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GENETICA MEDICA PARCIAL II
Lo que se necesita para generar una proteína es: Promotor Región codificante – Exones - AUG Región de terminación 5’ UTR (secuencia kozak) 3’ UTR (codón de paro)
PROCESAMIENTO DEL RNAm
Es la colocación de 5’ CAP y 3’ Poliadenina al ARNm para que pueda salir del núcleo al citosol. DATO: La metilación de la timina permite que el RNAm se quede en el núcleo. 5’ CAP o 7’ metiguanina. La CAP se coloca en el extremo 5’ gracias a los tres grupos fosfatos que posee. Asimismo, la GUANILILTRANSFERASA interpreta estos grupos fosfatos para la colocación de GTP. Del núcleo sale un GTP el cual es tomado por la guanililtransferasa y le quita un grupo fosfato (GTP → GDP), y al extremo 5’ le quita dos grupos fosfatos. El GDP es agregado al extremo 5’. Por lo que queda unido tres grupos fosfato y una guanina ribosa. P P P^ 5’
GTP
G-Ribosa Pi
GDP
Pi La unión de trifosfato funciona de protección en contra de nucleasas y otras enzimas
La metiltransferasa agrega grupos metilo a la guanina en el grupo 7’. Y los dos primeros nucleótidos del RNA agrega: Un metilo en la base del nucleótido y en el carbono 2’ Un metilo en el carbono de 2’ del segundo nucleótido. 3’ PolyAdenina. Es colocado en el extremo 3’. En la region 3’UTR hay un sitio formado de uracilos que sirven de señal para que llegue una nucleasa y genere un corte para que llegue la enzima PolyA polimerasa e incorporar una colita de 150 – 250 adenosinas. El numero de adenosinas que se van a incorporar está definido por el gen. La polyA define la vida media del ARNm, ya que las nucleasas atacan el extremo 3’, y van quitando las adeninas. Entre mas larga la cola de adenina, mas larga la vida del ARNm.
CORTE Y EMPALME
- Dentro de los intrones hay secuencias consenso que delimitan el intrón.
- Hay nucleasas que reconocen los intrones y cortan entre dos guaninas para definir el inicio del codón y el final del intrón.
- Una vez que se delimita, se elimina el intrón y se pega el primer exón con el segundo exón, en un orden. Las RIBONUCLEOPROTEINAS PEQUEÑAS NUCLEARES (snRNP o snoRNP) son proteínas que se encargan de detener los exones y mantenerlos en su orden. Se les denomina por U1, U2, U3, U4, U5 y U6. La U1 detecta las secuencias del inicio del intrón marcando así el primer exón , y U2AF detecta donde termina el intrón y marca el inicio del segundo exón.
El corte y empalme alternativo es cuando se pueden eliminar un exón siguiendo un orden para generar variabilidad genética. Hace que un mismo gen sea interpretado de forma distinta, esto va a depender de: El exón que se tome El tejido que tome el gen.
TRADUCCION.
Es la obtención de una cadena peptídica a partir de un ARNm. El enlace peptídico es entre un grupo amino con un carboxilo Codones→ 3 bases nitrogenadas. Con la cuatro bases nitrogenadas en combinación con de 3 se generan 64 combinaciones de codones: 61 combinaciones tienen aminoácidos En el cuerpo humano hay alrededor de 400 a 500 aminoacidos 21 de los aminoácidos participan en la traducción y el resto tienen modificaciones postraduccionales 20 aminoacidos estan en el código genético. La selenocisteina no esta en el código genético pero participa en la traducción, esta tiene un RNAt con secuencia SECIS en el 3’ UTR del UGA.
