Profesora: María Antonia Rojas Serrano

INTRODUCCIÓNLa secuencia de las bases nitrogenadas presentes en los nucleótidos de la molécula de ADN son las que determinan la información que contienen los genes.

Pero para que esta información contenida en el ADN se exprese en forma de proteína deben producirse los procesos de transcripción y traducción.

TRANSCRIPCIÓNEs el paso de la información contenida en el ADN, para ese gen determinado, a ARN.El ADN es una molécula de gran longitud, localizada en el núcleo celular. El ARN es la copia de los nucleótidos que llevan la información de la proteína que queremos expresar, por tanto se trata de fragmentos cortos que pueden salir del núcleo al citoplasma.

La síntesis de ARN se produce gracias a la acción de una enzima, la ARN polimerasa, que presenta la siguientes características:

• Une nucleótidos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´ 3´.

• Utiliza nucleótidos trifosfato (ATP, GTP, CTP Y UTP).

• Se fija a regiones específicas del ADN, denominadas promotores, para comenzar su acción a partir de este punto.

• Necesita una molécula de ADN como molde para poder establecer la secuencia específica de bases del ARN.

La transcripción consta de tres etapas: iniciación, elongacióny terminación; tras la terminación, se produce la maduración del ARN.

Iniciación

Comienza cuando la ARN polimerasa reconoce el promotor, este promotor indica cuál de las dos cadenas de ADN se usa como molde.

La ARN polimerasa hace que la doble hélice de ADN se abra para permitir que quede expuesta la secuencia de bases del ADN, y se puedan incorporar los ribonucleótidos que se van a unir.

Elongación

Consiste en la adición de ribonucleótidos.

La ARN polimerasa lee la cadena molde en sentido 3´ 5´, por lo que va añadiendo nucleótidos al ARN en sentido 5´ 3´.

TerminaciónLa ARN polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción.

La burbuja, formada en el ADN, se cierra y la ARN polimerasa se separa del ARN recién transcrito.

Diferencias entre células procariotas y eucariotasAunque el proceso de transcripción, en líneas generales, es el mismo tanto en las células procariotas como en las eucariotas; existen ciertas diferencias debido principalmente a la mayor complejidad del ADN de estas últimas.

En las células procariotas hay un solo tipo de ARN polimerasa, mientras que en las eucariotas hay tres (la ARN polimerasa I interviene en la síntesis de ARNr, la ARN polimerasa II interviene en la síntesis del ARNm y la ARN polimerasa III interviene en la síntesis del ARNt).

En el proceso de elongación de los organismos eucariotas, se forma una caperuza en el extremo 5´ del ARN en transcripción, formada por una molécula de 7-metilguanosina y tres grupos fosfatos.

En la etapa de terminación de los procariotas, la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (secuencias que se leen de la misma forma de izquierda a derecha, que de derecha a izquierda), que origina al final un bucle. Esto favorece la separación del ADN.

El bucle se forma por la complementariedad de bases situadas en la cola del ARN.

En la terminación de los organismos eucariotas, las ARN polimerasa transcribe regiones de ADN largas, que exceden la longitud que codifica la proteína.

Cuando el ARN se separa del ADN, el ARN sobrante se degrada hasta alcanzar una secuencia denominada punto de corte, a partir de aquí se empiezan a añadir en este extremo nucleótidos de adenina( debido a la enzima poli A polimerasa), formando la cola poli-A, que interviene en procesos de maduración y en el transporte del ARN fuera del núcleo.

Maduración del ARNEn los organismos procariotas, el ARN puede ser directamente traducido, y a partir de él, se forma un proteína funcional.

No produciéndose maduración del ARNm.

Sin embargo, cuando se transcribe el ADN que codifica para ARNty ARNr, se forma una larga molécula de ARN que contiene numerosas copias de las secuencias del ARNr o del ARNt.

Esta larga molécula será posteriormente cortada en fragmentos más pequeños por enzimas específicas, para dar lugar a los distintos ARNt y ARNr.

En los organismos eucariotas, la maduración es más compleja porque la mayor parte de los genes que codifican las proteínas están fragmentados, es decir, cada gen contiene intrones y exones intercalados unos con otros. Los exones llevan la información útil, mientras que los intrones son fragmentos sin sentido que también se transcriben.

Su maduración consiste en la eliminación de los intrones y la unión de los exones mediante un mecanismo que se conoce como splicing, llevado a cabo por la enzima RNPpn.

El proceso de corte y empalme comienza cuando las secuencias intrónicas forman unos bucles que provocan el acercamiento de los extremos de los exones, y continúa con el corte de los intrones y la unión de los exones para formar un ARNm que ya está en condiciones de salir al núcleo.

La función de los intrones, no es del todo conocida.

Lo que sí se sabe es que un mismo gen puede madurar de diferentes maneras dependiendo de cómo se eliminen los intrones. De este modo a partir de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas.

TRADUCCIÓNUna vez transcrito el ADN, la molécula de ARNm formada contiene la información necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente.

El código genético

El proceso de síntesis de proteínas se denomina traducción, puesto que se ha de cambiar el lenguaje empleado, para pasar de una secuencia de nucleótidos a otra secuencia de aminoácidos; para lo cual interviene el código genético.

