Resumén de Biologia Cel. - UBA - Baldoni

Resumen para el Segundo parcial - Librito 12

  UNIDAD 12

Evolución del concepto de gen

El GENOMA es el conjunto de genes de una especie. Es una UNIDAD INFORMATIVA DISCRETA, RESPONSABLE DE UNA CARACTERÍSTICA TRANSMISIBLE. Hoy la identificamos cono unidad de información con un fragmento de ADN localizado en determinado lugar del cromosoma. Una segunda concepción del gen surgió diciendo que los genes especifican la estructura de las proteínas individuales. Cada proteína consiste en una secuencia de aminoácidos típica, de la cual, se supuso, dependerían sus propiedades.
Un gen es una secuencia de ADN con la información necesaria para la síntesis de una proteína particular. El ADN es una molécula relativamente inerte, su información se expresa en dos pasos: 1) la Transcripción, consiste en la síntesis del ARN a partir del ADN. El ARN contiene toda la información de la secuencia de las bases del ADN de la que ha sido copiado. 2) la Traducción, momento en el cual el ARN ejecuta las instrucciones recibidas cristalizadotas en la síntesis de una proteína especifica. Existen diversos tipos de ARN: el ARNm(mensajero), el ARNr(ribosomico), el ARNt(de transferencia) y los ARN pequeños. De todos ellos, tan solo el ARNm es portador de informacion acerca de la secuencia aminoacidica de una proteina, sin embargo todos ellos son transcriptos de ADN.
Existen regiones reguladoras de los genes, que no se transcriben y otras regiones (intrones) que se transcriben pero se eliminan sin cumplir ninguna función aparente.

Organización del genoma en procariontes y eucariontes

Ciertos virus, que contienen un genoma de ARN, el resto de los genomas utiliza el ADN como depositario de la información genética. Algunas diferencias son significativas en cuanto a la organización del genoma en procariontes y eucariontes.
El ADN en procariontes se presenta como una ÚNICA molécula CIRCULAR, en tanto el ADN eucarionte es de estructura lineal. Las células eucariontes poseen usualmente más de una molécula de ADN en sus núcleos. Cada molécula corresponde a un cromosoma. El ADN eucarionte se halla asociado íntimamente a diferentes proteínas (histonas) en las cuales las histonas juegan el papel mas importante en lo que respecta el empaquetamiento del ADN, no se verifica en el ADN procarionte, por lo cual se lo ha denominado ADN Desnudo. En las células eucariotas los cromosomas están confinados en el compartimiento nuclear, donde tiene lugar la transcripción, mientas que la traducción se localiza en el citoplasma; ambos procesos se encuentran separados espacial y temporalmente.
En las células procariontes donde no existe la envoltura nuclear, el ADN esta en contacto directo con el citosol, y los procesos de transcripción y traducción no se hallan separados en espacio ni tiempo. Los eucariontes tienen genomas muchos más grandes que los procariontes.

Complejidad del genoma eucariota

En el ADN del genoma eucariota se distinguen 3 tipos de secuencias
• Altamente repetidas
• Medianamente repetidas
• No repetidas o de copia única.

ALTAMENTE REPETIDAS: representan casi el 10% del ADN de los vertebrados. Son secuencias cortas y se repiten en forma consecutiva y sin interrupción. Se hallan en la heterocromatina. Dentro de estas secuencias hay diferentes categorías:
- ADN Satélite: grupos amplios, su masa es distinta y al someterse a centrifugación se separan en bandas distintas. Corresponde a esta categoría el ADN de los centrómeros.
- ADN Minisatélites: abarcan secuencias de alrededor 15 pares de bases
- ADN Microsatélites: son repeticiones de 2 a 5 pares de bases.

MEDIANAMENTE REPETIDAS: representan entre el 20 y 80% del ADN total, comprende secuencias de cientos de bases de longitud. Pertenecen a distintas familias, cuyas copias NO se ubican en tandem sino se ubican dispersas a lo largo del genoma. Algunas familias codifican productos conocidos y otras carecen de funciones codificadores

- CON FUNCIÓN CODIFICADORA: están incluidas en este grupos las secuencias que codifican los ARNt y ARNr y los genes de histona
- SIN FUNCIÓN CODIFICADORA: corresponde la mayor parte del ADN medianamente repetido. Son secuencias dispersas de dos tipos. ECIN (elementos cortos interpuesto) y ELIN (elementos largos interpuestos. Se desconoce su funcion.

DE COPIA ÚNICA: comprenden a las secuencias de nucleótidos que codifican proteínas


