CÓDIGO GENÉTICO
La transcripción y la traducción (del mensaje)
La transcripción y la traducción de la información genética que contiene el ADN, se produce por el dogma central de la biología molecular :
La biosíntesis de las proteínas comienza cuando un cordón de ARN, con la ayuda de ciertas enzimas, se forma frente a un segmento de uno de los cordones de la hélice del ADN. El ARN se forma a lo largo del cordón del ADN de acuerdo con la misma regla del apareamiento de las bases que regula la formación de un cordón de ADN, excepto en que en el ARN el uracilo sustituye a la timina debido al mecanismo de copia, el cordón del ARN, cuando se ha completado lleva una transcripción fiel del mensaje del ADN. Entonces el cordón de ARN se traslada al citoplasma en el cual se encuentran los aminoácidos, enzimas especiales, moléculas de ATP, ribosomas y moléculas de ARN de transferencia.
Una vez en el citoplasma, la molécula de ARN se una a un ribosoma. Cada tipo de ARNt engancha por un extremo a un aminoácido particular y cada uno de estos enganches implica una enzima especial y una molécula de ATP.
El proceso por el cual la información contenida en el ARN dirige o controla la secuencia en que deben unirse los aminoácidos para la síntesis de las proteínas se denomina traducción.
A medida que el cordón de ARN se desplaza a lo largo del ribosoma, se sitúa en su lugar la siguiente molécula de ARNt con su aminoácido. En este punto, la primera molécula de ARNt se desengancha de la molécula de ARN. La energía de enlace que mantienen a la molécula de ARNt unida al aminoácido se utiliza ahora para forjar el enlace peptídico entre los dos aminoácidos, y el ARNt desprendido queda de nuevo disponible. Aparentemente, estas moléculas de ARNc pueden utilizarse muchas veces.
El ARN mensajero parece tener una vida mucho más breve.
De esta manera, los cromosomas bacterianos mantienen un control muy rígido de las actividades celulares, evitando la producción de proteínas anormales que pudiera ocurrir por el posible desgaste de la molécula de ARN. Descifrando el código.
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La existencia del ARN fue postulada en 1961 por los
científicos franceses Francois Jacob y Jacques Monod.
Casi inmediatamente Marahall Niremberg, del Public Healt
Service de los EE.UU., emprendió la
comprobación de la hipótesis del ARN.
Añadió varios estratos brutos de ARN de una
cierta variedad de fuentes celulares a extractos de E.coli,
es decir, materia que contenía aminoácidos,
ribosomas, ATP y ARNt extractados de las células de
E.coli y encontró que todos ellos estimulaban la
síntesis proteínica.
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El código parecía tener un lenguaje
universal. Niremberg razonó que si E. coli
podía leer un mensaje extraño y traducirlo en
una proteína, quizás podría leer un
mensaje totalmente sintético. Deseaba conocer el
contenido exacto de cualquier mensaje que dictase.
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Una SOLUCION simple para éste problema
aparentemente difícil se le ocurrió
súbitamente; utilizar una molécula de ARN
construida a base de uno sólo ribonucleótico
repetido muchísimas veces.
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Durante el año siguiente al descubrimiento de
Niremberg, publicado en 1961, Niremberg y Ochoa y muchos
colaboradores, elaboraron posibles códigos para todos
los aminoácidos utilizando ARN sintético.En la
actualidad se han identificado todos menos tres
trinucleótidos; 61 de las 64 combinaciones posibles.
Estos tres se consideran en la actualidad signos de
puntuación, significando el comienzo o el final de un
mensaje concreto. Debido a que 61 combinaciones codifican 20
aminoácidos, está claro que hay cierto
número de cordones "sinónimos".
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SÍNTESIS de las proteínas: Al
estudiar la transcripción del ADN al ARN ya hicimos
referencia a la síntesis de las proteínas. Las
instrucciones para la síntesis de las proteínas
esta codificadas en el ADN del núcleo. Sin embargo, el
ADN no actúa directamente, sino que transcribe su
mensaje al ARN que se encuentra en las
células.
-El ADN del núcleo transcribe el mensaje codificado al ARN. Una banda complementaria de ARN.
