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Transcripción y Traducción del ARN
Transcripción del ARN
Transcripción
La enzima ARN polimerasa sintetiza una cadena de ARN utilizando una hebra de ADN como molde, cataliza la formación de una cadena de ARN a partir de ribonucleótidos libres de bases.
El ARN sintetizado tiene complementariedad de bases con el ADN molde.
La síntesis de ARN avanza de 5’ a 3’
Para la formación de enlace fosfodiéster se requiere de la hidrólisis de los nucleótidos entrantes, libera monofosfatos al ARN y libera pirofosfato
La transcripción sintetiza 3 tipos de ARN
- ARN mensajero: codifica proteínas
- ARN de transferencia: transporta aminoácidos
- ARN ribosomal: forma parte de los ribosomas
ARN polimerasa lleva a cabo la transcripción a partir de una hebra de ADN
Transcripción en procariontes
En las células procariontes existe solo un tipo de ARN polimerasa constituida por subunidades proteicas αβ’β y σ
- σ: permite a la ARN polimerasa reconocer y asociarse a una región de ADN llamada promotor, se ubica a una corta distancia del inicio del gen que se va a transcribir.
Transcripción en eucariontes
En las células eucariontes existen 3 tipos de ARN que se sintetizan:
- ARN polimerasa I: sintetiza ARN ribosomal
- ARN polimerasa II: transcribe ARN mensajero
- ARN polimerasa III: sintetiza ARN de transferencia y un ARN ribosomal
Transcripción del ARN mensajero
Consta de 3 etapas:
- Iniciación: unión de ARN a la región promotora del gen, el ADN se desenrolla en un pequeño segmento de 10 a 20 pares de bases formando un ojal transcripcional donde ocurre la síntesis de ARN.
- Extensión: cataliza la formación de una cadena de ARN a partir de ribonucleicos libres
- Terminación: la ARN polimerasa se encuentra con secuencias de terminación de la transcripción, la ARN polimerasa se separa del ADN, libera el ARN sintetizado y el ADN vuelve a reconstruir la doble hélice
Transcripción de genes procariontes
Poseen un promotor que contiene 2 secuencias de bases, se ubica en las regiones -10 y -35 que es igual a la distancia de 10 y 35 nucleótidos del sitio inicial de transcripción. Se denominan secuencias de consenso
- -10 TTATAAT —>(caja Pribnow)
- -35 TTGACA
La eficiencia del transcripto depende de cuánto se parezca a la secuencia del consenso el promotor.
Los genes tienen un sitio definido de término.
Los genes que codifican para enzimas de la misma vía metabólica se localizan en posiciones contiguas al ADN cromosómico
Ejemplo Escherichia coli
En este caso cinco genes codifican enzimas para la síntesis de aminoácido triptófano, los genes se ubican adyacentemente al genoma ordenadamente según la secuencia de acción, al organizarse así forman una unidad transcripcional (operón) los 5 genes se transcriben para producir una molécula de ARNm de 7 kilobases (7000 bases nucleótidas), luego los ribosomas traducen la información del ARNm produciendo 5 proteínas con actividad enzimática
- Cistrón: unidad que codifica para una sola proteína
- Policistrónico: ARNm codifica varias proteínas
En el operón un solo promotor permite controlar la transcripción de varios genes además hay una señal de terminación de transcripción en el operón.
Al organizarse los genes bacterianos en operones permite que la expresión de los genes sea regulada conjuntamente (regulación coordinada)
Transcripción de genes eucariontes
En los organismos eucariontes la organización génica es distinta.
Ej: levadura
Los 5 genes que codifican enzimas para la síntesis de triptófano se encuentran en 4 cromosomas diferentes, transcribiéndose en el núcleo celular desde su propio sitio de inicio originando un ARN primario que se debe procesar para ser exportado al citoplasma y traducirse en proteína
En este caso cada gen tiene su propio promotor y señal de término de la transcripción, no existen ARNm policistrónicos, los promotores poseen una secuencia de bases llamada caja TATA que se ubica a una distancia de 25 a 30 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción. Poseen secuencias de bases ubicadas a mayor distancia de ellos, regulan la transcripción del gen mediante la unión a dichas secuencias de proteínas reguladoras o factores de transcripción
Se encuentran interrumpidos por secuencias nucleótidos no codificantes, (intrones)
Que son de mayor tamaño que las secuencias nucleótidas que codifican para proteínas (exones) ambos son transcritos en el ARNm, los intrones son removidos durante el procesamiento del ARNm
La transcripción de genes eucariontes implica procesamiento del ARNm sintetizado por la ARN polimerasa
- Primer paso: cuando hay 30 nucleótidos transcritos en la nueva hebra de ARNm, se añade a la molécula 7 metilguanosina del extremos 5’ de la hebra de elongación (adición del capuchón 5’)
- Al ARN generado (transcrito primario) se le adiciona en su extremo 3’ una secuencia de 100 a 250 ribonucleótidos de adenina (cola de poliA)
El capuchón y la cola de poliA son importantes en la estabilidad del mensaje genético y en su optimización
Splicing o corte de intrones y empalme de exones
El procesamiento del ARNm comprende la remoción de intrones y empalme de los exones generando un ARNm maduro
Solo el ARNm maduro puede ser exportado al citoplasma
Traducción de la información genética
Traducción
Proceso de síntesis de proteínas a partir de la secuencia de bases del ARN mensajero, se realiza en los ribosomas y es igual en procariontes y eucariontes
Ribosomas
Estructuras celulares que se encuentran dispersos en el citoplasma, en el retículo endoplasmático rugoso, formados por 2 subunidades, grande y pequeña, están formadas por diferentes tipos de proteínas adheridas al ARNr.
