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Biología molecular
1 er Parcial
Biología molecular
Alberto Gómez Esteban
2º Medicina
Alberto Gómez Esteban & Laura del Olmo 1

Biología molecular
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Índice de contenidos
Tema 1. Estructura y características del DNA________________________3
Tema 2. Organización del DNA: Genoma y epigenoma_______________18
Tema 3. Replicación____________________________________________24
Tema 4. Transcripción__________________________________________30
Tema 5. Traducción____________________________________________46
Tema 6. Regulación de la expresión génica_________________________57
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Tema 1. Estructura de los ácidos nucleicos.
Tipos y funciones
Dogma central
El dogma central de la biología molecular habla del flujo de información
genética contenida en el DNA, que esta implicado en la autocopia y en la
transcripción en su camino hacia la síntesis de proteínas.
La síntesis de proteínas no está necesariamente asociada a la división celular
ya que pueden requerirse proteínas en fase de quiescencia del ciclo celular,
por ejemplo para renovar proteínas de la célula, o para formar producto de
secreción.
Las proteínas diferencian tipos celulares, cosa que el DNA no puede hacer ya
que es el mismo en todos los tipos celulares, pero la expresión de unas u otras
proteínas determina la morfología y funcionalidad de las células.
Componentes estructurales
Disponemos de dos ácidos nucleicos: DNA y RNA
Los elementos comunes a ambos son:
− Pentosa, que será ribosa o desoxirribosa. Los carbonos son
nombrados con numeración N’ (1’, 2’ ,3’ ,4’ ,5’)
− Bases nitrogenadas. Existen dos tipos de ciclos
Purinas. Dos ciclos (N 9’ ). Adenina y Guanina.
Pirimidinas. Un ciclo (N 1’ ). Citosina, Timina y Uracilo.
Si unimos la pentosa a la base mediante un enlace N-Glucosídico
dispondremos de un nucleósido.
El enlace N-Glucosídico se establece entre el C 1 ’ de la pentosa y el N 9 ’
(purinas) o N1’ (pirimidinas).
Nomenclatura del nucleósidos: Adenosina, Citidina, Guanosina, Timidina,
Uridina.
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Un nucleótido se forma al establecerse un enlace éster fosfórico el cual se
produce entre un fosfato y el C 5 ’ de la pentosa.
Nomenclatura de nucleótidos: Adenilato (A), Citilidato (C), Guanilidato (G),
Timidilidato (T), Uridilidato (U).
Los nucleótidos también pueden estar en sus formas di y trifosforilados. Estos
nucleótidos fosforilados sirven de vector energético y como monómeros de las
cadenas de DNA y RNA.
Los nucleótidos polimerizan mediante uniones que se conocen como enlaces
fosfodiéster que se lleva a cabo mediante carbonos 3’-5’. El primer nucleótido
deja libre su carbono 5’ y el ultimo su carbono 3’ de forma que afirmamos que
la dirección de síntesis es 5’→3’.
Generalidades del DNA
Función
La función del DNA es la de almacenar la información genética, lo que sirve
para programar en el tiempo y el espacio la biosíntesis de componentes
celulares, es decir, cuando la célula necesite una proteína, el DNA se
encargara de promover su fabricación. También define la individualidad de
cada organismo.
Composición
− Su azúcar es la desoxirribosa
− Sus bases nitrogenadas son Adenina, Guanina, Citosina y
Timina.
− Tiene gran tamaño (109 Daltons)
− No es una molécula lineal aislada, sino que es bicatenaria en
forma de doble hélice con giro dextrógiro
Claves estructurales
Composición 1-1-1 (1 base – 1 fosfato – 1 azúcar)
Se trata de una molécula anfipática. El grupo fosfato es hidrófilo
mientras que las bases y el azúcar son hidrófobas y se disponen hacia el
interior.
La difracción de rayos X ayudó a establecer el modelo de doble hélice.
Un análisis químico nos aporta que hay el mismo numero de purinas
que de pirimidinas, también nos informa de que el apareamiento es
(A - T / G - C).
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Las dos cadenas son antiparalelas (5’ – 3’ se aparea con 3’ – 5’) y se
aparean mediante puentes de hidrogeno entre bases complementarias.
Estructura
− Timina aparea con Adenina mediante 2 puentes de hidrógeno
(A=T)
− Citosina aparea con Guanina mediante 3 puentes de hidrógeno
(C≡G)
Hacia el interior del DNA quedan las partes mas apolares (BN + pentosa)
El diámetro de la doble hélice es de 2 nm en toda su longitud. Entre dos pares
de bases en la escalera hay 0,34 nm y un desfase de 36º.
El desfase de 36º causa que cada vuelta de hélice (360º) contenga 10 pares
de bases, así pues, la distancia entre una vuelta de hélice y la siguiente es de
34 nm.
Hay un surco mayor y un surco menor. Estas zonas son importantes, ya que
en algunas zonas del surco mayor existen interacciones con proteínas, con
función reguladora promotora de genes.
Los surcos surgen ante la siguiente estructura química del DNA:
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Aparte de ésta estructura (B-DNA) existen otras estructuras menos comunes.
Las diferentes estructuras de organización del DNA son las siguientes:
− A-DNA
− Z-DNA
− B-DNA
Si comparamos el B-DNA con el A-DNA, observamos que las bases del B-
DNA son perpendiculares al eje mientras que las del A-DNA están mas
inclinadas.
En un corte transversal encontramos que el B-DNA tiene bases mas
concentradas y el A-DNA es menos denso.
El A-DNA se encuentra como forma deshidratada con altas concentraciones de
sales en el medio.
En cambio si comparamos el Z-DNA con el B-DNA encontramos que el B-DNA
es dextrógiro y el Z-DNA es levógiro.
El Z-DNA se encuentra en ocasiones en nuestras células como modo de
regulación, ya que en esta configuración el surco mayor queda inaccesible para
las proteínas reguladoras, inutilizando el gen. Suele darse en regiones de
Guanina y Citosina ante condiciones concretas del medio.
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Propiedades
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El DNA se trata de un ácido muy cargado negativamente (polianión) debido a
los fosfatos presentes en su estructura. Esta característica hace que pueda
interaccionar con cationes como magnesio (Mg), calcio (Ca) y en condiciones
patológicas por ejemplo puede interaccionar con plomo (Pb).
También puede interaccionar con proteínas básicas como las histonas,
encargadas de estabilizar su plegamiento en el núcleo. Al interaccionar con
cargas positivas que neutralizan sus cargas negativas el DNA se pliega.
Es una molécula muy estable debido a sus numerosos puentes de hidrógeno
establecidos cada par de bases. Los DNA mas estables son los más ricos en
citosina y guanina debido a que entre estas bases se establece triple enlace, a
pesar de ello los DNA de organismos superiores no son especialmente ricos en
C y G por lo que son más inestables.
Es una estructura de tipo cooperativo debido a los mencionados puentes de
hidrógeno, y a las interacciones hidrofóbicas establecidas entre bases
contiguas de una misma hebra.
El DNA tiene una alta viscosidad debido a que se trata de una estructura muy
alargada y de elevado peso molecular. El DNA por tanto cuando se pliega
disminuye su viscosidad debido a que se compacta.
Una importante característica es que absorbe luz a 260 nm, debido a sus
bases nitrogenadas. Las bases nitrogenadas libres absorben mas luz que
aquellas que forman parte del DNA debido a que la organización estructural
interfiere en la absorción de luminosidad. Esto ayuda a detectar si el DNA esté
en estructura nativa o desnaturalizado. A la mayor absorción de luz del DNA
desnaturalizado se denomina “efecto hipercrómico”.
Decimos que un DNA esta desnaturalizado cuando ha perdido la estructura
duplohelicoidal nativa. Se produce en los siguientes pasos:
1. DNA duplohelicoidal nativo
2. Se produce una perturbación que provoca una desnaturalización local
3. DNA monocatenario desnaturalizado
Si el DNA es una estructura cooperativa, los primeros pasos para la
desnaturalización local son muy lentos, pero a partir de ahí, una vez producidos
la desnaturalización se da muy rápidamente. Los agentes desnaturalizantes
son los siguientes entre otros:
Calor. El calor aumenta la vibración de las moléculas, y desestabiliza los
puentes de hidrógeno lo que causa la separación de ambas hebras.
pH extremos. Ioniza los grupos funcionales de las bases nitrogenadas
lo que causa la ruptura de los puentes de hidrógeno.
Variación de la fuerza iónica
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Agentes desnaturalizantes. Como detergentes, urea, etc…
La desnaturalización del DNA se realiza mediante la “curva de fusión” que
enuncia que al principio es difícil la desnaturalización, pero una vez se inicia la
desnaturalización esta se realiza de forma prácticamente inmediata. Estas
curvas de fusión se construyen midiendo la absorbancia del DNA con respecto
al tiempo una vez se realiza la perturbación.
Definimos la T m (temperatura de fusión o desnaturalización) como la
temperatura a la que se desnaturaliza la mitad del DNA (50%). Esta
temperatura depende inicialmente del medio, y una vez fijado éste, únicamente
dependerá de la proporción de A/T y C/G presentes en el DNA debido a la
diferencia de estabilidad de los puentes de hidrógeno entre ambos tipos de
bases.
Mientras que las proteínas una vez desnaturalizadas, teóricamente son
renaturalizables pero es muy difícil revertir esta desnaturalización, en cambio el
DNA es posible prácticamente siempre de renaturalizar.
El proceso de renaturalización del DNA comienza de forma lenta pero se lleva
a cabo de forma muy rápida una vez iniciada, y se suele hacer con frío.
Este proceso es muy importante debido a que nos ayuda a conocer la similitud
entre dos DNA de distinto origen, es decir:
a. Tenemos dos hebras de DNA muy diferentes, si las desnaturalizamos
y renaturalizamos dispondremos de las mismas hebras (no se aparean
entre hebras de distinto origen, es decir, no se produce hibridación)
b. Tenemos dos hebras de DNA de procedencias distintas pero muy
similares, si desnaturalizamos y renaturalizamos dispondremos de
hebras hibridadas, o mezcladas.
Esto ayuda a diagnosticar ciertas enfermedades genéticas al comparar genes
potencialmente patológicos con los de personas sanas.
Superenrrollamiento del DNA
Con la estructura de doble hélice desplegada, el DNA no cabria en la célula,
por lo que se debe compactar mucho más para caber dentro de las células. La
estructura más común es lo que se denomina DNA superenrrollado y se da en
organismos procariotas.