El proceso de transcripción

Esta consiste en la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN.
Involucra la participación de una enzima ARN POLIMERASA ADN DEPENDIENTE. Esta sintetiza una cadena de ARN cuyo inicio, terminación y secuencia de bases viene determinados por el propio gen.
El primer paso es la unión de la enzima ARN polimerasa a una región del gen que se llama PROMOTOR.
El PROMOTOR es una secuencia específica de bases con alta afinidad por la enzima, por lo que proporciona a la misma su sitio de unión al ADN. Es asimismo una señal que indica cual cadena se ha de transcribir.
La TRANSCRIPCION usualmente es asimétrica, solo se transcribe una de las dos cadenas que forman cada gen. La cadena que actúa como plantilla es la cadena molde, negativa o no codificante; la hebra no transcripta, complementaria de la anterior, se denomina antimolde, positiva o codificante. La ARN polimerasa se desplaza sobre la cadena molde, recorriéndola en dirección 3' 5' o rio abajo, transcribiéndola a partir del nucleótido que el promotor señala como PUNTO DE INICIO DE LA TRANSCRIPCIÓN.
La ARN polimerasa solo puede desplazarse y transcribir si previamente la doble hélice sufre un desenrollamiento y fusión. La misma enzima cataliza ambos procesos, generado hacia el extraño 3' una BURBUJA DE TRANSCRIPCIÓN. Esa burbuja a medida que progresa la fusión por delante de ella, la doble hélice se recompone por detrás. La formación de la burbuja causa una súper torsión o súper enrollamiento de la doble hélice en los sectores ubicados en el extremo 5' del molde. Este fenómeno es corregido por la ACCIÓN DE UNA ENZIMA TOPOISOMERASA I.
Cuando el molde ya ha sido desapareado de la burbuja de transcripción y expone sus bases. Estas son reconocida por la ARN polimerasa. A medida que la enzima lee la plantilla coloca junto a cada base de la misma el RIBONUCLEÓTIDO TRIFOSFATO portador de la base complementaria. A los extremos desoxirribonucleico de A, T, C Y G se le aparean, respectivamente, los ribonucleótidos de U, A, G y C mediante puente hidrogeno. Una vez ubicados los dos primeros ribonucleótidos, la enzima cataliza la formación del PUNTE FOSOFODIESTER entre ambos, iniciándose la cadena de ARN. El enlace se produce entre el hidroxilo en posición 3' del primer nucleótido y el grupo fosfato interno, en posición es liberado como producto y escindido rápidamente en dos fosfatos por la acción de una pirofosfatasa. Dicha ruptura es exergónica. Se favorece la síntesis, por lo tanto, los mismos sustratos son los que, por estar trifosfatados, aportan la energía necesaria para su polimerización. De modo que el ARN crece en forma antiparalela a su molde. La dirección de la síntesis del ARN es 5' 3'.
Los nucleótidos recién incorporados al ARN forman una hélice corta ARN-ADN con su plantilla. Esta hélice hibrida es transitoria. La transcripción concluye cuando la ARN polimerasa alcanza una señal (secuencia especifica de bases del ADN) que actúa como señal de terminación. El producto obtenido, un ARN transcripto primario, resulta una copia complementaria y antiparalela de una región del gen comprendida entre el punto de inicio y la señal de terminación. El transcripto primario repite la dirección y la secuencia de la hebra no copiada o antimolde; justifica las denominaciones de hebra positiva o codificante. Hemos omitido, las regiones reguladoras de los genes, bajo cuyo control se encuentran los acontecimientos analizados.

Transcripción en Procariontes

Presentan un solo tipo de ARN polimerasa que sintetiza los diversos ARNs. Se trata de un complejo proteico oligomérico constituido por 5 tipos de subunidades: 'yexisten dos copias de  y las restantes una. Todas conforman un núcleo enzimático, salvo . Este núcleo es capaz de efectuar la transcripción. El núcleo de la enzima es incapaz de reconocer los sitios correctos donde iniciar la transcripción. Si la unidad se asocia al núcleo enzimático antes de su unión con el ADN, se conforma una Holoenzima, capaz de leer adecuadamente las secuencias promotoras. Por lo tanto se comporta como un factor de inicio de la transcripción.
Los promotores bacterianos constan de dos secuencias de bases conservadas o secuencias consenso indispensable para la unión de la holoenzima y la señalización del punto de inicio. Las secuencias de consenso son TATAAT, conocida como Pribnow y TTGACA. Además de actuar como sitios de reconocimiento funcionan como sitios de control de la expresión genética. Las bacterias poseen diferentes factores que reconocen distintas versiones de la secuencia TTGACA en los promotores. Cada factor transcribe determinados grupos de genes. Este mecanismo les permite a las células contar con bacterias de proteínas según la situación. Cuando se inicia la transcripción, la holoenzima ARN polimerasa forma un complejo con la región de la doble hélice donde se ubica el promotor. Es un complejo promotor cerrado al principio, pero después la enzima cataliza el desenrollamiento del ADN, dando al complejo promotor abierto. Cuando el transcripto ha añadido alrededor de 8 nucleótidos, el factor  se disocia de la ARN polimerasa, la transcripción es continuada por el núcleo de la enzima.
Las señales de terminación son de dos clases; independientes de la proteína rho y dependientes de la proteína rho.
La Independiente: la secuencia de terminación en el molde de ADN contra de dos serias simétricas de repeticiones del par GC, seguidas por A. la secuencia CG repetida en la terminación del ADN le permite la autocomplementaridad, es decir, la C y G de la misma cadena se aparean entre s mediando pts de H, dando origen a una estructura tallo-bucle. Dicho plegamiento en el ARN transcripto impediría el avance de la ARN polimerasa. La Dependiente: también requieren secuencias que dan lugar a la formación de una estructura autocomplementaria tallo-bucle en el extremo 3' del ARN. La proteína se enlaza fuertemente a la cadena de ARN y se desliza sobre ella hidrolizando ATP, hasta alcanzar el extremo 3' produciendo la liberación del transcripto.

