Síntesis de Proteínas En 1970 Francis Crick (uno de los descubridores de la doble hélice del ADN) enunció el dogma central de la Biología molecular que.

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1 Síntesis de Proteínas En 1970 Francis Crick (uno de los descubridores de la doble hélice del ADN) enunció el dogma central de la Biología molecular que nos indica como fluye la información genética, este dogma dice lo siguiente: El ADN es la molécula que lleva la información genética, puede replicarse y hacer copias de sí mismo permitiendo que esta información pase completa de unas células a otras cuando se divide, igualmente puede copiar una parte de su información sintetizando una molécula de ARNm, la cual constituye la información utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína. transcripción traducción ADN  ARNm  proteína Es decir la información contenida en el ADN se transforma en una determinada proteína.

2 Síntesis de Proteínas Este proceso no se realiza de forma directa sino que en él se diferencian dos etapas: -Transcripción: En esta etapa se copia la información de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, al ARNm. Por lo que se sintetiza una molécula de ARNm complementaria con el fragmento de ADN correspondiente al gen. -Traducción: En ella la secuencia de nucleótidos del ARNm se traduce en una determinada secuencia de aminoácidos. En esta etapa interviene además el ARNt.

3 Síntesis de Proteínas En los organismos procariotas (células sin núcleo), la transcripción y la traducción se producen a la vez y en el mismo lugar, pues el ADN forma un cromosoma desnudo disperso por el citoplasma y, según se transcriben los genes que contienen información para la síntesis de ARNm, los ribosomas los van traduciendo. En los organismos eucariotas (células con núcleo), la transcripción y la traducción están separadas en el tiempo y en el espacio: el ADN se transcribe en el núcleo, y los ARNm formados atraviesan la membrana nuclear y se dirigen al citoplasma donde los ribosomas los traducen.

4 Síntesis de Proteínas No todos los genes llevan información para la síntesis de proteínas; algunos solo se transcriben y no se traducen, ya que solo son portadores de información para la síntesis de determinados tipos de ARN, como ARNt y ARNr, que colaboran, junto con el ARNm en la síntesis de proteínas. Los genes que poseen información directa para la síntesis de proteínas son los que al transcribirse dan moléculas de ARNm. En los procariotas los genes son unidades continuas, mientras que en los eucariotas están fragmentados, es decir están constituidos por fragmentos carentes de información llamados intrones intercalados con otros que si tienen información llamados exones. Además tanto en procariotas como en eucariotas existen secuencias que no se transcriben, pero desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión génica ya que constituyen las señales que indican el inicio o el final de un gen, que se va a transcribir.

5 Síntesis de Proteínas Transcripción: Es el proceso mediante el cual se copia la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en el ARN. Por consiguiente mediante la transcripción se va a sintetizar una molécula de ARN. En este proceso intervienen unas enzimas llamadas ARN-polimerasas que tienen las siguientes características: Utilizan como molde una de las cadenas del fragmento de ADN y la van leyendo en sentido 3’5’ y van uniendo ribonucleótidos en sentido 5'3', teniendo en cuenta su complementariedad con los nucleótidos de la cadena del segmento de ADN que se utiliza como molde (hay que tener presente que en el ARN la base complementaria de la adenina es el uracilo).

6 Síntesis de Proteínas En el proceso para formar el ARN se utilizan ribonucleótidos trifosfatos. La energía necesaria para crear el enlace que une a los ribonucleótidos se obtiene de la hidrólisis de los mismos. La cadena de ARN se sintetiza en sentido 5'3' y la secuencia de este ARN transcrito será complementaria a una de las cadenas del gen, a la que se tomó como molde, e idéntica a la otra que no se transcribió. En los procariotas sólo existe un tipo de la enzima ARN-polimerasa que sintetiza los tres tipos de ARN. En los eucariotas existen 3 tipos de ARN-polimerasa: ARN-pol I, sintetiza los ARNr; ARN-pol II, sintetiza los ARNm y ARN-pol III, sintetiza los ARNt.

7 Síntesis de Proteínas En los eucariotas debido a que los genes están fragmentados, los ARN transcritos tienen que pasar por un proceso de maduración para convertirse en ARN funcionales. La transcripción en los eucariotas ocurre en el núcleo y es similar a la de los seres procariotas, en ella se diferencian cuatro etapas: a) iniciación b) Elongación c) Terminación d) Maduración.