En total el Codigo genético tiene 64 codones donde 61 tiene aminoácidos, y tres son codones de paro. Marco de lectura. Codon AUG→ Indica el como se va a leer el RNAm, o sea, el marco de lectura Existen al menos tres marcos de lectura. ARNm 5’ ACGGGCAUAAUGGGAUGCAUG
1. Marco de lectura 5’ ACG GGC AUA AUG GGA UGC AUG 2. Marco de lectura 5’ AC GGG CAU AAU GGG AUG CAU G 3. Marco de lectura 5’ A CGG GCA UAA UGG GAU GCA UG Se va a tomar como codón de inicio donde tenga la secuencia kosak y AUG Por lo que el marco de lectura está definido por: codón de inicio (AUG) Secuencia Kozak En la traducción el RNAm se lee de 5’ a 3’. Este elemento contiene al código genético, por lo que presenta una region anticodón la cual es la complementariedad con el codon del ARNm. La complementariedad tiene que ser muy especifica entre las dos primeras bases, la tercera base se llama de bamboleo (formación de pares de bases atípicos). La primera y segunda posición de las bases definen el aminoácidos. La tercera define / identifica si la base es una purina o pirimidina
El código genético es
REDUNDANTE y DEGENERADO.
Porque la 1 y 2 posición determinan el aminoácido Porque son varios codones que determinan el aminoacido
a.a + RNAt + ATP → Aminoacil-RNAt + AMP + PPi La adenina en el extremo 3’UTR del ARNt permite que se una el aminoacido con el RNAt. Al aminoacido se le va a presentar la Adenina del ATP para ello tiene que liberar sus dos grupos fosfatos, para que el aminoacido se una a un grupo fosfato de la adenina con su su grupo carboxilo. La adenosina del ATP unida al aminoacido permite que el aminoacido se una a la adenina terminal del RNAt (en le extremo 3’). El grupo carboxilo se une a cualquiera de los dos OH. El ATP esta para proporcionar energía a la unión, ya que el 3’ no tiene grupos fosfatso que permitan la unión. Se tiene alrededor de 50 a 60 aminoacil RNAt sintetasa. La aminoacil RNAt sintetasa tiene un sitio activo para la diferentes anticodones y pegar el aminoacido correspondiente. Esta enzima ve si es compatible el sitio activo con el RNAt y el aminoacido le corresponde. ATP – a. a 2 Pi Adenosina- P- Aminoacil adenilato RNAt
C C
P P
2’ OH
3’ OH
+ a.a 3’ Aminoacil RNAt 2 ’ Aminoacil RNAt
Iniciación. Se detecta la secuencia Kozak, el codon de inicio y se coloca la metionina. (el codon de inico funciona como un cebador). El ribosoma tiene sitios específicos: Sitio A → Sitio aminoacil. Entran los RNAt Sitio P → Sitio peptidil, donde crece la cadena peptídica, además el ribosoma tiene una apertura donde sale la cadena peptídica. Sitio E → Salida de los RNAt. Solo se encuentra en la subunidad mayot. Los sitios A y P se encuentran el a subunidad mayor y menor. Entre el sitio A y P esta una ribozima que permite la formación del enlace peptídico. Factores de iniciación de la traducción. Hay al menos 12 eIF’s perp los que se van a ver mas en la traducción son: eIF 1 eIF 2 eIF 3 eIF 4 → eIF 1, 2 y 3 se unen directamente a la subunidad menor del ribosoma. → eIF 1 y 3 se unen a la subunidad menor para mantenerla separada de la mayor. → El eIF 2 va y busca el RNAt con la metionina para colocarla en el sitio P del ribosoma. Preparación del RNAm El factor de iniciación eIF4E se une al capuchón , y una PABP se une a la cola de adenosinas (la rodean). El factor eIF4G une el eIF4E con las PABP para que la cadena de RNAm deje de ser linear y forme un circulo. El factor eIF4A no permite que se formen estructuras secundarias en el ARNm. El ribosoma se une al ARNm el cual lo rodea. En la subunidad menor tiene un sitio de RNAr que tiene complementariedad con la secuencia Kozak para empezar con la traducción, y cuando se localiza la secuencia Kozak, se coloca el ARNt con el codon de inicio en el sitio P. ¿Porque se coloca el primer ARNt en el sitio P? Porque se necesita dejar el sitio A vacio para la llegada de los otros RNAt 5’ (^) ARNm 3’ eIF4G
