein que lo protegerá. 3- SPLICING: es el proceso por el cual se eliminan los intrones del ARNm. Primero los genes son transcriptos a un ARNm primarios, este es el ARN con los intrones. Una vez eliminados pasa a ser ARNm maduro. En el splicing intervienen ARNpn, estos dirigen a los complejos ribonucleoproteicos hacia las zonas o secuencias presentes en el intrón para su eliminación. Es un proceso contranscripcional ya que los complejos ribonucleoproteicos se unen al ARNm mientras éste está siendo transcripto. El ensamblado de los complejos es secuencial. Se dará una reacción transesterificación, el cual consiste en que el extremo 5´se une a una adenina del punto de ramificación del intrón, produciendo la unión del extremo 5´de un exón con el extremo 3´del otro exón. En los intrones hay secuencias consenso, que sirven para guiar el spliceoma (maquinaria del splicing). Estas secuencias son reconocidas por complementariedad de bases a través de los ARNpn, que guían el splicing. El splicing puede ser: A- Constitutivo B- Alternativo: a partir de un ARNm primario se pueden dar diferentes combinaciones de exones, permitiendo generar diferentes proteínas a partir de este. 4- EDITING: cambios en la secuencia de una molécula de ARN después que haya sido sintetizada. “En eucariotas los genes que codifican para las histonas NO tienen intrones, por lo que la síntesis es más rápida, su ARNm NO tiene la cola poli-A haciendo que se degrade más rápido y tienen secuencias dispuestas en tandém, esto facilita la transcripción ya que esta todo en la misma región.” ARNr: se transcriben a partir de una región del genoma con repeticiones en tándem, esta región es el nucléolo. Una unidad transcripcional codifica para varios ARNr, el ARNr es transcripto como un POLICISTRÓN. Una vez

que el ARNr es transcripto es metilado con ayuda de los ARNsn , luego se eliminan sus intrones y pasa a ser un ARNr maduro. ARNt: son transcriptos en el núcleo como MONO O POLICISTRONES, son procesados secuencialmente: 1. Se forma la estructura secundaria, HOJA DE TREBÓL, donde hay zonas de auto complementariedad. 2. Una ARNasa corta el extremo 3´del ARNt y se agrega una secuencia CCA en ese extremo, es en este lugar que se va a unir el a.a correspondiente a ese ARNt. Los ARNt sufren modificaciones en sus bases como metilación o la formación de una seudouridina. El ARNm antes de ser traducido debe de ser transportado a través de los pequeños poros de la envoltura nuclear, pero antes debe pasar por diferentes procesamientos del ADN, depende del ARN que se esté produciendo (puede ser ARNm u otros). Si el ARN está destinado a convertirse ARNm los pasos de procesamiento son: a- ENCAPUCHAMIENTO DE ARN: modifica el extremo 5´del transcripto ARNm. El ARN es encapuchado mediante el agregado de G con un grupo metilo unido (7-metilguanosina). Este encapuchamiento se produce una vez que el ARN polimerasa ha producido alrededor de 25 nucleotidos de ARN, antes de completar la transcripción de todo un gen. b- POLIADENILACIÓN: le proporciona al ARNm una estructura en el extremo 3´donde son cortados en fragmentos, y luego hay una enzima donde a éstos fragmentos le agrega A repetidas llamadas cola de poli-A. Estos 2 pasos hace que la molécula de ARNm tenga más estabilidad y facilitando el traslado al citoplasma. Toda la longitud del gen es transcripta al ARN (intrones+exones), luego del encapuchamiento y a medida que el ARN polimerasa continue transcribiendo el gen, comienza el CORTE Y EMPALME del ARN (splicing) donde se eliminan los intrones, luego cada transcripto recibe una cola de poli-A. La célula reconoce a los intrones para su eliminación porque cada intrón contiene pocas secuencias nucleotidicas cortas que actúan como señales para ser eliminadas, sustituye estas secuencias por estructuras en forma de “lazo” uniendo a los exones entre sí, este corte y empalme es llevado a cabo por moléculas de ARN nucleares pequeñas (ARNpn), a su vez estas

