ADN, ARN, Proteínas


Estructura del ADN

Para mostrales algo que de seguro saben pero viene bien refrescar les dejo un video en portugués sobre la estructura del ADN que es fundamental para comprender la replicación y transcripción del ADN

¿Cómo se duplica al ADN y para qué?

El ADN debe duplicarse en cada ciclo celular para que cada célula hija mantenga la misma cantidad y cualidad de información. Esta replicación se produce durante la fase S del ciclo celular, es decir que cada célula antes de dividirse a través del proceso conocido como mitosis, debe duplicarse para que cada célula hija tenga exactamente la misma cantidad de ADN que la célula madre y ademas debe tener el ADN intacto es decir no haber sufrido mutaciones para que ambas celulas hijas sean iguales. El ADN para poder duplicarse, cada una de las hebras de la doble helices sirve de molde para la sintesis de una nueva. Al final de este proceso cada una de las dos nuevas cadenas de ADN tiene una cadena o hebra de nueva y la que le sirvió de molde (vieja). El Proceso de replicación es complejo y en el intervienen una serie de enzimas. Existen sitios específicos donde comienza la replicación denominados origenes de replicación. Cuando comienza se forma una burbuja de replicación que contiene dos horquillas. Un breve resumen de las enzimas que participan y como lo hacen se representa en una animación donde se pueden ver las enzimas DNA polimerasa encargada de la adición de nucleótidos por complementariedad, la helicasa que abre la horquilla, la RNA polimerasa que es quien comienza la replicación ya que puede unir dos nuclotidos libres y froma un pequeño fragmento de ARN, que luego es removido por una exonucleasa y la DNA polimerasa lo reemplaza por ADN, sellando el eje azucar fosfato mediante la ligasa.

Qué es la transcripción?

La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza un ARN usando como molde al ADN. Muchos tipos de ARN pueden ser sintetizados asì por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las bacterias y los de las celulas de animales superiores. En los organismos superiores se describe el proceso en el siguiente video.

Los genes eucariotas son complejos y discontínuos es decir que poseen regiones codificantes (que formarán parte de la proteína) y otros que son no codificantes y se remueven rapidamente antes que el ARN salga al citoplasma a ser traducido. Las regiones codificantes se llaman EXONES y las no codificantes se llaman INTRONES.

Ademas el ARN m sufre modificaciones luego de ser transcrito como la adición del Cap y la cola poly A como se ve el siguiente video

El proceso en el cual se eliminan los intrones y empalman los exones se denomina SPLICING que se ve en el siguiente video:

Organización de un gen eucariota simple (Unidad de Transcripción simple)

Gen eucariota (Unidad de transcripción simple)

Gen eucariota (Unidad de transcripción simple)

Qué es un gen? ¿Como se organiza?

La definición de gen ha ido cambiando con el tiempo. Al principio se decía que una gen era una secuencia del ADN que al trasncribirse se traducía a una proteína.

Un gen= una proteína.

Sin embargo al conocer en profundidad las proteínas éstas estaban formadas por distintos polipéptidos, cada uno codificado por un gen determinado, por lo tanto surgió un nuevo concepto.
Un gen = un polipéptido.
Más adelante al revisar el hecho de que los ARNs como el de los ribosomas, los ARN de transferencia y otros que nunca se traducen a un polipéptido pero que su información está en el ADN se pasó a decir que un Gen es una unidad de Trasncripción. Es decir una region del ADN que se trasncribe a un ARN.

Gen: Unidad de ADN que puede transcribir

o sea son genes discontinuos poseen intrones y EXONES (regiones codificantes) que luego se arreglan en el splicing.

Por lo tanto en las bacterias, los genes se organizan en OPERONES que son unidades de ADN que llevan la información para la transcripción y traducción de varios genes juntos.  Todos su genes se transcriben al mismo tiempo, todos los genes  además están relacionados en una ruta metabólica. Por otra parte no poseen intrones y exones.

Por eso los OPERONES son unidades de ADN que llevan el “promotor”  para la unión de la ARN polimerasa, un OPERADOR, o región regulatoria, donde se une el represor del operón, y los genes que serán transcriptos.

Los genes eucariotas en cambio se transcriben solos, cada uno por separado en una sola UNIDAD DE TRANSCRIPCION,  que puede ser simple o compleja, dependiendo de si ese gen (uno solo al contrario de las bacterias)  se trasncribe simpre igual en todos los tejidos o si sufre variaciones en cada tipo de célula o tejido repectivamente. O sea que un gen que se estructura como una UNIDAD de TRANSCRIPCIÓN SIMPLE es un polipéptido que se sintetiza igual en todos los tejidos.

En cambio un gen estructurado como UNIDAD DE TRANSCRIPCIÓN COMPLEJA, será un gen capaz de ser transcripto y /o traducido en forma levemente diferente en cada tejido.