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El superenrrollamiento es un cruzamiento superior a la doble hélice. Si
imaginamos un DNA bacteriano circular, al que estiramos y enrollamos, sería el
superenrollamiento del que hablamos:
Superenrrollamiento negativo. En sentido levógiro, en sentido
contrario al DNA y es mucho más estable y permite el desenrrollamiento
rápido del DNA
Superenrrollamiento positivo. En sentido dextrógiro, en el mismo
sentido del DNA, es poco común ya que queda en forma muy tensa e
inestable.
A esta estructura se la suele conocer como superhélice. Al DNA superestirado
le cuesta mucho avanzar en electroforesis, pero si está superenrrollado será
más compacto que el DNA relajado, lo que sirve para cuantificar la proporción
de DNA superenrrollado en la célula.
Hay enzimas celulares que regulan el enrollamiento, positivo o negativo y el
desenrrollamiento del DNA que denominamos topoisomerasas.
Niveles de organización
En organismos eucarióticos el DNA debe estar aun más compactado ya que
debe caber en el núcleo, y en ocasiones estructurarse en cromosomas.
El material nuclear está formado fundamentalmente por cromatina, la cual a su
vez está formada fundamentalmente por DNA, histonas y el resto de proteínas
que se engloban todas dentro de las siglas PNH (Proteínas No Histonas) que
pueden ser de todo tipo, las hay que estabilizan el DNA, participan en la
transcripción, etc…
Las histonas son las proteínas más importantes que ayudaran a plegarse al
DNA, y pertenecen a 5 clases en prácticamente todo tipo de organismos
H1. Rica en Lys
H2A, H2B. Ricas en Lys
H3. Rica en Arg
H4. Rica en Arg
Son proteínas básicas que ayudan a la organización del DNA en la estructura
nucleosomal, que es una estructura periódica en la que se repite un fragmento
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denominado nucleosoma, que consta de unos 200 pares de bases de DNA y
contiene además:
− 2x (H2A, H2B, H3, H4)
− 1x H1
Se denomina también fibra de 10 nm. Se compone por un “core” o núcleo de
DNA unido a histonas y una fibra de DNA desnudo llamado “linker” o
espaciador.
El core nucleosomal esta formado por un tetrámero de histonas H3 y H4 y dos
dímeros de H2A y H2B estructura completa que se denomina como octámero
de histonas. El DNA rodea esta estructura por fuera de la misma
interaccionando con las cargas positivas de las histonas, realizando un
arrollamiento levógiro equivalente al superenrrollamiento negativo de las
bacterias.
La histona H1 se coloca interaccionando con el DNA de fuera cerrando esa
estructura para estabilizar de forma definitiva el superenrrollamiento.
Este tipo de estructura en nucleosoma es aun insuficiente para que el DNA
quepa en la célula, por lo que es preciso otro nivel superior de compactación
conocido como solenoide o fibra de 30 nm, lo cual se forma cuando esta
estructura nucleosomal se arrolla en torno a un eje imaginario formando una
estructura helicoidal con unos 6 nucleosomas por vuelta.
Para la estructura de solenoide se precisan PNH.
Los grados de compactación a partir del solenoide no se conocen con detalle.
DNA mitocondrial
La mayor parte del DNA en los organismos eucarióticos se encuentra en el
núcleo, pero una pequeña parte de este DNA se localiza en las mitocondrias.
El DNA mitocondrial es más pequeño con 16.569 pares de bases y es
completamente diferente del nuclear, ya que es circular y cerrado, muy similar
al bacteriano y con escasas interacciones con proteínas
Suele haber entre 3 y 10 moléculas de DNA por mitocondria, y tiene también
muy pocos genes (sobre 37) que codifican diferentes RNA mitocondriales y
toda una serie de proteínas las cuales en su mayoría pertenecen a la cadena
respiratoria.
Este DNA es muy importante ya que variaciones en algunos genes pueden
producir patologías importantes, en general de tipo neurológico (p.e. Parkinson,
distonía…)
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Estructura y características de los RNA
Los RNA se sintetizan a partir de una secuencia de DNA y tenemos tres tipos
principales:
− RNA mensajero (mRNA). Tiene función en la síntesis de proteínas.
Representa aproximadamente el 5% del RNA. Es muy inestable
− RNA transferente (tRNA). Tiene función en la síntesis de proteínas.
Representa aproximadamente el 15% del RNA
− RNA ribosómico (rRNA). Tiene función estructural en la formación de
ribosomas. Representa aproximadamente el 80% del RNA
A diferencia del DNA los RNA están localizados en el citoplasma, la parte
mayoritaria en ribosomas, otra parte circulante por el citoplasma, y la mínima
parte en el núcleo.
Los eucariotas, concretamente los animales en la mayor parte de las tienen
mucha mas cantidad de RNA que de DNA (8:2), aunque depende de su
síntesis de proteínas. En aquellas células que sintetizan muchas proteínas esta
diferencia es muy marcada, pero en otras células como las musculares la
proporción es más baja.
El RNA suele ser monocatenario, apareciendo bicatenario solo en algunos
virus.
Las diferencias con el DNA son:
Composición de bases. La mayor parte de los RNA tienen uracilo en
vez de timina.
Pentosa. Ribosa en lugar de desoxirribosa.
Longitud. Las longitudes del RNA son mucho mas variables que el
DNA aunque siempre más pequeñas (65 a miles de nucleótidos)
Estructura. Al ser monocatenarios no necesitan complementariedad de
bases, pero es frecuente que aparezcan estructuras complementarias en
una misma cadena de RNA, lo que causa la existencia de tramos en
horquilla.
En estas estructuras la zona apareada se denomina brazo y la zona
desapareada se llama bucle. Esta estructura se suele presentar en
aproximadamente un 50% de la cadena de RNA.
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La doble hélice que se forma en las horquillas es muy similar a la forma
A-DNA que no existe fisiológicamente en el organismo. La similitud se
debe al apareamiento (A-U), diferente al (A-T).
Este tipo de estructura se pliega para dar lugar en los ribosomas a
estructuras globulares similares a las proteínas
RNA mensajero
El mRNA tiene como función codificar las proteínas, de manera que la parte
más importante de un mensajero es lo que denominamos codón: el triplete que
codifica un aminoácido en la proteína, y es la parte funcional del mRNA.
Los mRNA tienen por lo tanto una longitud muy variable dependiendo de la
proteína que codifiquen, de forma que son muy variables en tamaño, y muy
heterogéneos.
Hay una gran diferencia en bacterias y en eucariotas. En bacterias los mRNA
suelen llevar información para varias proteínas (RNA policistrónico: contiene
varios genes).
El RNA bacteriano suele tener un extremo que no codifica nada, a
continuación un gen, un segmento intergénico que no codifica nada, otro
gen, etc…
Las proteínas codificadas en el RNA policistrónico suelen estar relacionadas
en una misma función.
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El RNA de eucariotas suele ser monocistrónico, es decir, contiene un solo
gen por fragmento, aunque estos genes están entrecortados por secuencias
inservibles. Los extremos 5’ y 3’ están protegidos en todos los mRNA
eucarióticos.
El extremo 5’ tiene lo que denominamos CAP ó caperuza, que es una
estructura que sirve para proteger el 5’ debido a que no es reconocido por
nucleasas, y tiene una participación directa en la síntesis.
El CAP es un nucleótido raro con ciertas características anormales:
Se trata de un nucleótido unido a otro mediante un enlace 5’-5’, en lugar
de la unión típica 5’-3’
En la unión entre ambos nucleótidos existen tres fosfatos en vez del
uno habitual
La base nitrogenada del último nucleótido (de la unión 5’-5’) es una
guanina modificada (7-metilguanina)
En el fin de la secuencia génica existe una cola de adeninas (secuencia poli-
A) que tiene entre 100-200 adeninas lo que protege el extremo final de las
nucleasas, retrasando su llegada a la parte codificante.
La cola poli-A también estabiliza el mRNA y regula su salida del núcleo.
Respecto a la estructura del mRNA no presenta apenas estructura
doblehelicoidal, debido a que es una molécula que no suele permanecer mucho
tiempo en la célula.
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RNA de transferencia
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Sirve para formar el complejo aminoacil-RNA y activar un aminoácido
específico para su incorporación a una proteína.
Tienen una zona complementaria al codón del mensajero que se denomina
anticodón, interacciona con el codón para participar en la síntesis de proteínas.
Si los tRNA son específicos de los aminoácidos deberían existir alrededor de
20 tipos, pero realmente en las células existen unas 60 moléculas distintas de
tRNA debido a que la mayoría de los aminoácidos tienen varios tRNA
específicos (DNA degenerado). Los tRNA que se unen al mismo aminoácido se
denominan isoaceptores y se representan como tRNA aminoácido
El tamaño de los tRNA es de unos 75-80 nucleótidos, muy parecido en todas
las moléculas.
Los tRNA tienen múltiples bases diferentes de las normales, lo que se
denomina “bases raras”. De los 75 nucleótidos que tienen aproximadamente
10 son bases raras. Las más frecuentes son:
Timina/T (ribotimidina). Ya que es exclusiva del DNA.
Dihidrouracilo/DHU (dihidrouridina). Es un uracilo con su doble enlace
saturado.
Hipoxantina/Hx (inosina)
Uracilo/ψ (Pseudouridina). Se une de forma anormal a la ribosa
Bases metiladas
La función de estas bases no se conoce. Sobre todo en el caso de la
hipoxantina que aparece muchos casos en el anticodón. La hipoxantina no
tiene interacción correcta con el codón al carecer de base complementaria.
Esto causa que la unión sea inestable, lo que aumenta la velocidad de la
síntesis proteica al promover la rápida separación del codón-anticodón, y el
reconocimiento de dos bases del codón es suficiente para la síntesis proteica.
Los tRNA suelen tener alta proporción de estructura doblehelicoidal,
teniendo una estructura en forma de hoja de trébol (tres estructuras tipo
horquilla) con aproximadamente un 50% de estructura helicoidal.
Todos los tRNA que se conocen tienen en el extremo 5’ una guanina fosforilada
y en el extremo 3’ desapareado tienen todos la secuencia ACC. Este extremo
3’ es el que interacciona con el aminoácido, por lo que se denomina brazo
aceptor del aminoácido.
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Como hemos mencionado tiene una estructura en triple horquilla:
El bucle más próximo al extremo 5’ se denomina bucle DHU debido a su
gran proporción de dihidrouracilos.
El bucle central se denomina bucle anticodón. Va a estar compuesto
de dos pirimidinas, el anticodón, y dos purinas, de manera que la
composición de este núcleo va a tener siempre 7 bases y va a contener
al anticodón.
El anticodón (3’→5’) interacciona con el codón (5’→3’) del mensajero en
el sentido especificado.