El ribosoma es el que se mueve. Toda la traducción se da en el Retículo Endoplasmático Rugoso. Factor TS. El factor TU esta covalentemente unido al GTP, entonces cuando se hidrolisa es incapaz de ir por otro RNAt por lo que tiene el factor TS va a regenerar el GDP. GDP → GTP. El EF-TU no sale del RER. Terminación. La elongación depende de la longitud del ARN y de los codones de paro. En el codon de paro no hay un ARNt sino un factor de liberación (RF’S). Por lo que la terminación es un proceso de liberación. El RF-1 y RF- 2 reconocen los tres codones de paro: UGA UAA UAG Los factores de liberación reconocen los codones de paro por lo que no llega ningún RNAt, entonces en su lugar llega el RF-3 unido a un GTP (es una GTPasa), esta hidroliza el enlace del RNAt con la cadena peptídica (OH-Carboxilo). La liberación de la cadena sirve como señal de desensamble, por lo que se libera el ribosoma y el ARNm. Los factores de iniciación se quedan en el ARNm para protegerlo y que este se pueda volver a usar por otro ribosoma. Existen ARNm que son utilizados por polisomas, los cuales permiten la unión de varios ribosomas al mismo tiempo sobre una sola cadena de ARNm. Cuando se necesita generar variar cadenas peptídicas a partir de un mismo ARNm se utilizan los polisomas, por ello, en el 5’UTR de ARNm hay señales que indican si va a ser leído por polisomas o no. Cuando necesita se leído por polisomas, en el extremo 5’ se une el factor de iniciación CBC. La traducción por polisomas es un proceso muy controlado.
REGULACIÓN GÉNICA.
La regulación indica en que momento se dará la expresión genética, la cantidad de genes, y como se van a expresar. Regula la expresión genética.
Función de los genes. CONSTITUTIVOS ESTRUCTURALES Son los que tiene función vital en las células. Depende de la célula. Generan: RNA’s Proteinas Los que requieren en cierto momento de la vida de la célula. Se encuentran en: Metabolismo Biosintesis Estructurales Generan: Proteína GENES REGULATORIOS. Generan→ RNA’s y proteínas. Se pueden expresar hasta proteína o quedarse en RNA En los genes estructurales, los genes regulatorios van a indican si la expresión de ciertas proteínas va a disminuir o aumentar, si va iniciar su expresión o detenerla. En los genes constitutivos, los genes regulatorios van a indicar si aumentan o disminuyen su expresión. ELEMENTOS REGULATORIOS. Regulan positiva o negativamente la expresión de un gen Se encuentran en los UTR. Son secuencias de nucleótidos que permiten la función del gen regulatorio. O sea, se encuentran en el gen. Ambos, genes y elementos reguladores, regulan positivamente (aumentan la expresión) o negativamente (disminuyen la expresión). Características de un gen estructural. Si solo se va a generar hasta ARN, el gen no va a necesitar de: 3’ UTR 5’ UTR 7’ metil Poly A
La cromatina esta formada por nucleosomas (DNA + histonas), unidos por cargas. Estructura de la cromatina. Su estructura puede ser modificada por medio de un cambio en las cargas de las histonas dependiendo de que se necesite. Fosfatos (-)→ Regulación positiva Acetilos (-)→ Regulación positiva Metilación de las histonas→ regulación positiva Si se agregan cargas negativas a las histonas se van a neutralizar y por lo tanto el ADN se separa de las histonas, haciendo que sea mas fácil de acceder a este. Entonces es una regulación positiva. Remodelado de la cromatina. Modificar las cargas del DNA para aumentar o disminuir su afinidad a las histonas: Metilacion del DNA→ Regulación negativa, genera una unión mas fuerte a las histonas. Complejos de remodelación de la cromatina. 2.NIVEL DE LA TRANSCRIPCION. Va a depender del promotor el cual indica o permite la expresión o silenciamiento del gen. Los factores de transcripción generales van a reconocer el promotor central. o Delimita el inicio del gen y recluta la polimerasa. o Es además una secuencia consenso y desestabiliza la doble hélice. Rio arriba del promotor central esta el promotor regulador. o Dentro de este hay secuencias consenso especificas que definen si el gen se va a transcribir o Las combinaciones de las cajas (OCT, GC, CAAT) van a indicar si comenzar a transcribir o no Factores de transcripción especificas o Proteínas activadoras o silenciadoras. o La silenciadoras reconocen al promotor regulador y detienen a la RNA polimerasa Los factores de transcripción se encargan de regular los genes. 10% de los genes son codificantes.
