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Transcripción y Traducción 4º A. SIGNIFICADO GENÉTICO DE LA REPLICACIÓN Es el de conservar la información genética, de manera que cuando una célula.

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1 Transcripción y Traducción 4º A

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3 SIGNIFICADO GENÉTICO DE LA REPLICACIÓN Es el de conservar la información genética, de manera que cuando una célula se divide, de lugar a una célula hija que contenga la misma información genética. En organismos eucariontes el significado de la división celular es el mismo, una célula cuando se divide origina dos células hijas idénticas con la misma información genética. repaso

4 Las principales variaciones en el proceso de división celular se han resumido en la siguiente tabla: VARIACIONES EN EL CICLO DE DIVISIÓN CELULAR Variaciones en la Replicación y reparto del material hereditario Endorreduplicación: Varios períodos S sucesivos sin entrar en mitosis. Cuadruplocromosomas. Politenia (cromosomas gigantes de D. melanogaster). Haplocromosomas: Dos mitosis sucesivas sin período S entre ambas. Variaciones que afectan a los estadíos mitóticos Endomitosis: No desaparece la membrana nuclear, mitosis dentro del núcleo. Aparecen células poliploides. Variaciones en la anafase: inhibición de la formación del huso acromático. Con colchicina (c-mitosis) mediante anoxia (a- mitosis). Se duplica el número de cromosomas y aparece una célula poliploide. No reorganización del nucleolo: por mutaciones en la ARN Polimerasa I Variaciones que afectan a la citocinesis en relación con la cariocinesis Cariocinesis sin Citocinesis: La cafeína inhibe la citocinesis, aparecen células binucleadas (con dos núcleos) Citocinesis sin Cariocinesis: el bromuro de etidio provoca que las células se paren en profase y se reparta el citoplasma (citocinesis) sin haberse repartido el material del núcleo. Citocinesis en células anucleadas: en algunos organismos en determinados momentos se observa que células sin núcleo reparten su citoplasma.

5 principal diferencia de la replicación de virus y bacterias con la replicación de eucariontes radica en que los eucariontes poseen muchos orígenes de replicación,

6 DIRECCIÓN DE SÍNTESIS 5' - 3', BIDIRECCIONAL Las ADN polimerasas: enzimas encargadas de sintetizar ADN sintetizan ADN en la dirección 5' - 3'. Es decir, solamente son capaces de añadir nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido trifosfato. Las ADN polimerasas necesitan un extremo 3' OH al que añadir nucleótidos trifosfato para comenzar la síntesis de ADN.

7 1 Iniciación mediante ARN cebador o primer, sintetizado por enzima Primasa (ARN polimerasa que utiliza como molde ADN) 2 La Holoenzima de ADN polimerasa III lleva a cabo la síntesis del fragmento de ADN correspondiente hasta llegar al siguiente cebador. 3 La ADN polimerasa I sustituye a ADN polimerasa III. La ADN polimerasa I se encarga de retirar el ARN cebador mediante su actividad exonueótídica 5'P - 3' OH y al mismo tiempo rellena el hueco sintetizando ADN. 4- La Ez ligasa sellado y unión de los sucesivos fragmentos de Okasaky

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10 Mediante experimentos de pulso y caza, se suministran precursores radiactivos que marcan específicamente el ARN (uridina tritiada) a las células durante un breve período de tiempo (pulso). Una vez que las células han incorporado la uridina tritiada se transfieren a un medio con precursores sin marcar (caza). síntesis del nuevo ARN se produce con precursores sin marcar (uridina normal). Las muestras de células tomadas después de la caza, mostraban marcaje en el núcleo, indicando que ARN se sintetiza allí, sin embargo, las muestras de células tomadas después de la caza mostraban el marcaje radiactivo en el citoplasma. Por tanto, parece que el ARN se sintetiza en el núcleo y se transporta posteriormente al citoplasma.

11 En eucariontes hay diferentes polimerasas encargadas de sintetizar distintos tipos de ARN. La ARN polimerasa I sintetiza los precursores del ARN -). La ARN polimerasa II produce ARN heterogéneo nuclear (ARN-hn) que tras el procesamiento da lugar a los ARN-m que se traducen a proteínas. La ARN polimerasa III transcribe los precursores de los ARN -t, los ARN nucleares y citoplásmicos de pequeño tamaño y los genes para el ARN 5S que forma parte de la subunidad grande de los ribosomas. Las ARN polimerasas o trasncriptasas, a diferencia de lo que ocurre con las ADN polimerasas, carecen de función "correctora de pruebas". Esta diferencia se debe en primer lugar a que los transcritos son cortos y la probabilidad de que uno de los ARN posea una alteración es baja, y en segundo lugar a que la vida media de los ARN es corta y pronto se vuelve a sintetizar otro ARN nuevo. Un error en la replicación del ADN puede transmitirse a todas las células que deriven por división de la célula afectada. En eucariontes los ARN-m son monogénicos o monocistrónicos, de manera que un ARN-m contiene información para sintetizar un solo polipéptido.

