EXPRESION DE LA INFORMACION GENETICA: síntesis de proteínas
Traducción: descodificación del ARN. El código o la clave genética.
0-Activación de los aminoácidos 1- iniciación 2-elongación y 3-finalización de la síntesis. Diferencias entre procariotas y eucariotas
La regulación de la expresión génica, concepto.
TRADUCCIÓN O BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS
Una vez transcrito el ADN, el ARNm formado, contiene la información necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente. Las PROTEÍNAS son moléculas activas, con funciones muy variadas e importantes. La mayoría de ellas, las ENZIMAS, catalizan las reacciones metabólicas, por tanto, controlan prácticamente todo el funcionamiento del organismo.
Las proteínas están constituidas por aminoácidos y se fabrican en los RIBOSOMAS. Estos están formados por proteínas y RNA-ribosómico. En los eucariotas se encuentran asociados al retículo endoplasmático y también aparecen en mitocondrias y cloroplastos.
Para la traducción se necesitan:
- Aminoácidos, que van a formar la cadena polipeptidica
- Enzimas (Peptidil transferasa, que une los aminoácidos, Aminoacil RNA-t sintetasa y otros) - Energía, GTP, y factores de iniciación IF y terminación.
- ARNm, que lleva la información del orden en que se van a unir para sintetizar cada proteína - ARNt, que aporta los aminoácidos y el ARNr que forma los ribosomas
- Ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas
Antes de la biosíntesis, las subunidades ribosomicas se encuentran separadas y cuando se inicia aparecen las dos subunidades juntas . Los ribosomas pueden encontrarse también en grupos (5- 20).
En el proceso de traducción se distinguen las siguientes etapas:
0-ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS O PREPARACIÓN – Consiste en la
unión del Aa al ARNt.
Aminoácido t ARNt
+
ATP
A
minoacil-ARNtEsto ocurre gracias a las enzimas aminoacil-RNAt-sintetasa.
Estas enzimas acoplan cada Aa a su molécula de RNAt, dando lugar a un complejo denominado aminoacil-ARNt. Ejemplos:
Cada Aa se ha activado con su transferente gracias a una sintetasa específica, ya que sólos, no saben dónde colocarse en la cadena polipeptídica. La Alanina se une al que lleva CGA y la metionina al que lleva UAC. En la p.306 aparecen los codones (algunos pueden unirse a 4 ARNt, como la Glicocola que lo hace con 4 tripletes GG-).
A cada triplete de bases del ARNm se le llama codón. A los del transferente se les llama anticodón. El RNAt, a través de su anticodón, reconoce el codón del RNAm pues son complementarios.
Para comenzar la síntesis hacen falta dos señales:
La lectura comienza por el triplete más próximo a la caperuza.
1- Un triplete iniciador AUG en el ARNm (que codifica la Met)
2- La Caperuza de metil-guanosina en el ARNm
UAC
CGA
1.-
INICIACIÓN
: Cuando una molécula de ARNm llega al citoplasma, una subunidad ribosómica pequeña se une al extremo 5' del ARNm donde se encuentra un triplete de bases (codónAUG) iniciador de la biosíntesis. Se une gracias a los factores de iniciación Fi y la energía del GTP.Junto a este primer codón (siempre AUG), se sitúa el primer ARNt con anticodón (UAC), que
siempre viene con el aminoácido Met (metionina). Una vez que se ha unido este ARNt al mensajero, se forma el complejo de iniciación, formado por ARNt/ARNm/subunidad ribosómica pequeña.
Seguidamente, se une la subunidad mayor del ribosoma, que se acopla al complejo de iniciación formando el complejo activo.
El ribosoma posee dos lugares a los que se puede unir el ARNt:
-Lugar P (o peptidil pues en él se forma la cadena de Aa). Para ello, entra aquí el primer ARNt, que transporta metionina.
-Lugar A (aminoacil), donde entra el nuevo ARNt con el siguiente aminoácido. Este lugar se encuentra desocupado, en un principio, hasta que recibe al transferente con el anticodón complementario al segundo codón.
2.-ELONGACIÓN de la cadena. Se da cuando un 2º Aminoacil ARNt con anticodón complementario entra en el ribosoma en el sitio A. Los aminoácidos transportados quedan juntos para poder unirse mediante enlace peptídico. El carboxilo del primer Aa se une con el amino del Aa siguiente, gracias a una enzima, la peptidil transferasa.
Se ha formado un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt.
El primer RNAt ha soltado el Aa y sale del ribosoma. En este momento ocurre la translocación ribosomal. El ribosoma se desplaza a lo largo del RNAm en el sentido 5'-3' quedando libre, de nuevo, el sitio A, para que entre el siguiente.
AUG
Los sucesivos aminoácidos se van situando en el ribosoma, transportados por los correspondientes transferentes. La enzima peptidil transferasa forma los enlaces peptídicos conforme el ribosoma se va desplazando a lo largo del ARNm.