El bucle más próximo al extremo 3’ se denomina bucle TψC se
denomina así debido a tener estas bases en su estructura.
La mayoría (75%) de los tRNA presenta un pequeño brazo adicional entre el
núcleo y el anticodón, de función desconocida y desapareado, de unas 7-10
bases de longitud.
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La estructura terciaria del tRNA tiene forma de L invertida.
En el extremo superior se encuentra el brazo aceptor del aminoácido
En el extremo inferior contiene al núcleo anticodón
El costado superior de la L es el bucle TψC
El costado lateral izquierdo contiene el bucle DHU. A partir de este
bucle interacciona con la enzima necesaria para catalizar la unión
aminoacil-RNA.
RNA ribosómico
Se trata de un rRNA que presenta 3 especies distintas en procariotas y 4
especies distintas en eucariotas.
Los procariotas tienen:
− Subunidad grande del ribosoma (50 S)
rRNA 5S rRNA 23S 36
proteínas
− Subunidad pequeña del ribosoma (30 S)
rRNA 16 S
21 proteínas
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En los eucariotas en cambio los ribosomas tienen la siguiente conformación:
− Subunidad grande (60 S)
rRNA 5 S
rRNA 5,8 S
rRNA 28 S
∼ 49 proteínas
− Subunidad pequeña (40 S)
rRNA 18 S
∼ 33 proteínas
Aproximadamente el 50% del rRNA tiene estructura doblehelicoidal de
manera similar al tRNA.
La función es fundamentalmente estructural, en la conformación del ribosoma,
pero también participan directamente en la traducción para la síntesis de
proteínas, fundamentalmente el de la subunidad menor.
Otros RNA
− snRNA (RNA pequeños nucleares). Son una serie de RNA de
pequeño tamaño muy ricos en uracilo (se nombran como U 1 , U 2 …) y
tienen un papel fundamental en las transformaciones que tienen que
sufrir los RNA desde que se forman hasta que son funcionales.
Son más importantes en procariotas que en eucariotas.
− Mitocondriales. La mitocondria tiene RNA diferentes que el resto de la
célula. Los ribosómicos son más similares a los bacterianos que a los
citoplasmáticos
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Tema 2. Organización y elementos funcionales de
genoma y epigenoma
Introducción
En general al comparar el genoma de un eucariota con una bacteria, es notoria la
diferencia de tamaño. El DNA de un organismo procariótico tendrá unos 10 6 pares de
bases mientras que en eucariotas alrededor de 10 9 .
Con respecto al DNA bacteriano prácticamente todo el DNA es codificante, es decir,
esta compuesto de forma prácticamente exclusiva de genes y nada más, utilizan todo
el código genético.
Los DNA eucarióticos se considera que tienen alrededor de un 3% del DNA codificante,
mientras que el resto no lo es, y tiene función desconocida. La mayor parte de los
genes que codifican proteínas en eucariotas están además entrecortados, de manera
que tienen regiones que codifican proteínas (exones) intercaladas por secuencias que
no codifican nada (intrones).
Cuando se sintetiza un mRNA a partir de un gen, éste contiene además de las regiones
que codifican proteínas, las regiones no codificantes o intrones y para que este mRNA
sea funcional, debemos modificarlo mediante el splicing, para que quede constituido
únicamente por exones.
En las bacterias casi todos los fragmentos de DNA se presentan como copia única, es
decir, las secuencias aparecen sólo una vez en todo el DNA, sin embargo en el DNA de
organismos eucariotas hay una gran cantidad de secuencias que se repiten mucho en
todo el DNA de forma que en el DNA eucariótico veremos tanto secuencias de copia
única como secuencias repetitivas las cuales se pueden repetir hasta un millón de
veces en toda la cadena de DNA
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Configuración del DNA
DNA de copia única
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El DNA de copia única puede representar entre el 50-70% (en humanos un 70%) del
total de material genético. El DNA de copia única está compuesto en una pequeña
parte (alrededor de un x%) por los genes o secuencias codificantes, y una mayoría de
DNA no codificante.
Los genes no contienen solo una parte estructural codificante para proteínas sino
también contienen una región reguladora.
Los genes están compuestos por exones e intrones (zona estructural) y una
región reguladora.
El DNA no codificante incluye los intrones, los cuales son el DNA que entrecorta los
fragmentos codificantes de los genes (se considera que los intrones forman parte del
gen, pero que no codifica proteína).
DNA repetitivo
El DNA repetitivo no es más que secuencias de DNA que se repiten muchas veces a
lo largo del genoma, desde algunos cientos de veces hasta incluso 10 6 veces
representando entre el 20-50% (30% en humanos) del total de material genético.
Podemos separar al DNA repetitivo en DNA codificante y DNA no codificante. El DNA
codificante puede estar agrupado en regiones concretas del DNA o bien disperso.
El DNA repetitivo codificante y agrupado se compone de genes que codifican
proteínas o RNA pero que a diferencia de los anteriores que aparecen en copia única,
éstos aparecen en múltiples copias a lo largo del genoma.
La mayor parte de las proteínas vienen codificadas por un gen de copia única, pero hay
algunas que disponen de muchas copias y las expresan todas, de manera que estos
genes repetitivos aparecen en zonas concretas del DNA y que codifican o bien
proteínas o bien RNA.
Pueden agruparse en múltiples familias:
− Familias génicas clásicas con secuencias repetidas en tándem (p.e. genes
de las histonas). En humanos se considera que existen 40-50 copias pero
pueden llegar a tener unas 100 copias. Todas las copias son prácticamente
idénticas y todas se expresan. También responden a este esquema los genes de
los rRNA más grandes y genes de los tRNA.
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− Familias multigénicas con genes agrupados (p.e. genes de las globinas o
genes de los antígenos de histocompatibilidad). Estas copias no son
exactamente iguales, sino que codifican proteínas ligeramente distintas las
cuales se expresan unas u otras dependiendo de la etapa vital, es decir, estos
genes no se expresan todos a la vez.
Algunos de estas zonas presentan genes, pseudogenes (no se expresan nunca
debido a que han mutado), genes truncados o fragmentos génicos.
− Familias multigénicas con genes dispersos. Presentan múltiples copias por
todo el genoma pero distribuidas en distintas zonas del DNA o incluso distintos
cromosomas.
DNA no codificante
El DNA no codificante también se puede presentar agrupado o disperso.
El DNA repetitivo agrupado es un DNA que aparece desde varios miles de veces en
el DNA a incluso 1,5 millones de veces (DNA altamente repetitivo). También podemos
decir que aparecen en regiones heterocromáticas. Aparece siempre en repeticiones y
generalmente es denominado DNA satélite.
Las secuencias no suelen ser largas (20-30 pares de bases). Es un DNA muy rico en
adenina-timina, y si se lisa y se centrifuga, tiene menor densidad que otras clases de
DNA debido a su menor cantidad de puentes de hidrógeno
Normalmente cuando el DNA se fragmenta, se centrifuga en una disolución cuya
densidad aumenta hacia abajo, y el DNA fragmentado se coloca en la parte superior.
Ese DNA al ser centrifugado va separándose en partes de distinta densidad. Los DNA
ricos en A-T se sitúan más arriba que aquellos en G-C.
En humanos se conocen 6 secuencias satélites con estas características, los cuales se
localizan principalmente en los centrómeros, y su función es desconocida (aunque se
postula su implicación en la división celular). Uno de los seis tipos de satélites se sitúa
también en los telómeros.
El DNA moderadamente repetitivo se trata de DNA no codificante, disperso y se
repite en general menos que el satélite.
Distinguimos desde aquel que aparece disperso por todo el genoma en bloques
repetidos en tándem (DNA minisatélite y microsatélite).
Minisatélites. Repeticiones de cientos a miles de veces. Tienen unos 10-65 pb.
Aparecen localizados fundamentalmente en los telómeros y se encargan de
estabilizar esta zona del DNA.
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Microsatélites. Repeticiones de unas 50 veces. Tienen unos 2-6 pb. Aparecen
distribuidos por todo el genoma y no tienen función conocida.
La longitud muchas veces no es definitiva y a veces el número de copias de estos mini
o microsatélites va a ser igual.
Estas regiones son muy conocidas en humanos y son las secciones del DNA que
varían muchos de unos individuos a otros y tienen función en pruebas diagnósticas.
También existen repeticiones dispersas por todo el DNA, las cuales se conocen
como SIME (Elementos Nucleares Interpuestos Cortos) y LIME (Elementos Nucleares
Interpuestos Largos).
SIME. Tienen de 100-500 pares de bases. Las mas conocidas son las
secuencias Alu las cuales tienen una diana para rotura con endonucleasas de
restricción.
LIME. Tienen varios miles de pb. La más característica es la LINE1 cuya función
es desconocida.
Hoy se supone que estas secuencias se encargan de regular la expresión de muchos
genes.
Secuencias palindrómicas
Las secuencias palindrómicas son abundantes en el DNA eucarióticos. Una secuencia
palindrómica es aquella que se lee igual en todos los sentidos, de forma que este
tipo de secuencias pueden formar estructuras cruciformes.
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Biología molecular
1 er Parcial
Existen proteínas que interaccionan con el DNA reconociendo estas estructuras de
forma que las secuencias palindrómicas tienen su papel en la regulación génica.
También pueden reconocer estas estructuras las endonucleasas de restricción.
Modificaciones del DNA
Todas las células tienen el mismo DNA, sin embargo algunos genes se expresan en
una y otros en otras. Esto depende de la interacción del genoma con proteínas. En
este y otros momentos es fundamental la estructura que presenta el DNA y las
modificaciones que pueden presentar sus bases o las histonas o la propia estructura
del DNA en determinadas regiones para que determinados genes se expresen o no.
Esto se conoce como epigenética y engloba todas las modificaciones que se producen
en la cromatina. Las modificaciones que más contribuyen a la epigenética son
modificaciones en citosinas en el DNA y en las histonas.
Metilación del DNA
Las citosinas en eucariotas se modifican en gran medida, en concreto se metilan. Las
metilaciones ocurren en secuencias C-G que se van repitiendo a lo largo de todo el
genoma (islas CG).
Como norma general un gen metilado se expresa peor que otro gen menos metilado.
Las metilaciones son heredables exactamente igual que el genoma, de forma que
muchas de estas modificaciones se van a heredar.
También se pueden modificar las histonas para regular la expresión del DNA.
La SAM (S-Adenosil-Metionina) es la molécula encargada de donar metilos.
Modificaciones de histonas
Mecanismo de metilación de histonas. Se lleva a cabo en lisina y arginina.