La Transcripción en Eucariontes

Es llevada a cabo por tres tipos de enzimas ARN polimerasa, cada una especializada en la síntesis de diferentes tipos de ARNs. Todas sus proteínas cuaternarias, constituidas por distintas subunidades. Las ARN polimerasa eucariotas se denominan en I, II y III.
La ARN polimerasa I se localiza en el nucleolo, productos transcriptos ARNr 45 S (grandes). No se ve afectada a la sensibilidad  amanitina (toxina producida por un hongo que afecta la actividad enzimático) La ARN polimerasa II se localiza en el núcleoplasma, productos transcriptos ARNm, la mayoría de los ARNpn (pequeños nucleares). Muy sensible a la  amanitina (toxina producida por un hongo que afecta la actividad enzimática).
La ARN polimerasa III se localiza en el núcleoplasma, productos transcriptos ARNt, ARNr 5 S, ARNpc (pequeños citoplasmáticos) y el resto de los ARNpn. Moderadamente sensible a la  amanitina (toxina producida por un hongo que afecta la actividad enzimática).
Las ARN polimerasa procariotas reconoce al promotor e interactúa con el en forma directa. Las eucariotas solo se unen al promotor por medio de proteínas denominadas factores basales de transcripción, y son específicos. Las células eucariotas poseen además factores de transcripción específicos, las cuales relacionan a los factores basales con las regiones reguladores de un gen. Se comportan como proteínas reguladoras de genes que controlan la tasa de transcripción.
Las señales para la transcripción son reconocidas por las distintas ARN polimerasas, difieren de las procariotas tanto en su secuencia de bases, como en su ubicación dentro del gen.
Los promotores para la ARN polimerasa II se ubican río arriba del pinto de inicio de la transcripción y suelen comprender 3 sitios. La caja TATA o Hogness-Goldberg, secuencia consenso heptanucleotídica formada por restos de timina y adenina. La mayoría están flanqueadas por secuencias ricas en GC. Su papel es el de alinear a la ARN polimerasa para que la transcripción se inicie en el sitio correcto. Otros sitios del promotor son las cajas CAAT y GC.
Las transcripción se inicia con la inserción de un ribonucleótido de pase púrica y el ARN transcripto primario o PRE-ARNm es de mayor longitud que el correspondiente mensajero maduro. El extremo 5' del PRE-ARNm será también modificado, y tendrá lugar antes de que finalizada la transcripción, cuando conste de unos 30 nucleótidos.
La señal de terminación es desconocida. Pero la secuencia AAUAAA de los ARNm es reconocida por una endonucleasa, poniendo fin al transcripto primario. La secuencia AAUAAA es la señal de poliadenilación, que servirá para indicar el sitio correspondiente a la poliadenilación, un tercer proceso de modificación de los transcriptos. Existen excepciones como que no haya señal de poliadenilación en los genes que codifican histonas; en algunos genes hay mas de una señal lo que da de producto pueden ser dos diferentes, dependiente de la señal reconocida.

El código genético

En él están presentes las 4 bases que forman las cadenas de ARN, pero son siempre agrupaciones de 3 o tripletes de bases, llamadas codones en las moléculas de ARNm; y designados por dichas palabras son cada uno de los 20 aminoácidos que componen la proteína. El código genético emplea codones diferentes para nombrar a un mismo aminoácido. La mayoría de los aminoácidos están codificados por más de 1 codón: existen codones sinónimos. La presencia de codones sinónimos en el código genético habla de una degeneración. La sustitución de una sola base en un codón frecuentemente da por resultado otro codón que especifica al mismo aminoácido. Aminoácidos de propiedades semejantes son codificados por codones semejantes. El código no es ambiguo, en tanto cada codón especifica a uno y solo a un aminoácido. Los codones que codifican aminoácidos suman 61. Los 3 codones que no especifican ningún aminoácido; UGA, UAG y UAA, actúan como señales de terminación en la traducciones o síntesis de proteínas. Son llamados codones de terminación o Stop. El código genético es universal, lo cual prueba de que todos los organismos comparten un mismo origen. Una de las contadas excepciones a la universalidad del código es el ADN mitocondrial, en el cual algunos codones son leídos de manera diferente.

El marco de lectura

Los ARNm portan un codón, el AUG (codifica mitionina), que es interpretados por los ribosomas como un codón de iniciación. Este codón da el marco de lectura que será empleado de allí en más. El ribosoma se desplazara a lo largo del ARNm en bloques consecutivos de tripletes, garantizando la lectura de los codones apropiados. El código es leído sin acoplamiento. Esto significa que cada nucleótido del mensaje es utilizado como componente de un solo codón.

Características del código genético

• Consta de 64 codones o tripletes de base
• 61 codones que codifican aminoácidos
• 3 codones que funcionan como señales de terminación
• No es ambiguo ya que cada codón especifica a un solo aminoácido
• Es degenerados ya que un aminoácido puede estar codificando por diferentes codones
• Es universal
• Utiliza un marco de lectura establecido al inicio de la traducción y no lo modifica
• No se produce solapamiento de codones.

Maquinaria traduccional

Implica el funcionamiento coordinado de u gran numero de moléculas. Una vez transcriptos cada ARN sufre una serie de modificaciones cuyas características difieren según sea eucariota o procariota.

ARNm: Son moléculas lineales de cadena simple en donde residen las instrucciones para la elaboración de un producto proteico. Los ARNm son secuencias continuas de codones que se extienden desde el principio al fin del mensajero genético, dictando con exactitud la secuencia lineal de aminoácidos de una cadena polipeptídica en particular. Esta se lee en sentido 5'-3'. En principio de la secuencia se presenta un codón iniciador (AUG) y de terminación (UAG, UAA, UGA). Además de la región codificadora, presenta sectores denominados secuencia directora y seguidora. Estas no se traducen en proteínas aun cuando forman parte del ARNm transcripto del gen.