3.-TERMINACIÓN de la cadena polipeptídica: En un momento determinado puede aparecer en el lugar A uno de los codones de terminación (UAA, UAG…), con lo que no entrará ningún nuevo RNA-t. Cuando aparece el codón de terminación, ocurre lo siguiente:
1-un factor de liberación se pega al sitio, parando la traducción y liberando al complejo ribosómico del mARN.
2-El péptido estará acabado, desprendiéndose del anterior RNA-t y liberándose al citoplasma 3-los ribosomas quedan con las subunidades separadas para iniciar una nueva traducción.
La metionina puede ser eliminada de la cadena si la proteína formada no la necesita. Se sabe esto porque no aparece en todas las proteínas, al comienzo de la cadena.
El ARNm es una molécula de usar y tirar, pues se va destruyendo conforme se sintetiza la
proteína.
La función concreta de los ribosomas es acoplar los tripletes de bases (anticodones) de los ARNt a los codones del ARNm.
Mediante los anticodones hemos logrado sacar la información del ADN, que no puede salir al citoplasma, y llevarla a los
ribosomas; Si el ARN era una foto del ADN (o el negativo), aquí se revela para obtener el mensaje o
secuencia exacta del ADN.
Comprobamos que la secuencia del ADN se ha “traducido”, siendo similar a la que forman los anticodones transferentes. Transcripción y traducción se basan en la complementariedad .
La nueva cadena va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria conforme se va formando, de tal manera que al finalizar ya está plegada. En ocasiones la proteína no es todavía funcional y debe de recortarse algo, añadirse el grupo prostético etc. Si la proteína tiene estructura cuaternaria será necesaria la asociación de varias cadenas polipeptídicas.
DIFERENCIAS EN LA TRADUCCIÓN EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS En los organismos PROCARIOTAS,
*La transcripción y la traducción se producen a la vez y en el mismo lugar, pues el ADN está desnudo y disperso por el citoplasma. Según se transcriben los genes, los ribosomas los van traduciendo. *Los ribosomas son 70s
*Los genes son unidades continuas
(Recordemos que en mitocondrias y cloroplastos es similar a procariotas)
En los organismos EUCARIOTAS:
*La transcripción y la traducción están separadas en el tiempo y en el espacio: el ADN se
transcribe en el núcleo, y los ARNm atraviesan la membrana nuclear y se van al citoplasma donde los ribosomas los traducen.
*Además no todos los genes llevan información para la síntesis de proteínas; algunos sólo se transcriben y no se traducen, como los que dan lugar a ARNt y ARNr, que colaboran, junto con el ARNm en la síntesis.
Todos los genes que poseen información para la síntesis de proteínas tienen que transcribirse y dar ARNm.
*En los eucariotas, ya vimos que los genes están fragmentados (intrones y exones).
Tanto en procariotas como en eucariotas existen
secuencias que no se transcriben como señales que indican el inicio o el final de un gen.
A-A-T
U-U-A
Transcripción
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
La síntesis proteica no tiene lugar de forma continua, hay que regularla porque las células sólo sintetizan las proteínas que necesitan en cada momento y en una cantidad determinada. Sería un despilfarro y nocivo no controlar esta síntesis; por ello debe de existir un control en la expresión génica. La regulación de la expresión génica se realiza principalmente en el proceso de transcripción.
Regulación en PROCARIOTAS.
La regulación de la expresión génica en los procariotas sigue EL MODELO DEL OPERÓN, que fue descrito por Jacob y Monod a principios de los 60. Se realiza a través de proteinas reguladoras llamadas REPRESORES. Éstas impiden que actúe la ARN-polimerasa, frenando así la transcripción y, por tanto, la síntesis de la proteina.
AL gen que se va a transcribir llamamos GEN ESTRUCTURAL. Recordamos que delante de él está el PROMOTOR, que indica el inicio de la transcripción del gen estructural.
Para regular el proceso, entre el promotor (P) y el gen estructural (Ge), se coloca el OPERADOR (O), de esta manera P O Ge___. El operador es una parte de ADN a la que se puede unir una proteína reguladora e impedir la transcripción de los genes estructurales. Vemos que el operador está colocado en un lugar estratégico para intervenir en la transcrición.
La proteína reguladora se llama REPRESOR porque cuando se une al operador impide que la ARN-polimerasa se pueda unir al ADN y con ello imposibilita la transcripción. Cuando se separa, la transcripción es posible.
Las proteinas reguladoras son sintetizadas por genes llamados reguladores.
Llamamos OPERÓN al conjunto de estos elementos que forman parte del ADN: Promotor (P), Genes estructurales (Ge), Gen operador (O) Y Gen regulador, que se puede localizar en cualquier lugar del cromosoma.