La lisina metilada afecta a la estructura terciaria del DNA aunque no demasiado
debido a que no afecta a las cargas, de forma que algunas proteínas tendrán
diferencias al interaccionar con el DNA.
Mecanismo de acetilación de histonas. Se lleva a cabo también sobre lisinas
y argininas. Se pierde la carga positiva de la histonas y la interacción con el
DNA se inhibe y el DNA queda menos compacto y más accesible a la
trascripción
Un DNA muy compactado queda poco accesible, y la acetilación de histonas
mejora el acceso para la transcripción
Mecanismo de fosforilación de histonas. La fosforilación se da en serinas o
treoninas y aporta una carga negativa adicional a las histonas lo que causa una
mala interacción con el DNA y una descompactación del mismo
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Biología molecular
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Todos estos mecanismos muestran que sin alterar directamente las secuencias del
DNA alteran la expresión de un gen, se conocen globalmente como epigenética.
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Biología molecular
1 er Parcial
Tema 3. Replicación del DNA
Características generales
La replicación es la duplicación del DNA, es decir, a partir de una molécula de DNA
parental obtenemos dos moléculas hijas exactamente iguales.
La replicación del DNA debe ser muy precisa y coordinarse con la división celular.
Debe replicar completamente toda la molécula, y debe ser muy fiable para evitar
alteraciones en las células hijas. A pesar de su fiabilidad, disponemos de mecanismos
de reparación para evitar alteraciones excesivas. Las características de la replicación
serán las siguientes:
− La replicación debe ser completa.
− La replicación esta ligada al ciclo celular.
− Es semiconservativa, es decir, cada una de las células hijas conserva una
hebra del DNA progenitor.
− Es bidireccional, es decir que cada hebra de DNA se va copiando en los dos
sentidos a la vez (5’→3’ / 3’→5’). Se inicia en un punto del cromosoma (en
bacterias) y termina en el punto opuesto.
− En bacterias existe un único origen de replicación, y en eucariotas hay múltiples
orígenes. Siempre el origen debe ser muy específico.
− Las dos cadenas se sintetizan de forma simultánea.
− Es semidiscontinua, de manera que una cadena se sintetizará de manera
continua y la otra en forma de fragmentos.
DNA polimerasas
DNA polimerasa I
La primera enzima descubierta en procariotas fue la DNA polimerasa I que sintetizaba
DNA (Es capaz de añadir a una cadena de DNA un nucleótido) con una serie de
requisitos:
− Debe tener una cadena preformada (cebador) en el sentido en el que trabaja.
− Necesita los cuatro nucleótidos trifosfato (dATP, dGTP, dTTP y dCTP) para
aportar energía. No se utilizan los dNDP para hacer irreversible la reacción.
− No añade nucleótidos al azar sino que utiliza un molde.
− Necesita magnesio (Mg 2+ )
− Necesita una fuente de energía (ATP)
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Biología molecular
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− Necesita nucleótidos de ribosa trifosfato (ATP, UTP, CTP y GTP)
− Necesita NAD +
También tenía una actividad exonucleasa, hidrolizando nucleótidos de un extremo 3’ ó
5’ (5’ → 3’ / 3’ → 5’)
Su actividad exonucleasa 3’ sirve para que al sintetizar un nucleótido, si es incorrecto,
poder eliminarlo y sustituirlo por el correcto, por lo que se denomina actividad
correctora.
La reacción en concreto que cataliza se da a partir de una cadena molde en el que se
da la unión de un extremo 3’ con otro 5’. Las hebras serán complementarias y
antiparalelas.
Una vez que se pensó que la DNA-polimerasa 1 no podía ser la única replicadora, se
descubrió la DNA-polimerasa 3, con los mismos requisitos, pero con mucha mayor
velocidad que la DNA-polimerasa 1, la cual sintetiza tan lentamente que no es
compatible con la fisiología celular. La DNA-polimerasa 3 también tiene actividad
exonucleasa 3’
La estructura de la DNA-polimerasa 3 tiene una estructura mucho más compleja que la
DNA-polimerasa1:
La parte catalítica de la enzima (core) esta formada por la subunidad:
− α. Actividad polimerasa
− ε. Actividad exonucleasa
− θ. Tiene función estructural de unión entre las otras dos
También tiene otras dos subunidades τ unidas cada una a una parte de la molécula y
que sirve para formar el dímero, es decir, sirve de unión entre las dos partes de la
enzima.
Existe un complejo γ-δ (2γ-2δ) unido al complejo core que va a sintetizar la hebra
retrasada y cuya finalidad es hacer más simultánea la replicación de ambas hebras.
Existe también una subunidad β, que es la responsable de la procesividad de la
enzima. La procesividad es la copia sin soltar el molde unos cuantos nucleótidos,
acelerando la copia (1000 nucleótidos/segundo)
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Replicación del DNA
Generalidades
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El cromosoma de E. Coli es un círculo cerrado, y en cuanto se reconoce el origen de
replicación, se abre la doble hélice para que el DNA se pueda copiar. A la apertura de
la doble hélice se le denomina burbuja de replicación con dos horquillas de
replicación a ambos lados, por donde se inicia la replicación en ambas hebras
La hebra 5’→3’ se sintetiza sin problema, pero la otra hebra no puede sintetizarse en
sentido 3’→5’ de forma que se ha de copiar de la única forma que las enzimas pueden
hacer: 5’→3’. Esto se lleva a cabo sintetizándose de forma discontinua mediante
pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki). Este proceso se denomina
replicación discontinua. La hebra continua va algo más adelantada que la otra hebra
discontinua (retrasada).
Estas enzimas no pueden empezar desde 0, sino que necesitan un fragmento
preformado, que se trata de un pequeño segmento de RNA (primer o cebador)
sintetizado por una RNA polimerasa primasa. En la hebra continua basta un único
cebador, pero la discontinua requiere múltiples cebadores para formarse.
Replicación en procariotas
El primer punto para la replicación es reconocer el origen de replicación, que es
reconocido por una proteína denominada DNA-A. En cuanto la proteína reconoce el
origen se debe abrir la hebra, por ello, el origen suele ser rico en adenina-timina debido
a sus enlaces más débiles. La doble hélice se abre por helicasas (DNA-B y otras
proteínas).
El DNA una vez abierto, tiende a estabilizarse formando los puentes de hidrógeno.
Para que se de la replicación es preciso evitar que se vuelvan a formar, por lo que
existen una serie de proteínas (SSB) que se unen al DNA monocatenario,
estabilizándolo.
Cuando la doble hélice esta abierta y estabilizada, se forma un cebador en el inicio del
5’-3’ (hebra adelantada) y en una zona cercana al inicio de la 3’-5’ (hebra retrasada).
Una vez completa la DNA polimerasa 3 (holoenzima) comienza a sintetizar la hebra
continua a partir del cebador. En la hebra discontinua la primasa sintetiza múltiples
fragmentos de Okazaki.
Una vez que avanza la síntesis de DNA, la zona siguiente se va abriendo, y la zona ya
formada va constituyendo la doble hélice nueva.
Al formarse la burbuja de replicación se genera una tensión sobre el resto de la hebra,
de manera que son necesarias las topoisomerasas que estabilizan la estructura
cortando en determinadas zonas y realizando una serie de acciones complejas.
La actividad exonucleasa 3’ de la DNA polimerasa 3 elimina un nucleótido incorrecto
y añade el adecuado (actividad revisora o correctora) de forma que la replicación
prácticamente transcurre sin errores.
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Una vez sintetizadas ambas hebras hijas, tendremos una hebra retrasada repleta de
cebadores de RNA en dirección 5’→3’ que se deben eliminar, lo que se hace gracias a
la actividad exonucleasa 5’ de la DNA polimerasa 1, que los elimina. Los huecos
restantes son rellenados mediante la actividad polimerasa de la misma enzima,
utilizando los fragmentos preformados de la hebra hija.
Los trozos sueltos que quedan después de sintetizar estos nuevos fragmentos deben
ser unidos entre sí, lo que se realiza con la enzima DNA ligasa que forma el enlace
fosfodiéster, con energía aportada por NAD + . En eucariotas la aporta el ATP.
El cromosoma bacteriano en aprox. 40 minutos se replica completamente y cada mitad
(cortada por un eje imaginario) se sintetiza o bien continua o bien discontinua cada
monocadena.
Replicación en eucariotas
Las características generales de la replicación son idénticas. La diferencia se halla en
que en organismos eucariotas la replicación tiene múltiples orígenes de replicación.
Diversas proteínas van a reconocer los orígenes y por un mecanismo similar se van a
formar las burbujas de replicación y una vez formadas la síntesis va a ser idéntica que
en eucariotas, de forma que cada burbuja considerada por separado se replica igual
que el cromosoma bacteriano.
En eucariotas se han caracterizado 5 DNA polimerasas (aunque posiblemente hay
más).
− DNA polimerasa α. Tiene actividad polimerasa y primasa de forma que es
capaz de sintetizar el primer e incluso iniciar la síntesis
− DNA polimerasa δ. Tiene actividad polimerasa 5’-3’ y exonucleasa 3’. Seria
equivalente a la DNA polimerasa 3 holoenzima. Requiere la proteína PCNA para
que esta enzima funcione
− DNA polimerasa ε. Tiene también actividad polimerasa y exonucleasa 3’
participa en la replicación pero su función fundamental es la reparadora.
− DNA polimerasa β. Esta implicada fundamentalmente en mecanismos de
reparación
− DNA polimerasa γ. Se trata de una polimerasa mitocondrial, que replica el DNA
mitocondrial con ayuda de primasas.
En eucariotas el DNA esta mucho más compactado (estructura de nucleosoma) de
forma que se requieren multitud de proteínas que desbaraten gran parte de la
estructura de la cromatina para hacer el DNA accesible. Además, ninguna de las
polimerasa conocidas tiene actividad exonucleasa 5’ de manera que se requieren
exonucleasas adicionales para eliminar los cebadores.
Por último en eucariotas se da un problema (aparte de la compactación de la cromatina
con histonas). En bacterias con una mitad del cromosoma circular se puede terminar de
replicar el DNA, pero en DNA lineales siempre quedará un extremo de 10 nucleótidos
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sin rellenar, el cual se debe eliminar, este extremo corresponde a los telómeros. Estos
extremos están formados por DNA repetitivos protectores del cromosoma los cuales
son prescindibles, pero en ocasiones si que se puede llegar a perder información
genética. Esto se ve resuelto por las enzimas telomerasas, que se encargan de
rellenar los huecos, están formadas por RNA complementario a los telómeros y
proteínas con actividad polimerasa.
