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Lehninger. Principios de Bioquímica
Replicación
TranscripciónTraducción
Proteína
El
dogma central
de la
Biología Molecular
En
la
transcripción,
la
información
almacenada
en
forma de DNA, es transferidaal RNA.
2
RNA
El
RNA
es
un
polímero
lineal
formado
por
ribonucleótidos
unidos
entre
sí
por
enlaces
fosfodiéster 5’-3’. •
El azúcar es ribosa.
Las bases nitrogenadas que lo componen son adenina, uracilo, citosina y guanina. •
Las moléculas de RNA son monocatenarias pero pueden existir apareamientos de bases A-U y C-Gdentro de la misma cadena debido a la existenciade horquillas y bucles. •
El DNA de hebra simple puede hibridar con RNA mediante los siguientes emparejamientos:
A-UT-AC-GG-C
3
TIPOS DE RNA
RNA
mensajero
(mRNA).
Transporta
la
información
genética
desde
el
DNA
hasta
los
ribosomas.
RNA ribosómico (rRNA). Constituye los ribosomas.80% del RNA total.
RNA
de
transferencia
(tRNA).
Transporta
los
aminoácidos durante la síntesis de proteínas.
Otros tipos (microRNA, snRNA, snoRNA).
4
TRANSCRIPCIÓN
5
TRANSCRIPCIÓN
La molécula de DNA de hebra doble es un archivo de la información.
Las moléculas de RNA de hebra simple son transportadores de la información
6
CONCEPTO DE GEN
Un gen está formado por
uno o varios fragmentos de DNA
que contienen la información necesaria para que se sinteticeuna molécula funcional.
La
mayor
parte
de
los
genes
codifican
proteínas
pero
algunos codifican rRNA, tRNA u otros tipos de RNA.
Los
genes
están
formados
por
regiones
codificadoras
y
regiones
no
codificadoras.
Intrones:
secuencias
no
codificadoras que interrumpen las secuencias codificadoras.
7
Un mismo gen puede dar lugar a miles de moléculas idénticas de RNA o auna sola molécula de RNA dependiendo de las necesidades de la célula en
cada momento.
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GENES SIN INTRONES
En procariotas, los genes carecen de intrones.
En los genes sin intrones:
la secuencia del gen de una proteína se
corresponde con la de su RNA mensajero.
la
secuencia
de
un
gen
de
tRNA
se
corresponde con la del tRNA maduro
la
secuencia
de
un
gen
de
rRNA
se
corresponde con la del rRNA maduro.
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TRANSCRIPCIÓN
Síntesis de RNA usando DNA como molde.
Catalizada por RNA polimerasas.
Dirección de síntesis 5’-3’.
Síntesis favorecida por la hidrólisis de PPi
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+
5’-AATGCACGGACTAAGCTTAGCTACGAA-3’
Cadena codificadora
3’-TTACGTGCCTGATTCGAATCGATGCTT-5’
Cadena molde
Transcripción
5’-AAUGCACGGACUAAGCUUAGCUACGAA-3’
RNA
La secuencia del RNA es la misma que la de la cadena codificadora del DNA pero con U en lugar de T.
TRANSCRIPCIÓN
15
Información genética en el genoma
Algunos RNAs están codificados por una hebra del cromosoma y otros por la hebra complementaria.
16
REACCIÓN CATALIZADA POR LA RNA
POLIMERASA
Se produce un ataque nucleofílico del grupo 3’-OH del extremo de la cadena de RNA sobre el fosfato más interno del NTP recién llegado.
RNA
RNA
Cadena molde de DNA
Cadena molde de DNA
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CARACTERÍSTICAS
DE LAS RNA POLIMERASAS
Requieren:
- Un molde. El molde preferente es una cadena de DNA perteneciente a
un dúplex.
- Los 4 NTPs (ATP, UTP, CTP y GTP).-Un ión metálico divalente: Mg
2+
.
No requieren iniciador o “primer”. Pueden sintetizar RNA “de novo”.
No tienen actividad nucleasa y, por tanto, no corrigen errores.
Enunciar analogías y diferencias entre replicación y transcripción.
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La RNA polimerasa cataliza las siguientes etapas de la transcripción:
Iniciación
Elongación
Terminación
Realiza las siguientes funciones:
Localiza en el DNA los centros de iniciación o promotores de latranscripción (elementos cis).
Desenrolla un tramo corto de DNA dúplex para producir un molde deDNA de hebra simple.
Cataliza la formación del enlace fosfodiéster.
Localiza las señales de terminación de la transcripción del gen.
Interacciona con proteínas activadoras y represoras de la velocidad detranscripción (elementos trans).
RNA POLIMERASAS EN PROCARIOTAS
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RNA POLIMERASA DE
E. coli
Oligómero formado por 4 tipos de subunidades:
α
2
ββ
σ.
La subunidad
σ
localiza la secuencia promotora y,
posteriormente, se disocia del resto del enzima.