ARNm Eucariota
Presentan la secuencia del mensaje interrumpido, es decir, existe a lo largo de la molécula sectores que codifican para la proteína, llamados Exones, con secuencias intercaladas sin información denominadas Intrones. Los ARNm transcriptos primarios sufren una serie de modificaciones post-transcripción antes de salir al citoplasma como ARNm maduro. El agregado de moléculas en los extremos 5'-3' llamados Capping y poliadelinación.
Capping: se adiciona en el extremo 5' del ARNm una molécula de 7 metil-guanosina (nucleótido metilado). Por ser esta modificación simultánea a la transcripción se la considera co-trancripcional. El capping impide la degradación del ARNm inmaduro por nucleasas y fosfatasas nucleares. También participa en la remoción de intrones y en el inicio de la traducción.
Poliadenilación: agregado de alrededor de unas 250 adenosinas o cola poli A en el extremo 3' del ARNm. P5resenta una secuencia especifica AAUAAA conocida como señal de poliadenilación. Una nucleasa corta al pre-ARNm a unos 20 nucleótidos después de la señal. Una vez liberado el pre ARNm, la enzima poliA-polimerasa le agrega las adenosinas de a una por vez. Este último tramo del ARN es totalmente infructuoso, pues resulta rápidamente degradado por nucleasas y fosfatasas. La función de la cola poliA es proteger el extremo 3' de la degradación y ayudar a los ARNm a salir del núcleo. Carecen de la cola poli A los ARNm de histonas, dado que no presentan la señal de poliadenilación.
Otra modificación significativa afecta a la secuencia codificadora, que sufre n acortamiento producto de la eliminación de los intrones, quedando como producto final los exones empalmados en secuencia continua. Este tipo de procesamiento se llama empalme (splicing). Para que madure el pre-ARNm se necesita de una ribonúcleoproteína nuclear: las RNPpn (snRNP). Estas partículas ricas en uridinas y diversas proteínas se combinan de a una por vez en los extremos de cada intrón. El complejo resultante del ensamblado de las distintas RNPpn se denomina espliceosoma. Estos serian los responsables de reconocer las secuencias señalizadotas de corte, escindir a intrones y empalmar a los exones, producciones una molécula de ARNm maduro. Los ARNm maduros son monocistrónicos, es decir, el sector codificador dicta la secuencia para una sola cadena polipeptídica.

Mecanismo molecular de splicing
Los intrones son clivados???... del transcripto primario por las RNPpn que reconocen cortas secuencias conservadas dentro del intrones y en los límites con los exones
• Secuencia de GU en el extremo 5'
• Secuencia de AG en el extremo 3' del intrón o sitio aceptor
• Secuencia reconocida como sitio de ramificación que se localiza en el interior del intrón.
En la primera etapa los RNPpn reconocen al sitio dador y otro se enlaza al sitio de ramificación. En la segunda etapa se da el reconocimiento del extremo 3' por parte de otra RNPpn y se produce el corte en el extremo 3' del intrón. Seguido por el empalme de los dos exones. Así se libera el ARNm maduro del espliceosoma.

ARNm Procariota
Presentan secuencias codificadoras continuas, pero carecen de intrones. No sufren modificaciones post-transcripcionales. Muchos ARNm son policistrónicos, es decir, que una sola molécula de ARNm contiene información para varias proteínas. Posee codones para la iniciación y terminación entre las secciones codificadoras de proteínas.

ARNt: son molécula adaptadoras, ya que interactúan por un lado con la cadena polinucleotídica (ARNm) y por otro lado con los aminoácidos que formaran parte de la cadena polipeptídica, así alinean a los aminoácidos siguiendo el orden de los codones del ARNm. Entre sus bases el enlace es puente hidrogeno, con disposición espacial en forma de trébol. Interacciones posteriores doblan la estructura de trébol formando una L. En esta molécula se distinguen dos extremos: el 3' como aceptor de la molécula, se encuentra el trinucleótido CCA que representa el sitio de unión donde se liga el aminoácido. Esta unión es catalizada por una enzima aminoacil-ARNt sintetasa específica y apropiada para cada uno de los 20 aminoácidos. En el 5' se localiza el triplete de nucleótidos conocido como anticodón, cuya secuencia varia co cada tipo de ARNt. Cada anticodón es complementario de un codón de ARNm. Los ARNt deben:
• Ser reconocidos por un aminoacil ARNt sintetasa que lo una al aminoácido correcto.
• Debe tener una región que actué como sitio de unión para el aminoácido.
• Debe tenar una secuencia complementaria (anticodón) especifica para el codón del ARNm correcto.
Las modificaciones que sufren los pre-ARNt son semejantes en procariontes y eucariontes en cuanto se producen escisiones y modificaciones químicas. Algunos genes para el ARNt presentan un intrón que interrumpe la secuencia codificadora, el cual es removido post-transcripción.