Sintetizando:
Las unidades de transcripción de varios genes de las bacterias se organizan en forma de OPERON.
Un ejemplo clásico es el Operón Lactosa.
En cambio los genes eucariotas son mas complejos y se organizan como UNIDADES de TRANSCRIPCIÖN SIMPLES O COMPLEJAS como el que se muestra a la izquierda, dando origen a proteínas similiares pero específicas de tejido, como la miosina del músculo estriado y la del liso son levemente diferentes.

Los genes de las bacterias y de los organismos superiores se diferencian en su organización. Esto es debido a que el genoma bacteriano es muy pequeño y debe reducir la información al mínimo posible. Al revés, el genoma humano es tan amplio que se dice que solo el 10% posee genes, así que muchas regiones no codificantes rodean a los genes e incluso estás dentro de ellos INTRONES)

En cambio los genes eucariotas son mas complejos y se organizan como UNIDADES de TRANSCRIPCIÖN SIMPLES O COMPLEJAS como el que se muestra a la izquierda, dando origen a proteínas similiares pero específicas de tejido, como la miosina del músculo estriado y la del liso son levemente diferentes.


Imágen de http://www.loyola. escolapios. es

Imagen extractada de http://www.efn. uncor. edu

La biología molecular entonces ha sido y es aún la rama de la genética que estudia la organización de los genes, su transcripcióntraducción, y para su estudio se recurre al uso de numerosas técnicas, algunas de ellas que siguen siendo usadas constantemente. A su vez muchas de esas técnicas concluyeron por dar orígen a una nueva rama de la genética: la Ingeniería genética.

¿Qué es la traducción?

¿Qué es lo que se traduce? En realidad se traduce el lenguaje del ADN, que se lee de a bases, tanto en el ADN como en el ARN, a un nuevo lenguaje que es el de los aminoácidos que formarán un polipéptido. Por eso se dice que un gen codifica un polipéptido.

La traducción de un lenguaje a otro debe realizarla un verdadero traductor que comprenda ambos lenguajes. Este traductor es el ARN de transferencia (ARNt), ya que puede leer bases en el ARNm, a través de su anticodón que se une por complementariedad al codón del ARNm, y puede asociarse a un aminoácido gracias a la unión de realiza la aminoacil sintetaza que lo carga con su respectivo amináocido en su extremo 3′.

Cada ARNt está codificado en el ADN y hay uno para cada tipo de aminoácido, y la aminoacil sinteteza lo reconoce por esta estrucura tridimensional en forma de L. O sea que hay ARNt de lecuinas , de argininas, de serinas etc. La estructura tridimensional también le sirve para para poder asociarse a los ribosomas en el proceso de la traducción de proteínas.

En este proceso entonces participan tres tipos de ARN, el de transferencia, el ribosomal que se asocia a proteínas formando los ribosomas y el ARNm que será leído para sintetizar un polipéptido.

La estructura de los ARN mensajeros ya ha sido descripta y sabemos que la traducción comienza en un triplete de bases (AUG) llamado el codón de inicio. Este codón deterrminará entonces como se leerá el ARNm, o sea de a tripletes o codones que le siguen al AUG, por eso se dice que determina el marco de lectura del ARNm.

El código del ADN o sea el código genético:

A pesar de que solo hay 20 aminoácidos, Francis Crick descubrió que el código genético se lee de a tres bases.

Teniendo en cuenta que son 4 bases d

istintas en el ADN y eso nos daría 64 posibles

tripletes de bases o codones, muchos de ellos codifican para el mismo aminoácido y tres no cofifican para ning

uno. Los que codifican el mismo aminoácido generalmente difieren solo en una base (la tercera) y por eso se la llama redundante.

Por todo esto se descubrió luego que no era necesario que hubiera 64 ARNt para cada triplete sino que existen muchos menos ya que como la tercera base del codón del mensajero es redundante, la primera base del anticodón puede aparearse de forma no usual aceptando que algunas bases se apareen en forma anormal o se cambina quimicamente permitiendo que reconozcan a más de una tercera base. A esto de le llama apareamientotipo Wobble.

La traducción de proteínas es un proceso rápido en los procariotas casi simultáneo a la transcripción y en los eucariotas en el citoplasma con el ARNm maduro con una proteína que se une a la cola poly A (poly A binding protein) y esto colabora a que la traducción sea más eficiente.

Tiene varios pasos la inciación en la que difieren las bacterias de los organismos superiores y el resto de las etapas son iguales en ambos organismos. Las siguientes etapas son la elongación y translocación que son seguidas una de otra, dónde comienza a crecer la cadena polipeptídica y la terminación que es el fin de la traducción cuando aparece un codón de stop (UGA; UAA Y UAG).

Los procesos se reunen en los siguientes esquemas

Este es el inicio de la traducciónen procariotas

La elongación y translocación del ribosoma o sea que se corre un triplete mas hacia el extremo3′ del mensajero

Finalización de la traducción de la cadena de polipéptidos

Mutaciones de punto

Las mutaciones son alteraciones en la secuencia de nucleótidos del DNA. Estas alteraciones pueden producirse por diversas causas, y afectar a un par de bases solamente, en cuyo caso se denominan mutaciones de punto, o a más de un par de bases. Las causas pueden ser las radiaciones ultravioletas, altas temperaturas, radiaciones ionizantes, compuestos químicos, y a veces por errores en la replicación y/o reparación del DNA.