se encuentran empalmadas con otras proteínas formando proteínas ribonucleoproteicas nucleares pequeñas(pnRNP), estas forman el centro el empalsoma (ayustosoma), el gran ensamblaje de moléculas de ARN+ proteínas que llevan a cavo este proceso de corte y empalme. Hay un corte y empalme alternativo, donde puede realizarse de diferentes maneras en el transcripto y producir diferentes proteínas en un mismo gen. El 60% de los genes humanos se someten al corte y empalme.la importancia de los intrones es que al eliminarlos aumentan las recombinaciones entre exones de diferentes genes, produciendo nuevas proteínas. Solo una pequeña porción del ARNm maduro es útil, el resto son inútiles. El núcleo es selectivo, permitiendo el paso sólo del ARNm correctamente procesados, haciéndolo a través del complejo de poro nuclear, estos poros conectan el nucleosoma con el citosol. Las moléculas de ARN que se desechan quedan dentro del núcleo hasta ser degradados para luego ser reutilizados para la transcripción. Cada ARN es degradado a nucleótido por la RNAsas celulares y el tiempo de vida que permanece en el núcleo dependen de las secuencias de nucleótidos y el tipo de célula. El corte y empalme le confiere a las eucariotas la capacidad de producir diversas proteínas a partir de un solo gen y flexibilidad evolutiva y obliga a la célula a tener un genoma más grande. El ADN y el ARN son químicamente y estructuralmente similares; la conversión de ARN a proteínas se denomina TRADUCCIÓN. La traducción de ARNm a proteína depende de moléculas adaptadoras para que reconozcan y unan el codón con el a.a. Hay 2 adaptadores: 1- Aminoacil-tARN sintetasa, que acopla un a.a particular a su ARNt en su extremo 3´, este adaptador se denomina carga (el reconocimiento y la unión del a.a correcto depende de esta enzima). 2- Es la propia molecula de ARNt , cuyo anticodon aparea sus bases con el codón apropiado del ARNm denominándose ARNt cargado. ARNm hay 4 nucleótidos diferentes, en las proteínas hay 20 a.a diferentes.

La secuencia de nucleótidos de un gen por medio de un ARNm es traducido en una secuencia de a.a de una proteína, esto se conoce como código genético. El código genético es redundante, es decir, que varios codones diferentes pueden especificar un solo a.a . Hay más de un ARNt para muchos a.a, o que el ARNt apare sus bases con más de un codón. La secuencia de nucleótidos de un ARNm se lee en grupos de tres (tripletes), llamados codones y cada codón específica un a.a. Los codones se escriben siempre con el nucleótido 5´terminal a la izquierda. Estos codones no reconocen directamente los a.a que especifican. Los codones del ARNm señalan donde empieza y dónde termina la síntesis proteica. Como el ARN es un polímero lineal formado por 4 nucleótidos diferentes hay 64 posibles combinaciones de 3 nucleótidos 4x4x4=64. Esta secuencia de ARN se puede traducir en tres marcos de lectura diferente, No superpuesta. Sólo uno de los tres marcos de lectura posibles especifica la proteína correcta. El ARNt tiene una longitud de 80 nucleótidos. Algunos ARNt requieren un apareamiento de bases preciso en las dos primeras posiciones del codón y toleran un solo error de apareamiento en la tercera posición (TITUBEO). Esto es lo que explica el porqué de varios codones alternativos, sólo difieren en el tercer nucleótido. Para leer el código genético del ADN la célula produce muchos ARNt diferentes. El reconocimiento de un codón por un anticodón de la molécula de ARNt depende de apareamiento de bases complementarias utilizado en replicación y transcripción del ADN.

ARNt

TRADUCCIÓN

PROTEÍ NAS

EXIGE UNA MAQUINARIA MOLECULAR

RI BOSOMA

El ribosoma es un complejo compuesto por más de 50 proteínas diferentes (proteínas ribosómicas) y varias moléculas de ARNr. El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, captura moléculas de ARNt complementarias, une covalentemente los a.a formando la cadena proteica. Los ribosomas están formados por 2 sub-unidades: 1- Sub-unidad pequeña; hace coincidir el ARNt con los codones del ARNm. 2- Sub-unidad grande; cataliza la formación de enlaces peptídicos uniendo los a.a y formando la cadena polipeptídica. Ambas sub-unidades forman el ribosoma completo. Estas dos sub-unidades se reúnen en el extremo 5´del ARNm para inicial la síntesis de la proteína. El ARNm es arrastrado en forma de cinta por el ribosoma y a medida que el ARNm se mueve, el ribosoma traduce de una secuencia de nucleótidos a una secuencia de a.a de un codón, utilizando el ARNt como adaptadores. Una vez finalizada la traducción las sub-unidades se separan del ribosoma. El ribosoma de una eucariota agrega 2 a.a por segundo, la bacteria lo hace en 20 a.a por segundo. COREOGRAFÍA DEL RIBOSOMA PARA LA TRADUCCIÓN. A RIBOSOMA

Sitio de

unión para el P Tiene un sitio de unión para el ARNm

ARNt

E

Para añadir un a.a a la cadena polipeptídica en crecimiento…

El ARNt cargado entra al sitio A por apareamiento de bases complementarias de la molécula de ARNm. Se une el a.a a la cadena polipeptídica, sostenido por el ARNt en el sitio P El ribosoma se desplaza y el ARNt se mueve al sitio E antes de ser eyectado. Este ciclo cada vez que se agrega un a.a a la cadena que crece desde su extremo amino al extremo carboxilo. Hasta que se encuentre con el codón de terminación. Los responsables de la estructura gen...