ARNr: junto a proteínas, son los componentes de los ribosomas. Los ribosomas y los ARNt intervienen en la traducción de la información codificada en el ARNm, por lo cual los primeros son considerados fábricas de proteínas. Cada ribosoma consta de dos subunidades: la mayor y la menor. Dentro de cada ribosoma hay dos huecos llamados sitios A (aminoacídico) y P (peptidílico), para el ingreso de los ARNt unidos a sus correspondientes aminoácidos. Las subunidades trabajan conjuntamente. La menor aloja a los ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt para que puedan unirse los aminoácidos que transportan. La mayor cataliza la unión peptídica de los aminoácidos gracias a la acción de la peptidil transferasa (enzima que forma parte de la estructura de esta subunidad). Si bien cumplen idéntica función, los ribosomas procariotas y eucariotas se diferencian en su tamaño, coeficiente de sedimentación, y el tipo y numero de molécula de ARNr y proteínas que lo forman. Todos los ARNr procariotas y eucariotas sufren modificaciones post-transcripción. En eucariotas los ARNr 18s; 5,8s y 28s son transcriptos de un mismo gen que codifica para un pre-ARNr 45s. La síntesis de este transcripto primario se realiza en la zona fibrilar del nucleolo a partir de la ARN pol I. luego se eliminan las secuencias espaciadoras las que serán degradadas por enzimas. Las secuencias resultantes utilizables de ARNr (28s; 18s y 5,8s) son metiladas y junto al ARNr 5s extranucleolar, se ensamblan a proteínas importadas del citoplasma para conformar las subunidades ribosómicas. Las subunidades ribosómicas en distintos estadios de ensamblaje, se localizan en la periferia del nucleolo, conformando la zona granular del mismo. Finalmente, las subunidades ribosómicas por separado y antes de completar su ensamblado son exportadas al citoplasma a través del complejo del poro, concluyendo el procesamiento de cada subunidad en el citosol.

Los ARN pequeños: forman complejos con proteínas específicas dando lugar a la conformación de RNP. Las RNP localizadas en el núcleo son las RNPpn, participan en el procesamiento de los ARNm. Estas forman un complejo miltienzimatico denominado espliceosoma, encargado de realizar cortes y empalmes en los ARN transcritos primarios (splicing). Los RNP localizados en el citoplasma se denominan RNPpc, la función mas conocida es la que desempeña el complejo ARN/proteínas que componen la partícula de reconocimiento de la señas (SRP).

El proceso de la traducción o síntesis proteica

La síntesis proteica consiste en la traducción de la información codificada en la secuencia de nucleótidos del ARNm, en la secuencia correspondiente de aminoácidos en una cadena polipeptídica. La síntesis se lleva a cabo en los ribosomas. La síntesis incluye:
• Activación de los aminoácidos o aminoacilación: antes de la traducción cada ARNt se engancha a su aminoácido especifico, esta aminoacilación es catalizada por las encimas aminoacil ARNt sintetisas. El proceso de aminoacilación ocurre en 2 etapas:
En la primera fase se utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para unir cada aminoácido a un AMP. Da origen a un complejo intermediario denominado aminoacil-AMP.
En la segunda fase, sin abandonar la enzima, se transfiere el aminoácido del complejo al ARNt específico, lo cual origina la molécula final Aminoacil ARNt. Esta presenta dos sitios activos, uno para la unión y otro para su aminoácido especifico. Una vez acoplado el aminoácido a su ARNt, el complejo aminoacil ARNt se una a una secuencia de nucleótidos complementaria (codón), en el ARN.
• Traducción del ARNm: se puede describir en 3 etapas, en todas requiere la presencia de un complejo sistema de proteínas citoplasmáticas conocidas como factores.
* Iniciación: lo constituye el complejo de iniciación, disparados de la síntesis proteica. Este esta compuesto por una molécula de ARNm, una subunidad mayor, menos, ARNt iniciador (cargado con metionina en eucariontes y N-formilmetionina en procariontes) y factores proteicos de iniciación.
* Elongación: crecimiento de la proteína, consiste en tres pasos:
*Terminación de la síntesis proteica.

INICIACION
1- El aminoacil ARNt iniciador se una a la subunidad menor por acción del factor iniciador con gasto de GTP. 2- Los ARNm se acopla a la subunidad menor con la participación de los factores de iniciación 4 y 3. El ARNm para unirse a la subunidad menor debe ser reconocido por la FI4, responsable de enlazarse a la CAP y a los nucleótidos contiguos del extremo 5' del mensaje.3- La subunidad menos se desliza sobre el ARNm hasta localizar al codón de iniciación AUG, en el cual el acoplamiento de bases codón-anticodón iniciador se produciría por un emparejamiento de bases que preceden a AUG del ARNm con el extremo 3' de la subunidad menor. 4- una vez acoplado se establece la pauta de lectura correcta para el resto de los codones que contenga la región codificadora del ARNm. 5- se liberan los FI y con la ayuda del FI5 se acopla la subunidad mayor, quedando el aminoacil-ARNt iniciador en el sitio P del ribosoma. Todas las proteínas recién sintetizadas tienen metionina con residuo amino terminal, que es siempre eliminada por una aminopeptidasa específica.
[En los eucariotas cada molécula de ARNm se sintetiza una sola cadena proteica. Los ARNm son monocistrónicos. En procariotas pueden originarse varias cadenas polipeptídicas a partir de un ARNm, por ser policistrónicos].
ELONGACION
1- Una molécula de aminoacil ARNt ingresa al sitio A vacante del ribosoma, acoplándose por complementariedad de las bases al segundo codón del ARNm expuesto en ese lugar. Esta reacción requiere la intervención de un factor de elongación y GTP. 2- El aminoácido iniciador se desacopla del ARNt del sitio ', liberando energía que se utiliza en la formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos alineados. Esta reacción es catalizada por una peptidil transferasa integrante de la subunidad mayor. Como consecuencia el ARNt iniciador del sitio p queda sin aminoácido y el dipéptido resultante queda enganchado al ARNt del sitio A (peptidil ARNt). 3- El nuevo peptidil ARNt del lugar A es translocado al lugar P cuando el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos a lo largo de la molécula de ARNm. Esta etapa requiere de energía y la presencia del factor EF2 (EFG en procariotas).
TERMINACIÓN
1- La finalización de la síntesis proteica ocurre ante la llegada, al sitio A del ribosoma, de uno de los 3 codones stop estos son reconocidos por el factor de terminación eRF 1 (1 y 2 en procariotas). La eRF 1 modifica la actividad de la peptidil transferasa, la adicional agua al peptidil ARNt en lugar de un nuevo aminoácido.
2- Como consecuencia de esta reacción el polipéptido se desacopla del ARNt, liberándose en el citoplasma. El ARNm se desacopla del ribosoma y se disocian la dos subunidades.

