BIOLOGÍA (08) del CBC Cátedra Nasazzi (apuntes tomados en 2004) Clase 17

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BIOLOGÍA (08)

CBC

Ciclo Básico Común

Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.

ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra. Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de la Cátedra.

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Clase 17

Jueves 21/10/2004

Diferencias en la replicación entre el eucarionte y el procarionte

El cromosoma eucarionte está asociado a proteínas (histonas). En la replicación el eucarionte tiene varios sitios de origen; pero el procarionte tiene un único sitio de origen de replicación. La replicación en el procarionte es más rápida porque tiene menos ADN que copiar. En el eucarionte la replicación se acelera gracias a los varios sitios de origen. Tanto en el eucarionte como en el procarionte la replicación es bidireccional. En ambos casos la replicación es semiconservativa. En ambos casos la replicación es discontinua con fragmentos de Okazaki. En la replicación del procarionte y eucarionte pueden variar las enzimas; pero en ambos casos trabajan enzimas del mismo tipo (helicasas, primasas, ligasas, etcétera). En ambos casos la ADN polimerasa une los nucleótidos, corrige errores, etcétera.

Seguiremos estudiando el dogma central de la biología molecular.

Transcripción

Transcripción es obtener ARN desde ADN molde. ¿Qué se copia? Solamente la parte de la información que se quiere expresar en proteínas, o bien, solamente la parte de la información que se quiere expresar en una cadena polipeptídica. La transcripción siempre es de un gen. Lo que se transcribe es un gen.

El ARN, es la unión de varios nucleótidos formados con ribosa. Hay que fabricar el ARN complementario al ADN molde del gen. Hay que abrir el ADN, separar las cadenas de la hélice. Luego se emparejan los ribonucleótidos junto a la cadena de ADN molde y se unen a ella mediante uniones débiles.

Luego deben unirse los ribonucleótidos entre sí. Para todo esto se requiere ADN molde y ribonucleótidos trifosfatados. Las uniones de nucleótidos se llaman uniones fosfodiéster. También se requiere la enzima ARN polimerasa, para catalizar las uniones fosfodiéster entre ribonucleótidos. La enzima ARN polimerasa es muy grande y ella misma abre las dos cadenas de la hélice del ADN, por lo que no necesita a la enzima helicasa. La ARN polimerasa sintetiza en sentido 5'

3' (y va leyendo el ADN molde en sentido 3'

5'). La cadena de ARN se forma antiparalela al ADN molde.

Tiene que haber un sitio de inicio y un sitio de terminación de la transcripción. El inicio es el lugar en el que se detiene la ARN polimerasa y se llama promotor. Finaliza cuando la ARN polimerasa encuentra un sitio de terminación. Cada gen tiene un promotor y un sitio de terminación.

El promotor es rico en timina y en adenina y se lo llama TATA o caja TATA.

Entonces hay que encontrar el inicio buscando TATA. Se copia (transcribe) la cadena de ADN que tiene la caja TATA (la cadena que tiene el promotor). El gen en este caso está a la derecha de TATA. En casi todos los genes está el promotor TATA de trascripción. La mayoría de los genes son de copia única. La señal de terminación no es siempre igual, a diferencia de TATA. Es una señal que se une al ARN que se está transcribiendo y lo despega del ADN.

Tenemos entonces un ARN que se copió desde ADN. Tenemos 3 tipos de ARN: el mensajero, el ribosomal y el de transferencia. El ARN mensajero (se abrevia ARNm) lleva el mensaje de cómo debe ser la proteína. Cada ARNm es distinto, según la proteína que codifica. La transcripción es en el núcleo. La mayor parte de las transcripciones dan origen a ARNm.

El ARNm luego de ser armado (transcripto) debe pasar por un proceso de maduración. Luego de la transcripción el ARNm se llama transcripto primario o inmaduro. Posteriormente el ARNm eucarionte sufre cambios, madura. El ARNm procarionte no debe madurar. La maduración del ARNm es solamente para eucariontes.

En la maduración se le coloca en su extremo 5', en su primera parte, un capuchón (CAP). Se llama capping al proceso. El CAP es un nucleótido que tiene una guanina modificada. Eso le permite ser distinguido. En su extremo final, en el extremo 3', se le agrega una colita poli-A. Se llama poliadenilación al proceso.

Estas son modificaciones que se hacen en el núcleo, luego de la transcripción. Esto permite que el ARNm pase por los poros nucleares para salir del núcleo. También sirve para que el ARNm se enganche al ribosoma. La colita poli-A sirve para aumentar la vida media del ARNm, para que no se degrade muy rápido. Cuanto más larga la colita poli-A entonces el ARNm dura más, porque el ARNm empieza a degradarse por el extremo final 3' (lugar en el que se le coloca la colita poli-A).

El tercer proceso de maduración que se hace al ARNm antes de que abandone el núcleo, es el corte y empalme, el splicing. En el ARNm hay porciones codificantes y porciones no codificantes. Las porciones codificantes se llaman exones. Las partes no codificantes se llaman intrones.

