Expresion Del Material Genetico

“Introduccion” – El cambio en el concepto del ‘gene’, fue , en ciencia, lo mas sobresaliente del siglo pasado. – Mendel nos enseno que los genes son elementos que gobiernan la apariencia de los rasgos especificos. (un gen determina cierta caracteristica). – Otros determinaron que los genes y su representacion fisica (origen) estan en el cromosoma.

“Introduccion” – Tambien se demostro que los genes tienen una localizacion especifica, y se transmiten de generacion en generacion, sin cambio. – Griffith, Avery, Hersey and Chase demostraron que los genes estan compuestos de DNA y Watson y Crick resolvieron la estructura del DNA, lo que explicaba de que manera, esta macromolecula podia codificar la informacion heredable.

“Introduccion” – Toda esta formulacion de conceptos, sin embargo, no define el mecanismo por medio del cual, la informacion almacenada en un gen se transforma en el trabajo que gobierna las actividades celulares

“Relacion entre genes y proteinas” – En 1908, Archibald Garrod, medico escoces, senalo que los sintomas observados en pacientes que sufrian de ciertas enfermedades hereditarias, raras, eran efecto de la ausencia o disfuncion de enzimas especificas. – La ‘Alcaptonuria’, una enfermedad facil de diagnosticar por el cambio, a color oscuro por la orina, cuando hace contacto con el aire.

“Relacion entre genes y proteinas” – Garrod reporta que en la alcaptonuria el paciente ‘no tiene’ una enzima oxidasa, por lo cual se acumula el ‘acido homogentisico’, al no ser transformado en sustancia soluble y de facil eliminacion.

“Relacion entre genes y proteinas” – Garrod de esta forma demostro la relacion que hay, entre –un gen, una enzima y una enfermedad metabolica especifica. “errores innatos del metabolismo”, los llamo, Garrod. – Hasta 1940, Beadle y Tatum, del California Institute of Technology, resucitaron la idea de que “los genes controlaban la produccion de enzimas”.

“Relacion entre genes y proteinas” – Cual es la naturaleza del defecto en una proteina, por una mutacion genetica? La respuesta vino de Vernon Ingram de la Universidad de Cambridge, con su publicacion de la ‘consecuencia molecular de la mutacion que causa la anemia de las celulas falciformes’. La hemoglobina tiene 4 grandes polipeptidos y la sustitucion simple, de un ‘acido glutamico’ por una ‘valina’ en una de sus globinas, causa la terrible enfermedad.

“Relacion entre genes y proteinas” – Ingram habia demostrado asi, que, una mutacion, en un solo gene, podia causar una sustitucion aminoacidica en la secuencia de un polipeptido. – Solo queda el demostrar como una secuencia de nucleotidos se convierte en una cadena polipeptida

“Relacion entre genes y proteinas” – Ahora se sabe que existe un ‘intermediario’ entre un gene y su polipeptido el “RNA mensajero” ‘Transcripcion’, es el proceso, donde se forma el RNAm, copia complementaria de una de las dos cadenas de DNA, que constituyen un gen. Las proteinas son sintetizadas en el citoplasma, el proceso es la “traduccion” cuando el RNAm, hace complejo con los ribosomas.

“Relacion entre genes y proteinas” – La secuencia de nucleotidos (RNAm) es complementaria de la del gen a partir del cual se transcribio, de esta manera el RNAm tiene la misma informacion contenida en el propio gen. – En la figura se ve una revision de la funcion del RNA mensajero.

“Relacion entre genes y proteinas” – Flujo de informacion a traves de la celula:

“Relacion entre genes y proteinas” Los ribosomas, en el citoplasma, estan formados de RNA y proteina Se han identificado 3 clases de RNA, en una celula: – – –

RNA mensajero (RNAm); RNA ribosomal (RNAr) y RNA de transferencia (RNAt)

El uso de un RNAm, permite a la célula separar informacion almacenada de la informacion utilizada.

“Relacion entre genes y proteinas” – Una vez en el citoplasma, el RNAm sirve como un molde para controlar la incorporacion de aminoacidos en un orden especifico codificado por la secuencia de nucleotidos del DNA y el RNAm. – El uso de RNAm, tambien le permite a la celula aumentar, mucho, su actividad.

“Relacion entre genes y proteinas” – Una molecula de DNA puede servir como ‘molde’ en la formacion de muchas moleculas de RNAm – Cada molecula de RNAm puede usarse para la sintesis de gran numero de cadenas polipeptidas. – Las proteinas se sintetizan en el citoplasma por un proceso complejo conocido como ‘traduccion’

“Relacion entre genes y proteinas” – La traduccion utiliza docenas de distintos componentes, diferentes, incluidos los ribosomas. – Los ribosomas componentes inespecificos de la maquinaria de traduccion – Estos complejos citoplasmicos actúan como una maquina programada para traducir la informacion codificada por cualquier RNAm

“Relacion entre genes y proteinas” – Los ribosomas contienen proteina y RNA; este RNA se le reconoce como RNA ribosomal (RNAr), e igual que los RNAm, cada uno se transcribe a partir de las cadenas de DNA de un gen. – Los RNAr no contienen informacion, y si Reconocen y unen otras moleculas Proveen apoyo estructural y catalizan reacciones quimicas para unir aminoacidos.