La síntesis proteica consume más energía que cualquier otro proceso anabólico. Para cada enlace peptídico hay 3 enlaces de alta energía: uno en la activación del aminoácido, otro en la unión del aminoacil ARNt a la subunidad menor del ribosoma y el último en la translocación del ribosoma.

Polirribosomas

Se denomina así al grupo que traducen simultáneamente el mismo mensaje. Los ribosomas en esta unidad estructural operan independientemente sintetizando una cadena polipeptídica completa.
En los eucariotas la envoltura nuclear y la maduración que sufren los ARNm impiden su traducción inmediata, es decir es leído después de abandonar el núcleo a través de los poros nucleares. La traducción por lo tanto es post-transcripcional.
En los procariotas la traducción es simultanea a la transcripción, esto es, mientras se esta terminando de transcribir e extremo 3', el 5' libre del ARNm se asocia a un ribosoma y al ARNt iniciador comenzando la traducción.


La fidelidad de la traducción

La unión del aminoácido a su ARNt correspondiente o aminoacilación. En esta etapa la actividad correctora de las enzimas aminoacil-ARNt sintetasa minimizan los errores en la selección del aminoácido correcto.
El apareamiento de la base codón-anticodón. En este punto de control participa el factor de elongación EF1 (EF-Tu en procariotas) que forma complejo con el aminoacil-ARNt-y el GTP. Este complejo y no el ARNt libre es el que se une al codón correspondiente en el ARNm.


REGULACIÒN EN PROCARIOTAS: EL OPERÒN

Se considera que la expresión génica está regulada principalmente a nivel de la transpiración.
Esta capacidad de un organismo para regular la expresión de sus genes incrementa su aptitud para crecer y dejar progenie en cualquier tipo de condiciones ambientales. La síntesis de transcriptos de genes y proteínas requiere un considerable gasto de energía. Evitar gastar energía o utilizarla en vías metabólicas de moléculas que maximicen la tasa de crecimiento en su medio circundante. En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en una vía metabólica, se agrupan en los cromosomas en un complejo denominado OPERÔN. Todos los genes del operón actúan como unidad coordinados mediante un mecanismo de control.

Un operón típico consta de:

• Genes estructurales: son los genes que codifican para las enzimas de las vías metabólica, son transcriptos en una sola molécula de ARNm policistrónico.
• Promotor: es la secuencia de nucleótidos del ADN en donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transpiración.
• Operador: es una secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes estructurales, en donde se inserta una proteína reguladora denominada proteína represora.
La proteína represora es codificada por el gen regulador, localizado, aguas arriba del sitio operador.
OPERON LAC. Éste es un conjunto de genes que intervienen en la utilización de la lactosa, por parte de la bacteria como fuente de energía. Las tres enzimas que intervienen en la vía de degradación de la lactosa son: la enzima permeasa, la beta galactosidasa y la transacetilasa. Formado por tres estructurales dispuestos en serie (z, y, a).La transpiración de estos genes da origen a una molécula de ARNm que codifica para la tres enzima que participan de la misma vía metabólica. En ausencia de lactosa, el represor se enlaza al operador e impide a la ARN polimerasa insertarse en el sitio promotor, con lo cual se interrumpe la transpiración.
El represor ejerce su influencia mediante control negativo, inhibe la expresión del operón.
En presencia de lactosa, este disacárido se une a la proteína represora, provocándole un cambio conformacional e incapacitándola para unirse al ADN del operador. En estas condiciones, se transcriben los genes estructurales, apareciendo en el citosol las enzimas que degradaran a la lactosa. El operón lac es un ejemplo de operón inducible, la presencia de una sustancia específica (en este caso la lactosa) induce la transpiración de los genes estructurales. El operón lac también se encuentra bajo control positivo. Este efecto se da cuando en el medio hay glucosa. Cuanto menor es la concentración de glucosa en medio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tiene influencia en el "encendido" del operón lac.
El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPc denominada CAP. El CAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac, aumentando la afinidad de la región promotora para la ARN polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón. Para que se exprese el operón lac deben darse dos condiciones en el medio: que este presente la lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja.
Existen dos tipos de operón, por ejemplo el Triptófano, se caracteriza por ser reprimible, consiste en 5 genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en la biosíntesis del aminoácido triptófano. Se agrupan dichos genes con un solo promotor y un operador. Un gen regulador se localiza fuera del operón y codifica para la síntesis de una proteína represora. En ausencia del Triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe los genes estructurales en un ARNm policistrónico. Ya que el represor inactivo no logra unirse por si solo al operador. En presencia de Triptófano, el aminoácido (co-represor) se une a la proteína represora constituyendo el complejo represor/co-represor. Este reconoce la zona operadora a la que se fija, impidiendo a la ARN polimerasa transcribir los genes estructurales. Con este mecanismo de regulación la bacteria ahorra energía, sintetizando Triptófano solamente cuando esta sustancia, esencial en su crecimiento, esta ausente en el medio ambiente.
Operón Lac: operón inducible, se expresa en presencia de lactosa; la lactosa es el inductor, el represor se sintetiza en forma activa, actúa solo. Sus enzimas participan en una vía catabólica. Degradación de lactosa obteniendo energía.
Operón Triptófano: operón reprimible, se expresa en ausencia de Triptófano, este es el co-represor, el represor se sintetiza en forma inactiva, actúa en presencia del co-represor. Sus enzimas participan en una vía anabólica. Biosíntesis de Triptófano esencial para el crecimiento de las bacterias.