A las proteínas ribosómicas se les denomina L, si pertenecen a la unidad pequeña se les denomina S
Los ribosomas de ambos tipos de células son similares en su estructura
- En células procariontes la subunidad grande se llama 50 S por el valor de su coeficiente de sedimentación, posee 2 tipos de ARNm (23 S y 5 S)
- Subunidad pequeña 30 S posee ARNm 16 S
- Eucariontes grande 60 S 3 tipos de ARNs 5S / 5.8S y 28 S
- Pequeña 40 S y un ARNm 18 S
El ARNm más proteínas S y L permiten que los ribosomas tengan una forma adecuada para la síntesis de proteínas, el reconocimiento del ARNm y función catalizadora
En los seres vivos existen 20 aminoácidos diferentes a partir de los cuales se forman distintas proteínas. Cada aminoácido es codificado por un codón.
- Codón: secuencia de 3 nucleótidos del ARNm
- Código genético: relaciones de correspondencia entre cada codón y aminoácido.
Se pueden generar 64 tripletes de nucleótidos o codones posibles, debido a que existen solo 20 aminoácidos diferentes y 64 codones posibles, algunos aminoácidos están codificados por más de un codón.
El código genético es redundante o degenerado porque codifican a más de un aminoácido.
Existe un codón que se llama AUG que determina el comienzo de la síntesis de proteínas y que codifica al aminoácido metionina.
El primer aminoácido en ser incorporado en la síntesis proteica será siempre la metionina.
Finalmente existe 3 codones UAA, UGA y UAG que no codifican a ningún aminoácido pero determinan el final del proceso de traducción, estos son los codones de término.
ARN de transferencia
Es una molécula pequeña de unos 73 a 93 nucleótidos, es la encargada de transportar aminoácidos hacia los ribosomas.
Existen 50 tipos de ARNt que se encuentran dispersos en el citoplasma.
Tiene forma de hoja de trébol, la mitad de sus nucleótidos se encuentran apareados formando cuatro zonas de doble hélice, mientras que los no apareados forman 3 regiones en forma de asa.
En una de las asas se encuentra una secuencia de 3 nucleótidos conocida como anticodón que es complementaria a un codón. El anticodón determina el aminoácido que se debe incorporar durante la síntesis de proteínas.
La unión de un aminoácido al ARNt ocurre en la secuencia de 3 nucleótidos CCA en el extremo 3’ de la última molécula
La unión de un aminoácido a un ARNt genera una molécula llamada aminoacil-ARNt
La traducción de ARNm en proteína depende de los ARNt que actúa como moléculas adaptadoras, por un lado unen aminoácido y por otro exponen al anticodón que reconoce al codón en el ARNm
Aminoacil-ARNt sintetasa
Es la encargada de adherir cada aminoácido específico a su ARNt.
Posee 2 sitios activos: uno que reconoce el anticodón y otro que reconoce al aminoácido específico. Luego cataliza la unión del grupo COOH del aminoácido al radical OH del extremo 3’
- Aminoacilación: la reacción de asociación entre el aminoácido y su ARNt
La sintetasa reconoce al aminoácido como al anticodón y garantiza fidelidad al proceso de activación de los aminoácidos y de la traducción
Síntesis de proteínas
Se realiza en 3 etapas:
- Iniciación: comienza con la unión de ARNm a la subunidad ribosomal pequeña.
- En procariontes ingresa luego un aminoacil-ARNt al centro peptidil o sitio P en el ribosoma. El anticodón se une al ribosoma luego se agrega la subunidad ribosomal y finaliza la etapa.
- En eucariontes al sitio P se une un acetil-ARNt (metionil-ARNt) el cual traduce para el aminoácido metionina. Termina cuando se agrega la subunidad ribosomal mayor.
- Elongación: esta etapa comienza cuando al centro aceptor de nuevo aminoacil-ARNt o sitio A del ribosoma, ingresa un aminoacil-ARNt específico para el segundo codón del ARNm, luego se forma un enlace peptídico enlazando el aminoácido metionina sobre el aminoácido del sitio A. Luego se produce la traslocación donde se desplaza el ribosoma a lo largo del ARNm. Finalmente al sitio A ingresa un aminoacil-ARNt específico y el proceso se repite hasta terminar la lectura del ARNm
- Terminación: el ribosoma encuentra el codón de término en el sitio A, se termina el proceso de traducción, se libera el ARNm.
Las etapas de elongación y terminación son similares en ambos tipos de células.
Una vez terminada la síntesis el ARNm queda libre y se puede leer de nuevo.
El ARNm puede ser traducido por varios ribosomas simultáneamente formando un polirribosoma.
Una molécula de ARNm puede servir de molde para sintetizar varias copias de una misma proteína