“Relacion entre genes y proteinas” – Los RNA de transferencia (RNAt): Tercer grupo importante de RNA durante la sintesis de proteinas. Los RNAt son necesarios para para traducir la informacion codificada en los nucleotidos que contiene el RNAm, en el ‘alfabeto’ de aminoacidos de un polipeptido.

“Relacion entre genes y proteinas” – Los RNAr y RNAt deben su actividad a sus complejos secundarios y estructuras terciarias: El DNAtiene siempre una estructura de doble helice Muchos RNAs adoptan formas tridimensionales complejas por plegamientos y dobleces y esto hace que un tipo de RNA sea diferente de otro(s) ver la figura…

“Relacion entre genes y proteinas” – El plegamiento del RNA sigue ciertas reglas: – Integra regiones que formen pares de bases complementarias – Las regiones de bases apareadas forman dobles cadenas y dobles helices como tallos, los cuales estan conectados por “asas” de cadena sencilla

“Relacion entre genes y proteinas” – A diferencia del DNA, cadenas que forman pares de bases, los RNA contienen a menudo, pares de bases que no son comunes (recuadro) y bases nitrogenadas modificadas;

“Relacion entre genes y proteinas” – Estas regiones de moleculas noconvencionales sirven como sitio de reconocimiento para proteinas, y otros RNA promueven el plegamiento de RNA y ayudan a estabilizar estructuras de la molecula.

“Relacion entre genes y proteinas” – La complementaridad entre los pares de bases va mas alla del RNAt y el RNAr. – El apareamiento de bases entre moleculas de RNA es funcion central en la mayoria de las actividades en las que intervienen los RNA. – Las celulas eucariotas tienen ‘otros RNA’ que tienen funviones vitales en el metabolismo celular: RNA nucleares pequenos (RNAsn); nucleolares pequenos RNAsno);

“Relacion entre genes y proteinas” – RNA de interferencia pequenos (RNAsi); y RNA ‘micro’ (RNAmi). Este ultimo de reciente descubrimiento del que se ignoran aun sus funciones.

Transcripcion en celulas pro y eucariotas” – Transcripcion: Proceso en el cual una de DNA provee la informacion para la sintesis de una cadena de RNA.

“Relacion entre genes y proteinas” – Las enzimas encargadas de la transcripcion en los dos tipos de celulas se denominan ‘polimerasas de RNA dependientes de DNA’, o tan solo polimerasas de RNA. Estas enzimas incorporan nucleotidos, uno a la vez dentro de una cadena de RNA, cuya secuencia es complementaria de una de las cadenas de DNA, la cual sirve de molde.

“Transcripcion” – La sintesis de un RNA: Vinculacion de la polimerasa con el DNA. – Interacciones especificas de dos moleculas muy diferentes: proteinas y acidos nucleicos. – Si proteinas diferentes, evolucionaron para unirse a diferentes sustratos, evolucionaron tambien, para reconocer y unirse a secuencias especificas de nucleotidos en una cadena de acido nucleico.

El sitio del DNA que une a la polimerasa de RNA, antes de la transcripcion, se llama ‘promotor’

“Transcripcion” – El sitio promotor necesita, para esta funcion la ayuda de un grupo de proteinas adicionales, en conjunto, llamadas ‘factores de transcripcion’. – Ademas, el sitio promotor, contiene la informacion de cual de las 2 cadenas del DNA se han de transcribir, y el sitio de inicio de la transcripcion.

La polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de DNA molde, hacia el extremo 5’ terminal – Conforme la polimerasa avanza, el DNA se desenrolla temporalmente y la polimerasa ‘ensambla’ una cadena complementaria de RNA. La polimerasa de RNA cataliza la siguiente reaccion: – RNAn + HPPP -- RNAn+1 + PPi

“Transcripcion”

“Transcripcion” En la reaccion anterior, precursores de ‘trifosfato’ de ribonucleosido (NPPP) se hidrolizan en una cadena por medio de enlaces covalentes. Las reacciones que llevan a la sintesis de acidos nucleicos y proteinas ocurren irreversiblemente. – La transcripcion sucede con la ayuda de una reaccion secundaria; PPi --- 2 Pi , catalizada por la enzima ‘pirofosfatasa’, generando mucha energia por lo que se hace irreversible.

“Transcripcion” La polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de DNA y va incorporando nucleotidos complementarios dentro de la molecula del RNA en crecimiento. – Hay especificidad; cuando el nucleotido por unirse puede aparear bases de bases con el nucleotido de la cadena de DNA que se transcribe.

“Transcripcion” Cuando la polimerasa se ha movido en un segmento particular de DNA, la doble helice de DNA se vuelve a cerrar.