El DNA esta acomplejado con histonas, de forma que cuando se sintetizan hebras hijas
se deben sintetizar nuevas histonas para reorganizarlas. Muchas histonas antiguas se
aprovechan por las hebras hijas.
La replicación en eucariotas es mas lenta que en bacterias pero el hecho de que se
lleve a cabo en múltiples orígenes de replicación lo que a su vez origina fragmentos de
Okazaki mas cortos. El DNA humano se replica por concreto en unas 8 horas.
Reparación del DNA
El DNA en el organismo esta sometido a múltiples cambios en el entorno, tanto de pH
como multitud de sustancias. A pesar de que las polimerasas tienen actividad
correctora, siempre puede haber errores de replicación, bien por la propia DNA
polimerasa que esté defectuosa, o bien porque en el momento de la replicación se
produzca algún cambio que o bien altere la estructura de alguna base, se pierda alguna
base, se copie mal, etc…
Todo tipo de organismos disponen de mecanismos de reparación, ya que si no se
reparan se convierten en alteraciones permanentes o mutaciones.
Los daños mas frecuentes en el DNA son:
Perdida de una base
Base alterada
Apareamiento incorrecto
Formación de dimeros
Rotura de cadenas
Uniones covalentes de las cadenas
Deleción-inserción
Cuando la luz ultravioleta incide sobre bases contiguas se da la formación de un
enlace covalente entre ellas.
Si tenemos una base alterada podemos o bien eliminar esa base para bien
sustituirla, o bien eliminar todo el nucleótido para también sustituirlo más tarde.
Si sobre el dímero vuelve a incidir la luz UV una enzima (la fotoliasa) es capaz de
deshacer el daño.
Personas con esta enzima defectuosa sufren de la patología del Xeroderma
pigmentoso, que se caracteriza por gran sensibilidad de la piel hacia la luz solar,
potencialmente carcinógena.
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Existen enzimas que rastrean continuamente el DNA en busca de daños, por ejemplo
en el caso de un dímero, una endonucleasa consigue detectar el dímero y cortar la
zona dañada (elimina unos 10-12 nucleótidos) con lo cual existe un hueco que se
rellena utilizando el fragmento anterior (5’→3’) como cebador, y utilizando una ligasa
para unir esos nucleótidos.
En eucariotas fundamentalmente la DNA polimerasa δ y ε se encargan de reparar
estos huecos.
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Tema 4. Transcripción del DNA
Introducción
La transcripción es la síntesis de una molécula de RNA con la información contenida en el DNA.
La transcripción tiene unas diferencias fundamentales con la replicación del DNA, aunque
también muchas similitudes:
− Similitudes
Sentido 5’→3’
− Diferencias
Selectividad. Se transcribirán únicamente determinadas secuencias del DNA, frente
a la replicación en la cual se duplicaba toda la molécula.
Unidireccionalidad. Se transcriben secuencias específicas, por lo que se requiere un
origen especifico de transcripción y un final muy delimitado.
Composición. Lógicamente en vez de DNA, la molécula resultante de la copia va a
ser de RNA.
Se requiere un DNA molde al que copiar, al que con nucleótidos trifosfato va a formar una
cadena de RNA, es decir, nucleótidos monofosfato liberándose el pirofosfato para
irreversibilidad la reacción.
También se requiere un catión divalente que será Mg 2+ .
La transcripción tiene un origen determinado que es una región de DNA que se denomina
promotor.
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El RNA que se forma es monocatenario, por lo que únicamente se copia una de las dos cadenas
de DNA que se denomina hebra molde. La secuencia de RNA tiene la misma secuencia que la
complementaria a la molde, que se denomina hebra codificante que tiene la misma dirección
que el RNA y se denomina también hebra con sentido (+). La hebra molde se denomina por el
mismo motivo hebra antisentido (-).
El primer nucleótido que se copia se denomina +1, y hacia delante, en la zona que ya se
transcribe se va considerando +2, +3, +4 (sentido aguas abajo, downstream), y en
contrasentido -1, -2, -3… (Sentido aguas arriba, upstream).
Transcripción
Procariotas
Los procariotas tienen únicamente un RNA polimerasa para sintetizar todo tipo de RNA. Esta
RNA polimerasa tiene una estructura compleja formada por tres tipos de subunidades que
constituyen el núcleo o core:
Subunidad α 2 . Tiene una función estructural y reguladora de manera que a ella se van a
unir determinadas moléculas encargadas de regular la transcripción
Subunidad β. La subunidad β es la más importante y forma la mayor parte del centro
catalítico, y se encarga de formar el enlace fosfodiester e interaccionar con los
nucleótidos trifosfato.
Subunidad β’. Tiene el resto de la parte catalítica pero su función principal es unirse al
DNA molde.
Tiene en su estructura otra subunidad σ que se encarga de reconocer secuencias específicas
del DNA.
La RNA polimerasa es responsable del desdoblamiento de la doble hélice (no requiere
helicasas) y además inicia la cadena ya que no necesita cebador. Reconoce el final del gen y es
capaz de plegar la doble hélice a medida que la va copiando. Es reiterativa (añade nucleótidos)
y procesiva aunque carece de actividad exonucleasa (normalmente se comete un error por cada
10 4 -10 6 nucleótidos transcritos) aunque esto tampoco tiene mucha importancia debido a que
los genes se replican en múltiples ocasiones.
El primer punto que se debe reconocer es el promotor. Los promotores bacterianos tienen
aprox. unos 40 pares de bases (lo que implica a las dos hebras). La primera base del promotor
(+1) normalmente es una purina, de forma que casi todos los RNA tendrán una purina como
primera base (normalmente A).
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Biología molecular
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En la posición -10 vamos a tener lo que denominamos caja TATA o caja de Pribnow que es una
secuencia generalmente de 6 bases donde es característica la secuencia TATAAT. También
sobre la posición -35 normalmente encontramos una segunda secuencia TTGACA de menor
importancia. Los promotores que tengan estas secuencias en dichas localizaciones son muy
eficaces iniciando la transcripción (promotores fuertes). A estas secuencias se les denomina
secuencias consenso.
La RNA polimerasa recorre el DNA hasta localizar el promotor, y una vez lo localiza, la propia
RNA polimerasa es capaz de abrir la doble hélice para que pueda comenzar la copia llegando a
un estado de promotor abierto disponible para copiar.
Una vez se ha sintetizado una pequeña cadena de RNA (10-12 nucleótidos) la subunidad σ se
separa de la enzima ya que no es necesaria y es sustituida por una proteína que se denomina
nusA que acompañara a la proteína a lo largo de toda la síntesis del RNA.
La hebra de RNA a medida que se sintetiza va formando un hibrido con la cadena molde de
DNA. La formación de este hibrido es fundamental de forma que a medida que avanza esta
transcripción (doble hélice tipo A). Precisamente cuando el hibrido se desbarata termina la
transcripción.
La transcripción es bastante más lenta que la replicación, pero esta velocidad esta compensada
porque los genes se transcriben muchas veces y además las secuencias que se transcriben son
mucho menores en tamaño que el genoma total.
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TRANSCRIPCIÓN EN BACTERIAS
Biología molecular
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1ª FASE: INICIACIÓN en el promotor (subunidad σ, proteína NusA)
Se inicia en el promotor gracias a la subunidad sigma (σ). Una vez reconocido el promotor la
subunidad σ se desprende y es sustituida por la proteína NusA, que continúa con la RNA
polimerasa durante todo el proceso. Una vez superada la fase de iniciación, la 2ª fase es la
elongación.
2ª FASE: ELONGACIÓN (RNA polimerasa)
Continuación de la síntesis de la cadena. El RNA se va cerrando en un sentido y abriendo en el
sentido contrario y no nos hace falta más que la RNA polimerasa, que permite la apertura del
RNA.
− La 1ª base va a ser siempre una PURINA.
− Se va liberando pero va a haber siempre un tramo de 12-14 nucleótidos que estarán
formando doble hélice con el DNA.
− Velocidad de transcripción/síntesis de RNA = 50 m/s. La transcripción es mucho más
lenta que la replicación, pero como un gen se transcribe multitud de veces no
supondrá ninguna desventaja.
Por otra parte, la RNA polimerasa no tiene actividad exonucleasa 3´ (correctora), por tanto no
se revisarán los errores, por lo que en la transcripción la tasa de error es mucho mayor que en
la replicación (donde sí teníamos esta actividad “correctora”), aunque como acabamos de
decir, esto será soportable debido a la cantidad de veces que hacemos transcripción.
En otras palabras, un mismo fragmento de DNA se va transcribiendo muchas veces a la
vez/simultáneamente (imagen en punta de flecha), así que aunque en 1,2,3… haya errores no
será relevante porque vamos a obtener multitud de copias.
3ª FASE: TERMINACIÓN
La elongación continúa hasta que aparece una señal de terminación tan específica como el
inicio. Una vez que se rompa el híbrido y finalice por tanto la transcripción, la RNA polimerasa
y la proteína nusA se separarán.
Se cree que la proteína nusA (que acompaña a la RNA polimerasa en toda la
transcripción) tiene algo que ver también con el reconocimiento de señales, pero no
se conoce bien.
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Biología molecular
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TERMINADORES INTRÍNSECOS o independientes de Rho (no requieren a la
proteína rho)
1. Aparición de una zona rica en guaninas y citosinas en la hebra de DNA. La RNA
polimerasa es la única que abre la doble hélice, por lo que se ralentiza su acción al
encontrarse con una doble hélice más estable (con más puentes de hidrógeno entres
sus bases complementarias).
2. Aparición de una secuencia palindrómica en la hebra de DNA, por tanto el RNA recién
sintetizado también la tendrá, por lo que se podrá aparear consigo mismo formando
una horquilla que tiene 2 consecuencias inmediatas:
Explicación:
(1) No aparea con el DNA.
(2) Interfiere en el avance de la RNA polimerasa (la ralentiza aún más).
5´ --- G C A T C G ------- C G A T G C ---- 3´ (Secuencia palindrómica)
3´ --- C G T A G C ------- G C T A C G ---- 5´
Esta es la secuencia palindrómica que se va a copiar en el RNA recién sintetizado.
Va a ser muy rica en guaninas y citosinas, por lo que si hay muchos pb G≡C va a “costar” más
abrir la doble hélice de DNA, ya que estos dan más estabilidad a la cadena (3 puentes de
hidrógeno).
El resultado es que la RNA polimerasa se ralentiza, pero todavía puede seguir copiando RNA.