12 CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Complementaridad de las bases nitrogenadas, de manera que la ARN polimerasa o enzima encargada de llevar a cabo la transcripción toma como molde el ADN para sintetizar ARN

13 La dirección en la que las ARN polimerasas sintetizan ARN es siempre 5'P3'OH, es decir el ARN producto de la transcripción crece solamente en esta dirección. Recuerde que la dirección en la que las ADN polimerasas sintetizan ADN es también la misma 5'P3'OH. Asimetría de la transcripción : la asimetría de la transcripción significa que solamente se transcribe para cada gen una de las dos hélices de ADN, la hélice que se toma como molde para producir el ADN se la denomina hélice codificadora o hélice con sentido y la otra hélice de ADN, la que no se transcribe, se la denomina hélice estabilizadora o hélice sin sentido.

14 En los organismos eucariontes, para cada gen solamente se transcribe un hebra de ADN (la codificadora), de forma que genes distintos del mismo cromosoma pueden utilizar como codificadora una hélice diferente a la de otros genes

15 Existen unas secuencias de ADN específicas y necesarias para que la holoenzima reconozca el lugar de comienzo de la transcripción, dichas secuencias específicas se denominan secuencias promotoras. El factor sigma es el responsable de que la ARN polimerasa reconozca estas secuencias y se una a ellas. INICIACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

16 Cuando la holoenzima ha reconocido y separado las dos hélices se forma lo que se denomina "complejo abierto con el promotor".

17 ELONGACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN No necesita del factor σ, una vez iniciada la trasncripción el factor sigma se suelta y el núcleo central de la ARN polimerasa comienza a sinterizar el ARN en la dirección 5' P 3'OH a partir de ribonucleósidos trifosfato libres que sirven de sustrato al enzima. Parece ser que se van produciendo desenrollamientos parciales del ADN de la región que se está transcribiendo

18 TERMINACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN. Existencia de unas secuencias terminadoras de unos 40 pares de bases que contienen una región rica en pares GC seguida por una serie de 6 o más adeninas (A). Cuando esta región del ADN se transcribe da lugar en el ARN a una secuencia rica en pares GC seguida de 6 o más uracilos (U), la región rica en pares GC forma una estructura en forma de horquilla (por autoapareamiento). Este lazo en horquilla seguido de uracilos actúa como señal para la separación de la ARN polimerasa del ADN y terminación de la transcripción.

19 En cada NOR cada gen ADN-r tiene un promotor y un terminador y está separado del siguiente por una región espaciadora que no se transcribe. El ARN precursor (recién transcrito) del ARN r su estructura es la siguiente: 5' Líder- precursor del ARN 18S - Espaciador trasncrito - precursor del ARN 5,8S - Espaciador transcrito - precursor del ARN 28S 3'. Posteriormente, diferentes ARNasas y endonuclesas producen cortes en el ARN 45S que dan lugar al ARN 18S de la subunidad pequeña de los ribosomas y a los ARN 28S y 5,8S que forman parte de la subunidad grande de los ribosomas. Los genes para el ARN-r en eucariontes se encuentran repetidos en tandem del orden de 100 veces en la región del organizador nucleolar (NOR). En el caso de la sp humana existen varios cromosomas con NOR: los pares 13, 14, 15, 21 y 22.

20 Maduración del ADN Los ARN funcionales que van a dar lugar a los ARN-r y ARN-t, sufren un procesamiento posterior a su transcripción los ARN informacionales que van a ser traducidos a polipéptidos. Este procesamiento consta de varios pasos y tiene como principal consecuencia la disminución del tamaño del ARN- hn (heterogéneo nuclear) recién transcrito por pérdida de varios segmentos del interior. Los principales pasos del procesamiento del ARN-hn son los siguientes:

21 Procesamiento del ARN-hn Adición de una caperuza o protección por el extremo 5'P del ARN-hn que entre otras cosas lo protege de su degradación por dicho extremo. Permite que sea reconocible por el ribosoma para iniciar la traducción. Adición por el extremo 3'OH de una cola de Poli-A, esta cola de poli-A consiste en la adición de 150 a 200 residuos de adenina por el extremo 3'OH. En primer lugar una endonucleasa corta el ARN y después una Poli A polimerasa añade la cola de Poli A. La función de la cola de Poli A se cree que puede servir para evitar la degradación por del ARN pos ese extremo e intervenir en el transporte del ARN hacia el citoplasma. Eliminación de segmentos interiores del ARN-hn regiones que se traducen a aminoácidos en la secuencia del polipéptido; los Exones y, regiones que no se traducen a aminoácidos en el polipéptido: los Intrones. Cuando la región de ADN correspondiente a un gen se transcribe, el ARN-hn recién transcrito contiene los Exones y los Intrones: En el procesamiento posterior se van a eliminar los Intrones.