La RNA polimerasa sin subunidad
σ
se denomina núcleo
del enzima
α
2
ββ
El centro catalítico se encuentra en el
núcleo del enzima.
20
Identificación de secuencias de DNA que unen
proteínas: “footprinting”
25
ELONGACIÓN
La burbuja de transcripción se va desplazando a lo largo del DNA.
A medida que el RNA va creciendo por su extremo 3’, se va despegando del DNA por su extremo 5’. La hélice híbrida DNA-RNA es de unos 8 pb y laregión de DNA desenrollado es de 17 pb.
Hebra molde
Hebracodificante
Punto de elongación
RNA en
crecimiento
Hélice híbrida
RNA-DNA
Desplazamientode la polimerasa
enrollado
desenrollado
RNA polimerasa
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TERMINACIÓN
Se conocen dos mecanismos:
Terminación
simple.
Se
transcribe
una región palindrómica rica en GCseguida de una zona rica en AT. Eltranscrito es autocomplementario enesa zona y forma una horquilla queprovoca la liberación del RNA delmolde.
Terminación
dependiente
de
ρ
.
La
proteína
ρ
,
que
es
una
helicasa
dependiente
de
ATP,
provoca
la
terminación
por
un
mecanismo
desconocido.
Terminación simple o independiente de
ρ
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SECUENCIA DE TERMINACIÓN
28
TERMINACIÓN DEPENDIENTE DE Rho
29
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
En procariotas, la transcripción y la traducción se llevan a caboen el citoplasma mientras que en eucariotas la transcripción serealiza en el núcleo y la traducción en el citoplasma.
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
30
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
En procariotas, la transcripción y la traducción se llevan a cabo en elcitoplasma mientras que en eucariotas la transcripción se realiza en elnúcleo y la traducción en el citoplasma.
Ribosoma^ Proteínanaciente
Núcleo Citosol RibosomaProteínanaciente
Transcritoprimario
Procesamiento
Transporte
PROCARIOTA
EUCARIOTA
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TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS •
En procariotas, hay una sola RNA polimerasa mientras queen eucariotas hay 3 tipos de RNA polimerasa dentro de cadacélula:
RNA polimerasa I. Sintetiza los RNAs ribosómicos.
RNA polimerasa II. Sintetiza los mRNAs.
RNA polimerasa III. Sintetiza los tRNAs, un rRNA y algunosotros RNAs especializados.
32
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
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MODIFICACIONES POST-TRANSCRIPCIONALES
EN PROCARIOTAS
mRNA.
No
se
modifica.
Se traduce a medida que se va
sintetizando.
tRNA
y
rRNA. Se originan por escisión y modificación de
determinados
transcritos
primarios.
Las
principales
modificaciones son:
A) Corte de los transcritos primarios (RNasas específicas).-Por ejemplo, en E. coli, a partir de un único transcrito seobtienen 3 tipos de rRNA y 1 tRNA.
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MODIFICACIONES POST-
TRANSCRIPCIONALES EN PROCARIOTAS •
B)
Adición de nucleótidos al extremo 3’. •
Por ejemplo, adición de CCA al extremo 3’ de moléculasde tRNA.
C)
Modificación de bases nitrogenadas. •
Por ejemplo, en las moléculas de tRNA se encuentransiempre bases poco frecuentes como pseudouridilato oribotimidilato.
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MODIFICACIONES POST-TRANSCRIPCIONALES
EN EUCARIOTAS
Todos los transcritos primarios en eucariotas sufrenmodificaciones.
Los
mRNAs
son los que sufren modificaciones más
amplias:
A) Adición de “cap” al extremo 5’.
B) Adición de una cola de poli(A) al extremo 3’.
C) Splicing (maduración por corte y unión). Eliminaciónde intrones.
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ADICIÓN DE 5’-CAP AL mRNA
5’ del RNA en síntesis
fosfatasa
guanil
transferasa
metil
transferasa
metil
transferasa
3’
pppN
1
N
2
...
Pi
ppN
1
N
2
...GTP
PPi
GpppN
1
N
2
...
(+)
CH
3
-GpppN
1
N
2
...
(+)
CH
3
-GpppN
1
N
2
...
│ │
H
3
C
CH
3
5’
7-metil-guanosina unida por unenlace 5’,5’- trifosfato a la ribosadel
primer
nucleótido
de
los
mRNAs eucariotas. •
Estabilizan
el
mRNA
y
lo
protegen de 5’-exonucleasas. •
Identifican los mRNAs, facilitan su procesamiento y transporte. •
Facilitan
la
traducción
porque
sirven de anclaje a los ribosomas.
Lehninger. Principios de Bioquímica
41
ADICIÓN DE LA COLA DE POLI(A) AL
EXTREMO 3’ DEL mRNA
42
ADICIÓN DE LA COLA DE POLI(A) AL
EXTREMO 3’ DEL mRNA
Las moléculas de mRNA eucariotas contienen una cola de poli(A)en su extremo 3’ que no está codificada en el gen.