En líneas generales se clasifican en:

  • transiciones: Purina por purina y pirimidina por pirimidina
  • transversiones: Purina por pirimidina y pirimidina por purina

Las mutaciones de punto se clasifican en tres grandes grupos según sus efectos en la codificacion del ARNm:

A) Desvían el marco de lectura

Para que las mutaciones de punto desvíen el marco de lectura, deben encontrarse dentro de la región codificante de un gen, es decir entre el codón de inicio AUG (quien establece dicho marco) y el codón de stop.

Adiciones

La adición o agregado de una base en el DNA que codifica una determinada proteína, provoca el corrimiento del marco de lectura, es decir se constituyen nuevos codones, desde el sitio donde se incorpora la base adicional, hacia el extremo 3′ del mRNA. Esto es debido a que el mensajero es leído por los ribosomas de a tripletes, pero no hay ni un punto ni una coma que diga que este es el principio o fin de codón. La maquinaria solo sigue leyendo y al haber una base más todos los codones se modifican. Estas mutaciones generan una proteína diferente a la original, parcial o totalmente, dependiendo del sitio de la mutación.

Deleciones

La deleción o pérdida de una base dentro de la región codificante de un gen, ocasiona el cambio en el sentido de los codones desde el lugar donde se pierde una base hasta el extremo 3′ del mRNA. Al igual que las adiciones se produce como resultado una proteína diferente a la originalmente codificada.


Analizando lo que dijimos anteriormente, las que desvían el marco de lectura son las más graves de todas las mutaciones de punto, ya que como en el mRNA se lee la información en forma de codones, todas las bases que se encuentren después de la mutación se corren, y por lo tanto todos los codones siguientes se modifican, produciéndose una proteína final con una secuencia de aminoácidos totalmente distinta a la original.

B) No desvían el marco de lectura

Sustituciones

Cambio de una base por otra. Las sustituciones a su vez, se clasifican de acuerdo a si cambian o no el sentido o significado del codón en:

a) Mutaciones silenciosas:

Son aquellas sustituciones que no causan ningún cambio en el aminoácido que codifica el codón afectado o si cambian el aminoácido del codón afectado pero no afectan la actividad de la proteína. Estas últimas se llaman “Neutras”.

b) Mutaciones de sentido erróneo:

Son las sustituciones que generan el cambio de un aminoácido y que en general alteran la funcionalidad de la proteína codificada originalmente.

Mutaciones sin sentido

Se denominan así a las sustituciones que crean un codón de stop o codón sin sentido (UAA, UAG y UGA), ocasionando una proteína más corta de lo normal.

Lo más grave que pueden producir las sustituciones de una base es que se incorpore un aminoácido distinto, pero una cadena proteica prácticamente similar. Todo esto depende de cual sea la base sustituida, ya que si la base en cuestión es la tercera de un codón lo más probable es que no pase nada (mutación silenciosa), ya que esta es irrelevante en la mayoría de los casos, y probablemente se introduzca el mismo aminoácido.
La sustitución en la primera o segunda base de un codón, es más grave y puede generar la incorporación de otro aminoácido al codificado originalmente (mutación de sentido erróneo).
En el caso de generar un codón de stop (mutación sin sentido) la consecuencia es grave, ya que se produce una proteína terminada prematuramente, dependiendo de dónde esté ubicado el codón, cerca del extremo 5′ o del 3′ del mRNA.

24 Respuestas a “ADN, ARN, Proteínas

    • Stefanía todo depende de si está o no dentro del marco de lectura del ARNm que esta marcado por el codon de inicio. Si esta dentro del marco de lectura , la proteina tendria un aminoácido mas o uno de menos, pero si no está en el marco de lectura, podría cambar el siginificado de los tripletes de toda la prote+ina y dar una totalmente distinta a la orginal.
      Saludos

  1. Como es que una proteina que carece de material hereditario puede infectar a otro organismo y luego multiplicarse para dar resultado una enfermedad??

  2. Hola! Me podrias ayudar con esto? tengo dos proteinas llamadas X, y Z, y la diferencia es que cambia solo UN aminoacido, que tipo de mutacion seria ?

    Yo puse mutacion de sentido cambiado, lo que quiero saber es que pasa con el adn, y el arn en estos casos por el cambio en la secuencia de aminoacidos.

    GRACIAS! :)

    • No todo el adn lleva infromación para proteínas, solo se trasncribe a un mesnajero la información necesairia para la síntesis de proteínas y el ADn esta protegido en el nulceo en cambio el mensajero es que sale al citoplasmsa y si se degrada se seintetiza mas

    • No sé a que te referis con proteínas que posee el ARN mesnajero, porque no tiene. Se le asociacian proteínas para cumplir funciones pero el ARNm en sí no las tiene. Podes espeificar mas?

  3. ¿Es posible que el proceso de transcripcion, traduccion, etc. vaya en reversa, es decir, que de las proteinas podamos obtener el ARN y luego el ADN?

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