-El ARN mensajero formado sobre el ADN del núcleo, sale a través de los poros de la membrana nuclear y llega al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. Allí será leído y descifrado al código o mensaje codificado que trae el ADN del núcleo.
-El ARN de transferencia selecciona un aminoácido específico y lo transporta al sitio donde se encuentra el ARN mensajero. Allí engancha otros aminoácidos de acuerdo a la información codificada, y forma un polipéptido. Varias cadenas de polipéptidos se unen y constituyen las proteínas. El ARNt, queda libre. Las proteínas formadas se desprenden del ribosoma y posteriormente serán utilizados por las células. Igualmente el ARN de transferencia, es "descargado" y el ARN mensajero, se libera del ribosoma y puede ser destruido por las enzimas celulares o leído por una o más ribosomas.
Las síntesis de las proteínas comienza, por consiguiente, en el núcleo, ya que allí el ADN tiene la información, pero se efectúa en el citoplasma a nivel de los ribosomas.
LA TRANSCRIPCIÓN:
la mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo
de la célula, y la síntesis de proteínas
tiene lugar en el hialoplasma, por lo que la información
que contiene el DNA debe de transcribirse a una molécula
de ARNm ( en el núcleo también se sintetizan el
ARNr y el ARNt, los cuales también son necesarios para la
síntesis de proteínas ). Por lo tanto, los procesos
de síntesis de ARN a partir del ADN constituyen la
transcripción de la información genética.
Pero antes de ver el mecanismo de la transcripción,
veremos la estructura del material hereditario, es decir vamos a
ver la estructura de los GENES.Estructura de los genes
La mayor parte de los genes son fragmentos del ADN que determinan la síntesis de una proteína, aunque existen otros que realizan funciones reguladoras (como por ejemplo los Operones ) y de los cuales no nos ocuparemos este curso.La secuencia de nucleótidos que constituyen un gen, y los genes entre sí no se disponen linealmente, sino que están espaciados por fragmentos de ADN que no poseen información que pueda ser transcrita.
Además, en todo gen distinguimos las siguientes regiones:
1. Región promotora.
2. Región codificadora.
3. Región terminadora.
2. Región codificadora: Es la parte del gen que contiene la información para la síntesis de proteínas, es decir esta zona sí codifica aminoácidos. Dentro de esta región existen fragmentos de ADN que sí contienen información y que se llaman EXONES, y existen fragmentos que no contienen información y que se llaman INTRONES.
El principio de esta región codificadora viene determinado por la secuencia de bases TAC y su final por los tripletes ATT, ATC, o ACT, y que reciben el nombre de tripletes sin sentido, de paro o de stop.
3. Región terminadora: Es la región que marca el final del gen.
• MECANISMO DE LA
TRANSCRIPCIÓN:
Hay que destacar que para cada gen SÓLO se
transcribe una de las dos cadenas de ADN, y esta
transcripción se realiza de la siguiente
manera:-
1. Iniciación
:
-
2. Alargamiento:
5' ? 3', de manera que toma como molde una cadena de ADN que va en dirección 3' ? 5' y empieza a formar el ARN a partir de ATP, CTP, GTP y UTP ( son ribonucleótidos complementarios trifosfato ), de manera que la reacción que se produce es la siguientes:
El ARNm precursor sufre una serie de transformaciones ( el ARNr y el ARNt también las sufren ). Los dos aspectos esenciales del procesado son dos:
-
Eliminación de los intrones.
-
Modificación del extremo 3'.
De manera que el ARNm precursor sufre la supresión de los intrones por una Ribonucleoproteína pequeña nuclear ( RNPpn ) y además se le añade una cola en el extremo 3' formada por unos 200 nucleótidos y todos estos nucleótidos tienen a la Adenina como base nitrogenada, y por eso esta cola se le llama cola POLI A. Una vez ocurrido esto, ya tenemos el ARNm maduro que en eucariota suele ser monocistrónico.
Recordar que todos estos procesos ( formación de los ARN ) se han producido en el núcleo celular. Ahora el ARNm maduro, que a partir de ahora lo llamaremos simplemente ARNm, pasará al hialoplasma a través de los poros nucleares, donde conjuntamente con los ribosomas y el ARNt se sintetizarán las proteínas, es decir se producirá la traducción del mensaje genético.