Los intrones y los exones también estaban en el ADN molde. Los intrones en el ARNm molestan porque no codifican, por lo tanto los intrones se eliminan del ARNm y los exones se unen. Luego de todo este proceso, queda el ARNm maduro, más corto, con capuchón y colita poli-A.

Existen señales que indican qué cosas sacar, qué cosas unir, etcétera. El ADN eucarionte es muy largo y tiene partes no codificantes. Si hay una mutación en un intrón no hay problema porque los intrones no se van a expresar, no codifican. Esto hace suponer que los intrones permiten disminuir las alteraciones producidas por mutaciones.

Hay ocasiones en que se produce un splicing alternativo. Esto implica que los intrones y los exones pueden cambiar sus roles, por lo que un exón puede pasar a ser un intrón y, un intrón puede pasar a ser un exón.

Por lo tanto, se puede codificar una proteína distinta partiendo de un mismo ARNm inmaduro. En otras palabras, un mismo gen puede codificar para distintas proteínas. Generalmente esto sucede en distintos órganos y las proteínas son de la misma familia, del mismo tipo. El splicing alternativo tiene la característica de ser económico porque con el mismo gen se pueden tener distintas proteínas y por consiguiente, el ADN que porta toda la información puede ser más corto.

Están los otros ARN, los ARN de transferencia (se abrevia ARNt) y los ARN ribosomales (se abrevia ARNr).

El ARNr se pliega, se retuerce, y se une a proteínas formando el ribosoma. El ribosoma es una estructura que tiene 2 partículas distintas. Una de ellas es más grande (60 s) y la otra es más pequeña (40 s).

Se fabrican en el núcleo por transcripción.

Hay menos ARNr que ARNm. Hay menos genes para ARNr. Sin embargo el ARNr es el que más tiempo dura antes de degradarse. Es el que tiene vida media mayor. El que tiene menor vida media, el que se degrada más rápido, es el ARNm.

Cuando el ARNr se está transcribiendo del ADN molde, apenas empieza a aparecer el ARNr, se acercan proteínas y se le unen. Las proteínas van rodeando el ARNr. Las proteínas ribosomales que se le unen al ARNr, provienen del exterior del núcleo, porque dichas proteínas han sido sintetizadas en un ribosoma libre en el citoplasma. Todo esto del ARNr uniéndose a proteínas le da un aspecto de pelotita a dicha zona del ADN. Dicha zona del ADN se llama nucleolo.

El gen (ubicado en el ADN) que codifica ese ARNr se llama organizador nucleonar. En los nucleolos se fabrica el ARNr y se le unen proteínas. En la división celular no se fabrican ARNr y por lo tanto el nucleolo desaparece (y el ADN se compacta en cromosomas). El ribosoma (las partículas que lo componen) luego de ser fabricado, sale del núcleo para participar en la síntesis de proteínas en el citoplasma. Se llama ribosoma luego de salir del núcleo, antes de salir del núcleo se habla de las partículas ribosomales.

Los ARNt (los ARN de transferencia) son cortos y hay varios diferentes. No hay muchos genes de ARNt. Se forma un ARN largo y se corta en pequeños trozos y, cada trozo es un ARNt. Adoptan una forma de trébol.

Hay 1 sola cadena pero tiene regiones complementarias entre sí y por lo tanto se pliega, por los puentes de hidrógenos de las bases complementarias. Hay muchos ARNt distintos, uno para cada anticodón complementario a un codón (triplete) del ARNm.

Transcripción		Traducción
ADN	ARNm		PROTEÍNA

¿Qué es un gen?

Un gen es una porción de ADN que tiene la información (codifica) para un ARN ribosomal, un ARN de transferencia o un ARN mensajero (que codificará alguna cadena de aminoácidos para alguna proteína). El gen puede codificar para varias proteínas (como en el splicing alternativo) y, una proteína puede necesitar más de un gen (como proteínas oligoméricas, con estructura cuaternaria, formadas por más de una cadena polipeptídica). El gen codifica cadenas polipeptídicas. El gen de ADN codifica un ARN de transferencia, ribosomas o ARN mensajero. Un gen es una unidad de transcripción. Los intrones y los exones forman parte del gen y, también el promotor (la caja TATA). Incluso tiene secuencias regulatorias que dicen cuándo se copiará.

Composición de un gen en una porción de ADN
Secuencias regulatorias	Promotor	Exón	Intrón	Exón	Intrón	Exón

El mensaje genético está escrito en tripletes y cada triplete codifica un aminoácido. Cuando se transcriba va a resultar el ARNm correspondiente.

	Triplete 1	Triplete 2	Triplete 3
ADN	AAC	TGA	CTA
ARN	UUG	ACU	GAU
	Codón 1	Codón 2	Codón 3

El ARNm también viene en tripletes y cada triplete se llama codón. Se llaman codones solamente en ARNm. Los codones codifican aminoácidos y no cambia en las distintas especies, esto es, un codón cualquiera codifica para el mismo aminoácido, sin importar a qué especie pertenece el individuo. A modo de ejemplo, el codón AUG codifica para el aminoácido metionina sin importar si es un humano, un ratón o una bacteria. Existe sin embargo la excepción en la mitocondria que puede tener algunas diferencias.