A su vez, existen moléculas denominadas INDUCTORES, que al asociarse a los represores, los inactivan, permitiendo así que la ARN-polimerasa haga su trabajo de transcribir los genes
estructurales. A esto se le llama INDUCCIÓN ENZIMÁTICA, típico de procesos catabólicos. Un ejemplo es el operón lactosa (LAC), responsable del catabolismo de la lactosa en un procariota, la bacteria Escherichia Coli, donde la lactosa actúa como inductor. Cuando hay lactosa, ésta se une al represor para que haya transcripción y se sintetice la enzima que la bacteria necesita para metabolizar la lactosa. Si no hay lactosa, el represor actúa y no hay transcripción. ¿Para qué fabricar el enzima si no se le necesita?.
Regulación en EUCARIOTAS
Es mucho más compleja y peor conocida que la de las bacterias (ya sabemos por qué).
Como se ha dicho, no todos los genes se expresan igual en todas las células, aunque todas tienen los mismos genes. Por ejemplo, la hemoglobina sólo se sintetiza en los glóbulos rojos, los anticuerpos sólo se sintetizan en los linfocitos, la queratina en las células epiteliales y la insulina en el páncreas. Se da una gran regulación en los organismos eucariotas, especialmente en los pluricelulares.
La regulación en eucariotas, se produce también a la hora de formar el ARN mensajero, mediante activación de la transcripción de unos genes y la represión de otros, de dos maneras:
1- Como el trabajo de la enzima ARN-polimerasa depende de la separación de las histonas asociadas al ADN en los nucleosomas, se interviene al inicio de la transcripción, a la hora de facilitar el acceso de esta enzima que formará el ARN.
2- Por otro lado, hay una regulación hormonal. Cada hormona tiene acceso a todas las células porque es transportada por la sangre, sin embargo, sólo responden a ellas unas células, llamadas células diana porque contienen un receptor específico en su citoplasma.
Esta regulación se da de dos maneras:
a-Las
hormonas
esteroideas
,
porsu naturaleza lipídica, penetran dentro de
la célula y tras su
unión con ciertas proteínas del
citoplasma receptoras, pasan al núcleo y allí se fijan a unas secuencias del ADN induciendo la
transcripción de determinados genes. Los anabolizantes que toman tan irresponsablemente algunas personas (culturista británica que se suicida, Ben Johnson descalificado...), tienen que ver con esta regulación. Son derivados de la
testosterona que estimula el crecimiento de la musculatura y potencia la actividad física. Suponen un gran esfuerzo para el hígado porque estimulan la síntesis de proteínas y provocan retención de líquidos. En EEUU unos 200.000 adolescentes lo toman.
b-Por otro lado, las
hormonas peptídicas
, que no atraviesan la membrana, se unen a receptores específicos presentes en ella y activan a proteínas reguladoras de la transcripción.Esto se realiza provocando la activación de la enzima adenilato ciclasa que cataliza la síntesis de AMPc a partir de
ATP. Este AMPc actúa como un mensajero intracelular y activa proteínas reguladoras de la transcripción.
En eucariotas, al existir la maduración del ARN (eliminación de intrones), se puede intervenir en este punto para regular la expresión de los genes pues pueden sintetizarse mensajeros que en unas células maduran y en otras no.
Algo más sobre la regulación en procariotas:
EL OPERÓN HIS
Existe también otro mecanismo de regulación en procariotas: la REPRESIÓN ENZIMÁTICA, que se da en procesos anabólicos. En ésta, el represor es inactivo y actúa la ARN polimerasa. El represor sólo se activa cuando se une a un producto final de la ruta anabólica (correpresor) y puede impedir la transcripción. Un ejemplo es el operón HIS de esta misma bacteria, responsable de la síntesis de histidina, donde el correpresor es la propia histidina.
Aquí tienes otro esquema del operón LAC, que ya hemos visto, y los componentes del operón, por si te ayuda a entenderlo mejor:
Recordamos los elementos de los que consta un OPERÓN:
-Promotor (P). Es la secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la ARN-polimerasa para iniciar la transcripción del gen o de los genes.
-Genes estructurales (Ge). Son los que codifican la síntesis de las proteínas (enzimas) que intervienen en un mismo proceso metabólico o ruta metabólica.
-Gen operador (O). Es la secuencia de nucleótidos del ADN a la que se puede unir una proteína reguladora e impedir la transcripción de los genes estructurales. Se sitúa entre el promotor y los genes estructurales. El orden es P O Ge
-Gen regulador. Se puede localizar en cualquier lugar del cromosoma. Codifica la proteína reguladora llamada REPRESOR, porque cuando ésta se une al operador impide que la ARN-polimerasa se pueda unir al ADN y con ello imposibilita la transcripción. Cuando se separa, la transcripción es posible.
A su vez, existen moléculas denominadas INDUCTORES, que al asociarse a los represores, los inactivan, permitiendo así que la ARN-polimerasa haga su trabajo de transcribir los genes estructurales. Un ejemplo es el operón LAC de la bacteria Escherichia Coli.