Maduración del ARNm (Visión de conjunto).
LA TRADUCCIÓN
Es la síntesis de proteínas, y para que se
produzca los aminoácidos han de disponerse en el orden que
define la secuencia de codones del ARNm.La síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas en el citoplasma de la célula y participan como ya sabemos los tres tipos de ARN. El ARNm lleva la información del ADN desde el núcleo hasta el hialoplasma, el ARNt lleva los aminoácidos que se encuentran en el hialoplasma a los ribosomas y al ARNm, y el ARNr forma parte de los ribosomas.
NOTAS RECORDATORIAS:
1. Cada triplete de bases del ARNm se llama codón.
2. Las tres bases del ARNt reciben el nombre de anticodón.
3. Código genético: Relaciona la secuencia de bases del ADN o del ARNm, con la secuencia de aminoácidos de las proteínas, y sus características más importantes son:
-
Es degenerado.
-
Se lee sin comas.
-
Existen tripletes de paro. .
-
Todas las proteínas empiezan por Metionina (
Met ) ( AUG ), pero posteriormente después de la
síntesis de proteínas la Met se puede
eliminar
• MECANISMO DE LA
TRADUCCIÓN:
- ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.
- INICIACIÓN.
- ELONGACIÓN
- TERMINACIÓN
Activación de los aminoácidos
Es la unión de los aminoácidos en el citoplasma con su correspondiente ARNt por la acción de un enzima específico para los distintos aminoácidos. Recordar que la unión del aminoácido con su correspondiente ARNt se produce en el extremo 3' de éste.ANIMACIÓN DE LA ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
• INICIACIÓN: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y va a ir recorriendo la molécula. Al llegar al codón de iniciación AUG que codifica el principio de la síntesis de las proteínas, se les une el complejo formado por el ARNt-Met ( UAC ). Por último se une la subunidad mayor a la menor del ribosoma completando el complejo de iniciación.
MECANISMO DE LA TRADUCCIÓN
:
ELONGACIÓN:
Esta etapa a su vez la podemos dividir en
tres:1. Unión del ARNt-Met reconocido por el codón.
2. Formación del enlace peptídico.
3. Translocación.
El ribosoma posee dos zonas a las que se puede unir el ARNt-aminoácido reconocido por el codón : El lugar P o PEPTIDIL, donde se une el ARNt-aminoácido y el lugar A o AMINOACIL que inicialmente está desocupado.
El proceso en esta etapa ocurre de la siguiente manera:
-
Unión del ARNt-Met reconocido por el
codón: Entra el segundo aminoácido con su
correspondiente ARNt (ARNt-aminoácido 2) con el
anticodón correspondiente al codón del ARNm, y
se sitúa en la región aminoacil del ribosoma
(este aminoácido antes lógicamente se tuvo que
activar para unirse a su correspondiente ARNt).
-
Formación del enlace peptídico : Se
forma el enlace peptídico y la Met ( recordar que es
el primer aminoácido que entra ) se une al siguiente
aminoácido.
-
Translocación: El ribosoma se traslada hacia
el codón siguiente ( en realidad es el ARNm el que se
desplaza y no el ribosoma ) y el ARNt que lleva la Met se
libera y sale fuera del ribosoma, de manera que el complejo
ARNt-aminoácido 2-Met queda situado en la
región peptidil del ribosoma y la región
aminoacil está libre para que entre el tercer
aminoácido con su correspondiente ARNt , el cual
lógicamente también ha tenido que ser activado
previamente. Así, sucesivamente se van
añadiendo aminoácidos que constituyen la
proteína hasta que se llega a un codón de paro
de manera que se une a éste un Factor de
Terminación ( RF ) que impide que se una al
codón un nuevo aminoácil-ARNt.
TERMINACIÓN: Cuando el ribosoma llega a uno de los codones sin sentido, la proteína se libera, las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.
Hay que destacar que varios ribosomas, de 4-6, incluso 100, pueden estar traduciendo al mismo tiempo una misma cadena de ARNm, y estos ribosomas reciben el nombre de polisomas o polirribosomas.
ANIMACIÓN DE LA TERMINACIÓN
También hay que decir, que las proteínas según se sintetizan van adquiriendo espontáneamente su estructura 3ª.
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