8 Síntesis de Proteínas a) Iniciación: El proceso comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce en el ADN que se va a transcribir una región que indica el inicio del proceso. Esta región se denomina región promotora, esta formada por una determinada secuencia de nucleótidos, en la que abundan la A (adenina) y la T (timina). En la síntesis del ARNm y en eucariotas se han identificado dos regiones promotoras (TATA y CAAT). A esta región se une la ARN-polimerasa y desenrolla una vuelta de hélice al ADN con lo que la hebra del ADN que actuará como molde queda al descubierto y podrá ser leída por el enzima.

9 Síntesis de Proteínas b) Elongación: En esta etapa se van añadiendo los ribonucleótidos y la cadena de ARN se va formando. El proceso ocurre de la siguiente manera: la ARN-pol, se desplaza por la hebra molde y va leyendo la secuencia de nucleótidos en sentido 3'5' y va añadiendo ribonucleótidos complementarios con ellos a la cadena de ARN que se esta formando, los cuales se unirán en sentido 5'3' mediante enlaces. A medida que la enzima se desplaza, el ADN recupera su forma inicial de doble hélice. En los eucariotas en la formación del ARNm cuando se han transcrito los 30 primeros nucleótidos del gen, al ARNm en formación se le añade en el extremo 5' un nucleótido especial metil-guanosina-trifosfato que forma una especie de caperuza que servirá para que sea reconocido por los ribosomas como el extremo por donde se debe iniciar la traducción.

10 Síntesis de Proteínas c) Terminación: La ARN-polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos a la cadena de ARN en formación hasta que reconoce en la cadena de ADN una señal de terminación que indica el final de la transcripción. En procariotas esta señal es una secuencia palindrómica (tiene la misma lectura de izquierda a derecha que al revés, y es rica en G (guanina) y C (citosina) En eucariotas la secuencia terminadora es TTATTT. A continuación en la formación del ARNm actúa otra enzima llamada poli-A polimerasa que añade al extremo 3' del ARNm recién formado una cola poli-A, formada por fragmento de unos 200 nucleótidos de adenina que colaboran en su transporte a través de la membrana nuclear.

11 Síntesis de Proteínas d) Maduración: Son las transformaciones que sufren los ARN transcritos para hacerse funcionales. En los eucariotas debido a que los genes están fragmentados (contienen exones e intrones), los ARNm transcritos tienen intercalados intrones (fragmentos sin información) y exones (fragmentos con información), por ello necesitan pasar por un proceso de maduración en el cual se eliminan los intrones y los exones se unen entre sí formándose ARNm funcional, a este proceso se le denomina de corte y empalme y en él intervienen unas enzimas especiales llamadas ribonucleoproteinas. El ARNm recién formado por las instrucciones del ADN contiene la copia exacta para la síntesis de una proteína en los ribosomas de las células. Tres nucleótidos de ARN forman un codón; cada uno de éstos codifica un aminoácido específico.

12 Síntesis de Proteínas Traducción: Es el proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm, es decir la secuencia de codones del ARNm se traduce en una determinada secuencia de aminoácidos, es decir en una determinada proteína. En este proceso interviene el ARNt que se encarga de transportar los aminoácidos, que están libres en el citoplasma, hasta los ribosomas y allí son dispuestos en el orden que determina los codones del ARNm. Los ARNt en el brazo del anticodón tienen un triplete de bases denominadas anticodón que es complementario con algún codón del ARNm, este triplete anticodón es el que va a determinar que aminoácido se une a cada ARNt. Estos aminoácidos se unen al ARNt por el extremo 3' que se localiza en el brazo aceptor.