“Transcripcion” Las polimerasas de RNA

son capaces de agregar ± 20 a 50 nucleotidos/seg. En una molecula de RNA, y muchos genes en las celulas se transcriben de forma simultanea por cientos o mas, polimerasas.

“Transcripcion” Las polimerasas de RNA son capaces de formar RNA muy largos; asi pues, la enzima debe permnecer pegada al DNA molde, en segmentos muy largos, (procesiva) pero debe ser laxa, suficientemente para poderse mover en la cadena. Tambien las polimerasas se toman ‘lapsos de inactividad’

“Transcripcion”

“Transcripcion de la celula eucariota” – La celula eucariota tiene 3 tipos de polimerasas que transcriben, cada una, encargada de la sintesis de un grupo diferente de RNA: La polimerasa de RNA-I sintetiza: el RNA ribosomal grande (28s, 18s y 5.8s). La polimerasa de RNA-II sintetiza: el RNA mensajero y la mayoria de los RNA pequenos nucleares (RNA sn y RNAsno)

“Transcripcion de la celula eucariota” La polimerasa de RNA-III transcribe: Varios RNA de bajo peso molecular, incluidos los RNA de transferencia, el ribosomal 5s y el RNAsn-U6.. Las celulas procariotas solo tienen una clase de polimerasa. La celula de levadura cuenta con estas 3 clases de polimerasas y la bacteria, no cuenta con el numero de proteinas auxiliares que tiene la celula eucariota. (levadura)

“Transcripcion de la celula eucariota” La polimerasa de las levaduras, tiene 7 o mas subunidades que

las bacterianas, su nucleo y su mecanismo basico son identicos; la verdadera diferencia esta en las subunidades de factores transcripcionales.

“Codificacion de la informacion genetica” – Desde 1953 se hizo evidente que la secuencia de nucleotidos (AUGUGGCCGA…etc) representaban la secuencia ‘aminoacidica’ en un polpipeptido y se asumio que la informacion almacenada en la secuencia nucleotidica estaba presente en un tipo de codigo genetico. – El impulso mayor hacia esto, fue la descripcion del RNA mensajero y la atencion la atrajo esa secuencia escrita en un alfabeto de ribonucleotidos que podia codificar una secuencia en un alfabeto de aminoacidos.

“Codificando la informacion genetica” La informacion almacenada en un gene esta presente en la forma de un ‘codigo genetico’ – Las propiedades del codigo genetico:

Utiliza ‘tripletes’, no se empalman, y degenera ‘codones’ por cada aminoacido. Los codones, su designacion fue determinada por transcripcion de muchos RNAm artificiales. La designacion de los codones no es al azar; los codones para el mismo aminoacido son similares.

“Codificacion de la informacion genetica” – George Gamow presento el primer modelo de Codigo. Y proponia en el, que tresnucleotidos secuenciales codificaban cada aminoacido en un polipeptido. – O sea, la palabra del codigo, codon para los aminoacidos eran tripletes de nucleotidos. – Gamow decia wue se rewuerian 3 nucleotidos para cada codon unico. – Hay 4 posibles palabras de una letra, 16 posibles palabras de 2 letras y 64 posibles palabras de 3 letras.

“Codificacion de la informacion genetica” – Como hay solo 20 aminoacidos diferentes que deben codificarse, los codones deben contener al menos 3 nucleotidos sucesivos. – Gamow tambien propuso que el codigo era un triplete, y sugirio que estaban superpuestos (incorrecto). Considerese la siguiente secuencia de nucleotidos: -AGCUCGAUCGAEstando superpuesto el codigo, el ribosoma deberia mover a lo largo del RNAm un nucleotido a la vez y reconocer un nuevo codon por cada movimiento.

“Codificacion de la informacion genetica”

“Codificacion de la informacion genetica” “Decodificando los codones”:

– Los RNAts son una clase de moleculas adaptadas que reconocen aminoacidos individuales y los correspondientes codones RNAm. La estructura de transferir RNAs:

– El aminoacido esta pegado al extremo 3’ del RNA. – La estructura secundaria del RNAt recuerda un trebol de 3 hojas, mientras que la estructura terciaria tiene forma de ‘L’

“Codigo Genetico” La parte del RNAt que participa en la interaccion especifica con el codon del RNAm es un tramo de 3 nucleotidos secuenciales llamados anticodones, en el asa media de la molecula de RNAt.

“Codigo Genetico”

“Codificacion de la informacion genetica” – El anticodon en el RNAt complementa el codon del RNAm.

Activacion del aminoacido:

– Sintetasas especificas aminoacil-RNAt unen el aminoacido con sus respectivos RNAs de transferencia. – La energia de un ATP se usa para activar el aminoacido, que es despues transferido a la molecula de RNAt. – Codones del RNAm son finalmente interpretados de acuerdo a las habilidades de reconocimiento de las sintetasas aminoacil-tRNA.

“Codigo Genetico”