Son posibles 64 combinaciones de tripletes diferentes, porque tenemos todas las combinaciones posibles que se pueden formar, juntando a la adenina, guanina, timina y citosina, en grupos de a 3. Esto es lo mismo que 4³= 64.

Notemos que si en lugar de juntar las 4 bases diferentes, en grupos de a 3, juntáramos las 4 bases, en grupos de a 2, entonces sería 4² = 16. Esta cifra de 16 es insuficiente porque hay 20 aminoácidos y, por lo tanto, si solamente tuviésemos la posibilidad de codificar para 16, hay problemas. Entonces, la opción de los tripletes, otorga 64 combinaciones posibles, número suficiente para codificar a los 20 aminoácidos.

Como hay 20 aminoácidos pero hay 64 codones posibles, resulta que existen codones que codifican para el mismo aminoácido. A modo de ejemplo, los codones UCU, UCC, UCA, UCG codifican todos por igual para el aminoácido serina. Esto significa que estos cuatro tripletes son sinónimos. El código genético tiene sinónimos y se dice por ello que es degenerado. El código genético no es ambiguo, porque cada codón codifica para un aminoácido exclusivamente (el codón UCU codifica para el aminoácido serina y no para otra cosa). Sin embargo un aminoácido puede ser codificado por distintos codones. Gracias a los sinónimos si hay una mutación en la última letra (base) de un codón, puede ser que no cambie el aminoácido resultante, porque muchos sinónimos se diferencian en su última letra (base).

El código genético tiene signos de puntuación para la traducción. Está el codón de iniciación AUG que codifica para la metionina, estableciendo un marco de lectura para la traducción, porque se podrá leer la secuencia que viene después del codón de iniciación AUG, y se va a leer la secuencia hasta que aparezca el otro signo de puntuación de la traducción, el codón STOP, que está representado por los codones UAA, UAG, UGA. Este codón STOP marca el final de la lectura en la traducción.

Tabla de los 64 codones del ARNm y sus aminoácidos

		SEGUNDA LETRA
PRIMERA LETRA Primer letra		U	C	A	G		TERCERA LETRA Tercer letra
	U	UUU fenilalanina UUC fenilalanina UUA leucina UUG leucina	UCU serina UCC serina UCA serina UCG serina	UAU tirosina UAC tirosina UAA stop () UAG stop ()	UGU cisteína UGC cisteína UGA stop (**) UGG triptófano	U C A G
	C	CUU leucina CUC leucina CUA leucina CUG leucina	CCU prolina CCC prolina CCA prolina CCG prolina	CAU histidina CAC histidina CAA glutamina CAG glutamina	CGU arginina CGC arginina CGA arginina CGG arginina	U C A G
	A	AUU isoleucina AUC isoleucina AUA isoleucina AUG metionina (**)	ACU treonina ACC treonina ACA treonina ACG treonina	AAU asparagina AAC asparagina AAA lisina AAG lisina	AGU serina AGC serina AGA arginina AGG arginina	U C A G
	G	GUU valina GUC valina GUA valina GUG valina	GCU alanina GCC alanina GCA alanina GCG alanina	GAU aspartato GAC aspartato GAA glutamato GAG glutamato	GGU glicina GGC glicina GGA glicina GGG glicina	U C A G

Si hablamos de un ARNm procarionte, podremos encontrar varios codones de iniciación y de terminación para la traducción, porque un mismo ARNm puede codificar para más de una proteína (cadena polipeptídica) al mismo tiempo. Se llaman ARNm policistrónicos. Cada ARNm eucarionte diferente tiene información para una única proteína, y se llama monocistrónico. Un ARNm en la traducción siempre se lee en el sentido 5'

3'. Siempre se comienza a leer en su extremo 5', a partir del primer AUG que aparezca.

Para sintetizar o fabricar una proteína necesito aminoácidos, ARNm, enzimas, ATP y un lugar para hacerlo que será un ribosoma en el citoplasma. También necesito un decodificador que es el ARNt. El ARNt habla el idioma de los ácidos ribonucléicos y de los aminoácidos. Es un adaptador entre el ARNm y los aminoácidos.

El anticodón del ARNt es el triplete complementario a alguno de los codones del ARNm. Si un codón del ARNm es AUG, entonces el anticodón del ARNt será UAC. Recordar que el ARNt también tiene uracilo (U) en lugar de timina (T).

El codón AUG codifica exclusivamente para la metionina. El ARNt con su anticodón complementario UAC se engancha solamente a la metionina. El ARNt 1 trayendo el aminoácido metionina se engancha al ARNm, encajando su anticodón con el codón 1 del ARNm. Luego, viene otro ARNt 2 con el correspondiente aminoácido 2 necesario para el codón 2 del ARNm y se coloca en fila según el conjunto de codones del ARNm.

Una vez que están juntos los aminoácidos hay que unirlos. Todo esto sucede en los ribosomas. El ribosoma se va moviendo sobre el ARNm y va leyendo los codones.

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