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24 Las reacciones de corte y empalme en las que se elimina el intrón y se unen los exones consecutivos son dos reacciones transesterificación, estas reacciones consisten en el intercambio de un enlace fosfidiéster por otro, dando como resultado la unión de dos exones consecutivos. La eliminación de los intrones se lleva a cabo mediante un mecanismo de corte en las regiones de paso de exón a intrón y de intrón a exón para eliminar los intrones y de unión posterior de los exones sucesivos. Este mecanismo de corte y unión ha recibido el nombre de "splicing" en inglés. Las secuencias: GU en el punto de corte 5' del intrón y AG en el punto de corte 3'. son reconocidas por moléculas de ARN nucleares pequeñas (ARNnp) que interaccionan con proteínas formando partículas ribonucleoproteicas pequeñas que constituyen lo que se ha denominado el "espliceosoma".

25 TRADUCCIÓN paso de la información transportada por el ARN-m a proteína Los elementos que intervienen en el proceso de traducción son: los aminoácidos, los ARN-t, los ribosomas, ARN-r y proteínas ribosomales, el ARN- m, enzimas, factores proteicos y nucleótidos trifosfato (ATP, GTP). 1º activación de los aminoácidos y formación de los complejos de transferencia. Los aminoácidos por sí solos no son capaces de reconocer los tripletes del ARN-m de manera que necesitan unirse a un ARN de pequeño tamaño (constante de sedimentación 4S) llamado ARN adaptador, ARN soluble o ARN transferente El que realiza el reconocimiento del codón correspondiente del ARN-m es el anticodón del ARN-t y no el aminoácido.

26 ESTRUCTURA DE LOS ARN TRANSFERENTES (ARN-t) Los ARNt transportar los aminoácidos hasta el ribosoma y de reconocer los codones del ARNm durante el proceso de traducción Estructura en forma de hoja de trébol con varios sitios funcionales. El extremo 3': lugar de unión al aminoácido (contiene siempre la secuencia ACC).

27 ARNr y PROTEÍNAS RIBOSOMALES El reconocimiento entre los tripletes del mensajero y los anticodones de los ARN-t cargados con su correspondiente aá, así como el establecimiento de los enlaces peptídicos entre dos aá sucesivos tiene lugar en los ribosomas, partículas formadas por unión de ARNr con proteínas ribosomales.

28 INICIACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA Intervienen el primer ARN-t, o ARN-t iniciador formilmetionina, las subunidades ribosomales, el ARN-m, enzimas, los factores de iniciación IF1, IF2 e IF3 y una fuente de energía como GTP. Las subunidades ribosomales están separadas cuando no están ocupadas en la síntesis de polipéptidos. Para poder iniciar la traducción es necesario que ambas subunidades se ensamblen.

29 la traducción comienza siempre por el triplete AUG más cercano al extremo 5' del ARN-m. Se ha propuesto que el ribosoma se une al ARN-m por su extremo 5' con el tapón o cap y se movería hacia el extremo 3' hasta encontrar el primer AUG.

30 ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA Es el crecimiento de la cadena polipeptídica mediante la formación de enlaces péptídicos entre los aminoácidos sucesivos. Intervienen en este proceso, el peptidil-ARN-t, los aminoacil-ARN-t, ribosomas, ARN-m, enzimas, factores proteicos de elongación y fuentes de energía como GTP

31 Esquema de elongación de la traducción proceso de elongación se repiten tantas veces como aminoácidos posea el polipétido sintetizado menos uno (excepto el primero, metionina).

32 La terminación de la cadena polipeptídica ocurre cuando los ribosomas en su avance a lo largo del ARN-m se encuentran con cualquiera de los tripletes o codones de terminación : UAA, UAG y UGA. Intervienen los factores proteicos de terminación. No hay ningún ARN-t que reconozca a los tripletes de terminación, son los factores de terminación o liberación los que se encargan de reconocer los codones de STOP. El factor RF1 reconooce los codone UAA y UAG y el factor RF2 identifica a los codones UAA y UGA. El factor RF3 también colabora en la reacción de terminación. Cuando el peptidil-ARN-t está en la sitio P los factores de terminación en respuesta a la existencia de un codón de terminación en el ARN- m entran en la sitio A. Como consecuencia el polipéptido se libera de la sitio P, se disocian las dos subunidades del ribosoma y se libera el ARN- t que estaba en la sede P. Esta reacción de terminación se lleva a cabo mediante la hidrólisis de GTP.

33 Los polipéptidos una vez sintetizados pueden ser procesados


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