La señal de terminación definitiva puede ser:
3. Aparición de una fila de timinas (“t runs”) en el DNA que como consecuencia
acarrea una fila de uracilos cuando se copia al RNA que se está transcribiendo. Los
uracilos del RNA recién sintetizado no podrán aparear con la adenina del DNA
(¿¿¿porque son bases anticomplementarias???), rompiéndose la doble hélice del
híbrido por inestabilidad y finalizando así la transcripción.
Alberto Gómez Esteban & Laura del Olmo 34

Biología molecular
1 er Parcial
PROTEÍNA RHO (ρ) o terminador dependiente de Rho: hexámero con 2
actividades enzimáticas = (1) ATPasa y (2) *HELICASA* (la que realmente
finaliza la transcripción)
1. Actividad ATPasa. Le permite aparearse/interaccionar con la molécula de RNA
que se está sintetizando y avanzar a través de ella, ya que para ello requerirá
hidrolizar ATP.
En otras palabras, la proteína Rho reconoce algo en el RNA (posiblemente a la secuencia
palindrómica) y se aparea/interacciona con él gracias a la actividad ATPasa.
2. Actividad Helicasa. Le permite destruir al híbrido y finalizar por tanto la
transcripción de forma definitiva.
Una vez que la proteína Rho ya se ha pegado al RNA, llega a la zona del híbrido y gracias a su
actividad helicasa destruye a ese híbrido y finaliza la transcripción definitivamente.
En la mayoría de las ocasiones, cuando actúa la proteína Rho como terminador definitivo de la
transcripción, suelen aparecer también los terminadores intrínsecos salvo la fila de timinas,
que no será necesaria gracias a la actividad helicasa determinante que posee la proteína Rho.
Es decir, en la 3ª fase o fase de terminación de la transcripción se darán mayoritariamente 2
situaciones:
1. Acción de los 3 terminadores intrínsecos independientes de Rho incluida la fila de
timinas que será determinante para la finalización de la transcripción.
2. Acción definitiva de la proteína Rho y de los terminadores intrínsecos salvo la fila de
timinas no necesaria gracias a la actividad helicasa de Rho.
¡EXCEPCIÓN! Solo en determinadas ocasiones actuará exclusivamente la proteína
Rho como terminador de la transcripción, sin la ayuda de ningún otro terminador, es
decir, sin necesidad de que la RNA polimerasa sea ralentizada por la zona rica en
guaninas y citosinas y por la secuencia palindrómica.
Dicho esto, podemos concluir que toda finalización de transcripción requiere una
ralentización de la RNA polimerasa (salvo en contadas ocasiones en las que actúa
exclusivamente la proteína Rho) mediante la aparición de una zona rica en guaninas y
citosinas y una secuencia palindrómica en la hebra de DNA. Por último, una vez que ya se ha
ralentizado la RNA polimerasa, necesitaremos indistintamente cualquiera de los 2
terminadores definitivos siguientes:
- Secuencia de timinas
- Proteína Rho (actividad helicasa)
Alberto Gómez Esteban & Laura del Olmo 35

Biología molecular
1 er Parcial
En resumen, existen 4 tipos de terminadores específicos de la transcripción:
− 2 no definitivos, ralentizan a la RNA polimerasa (intrínsecos no
dependientes de ρ):
(1) Secuencia rica en G≡C
(2) Secuencia palindrómica
− 2 definitivos, rompen la doble hélice:
(3) Fila de timinas (intrínseco no dependiente de ρ)
(4) Proteína Rho (actividad helicasa)
RNA TRANSCRITO PRIMARIO BACTERIANO o PRODUCTO PRIMARIO DE
TRANSCRIPCIÓN (NO FUNCIONAL)
El RNA recién sintetizado se denomina TRANSCRITO PRIMARIO o PRODUCTO PRIMARIO DE
TRANSCRIPCIÓN y en general NO ES FUNCIONAL, salvo el mRNA.
¿¿¿El mRNA transcrito primario bacteriano se transcribe en su forma funcional ya que al ser
tan inestable se traduce a la vez que se está transcribiendo, por lo que no es necesario que
sufra modificaciones???
En bacterias, todo el RNA (tRNA y rRNA) transcrito primario excepto el mRNA, sufre
modificaciones tras la transcripción para hacerse FUNCIONAL.
¡EXCEPCIÓN! El mRNA transcrito primario es el único que no sufre modificaciones
tras la transcripción porque al ser tan inestable no da tiempo a que éstas se
produzcan, pues se traduce a proteínas a la vez que se transcribe, es decir, a la vez
que está siendo transcrito ya tiene ahí un ribosoma que está copiando/traduciendo la
proteína correspondiente, ¿¿¿porque si no las nucleasas lo degradarían
inmediatamente???
- tRNA transcrito primario (no funcional) nucleasas o modificaciones de bases
tRNA FUNCIONAL MADURO
Es una estructura con varias moléculas de tRNA (7-8), de manera que necesitamos enzimas
para liberar esos tRNAs y que queden ya como tRNAs funcionales y maduros.
• Nucleasas. “Cortan” la molécula en puntos específicos.
*Hay que recordar que todos los tRNAs tienen en el 5´ una G fosforilada y en el 3´ la secuencia
ACC, que es la que se une en el aá y para todos es la misma.
• Modificación de bases o adición de los nucleótidos que hagan falta.
*Hay que recordar que el tRNA tenía algunas bases modificadas.
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- rRNA transcrito primario (no funcional) nucleasas rRNA FUNCIONAL
MADURO
Es una estructura que contiene en una misma molécula las 3 especies de rRNA.
• Nucleasas. Determinadas nucleasas van a tener que cortar al transcrito primario para
separar a las 3 especies.
RIBOZIMAS: RNAs con actividad enzimática (por ejemplo, algunas nucleasas)
Algunas de estas nucleasas que modifican la estructura del RNA transcrito primario (de
transferencia o ribosómico) para hacerlo funcional son RNA. En este punto es cuando se
descubrió que no todas las enzimas son proteínas, sino que existen algunas moléculas que sin
serlo tienen actividad enzimática (siendo RNAs).
Se descubrió que en bacterias algunas de estas nucleasas que “cortan” a los RNA transcritos
primarios son moléculas pequeñitas del RNA y en la actualidad se las denomina RIBOZIMAS
para diferenciarlas de las enzimas verdaderamente proteicas.
TRANSCRIPCIÓN EN ORGANISMOS EUCARIÓTICOS
Las generalidades son las mismas que en los organismos procariotas (bacterias).
Similitudes con la transcripción bacteriana:
1. Transcripción selectiva: solo se transcriben segmentos de DNA.
2. Señalización del inicio y del final.
3. DNA molde que se conserve intacto hasta el final.
4. Nucleótidos trifosfato.
5. Mg 2+ como cofactor enzimático.
6. Todas las RNA polimerasas conocidas NO necesitan cebador ni tienen
actividad exonucleasa correctora.
Diferencias con la transcripción bacteriana:
3 RNA polimerasas importantes (las bacterias solo tienen una), todas ellas formadas por varias
subunidades. No se conoce bien la estructura de todas.
− RNA POLIMERASA I. Transcribe genes de tipo I que son los que dan lugar a rRNAs
grandes (los rRNAs pequeños son sintetizados por la RNA polimerasa III).
- Localización: nucléolo.
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1 er Parcial
− *RNA POLIMERASA II*. Es la más importante porque transcribe genes de clase II
que son los que dan lugar al mRNA. Además también transcribe la mayor parte de los
RNAs pequeños y RNAs nucleares.
- Localización: nucleoplasma formando parte de la cromatina (proteínas no
histonas).
− RNA POLIMERASA III. Transcribe genes de clase III que son los que van a dar lugar al
tRNA, aunque también a rRNAs pequeños y algunos RNAs nucleares pequeños
(snRNA).
En resumen:
RNA POL I = rRNA RNA POL II = mRNA RNA POL III = tRNA
- RNA POLIMERASA MITOCONDRIAL. También hay una RNA POLIMERASA
MITOCONDRIAL, menos importante, que se encarga de transcribir todos los genes
mitocondriales. Es menos compleja pero similar a la RNA polimerasa bacteriana.
Proceso de transcripción: 3 fases
Fase de iniciación: PROMOTOR.
Las RNA polimerasas necesitan un promotor. El promotor mejor conocido es el de la RNA
polimerasa II.
El promotor de la RNA polimerasa II es de gran longitud; tiene alrededor de 100-200 pb (a
diferencia del promotor bacteriano de pequeña longitud; en torno a los 40 pb).
• Al igual que en las bacterias, en la posición +1 del promotor habrá siempre una
PURINA.
• PROMOTOR BASAL = parte de la caja TATA (-25): parte imprescindible para el
promotor; hace posible la transcripción.
Hacia atrás teníamos la caja TATA/TATA box/caja de Hogness, pero en lugar de estar en la
posición -10 como en las bacterias, en los eucariotas se localiza en la posición -25.
De esta forma (con la purina en posición +1 y con la caja TATA en posición -25) el promotor es
aún poco eficaz, es decir, apenas trascribe, por lo que necesitará de otras secuencias para
incrementar su capacidad de transcripción:
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1 er Parcial
• PROMOTOR PROXIMAL = secuencia K (-75) y secuencias ricas en G y C (-50, -100…):
regiones que mejoran la eficacia del promotor; NO es imprescindible, simplemente
mejora la transcripción.
o SECUENCIA K (posición -75).
o SECUENCIAS RICAS EN GUANINAS y CITOSINAS (se repiten a lo largo del
promotor: posiciones -50, -100… y más hacia atrás).
Los GENES CONSTITUTIVOS o DOMÉSTICOS que se expresan de forma
permanente en todas las células (por ejemplo, los que van a dar lugar a las
proteínas de la glucólisis) van a tener los 2 promotores (el basal que hace
posible la transcripción y el proximal que la mejora).
En la regulación veremos que muchos promotores van a tener ya fuera otras secuencias
denominadas SECUENCIAS DISTALES (porque están muy alejadas de él) que van a modificar
(mejorar/dificultar) la tasa de transcripción de un gen determinado (generalmente activan la
transcripción).
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN o proteínas colaboradoras (con la
RNA polimerasa) y SECUENCIAS DISTALES en todo el proceso de
transcripción eucariótica (debido a la cromatina condensada)
*Diapositiva: TFIIINB, TFIIIC… = factores de transcripción necesarios.
En bacterias, una vez reconocido el promotor la RNA polimerasa bacteriana (con su subunidad
sigma σ) ya no necesitaba nada más.