Una endonucleasa específica que reconoce secuencias AAUAAArompe los transcritos primarios 10 a 20 nucleótidos más abajo deesta secuencia.
La poliA polimerasa añade 50-250 residuos de A al extremo 3’ deltranscrito; el ATP es el dador de los adenilatos.
Función:
Protección del extremo 3’ frente a las exonucleasas.
Aumenta la eficacia de la traducción.
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DISTRIBUCIÓN DE EXONES E INTRONES DE
LOS GENES HUMANOS FACE-1 Y FACE-
40
10
20
30
0
kb
I^
II
III
IV V
VI
VII
VIII
IX
X
FACE-
IV
III
V VI
VIII
VII
II
I
1
2
3
4
0
kb
IVIII
VVI
VIII VII
FACE-2III
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SPLICING
(Maduración por corte y unión)
Proceso por el cual se eliminan los intrones del transcritoprimario y se unen los exones entre sí para dar lugar al RNAmaduro.
Existe en la mayoría de los genes eucariotas y en muy escasosgenes procariotas.
Tiene lugar en los spliceosomas, constituidos por pequeñaspartículas de ribonucleoproteína nuclear (snRNPs).
Los spliceosomas reconocen secuencias específicas del principioy el final del intrón que especifican los puntos de corte.
El
splicing
comienza
a
medida
que
el
mRNA
va
siendo
sintetizado.
El splicing implica dos reacciones de transesterificación.
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Reordenaciones de los emparejamientos:
- U6 se disocia de U4 y se empareja con U2.
U2/U6= centro catalítico del spliceosoma
- U1 se disocia del sitio de splicing 5’.• U5 se empareja con secuencias del exón.
50
1ª transesterificación: • el 2’-OH de la A del sitio de ramificación ataca al sitio 5’.• el extremo 5’-OH del intrón se une con el 2’-OH de la A del
sitio de ramificación
Æ
el intrón forma un lazo.
- el extremo 3’-OH del exón queda libre.
51
2ª transesterificación: El extremo 3’-OH del exón ataca al sitio de splicing 3’ Æ
Los exones se unen y el intrón queda libre en forma de lazo.
52
•Los exones son liberados del spliceosoma•las snRNPs se disocian del intrón•el intrón es rápidamente degradado
53
Splicing de los mRNAs eucariotas por el espliceosoma
54
55
INTRONES
- Grupo I: algunos mRNAs, tRNAs y rRNAs de protozoos y
de mitocondrias y cloroplastos de hongos y plantas.AUTOPROCESADOS. Guanosina=cofactor.
- Grupo II: mRNA de mitocondrias y cloroplastos de
hongos, algas y plantas.AUTOPROCESADOS
- Intrones de RNAs nucleares: spliceosoma.4. Intrones de algunos tRNAs. Varios enzimas:
endonucleasa, fosfodiesterasa, quinasa, ligasa.
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Autoprocesamiento de intrones del Grupo I
El 3’ OH de la guanosinaactúa como nucleófiloatacando el fosfato en elsitio de splicing 5’El 3’ OH del exón 5’ se convierteen nucleófilo atacando el fosfatoen el sitio de splicing 3’
Transcritoprimario Intermediario RNA procesado
Lehninger. Principios de Bioquímica
61
El mRNA eucariota debe ser exportado al
citoplasma
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La polinucleótido fosforilasa puede formar
polímeros de RNA de secuencia aleatoria
(
)
(
)
1
NMP
NDP
NMP
P
n
n
i
Z
Z
X
YZZ
Fue el primer enzima sintetizador deácidos nucleicos decubierto.
No utiliza molde
Æ
secuencia
aleatoria.
Función natural: degradación delRNA.
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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959
"for their discovery of the mechanisms in the biologicalsynthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid"
Severo Ochoa
½ of the prize
USA
Arthur Kornberg½ of the prizeUSA
New York University
College of Medicine
New York, NY, USA
b. 1905
(in Luarca, Spain)
d. 1993
Standford UniversityStanford, CA, USA.b. 1918
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Lehninger. Principios de Bioquímica
Replicación
TranscripciónTraducción
Proteína
El
dogma central
de la
Biología Molecular
En
la
transcripción,
la
información
almacenada
en
forma de DNA, es transferidaal RNA.
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Dogma central de la Biología Molecular (ampliado)
Replicación
del DNATranscripción
Traducción
Proteína
Transcripción
reversa
Replicación
del RNA
Lehninger. Principios de Bioquímica
66
Utilización de transcriptasa reversa para
obtener cDNA
IV
III
V
VI
VIII
VII
II
I
exones
DNA
Pre- mRNA
mRNA maduro
AAAA
TranscripciónMaduración
TTTTAAAA
Transcripción reversa
cDNA