Los factores de transcripción generales llegan al promotor central, mientras que las proteínas activadoras de la transcripción se unen al promotor regulador y decide si la polimerasa comienza a transcribir. Estas proteínas se pueden encontrar muy lejos del promotor central. Al unirse al promotor regulador lo que provoca las proteínas activadoras es que el DNA se doble sobre si mismo y quede sobre la polimerasa o cerca de la polimerasa: Si es un SILENCIADOR , este se va a colocar enfrente de la polimerasa impidiendo que transcriba. Si es AMPLIFICADOR , se coloca sobre la polimerasa para que transcriba. Las proteínas tienen secuencias que indican si van sobre o enfrente de la polimerasa. En caso de que se encuentre dos genes codificantes y su promotor central con un promotor regulador, para que no haya una confusión de la polimerasa y se transcriba al mismo tiempo (y un gen no es necesario que se transcriba) hay una proteína llamada AISLANTE. Evita que promotores reguladores afecten a otros genes que no deben de expresarse. Es un impedimento, en caso de que haya genes juntos y un promotor regulador en medio. Impide que el amplificador o silenciador del gen A actúe sobre el gen B Si un gen es afectado por un amplificador o silenciador que pertenece al sitio del gen o que va en su región es una REGULACION EN CIS. Si el amplificador o silenciador esta lejos del gen (como en otro brazo del cromosoma) se dice que es una REGULACION EN TRANS. Es un estimulo que regula la expresión de muchos genes a la vez. Hay dos tipos de esta regulación: Elementos de respuesta. o Secuencias del RNA compartidas en diferentes genes para una respuesta especifica. Como los antioxidantes. Elementos de choque térmico. o Se identifican cuando hay un aumento en la temperatura corporal. COD 1 P.C P.R A P.C COD 2 Regulación coordinada
iRNA’s Permite la degradación del RNAm, cuando ya se acabo su vida media. I. El iRNA proviene de un gen que se transcribe en ambas hebras del DNA. II. La RNA polimerasa III transcribe ambas hebras. III. Se forma un RNAm de doble cadena. IV. Llega la enzima Dicer y corta la doble cadena de RNAm en pedazos pequeños V. Los pedazos pequeños se unen a unas proteínas generando el complejo RISC (Complejo de Silenciamiento inducido por RNA). VI. El RISC detecta las secuencias de Adeninas y Uracilos en el extremo 3’ UTR, y se une a las secuencias. El RISC tiene actividad ribonucleasa por lo que va a cortar el extremo 3’UTR, dejando la región codificante indefensa, y llegan las nucleasas a degradarlo. MicroRNA. Se forma igual que el iRNA. Inhibición de la traducción. El RISC se une a la parte codificante quedando una unión imperfecta entre el microRNA y el RNAm. El RISC no corta el RNAm solo se queda pegado para cuando llegue el ribosoma no pueda leer el RNAm. El ribosoma se une y no se puede liberar porque no hay secuencia de paro que leer. Es una inhibición permanente cuando no se requiere mas de esa proteina o en la defensa contra un microorganismo. Inhibición de la transcripción. Los microRNA’s forman un complejo RITS que va a interactuar con el DNA. Detectan una secuencia del DNA y se unen a el formando una triple cadena deformando la cadena. Esta deformación es detectada por una metilasa, lo que va a generar que el DNA se una mas a las histonas compactándolo mas e inhibiendo así su inscripción.
5.NIVEL DE LA TRADUCCION.
Disponibilidad para regular la traducción: Factores de iniciación Ribosomas tRNA Factores de enkigacion Proteínas de unión a 5’ UTR Proteínas de unión a 3’ UTR. 6.MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES. Cortes Acetilaciones Grupos fosfatos Grupos metilos Grupos carbonilo Carbohidratos.