En organismos eucarióticos como ya sabemos el DNA está formando la estructura de la
cromatina (en forma de nucleosoma) y por tanto está mucho más condensado, por lo que la
RNA polimerasa eucariótica necesita la COLABORACIÓN DE OTRAS
PROTEÍNAS/FACTORES hasta para reconocer al promotor. Es decir, no nos vale solo la RNA
polimerasa, sino que requeriremos la colaboración de muchas proteínas para reconocer el
promotor, abrir el DNA, elongar (2ª fase)…
Además también necesitaremos determinadas SECUENCIAS DISTALES que
mejorarán/dificultarán la transcripción uniéndose o interaccionando a/con los factores de
transcripción.
Secuencias distales. Dentro de ellas hay:
- Activadores/Inhibidores de los factores de transcripción.
- Elementos de respuesta: tipo concreto de secuencias distales (a hormonas, a
AMP C …). Son secuencias situadas a 10000 pb de un gen que pueden influir en
la transcripción porque pueden intervenir en la eficacia o en el mayor/menor
avance.
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En organismos eucarióticos, al igual que en bacterias, la RNA polimerasa es la
que transcribe el RNA pero necesita la colaboración de todos esos factores de
transcripción y secuencias distales hasta para reconocer al promotor (origen).
Promotor eucariótico: Pu y caja tata (-25); más atrás: secuencias promotores proximales.
Regiones más importantes del promotor: caja tata, región CAAT, regiones ricas en G y C
(mejoraban el promotor basal).
LOCALIZACIÓN DEL PROMOTOR O ZONA DE RECONOCIMIENTO DE LAS RNA
POLIMERASAS:
Para la RNA polimerasa I los promotores son distintos pero similares a los de la RNA
polimerasa II.
Los promotores de la *RNA polimerasa III* son totalmente distintos a los de las RNAs
polimerasas I y II, ya que van a estar dentro del gen (¿¿¿inicia la transcripción en Pu +1 ).
- RNA POLIMERASA I + RNA POLIMERASA II + RNA POLIMERASA BACTERIANA sus
promotores están “UPSTREAM” = hacia la izquierda o corriente arriba.
- *RNA POLIMERASA III* (¿¿¿transcribe el tRNA pero aparecen también determinados
bloques característicos????) sus promotores están “DOWNSTREAM” del gen
transcrito = hacia la derecha o corriente abajo. En este caso el promotor va a estar
dentro del gen, por tanto la RNA polimerasa III lo reconoce y lo transcribe a la vez.
PROCESAMIENTO en eucariotas: (2) elongación y (3) terminación.
Una vez que se inicia la transcripción (tras reconocer al promotor en una 1ª
fase) el proceso es el mismo que en bacterias.
La 2ª fase o elongación se produce a la misma velocidad hasta encontrar una señal de
finalización. En eucariotas la señal de terminación no está nada clara:
En eucariotas NO SE HAN DETECTADO SECUENCIAS PALINDRÓMICAS NI LAS
HORQUILLAS DEL RNA, pero sí regiones en las que la RNA polimerasa va más lenta.
Se cree que la ralentización de la RNA polimerasa eucariótica es debida a la propia estructura
del DNA, que cuando se transcribe dará una secuencia determinada en el RNA.
Sí se ha observado la APARICIÓN DE UNA FILA DE TIMINAS, en especial para casi todas
las RNA POLIMERASA I. El RNA recién transcrito tendrá una fila de uracilos que
apareará peor con el DNA (base anticomplementaria).
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También se ha descubierto que en el caso de la RNA POLIMERASA II actúan algunas
PROTEÍNAS SIMILARES A LA RHO que provocan el final de la síntesis.
Resumen: terminadores en la transcripción eucariótica
- En casi todos los genes:
Señales inespecíficas que hacen que la RNA polimerasa vaya más lenta.
Fila de timinas que da lugar a una serie de uracilos en el RNA que debilita el
apareamiento (especialmente en la RNA polimerasa I).
- En el caso de la RNA polimerasa II:
Se han descrito proteínas similares a la Rho que actúan también como
helicasas para romper el DNA.
MODIFICACIONES QUE HAN DE SUFRIR *TODOS* LOS
TRANSCRITOS PRIMARIOS DEL RNA EUCARIÓTICO PARA HACERSE
FUNCIONALES O MADUROS
*Diapositiva: ejemplo general de las modificaciones.
En organismos eucarióticos NINGUNO DE LOS RNA RECIÉN SINTETIZADOS O
TRANSCRITOS PRIMARIOS ES FUNCIONAL. Es decir, los transcritos primarios
tanto del mRNA, rRNA y tRNA se van a tener que modificar para convertirse en
los RNAs funcionales o RNAs MADUROS.
*Recordemos que en bacterias los RNA transcritos primarios a excepción del mRNA, tampoco
eran funcionales, por lo que tenían que sufrir una serie de modificaciones y “cortes” por parte
de nucleasas para hacerse funcionales o maduros.
Al contrario que en bacterias, el mRNA transcrito primario se modifica mucho, por
tanto no es tan importante la definición de su terminación. Es decir, en eucariotas el
RNA que más se modifica es el mensajero (en bacterias el mRNA se traducía a la vez
que se sintetizaba/transcribía, no se modifica nada).
La MODIFICACIÓN DE LOS TRANSCRITOS PRIMARIOS NO FUNCIONALES va a ser
imprescindible para:
- TODOS LOS RNA EUCARIOTAS
- Los tRNAs y rRNAs bacterianos
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La modificación va a estar relacionada con la estabilidad de la molécula y la
complejidad de su estructura superior.
Las modificaciones implican:
Escisión de fragmentos grandes
Roturas tanto de los extremos como internas
Adición de secuencias características y/o protectoras
Modificación de bases, como metilación.
El mRNA de eucariotas empieza a modificarse en el extremo 5’. Empieza con una
purina y cuando ya ha emergido un fragmento de RNA, ya va a comenzar a modificarse.
El primer paso es la formación de la CAP o caperuza, la cual comienza perdiéndose
un fosfato del extremo 5’ por hidrólisis (enzima fosfohidrolasa).
A través de GTP se añade una guanina (con liberación de P Pi ) gracias a la Guanilil
transferasa. Una vez disponemos de la guanina, esta se metila gracias a una molécula
de SAM y a una metiltransferasa. Una vez se han llevado a cabo estos pasos
disponemos ya de un CAP plenamente funcional.
El RNA se sigue sintetizando hasta llegar a una determinada secuencia consenso que
es reconocida por una proteína específica, y cuando se reconoce esta secuencia
consenso, una endonucleasa cortará unos 20 nucleótidos por delante de dicha
secuencia disponiendo ya de un extremo 3’ libre.
Una vez disponemos del RNA, una cantidad indeterminada de ATP se va a hidrolizar
liberando pirofosfato para aportar al extremo 3’ una gran cantidad de adeninas
(extremo poli A). La enzima es la Poli A Polimerasa. La cola poli A estabiliza al
mRNA y lo protege de la acción de nucleasas, y además a la cola poli A se una
proteína que estabiliza aún más este extremo.
A partir de este punto, disponemos de un RNA heterogéneo nuclear. Es un RNA que
depende de la proteína que codifica (es monocistrónico). Su estructura es la
siguiente:
Extremo 5’. Tiene la CAP
Secuencia central. Se trata de una secuencia exón-intrón repetida
Extremo 3’. cola poli A
Para crear un RNA completamente funcional debemos llevar a cabo un proceso de
"splicing" que elimine las secuencias intrónicas no codificantes. El proceso de
“splicing” implica el corte de intrones y el empalme específico de unión de exones. Una
vez se ha llevado a cabo este proceso, el RNA maduro.
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El proceso de ““““““““““““““““““““““““““““splicing”””””””””””””””””””””””””””” lo llevan a cabo una
serie de partículas formadas por snRNA (ricos en uracilo) y proteínas, este complejo se
llama snRNP (pequeños y nucleares ribonucleoproteínas, o "snurps"). La parte
catalítica de los snRNP es el RNA de forma que es una ribozima. Los snurps al ser
ricos en uracilo se les denomina por U 1 , U 2 , U 3 …
El corte y empalme se va a producir sucesivamente. Todos los intrones tendrán en el
extremo 5’ una secuencia GU y en el extremo 3’ una secuencia AG. En el centro
tienen también una secuencia específica que es lo que se denomina punto de
ramificación.
Estas secuencias son reconocidas por un determinado snurp 1 que produce un corte
específico que deja un OH libre en el extremo 3’ del exón 1 y la estructura GU-intrón-AG
en el extremo 5’ del exón 2 . Otro snurp 2 eliminará el intrón unido al 5’ exón 2 dejando a
los dos exones libres. Otro snurp 3 actúa como una ligasa uniendo a los dos exones
entre sí.
La demostración de la existencia de intrones se dio al hibridar la hebra molde
de DNA con el mRNA maduro, observando la presencia de múltiples bucles en el
DNA, y aportó el dato de que la cantidad de DNA en intrones es muy superior a la
de los exones.
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La presencia de intrones se da gracias a que una molécula de RNA heterogéneo
nuclear se pueden dar distintos RNA mensajeros maduros eliminando o no exones.
Siempre se deben mantener el primer y último exón. Esto se denomina
““““““““““““““““““““““““““““splicing”””””””””””””””””””””””””””” diferencial o
alternativo.
Modificación de otros RNA
tRNA transcrito 1 ario
Cada transcrito primario eucariótico no es funcional y consiste en una estructura con
los extremos 5’ y 3’ elongados; estos extremos son cortados por nucleasas
específicas.
Una enzima debe añadir siempre al extremo 5’ una G y al extremo 3’ una secuencia
ACC: los nucleótidos específicos que llevan los tRNA. Esta enzima encargada será una
nucleotidasa.
El tRNA también tiene bases que deben ser modificadas ya que esas bases no se
pueden copiar modificadas del DNA. También hay muchos tRNA que van a llevar un
intrón en la zona más importante: la zona del anticodón. Esto conlleva un proceso de
““““““““““““““““““““““““““““splicing”””””””””””””””””””””””””””” llevado a cabo por nucleasas y
ligasas específicas.
rRNA transcrito 1 ario
El rRNA transcrito primario se transcribe como una única molécula que engloba los tres
RNA. El 5S se sintetiza por la misma enzima que sintetiza los tRNA.
Para convertirse en funcional en primer lugar una serie de nucleasas cortan de forma
específica liberando los tres RNA diferentes además de modificarlos ligeramente, y una
vez liberados estructuran junto a las proteínas las subunidades del ribosoma.
En ocasiones aparecen intrones dentro de la estructura, y para eliminarlos se requieren
pequeños complejos formados por RNA y proteínas (ribozimas) similares a los snurps.
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En ocasiones el propio RNA ribosómico también participa en el proceso de corte y
empalme en lo que se denomina "autosplicing".