Regulación en Eucariotas

Si bien los mecanismos mas importantes de control son los que actúan a nivel transcripcional, es importante destacar que pueden producirse regulaciones durante el procesamiento o maduración del ARNm o bien controlando su pasaje a citoplasma o su supervivencia en el citosol. En algunos casos, los controles actúan a nivel traduccional o regulando la actividad de la proteína.

1* Mecanismos de control a nivel transcripcional

• Los factores de transcripción y la expresión genética

Una secuencia promotora o promotor; secuencia de nucleótidos necesarias para la fijación de la ARN polimerasa.
Secuencias reguladoras: Intensificadoras secuencia que estimulan la transcripción, que se localizan río arriba o abajo del promotor. Silenciadoras secuencia que inhiben la transcripción. También pueden hallarse muy distantes del promotor.
Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor
Factores específicos de transcripción: complejo de proteínas reguladoras que pueden ser activadoras o represoras.
Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen.
Proteínas represoras: interactúan con las secuencias silenciadoras del gen.
Estas proteínas interactúan con regiones específicas del surco mayor del ADN que corresponden a las zonas reguladoras del gen. La geometría de la molécula posibilita dichas interacciones. Estas se producen por uniones covalentes del tipo puente hidrogeno, uniones iónicas e hidrofóbicas. Los factores de transcripción regulan la expresión de un gen eucariota, dependiendo de la actividad conjunta de los factores de transcripción unidos a las secuencias reguladoras. Cada gen tiene una combinación particular de intensificadores y silenciadores. Cada célula transcribe y expresa distintas proteínas.
La unión de los factores al sitio promotor provoca un cambio conformacional que pliega al ADN entre las secuencias reguladoras y promotoras, formando un asa. Este plegamiento permite contactar a los factores específicos, unidos a las regiones reguladoras, con una o más proteínas blanco asociadas al complejo de transcripción basal. Cuando esto ocurre, se estimula la transcripción por parte de la ARN polimerasa, la que se desplaza copiando la regiones codificadora del gen.

• La estructura de la cromatina y la expresión genética

Se supone que el grado de compactación de la cromatina desempeña un importante papel en la expresión genética. Existen dos tipos de cromatina: Eucromatina: transcripcionalmente activa, mas desplegada; Heterocromatina: inactiva y mas condensada. La transcripción solo ocurre cuando el ADN esta desplegado. El gen para la hemoglobina estaría en estado heterocromatina en la célula epitelial y por lo tanto no disponible para su expresión.

• El grado de metilación y la expresión genética:
En algunos eucariontes la presencia de grupos metilos afecta su expresión. La metilación ocurre en las citosinas que forman parte del dinucleótido -CG- dentro de secuencias especificas. La mayoría de los genes que no se expresan están metilados, mientras que en otras células en donde esos genes se expresan se advierte una disminución de sus niveles de metilación.

2* Mecanismos de control a nivel procesamiento del ARNm

El mecanismo por el cual puede obtenerse de un mismo gen dos proteínas relacionadas se denomina empalme alternativo. Este proceso consiste en unir covalentemente diferentes combinaciones de exones del pre-ARNm obteniéndose dos ARNm maduros con distinta información y por lo tanto dos productos proteicos que difieren en uno o mas tramos de su secuencia aminoacídica.

3* Mecanismos de control a nivel de la traducción.

La tasa de traducción del ARNm que codifica para la proteína ferritina, funciona capturando átomos de hierro por una proteína intracelular. La traducción del ARNm para esta es regulada por una proteína represora, la aconitasa, cuya actividad depende de la concentración de hierro libre en el citosol. Cuando la concentración intracelular de hierro es baja, aconitasa se una a una secuencia de nucleótidos especifica en el ARNm (elemento de respuesta al hierro –ERH-), provocando un plegamiento del mensaje a modo de bucle, que bloquea la traducción. Cuando aumenta la concentración de hierro en el citosol, este se asocia a la aconitasa, la cual cambia su conformación y pierde afinidad por el ERH. Una vez liberado el ARNm, comienza la síntesis de ferritina y su asociación con el hierro intracelular.