El código genético relaciona cada uno de los 20 aminoácidos con tres bases nitrogenadas concretas contenidas en el ARNm.

A la secuencia de tres bases nitrogenadas se llama triplete y a los tripletes que constituyen el ARNm se denominan codones.

De los 64 codones distintos (43) que podemos encontrar en el ARNm, 61 codifican para aminoácidos; dentro de ellos destacaremos el codón de iniciación AUG que marca el comienzo de la traducción y codifica para el aminoácido metionina. Y tres codones (UAA, UAG y UGA, denominados codones sin sentido) marcan el fin de la traducción y no codifican para ningún aminoácido.

Fin

Inicio

El código genético presenta las siguientes características:

• Es universal: es el mismo para todos los organismos, incluyendo los virus.

• El hecho de que la información biológica fundamental esté codificada por el mismo sistema, constituye una prueba más a favor de que todos los seres vivos procedemos de un antepasado común.

• Sin embargo, se han detectado excepciones a la universalidad del código en el ADN de las mitocondrias y en algunos protozoos y bacterias.

• Es degenerado: esto significa que no existe el mismo número de codones en el ARN que aminoácidos van ha ser codificados.

• Salvo el triptófano (UGG) y la metionina (AUG), que están codificados por un único codón, los demás aminoácidos están codificados por más de un triplete. Generalmente, sólo se diferencian en la última base.

• La existencia de codones distintos que codifican el mismo aminoácido no constituye una falta de precisión o un fallo del código genético.

• Es más, se puede considerar que proporciona cierta ventaja, puesto que si se produce un cambio no deseado en una base nitrogenada es posible que el codón alterado siga codificando para el mismo aminoácido.

• No presenta imperfección: ningún codón codifica para más de un aminoácido.

• Carece de solapamiento: los tripletes se encuentran dispuesto de manera lineal y continua, sin que haya espacios ni separaciones de ningún tipo (la distancia entre nucleótidos es siempre la misma), y sin que se comparta ninguna base nitrogenada.

• Su lectura se hace en sentido 5´ 3´ desde el codón de inicio (AUG).

El proceso de traducciónEl proceso de traducción se lleva a cabo en los ribosomas.

Los ribosomas son orgánulos citoplasmáticos constituidos por dos subunidades, una pequeña y otra grande, formadas por distintos tipos de ARNr y proteínas.

El ARNm se une a la subunidad pequeña, mientras que en la subunidad grande se unen los aminoacil ARNt (ARNt unido a su aminoácido específico) que formarán la cadena polipeptídica.

En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión de los ARNt:

Sitio A (aminoacil): donde entran los aminoacil ARNt que se van a unir sus aminoácidos a la cadena polipeptídica en formación.

Sitio P (peptidil): donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación.

Sitio E: donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma.

Antes de que se inicie la síntesis de proteínas, cada uno de los aminoácidos debe unirse a su ARNt específico. Este proceso se produce en el citoplasma y lo lleva a cabo la enzima aminoacil ARNt sintetasa.

El grupo carboxilo (-COOH) del aminoácido, reacciona con el hidroxilo (-OH) del extremo 3´ del ARNt, formando un aminoacil ARNt. En esta reacción se necesita energía, aportada por el ATP.

En el brazo A del ARNt se encuentra el anticodón, que es un triplete con las bases complementarias a los codones situados en el ARNm.

Una vez activados los aminoácidos, dando lugar a la formación de los aminoacil ARNt, tiene lugar la síntesis de proteínas. Este proceso se lleva a cabo en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.

Iniciación

La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm en una zona cercana al codón de iniciación (AUG), a continuación entra en el sitio P el primer aminoacil ARNtcuyo anticodón presenta las bases complementarias al codón de iniciación (UAC).

Este aminoacil ARNt codifica para la metionina en los organismos eucariotas y para la formil-metionina en los procariotas.

Después de esto, se une la subunidad grande del ribosoma.

Elongación

La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica, y se inicia cuando un segundo aminoacil ARNt se sitúa en el sitio A del ribosoma.

Se forma un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P (metionina o formil-metionina) y el nuevo aminoácido que ocupa el sitio A, la reacción de formación del enlace peptídico viene dada por la enzima peptidiltransferasa.

A continuación se produce la translocación del ribosoma, es decir este se desplaza tres bases a lo largo del ARNm en sentido 5´ 3´.

El primer ARNt abandona el ribosoma por el sitio E y el peptidil ARNt ocupa el sitio P, quedando libre el sitio A al cual se unirá un nuevo aminoacil ARNt, repitiéndose el proceso.

Terminación

La terminación de la cadena proteica tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm, donde se encuentra con un codón de terminación (UAG, UGA o UAA) que no es reconocido por ningún ARNt, en este caso actúan unas proteínas denominadas factores de liberación, que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil transferasa separe la cadena polipeptídica del ARNt por hidrólisis.

El ARNt y el ARNm se separan del ribosoma, al igual que las dos subunidades.

Tanto en organismos procariotas como en eucariotas, si el ARNm que se tiene que traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma; este hecho permite que las células sinteticen rápidamente muchas copias de un mismo polipéptido.

En los procariotas, al no presentar núcleo, la traducción es simultánea a la transcripción; el ARNm comienza a traducirse antes de que termine la transcripción.