13 Síntesis de Proteínas La traducción ocurre en los ribosomas y es similar en los procariotas y en los eucariotas, en el se diferencian varias etapas: a) Activación de los aminoácidos b) Iniciación de la síntesis. c) Elongación de la cadena d) Terminación de la síntesis. a) Activación de los aminoácidos: Esta es una etapa previa a la traducción que ocurre en el citoplasma. En este proceso los aminoácidos que van a formar las proteínas se unen con los correspondientes ARNt por su brazo aceptor, formándose los complejos aminoacil-ARNt. Esta etapa requiere energía que se obtienen de la hidrólisis del ATP y esta catalizada por una enzima específico para cada aminoácido llamada aminoacil-ARNt-sintetasa

14 Síntesis de Proteínas Inicio de la síntesis.
Para que comience la síntesis de proteínas hacen falta dos señales de iniciación: la caperuza de metil guanosina del ARNm que indica al ribosoma porque extremo se empieza a leer el ARNm y el triplete iniciador AUG, que codifica el primer aminoácido. Por lo tanto la traducción comienza por el triplete AUG más próximo a la caperuza. -En primer lugar el ARNm por el extremo 5’ se une a la subunidad menor del ribosoma, la síntesis se inicia cuando aparece el codón iniciador (AUG), ya que entonces el primer aminoacil-ARNt cuyo anticodón sea complementario con este codón iniciador se unirá a él por puentes de hidrógeno, formándose el complejo de iniciación. Siempre el primer aminoacil-ARNt es el que lleva el aminoácido metionina, por ello todas las proteínas comienzan por este aminoácido, aunque en muchos casos este aminoácido posteriormente se elimina.

15 Síntesis de Proteínas Este proceso esta catalizado por acción de unos factores proteicos llamados factores de iniciación (FI), en el se consume energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP. Al final de esta etapa al complejo de iniciación se le une la subunidad mayor del ribosoma formándose el ribosoma completo y funcional. En el ribosoma existen dos sitios de fijación en los que se unen los aminoacil-ARNt: El sitio P o peptidil es lugar de unión del primer aminoacil-ARNt (ARNt-metionina). En este lugar es donde se localiza el ARNt que lleva unida la cadena peptídica en formación El sitio A o aminoacil que es donde se unirán los nuevos aminoacil-ARNt.

16 Síntesis de Proteínas Fase de elongación de la cadena peptídica
Esta fase consiste en el alargamiento de la cadena peptídica por la unión de sucesivos aminoácidos. Se puede considerar como un proceso cíclico que se repite hasta que termina la traducción. En cada uno de estos ciclos de elongación se diferencian tres fases sucesivas: -Primera fase: El sitio P esta ocupado inicialmente por el ARNtMet, y al sitio A, que esta vació llega el siguiente aminoacil-ARNt cuyo anticodón es complementario al siguiente codón del ARNm, este traerá su correspondiente aminoácido. En esta etapa se necesita energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP e interviene un factor de elongación (FE-1).

17 Síntesis de Proteínas -Segunda fase: Ahora se rompe el enlace entre el aminoácido y el ARNt que esta situado en el sitio P, y entre este aminoácido y el aminoácido que esta unido al ARNt que se encuentra en el sitio A se forma un enlace peptídico. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidil transferasa. El resultado es la formación de un dipéptido unido a un ARNt que se aloja en el sitio A, mientras que en el sitio P queda un ARNt sin aminoácido. -Tercera fase: Gracias a la intervención de un segundo factor de elongación (FE-2) y a la energía del GTP, el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos a lo largo del ARNm en sentido 5'-3'. Este desplazamiento provoca la salida del ARNt libre situado en el sitio P y la translocación del complejo peptidil-ARNt-ARNm del sitio A al sitio P, con lo cual el sitio A queda vació y dispuesto a recibir a otro amioacil-ARNt cuyo anticodón sea complementario del siguiente codón. El proceso se vuelve a repetir.

18 Síntesis de Proteínas Terminación: La síntesis termina cuando después de la última traslocación aparece en el sitio A uno de los codones de terminación (UAA, UAG o UGA) ya que no hay ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario con estos codones. Al codón de terminación se le une un factor de terminación (RF) que hace que la peptidil transferasa por hidrólisis separe la cadena peptídica recién formada del ARNt, provoca la salida del ARNt libre, del ARNm y la separación de las dos subunidades del ribosoma. En esta etapa se gasta energía que procede del GTP. Tanto en eucariotas como en procariotas el ARNm puede ser leído por varios ribosomas a la vez formándose un polisoma, como consecuencia se sintetizan varias moléculas de la misma proteína. La proteína a medida que van saliendo del ribosoma va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria. El ARNm una vez leído por los ribosomas se destruye por lo que dura muy poco tiempo.

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