4* Mecanismos de control después de la traducción

Dos factores son determinantes de la vida media de una proteína citosólica: su correcto plegamiento y la secuencia aminoacídica de su extremo aminoterminal. Las chaperonas moleculares de diversos tipos se unen a la cadena en síntesis, ayudándola a adquirir la conformación nativa. Evita que el estado de agregación sea irreversible. Del extremo aminoterminal, existen secuencias aminoacídicas estabilizadoras, que asegurarían una vida media prolongada y otras desestabilizadoras, las cuales favorecerían la marcación de las proteínas en dicho extremo. Tal marcación la conduciría a su degradación. Esto es conocido como la regla del aminoterminal. Si una proteína adquiere un plegamiento anómalo, o se ha desnaturalizado, o bien su extremo aminoterminal esta desestabilizado, entonces esta pasa a un proceso de ubiquitinización. Consiste en la adición de varias moléculas de un polipéptido básico. La vía ubiquitina implica gasto de energía (ATP). Las proteínas desnaturalizadas son conducidas por chaperonas moleculares hasta una chaperona oligomérica o chaperonina. Estas pueden recuperar el plegamiento nativo de la proteína, en tanto se unan a ella en una etapa previa o temprana de la ubiquitinización. En caso contrario, la proteína ubiquitinizada, será captada por un complejo enzimático denominado proteasoma. Estos están formados por más de una docena de proteasas, se localizan sendos complejos regulatorios, formados por diferentes ATPasas. La proteína ubiquitinizada es reconocida por la partícula regulatoria del proteasoma perdiendo de plegamiento por acción de las ATPasas, con gasto de energía; donde las proteasas se degradan. Se produce oligopéptidos de aprox. 8 aminoácidos de long. La partícula regulatoria libera la ubiquitina para ser reutilizada.

Estabilidad del genoma

La información almacenada en el ADN se transcribe en ARN y se traduce en proteínas. La autoduplicación del ADN garantiza la transferencia vertical de dicha información. Hoy sabemos que tal estabilidad es debida al particular mecanismo de auto duplicación y a los sistemas de reparación que actúan sobre la molécula de ADN.

Procesos que mantienen la estabilidad del genoma

• Auto duplicación del ADN: la estructura del ADN permite la formación de replicas moleculares, pues cada una de sus cadenas proporciona el molde para la síntesis de la cadena complementaria. La enzima encargada de la auto duplicación del ADN en el periodo previo a la división celular, la ADN polimerasa, opera con una sorprendente fidelidad. También ejecuta la lectura de pruebas. La enzima revida el ultimo nucleótido añadido antes de ubicar el siguiente.
• Reparación del ADN: consiste en la corrección de errores sobre el ADN dañado por diversos agentes endógenos, a cargo de distintas bacterias de enzimas.

Algunos mecanismos que introducen variaciones en el genoma

• Mutaciones: son alteraciones de la información genética que pueden afectar a la línea germina, transmitiéndose a la descendencia, o bien a algunas células somáticas, en cuyo caso no pasan a la siguiente generación. Se originan en errores espontáneos de la autoduplicación o del crossing-over.
• Duplicación génica: (familias de multigenes) los multigenes son familias de genes relacionados que codifican productos proteicos diferentes y parecen derivar de un gen ancestral único. Pudieron originarse por un error crossing-over que introdujo dos copias del gen en un mismo genoma. Posteriores mutaciones divergentes y reordenamientos o translocaciones de dichas copias pueden conducir a la diversidad dentro de una flia.
• Pseudogenes: son secuencias nucleotídicas homologas a las de otros genes, pero con graves mutaciones que las excluyen funcionalmente.
• Mutaciones de microsatélites: ciertas regiones se encuentran secuencias de microsatélites, son sitios inestables que tienden a incrementar su número de copias en el genoma con mucha rapidez, en el transcurso de pocas generaciones. Se ha demostrado la relación entre el incremento de las copias de secuencias microsatelitales y distintas enfermedades hereditarias.
• Transposones: también llamados elementos genéticos móviles o saltarines. Son secuencias discretas de ADN que pueden replicarse o propagarse de manera aleatoria por el genoma de un individuo, insertándose en secuencias génicas, intergénicas o reguladoras de los genes. Se han transferido horizontalmente de una especie a otra.
• Virus y plásmidos: los virus pueden considerarse como elementos genéticos móviles, capaces de tomar parte del genoma de una célula y transferirla a otra en el transcurso de infecciones posteriores. Los plásmidos bacterianos son otro tipo de secuencias de ADN capaces de auto replicarse. Se trata de segmentos circulares de ADN que pasan de una bacteria a otra en un proceso de conjugación, el cual implica un contacto directo entre ambas células. Tanto los virus como los plásmidos han podido tener un importante papel en la evolución de los organismos que actúan como anfitriones.

Mecanismos que afectan la expresión del ADN

• Impronta genética. Cada individuo porta dos versiones de cada gen (alelos), y la expresión o represión de estos alelos es independiente de su origen. En el caso de que los alelos está determinado cual alelo debe expresarse en virtud de su origen, el proceso comienzo durante la gametogénesis, cuando un cierto gen recibe la impronta en el espermatozoide o en el ovulo. Todas las células hijas llevaran la misma impronta. Esta reprime a los genes en la mayoría de los casos.
• Inactivación del cromosoma X: de la madre se expresan una de las dos versiones; la otra se inactiva tempranamente durante el desarrollo embrionario; mientras que la del padre solo una. Cual de las dos copias de cromosoma X se inactiva es una cuestión de azar. Todos sus descendientes tendrán el mismo cromosoma X inactivo. Por eso la inactivación del X crea clones con diferente contenido de X funcionales. Por lo tanto la expresión de sus rasgos, es llamado mosaico genético