Inhibidores de la transcripción
Hay toda una serie de moléculas, fundamentalmente antibióticos, que inhiben la
transcripción.
La rifamicina es un compuesto natural de streptomyces y la rifampicina es un
compuesto artificial. Ambos interactúan con la unidad β de la RNA polimerasa
bacteriana y por tanto bloquea la transcripción en bacterias. Es un antibiótico muy útil
para combatir infecciones dado que al ser humano no le afecta.
Los intercalantes se intercalan en la doble hélice de DNA e impiden su apertura para
que el gen sea transcrito. A altas concentraciones pueden llegar a inhibir la replicación.
Uno de los más estudiados es la actinomicina D que es un antibiótico que siempre
que aparecen pares seguidos G-C se intercala en ese punto anclándose al DNA.
Algunas toxinas fúngicas como la producida por la Amanita phalloides (α-amanitina)
interacciona con la RNA polimerasa eucariótica (sobre todo la RNA polimerasa II que
sintetiza el mensajero).
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Tema 5. Síntesis de proteínas
Introducción
La síntesis de proteínas parte de la molécula de RNA mensajero resultante de la
transcripción en lo que se denomina traducción.
La secuencia de proteínas será una copia de las instrucciones que contiene el mRNA,
es decir, el codón del RNA determinará el aminoácido que aparece en la proteína,
actuando como molde en la traducción. Las proteínas se sintetizan en sentido aminocarboxilo.
Estructuralmente los aminoácidos y los codones no tienen nada que ver, por lo que
necesitan un adaptador que va a ser el RNA transferente.
*Recordatorio*
El tRNA tiene una región que reconoce específicamente al codón, que se denomina
anticodón y la molécula de tRNA en su extremo 3’ podía unirse a un aminoácido.
Cada tRNA tiene un anticodón de tres bases (distintas para cada tipo de tRNA) que
interacciona con un aminoácido distinto, y reconoce al codón en sentido antiparalelo
determinando el aminoácido que debe ser incorporado en la proteína.
El tRNA interaccionará con el codón mediante puentes de hidrógeno y con el
aminoácido mediante un enlace covalente.
Globalmente las estructuras que necesitaremos para la síntesis de proteínas son:
− mRNA maduro
− Aminoácidos
− Enzimas
− tRNA maduro
− Ribosomas
− Factores de traducción
− Energía (ATP, GTP)
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Código genético
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El código genético es quien establece la norma de cómo un determinado codón se
traduce en un determinado aminoácido.
A principios de los años 60 se demostró que la codificación se establecía por tripletes.
Teniendo 20 aminoácidos con 4 bases nitrogenadas posibles necesitamos como
mínimo 20 combinaciones de bases posibles. Dándose la codificación por 4 tipos de
bases diferentes tenemos que existen 64 combinaciones posibles. De todas ellas, 61
codifican para aminoácidos y 3 de ellos sirven para finalizar la traducción, y son
llamados codones STOP (UAA, UAG, UGA).
Los codones se copian secuencialmente sin comas ni solapamiento, es decir que
las bases del primer codón no se aprovechan para el segundo (no hay solapamiento),
pero también es cierto que se aprovechan todas las bases en vez de utilizar algunas
inútiles intercaladas (sin comas).
En todos los mRNA el punto de inicio debe estar muy bien delimitado (marco de
lectura) donde se comienza a leer ese mensajero. Sólo debe haber un marco de
lectura abierto. Esto ocurre en procariotas y eucariotas, pero muchos virus tienen todos
los marcos de lectura abiertos, pudiendo mutar con mucha facilidad.
El código genético no es ambiguo, es decir, cada codón codifica siempre para un
aminoácido y muchas veces aminoácidos estructuralmente similares son codificados
también por codones similares entre ellos. Esto proporciona una importante ventaja si
se produce una mutación, también es por ello que las dos primeras bases son las más
importantes, siendo la última es de menor importancia.
El código es casi universal, es decir, es el mismo en todo tipo de organismos a
excepción de las mitocondrias (con algunos codones distintos) y en algunos
organismos inferiores puede existir también alguna variación en codones.
Debe haber un codón inicial (AUG) y finalizar con un codón STOP de los antes
mencionados.
El código genético es degenerado, lo que indica que para cada aminoácido tenemos
varios codones que lo codifican. Sólo hay dos aminoácidos (Trp y Met) que tienen un
solo codón que los codifique.
En el código genético no se necesitan 61 tRNA sino realmente alrededor de 30 ya que
dependiendo de la base que aparezca en la posición 5’ del anticodón (que aparea en la
3’ del codón) hay determinados tRNA que pueden reconocer bases no
complementarias. A este tipo de interacción se le denomina balanceo, y permite que el
apareamiento no sea correcto. Si se produjera una mutación este balanceo minimiza el
efecto perjudicial y además acelera la traducción ya que se debilita la fuerza de la
interacción codón-anticodón.
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Estructura del ribosoma
Vamos a necesitar los ribosomas puesto que van a ser fundamentales para aproximar
los sustratos y formar el enlace peptídico. Van a alinear el mensajero en la posición
correcta, intervendrán en el control de la fidelidad de la traducción así como en la
finalización de la cadena proteica y por tanto de la traducción.
Tienen una subunidad grande y una pequeña:
La subunidad grande tiene actividad enzimática y además liberará la cadena proteica
La subunidad pequeña será fundamental en todo el proceso de traducción, ya que se
ancla al mensajero y es importante en la unión específica del mismo.
En el ribosoma existen asimismo dos localizaciones muy importantes:
Region P (peptidilo). Es una zona concreta en la que están implicadas las dos
subunidades y en ella se va colocando la cadena proteica en formación.
Región A (aminoacilo). Es una zona contigua a la región P y en ella se va
incorporando cada aminoácido que va a formar parte de la cadena proteica,
salvo el primero que se incorpora en P.
Traducción
Globalmente la traducción consta de tres pasos fundamentales:
1. Activación del aminoácido. Es previa a la síntesis y capacita la formación del
enlace peptídico ya que dota de energía al aminoácido.
2. Proceso de traducción en sí mismo
3. Modificaciones estructurales debido a que ninguna proteína recién sintetizada
es funcional
Activación
Se produce de la misma manera en procariotas y en eucariotas. En procariotas tiene
lugar en el citoplasma y consiste en la unión del aminoácido a su tRNA específico.
Necesitamos energía proporcionada por ATP y el aminoácido se une a su tRNA
liberándose AMP y pirofosfato.
La reacción anterior se produce en dos pasos:
1. Aminoácido + ATP. Dará lugar a un aminoácido unido a AMP por un enlace rico
en energía (anhídrido mixto) y la liberación de pirofosfato.
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2. Aminoácido + tRNA. El enlace que se forma tendrá una energía considerable
(enlace tipo éster) y dará lugar a una estructura conocida como aminoaciltRNA
o tRNA cargado. También se libera el AMP. Se trata de una reacción de
transferencia.
La enzima que cataliza la reacción global es la aminoacil-tRNA sintetasa (específica
de cada aminoácido). Estas enzimas tienen capacidad para reconocer los errores y
sustituir al aminoácido erróneo por el específico de cada enzima por lo que son
responsables de la especificidad. Esta enzima primero se une al aminoácido (son
específicas para cada aminoácido y hay 20 de ellas) y una vez que tiene el aminoácido
correcto reconoce al tRNA mediante las regiones singulares del mismo. Cada
aminoacil-tRNA sintetasa reconoce 1 solo aminoácido y todos los tRNA isoaceptores
del aminoácido (20 tipos de enzima).
Traducción
La traducción requiere un inicio claro y también un final bien delimitado, por lo que
tendremos tres etapas:
Reconocimiento e iniciación
Elongación
Terminación
Todas las proteínas bacterianas deben ser iniciadas por metionina (codón AUG
inicial). En su extremo N T tendrán siempre una metionina pero también puede estar
intercalada en la secuencia, por lo que el codón AUG no debe ser la única señal de
inicio. Deben existir mas señales de inicio como una secuencia rica en purinas (-10)
llamada secuencia de Shine-Dalgarno que además aparea de forma complementaria
con una secuencia rica en pirimidinas presente en el rRNA (subunidad pequeña).
La metionina inicial de las proteínas aparece modificada (formilada) en su N T en forma
de N-formil-metionina, por ello la metionina tiene dos tRNA específicos:
− tRNA Met . Se trata del tRNA que codifica una metionina intercalada en la
secuencia proteica.
− tRNA f Met . Se trata del tRNA que codifica la metionina inicial. La metionina se
formila después de unirse al tRNA f gracias a una molécula de formilTHF.
Para la iniciación necesitamos una serie de proteínas libres que se conocen en general
como factores de iniciación que son extrarribosómicas y son tres:
IF-1 IF-2 IF-3
Dos de estos factores (IF-1 e IF-3) quedan unidos a la subunidad menor y causan que
se abra el ribosoma para comenzar la transcripción. En el lugar P del ribosoma se sitúa
el codón AUG. La formil-metionina va unida al IF-2 y a GTP de manera que el tRNA
se incorpora el aminoácido apareando el anticodón con el codón.
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El paso siguiente es simultáneo y se produce la liberación de los factores IF-3 y IF-1, se
hidroliza el GTP liberándose GDP y se separa también el IF-2. Todo esto promovido
por la hidrólisis del GTP permite que se incorpore la subunidad mayor del ribosoma. En
esta actividad GTPasa participa también el ribosoma. En este paso no se produce
revisión de errores
La elongación como el paso anterior requiere proteínas libres que van a ser los
factores de elongación:
EF-Tu EF-Ts EF-G
La elongación se produce cuando llega el aminoácido codificado por el codón contiguo
al AUG que aparece en la posición A del ribosoma. Este aminoácido va a ir unido al
EF-Tu y a GTP, este GTP se va a hidrolizar para aportar energía y se va a liberar GDP
unido al EF-Tu. La actividad GTPasa es una actividad dependiente de la subunidad
mayor del ribosoma.
*Regeneración del factor de elongación*
El EF-Tu unido a GDP no es funcional de forma que debe ser recuperado unido a
GTP. Esto será llevado a cabo gracias al EF-Ts en una reacción en la que se libera
GDP y el EF-Tu unido al EF-Ts. Gracias a GTP se regenera el complejo GTP-EF Tu y
se libera el EF-Ts.
El paso siguiente es la formación del primer enlace peptídico en un paso complejo en el
que el enlace de la Met f (tipo éster) se rompe y ésta pasa a la posición A quedando el
tRNA f libre en el sitio P y el aa 2 unido a Met f en el sitio A. Esto es catalizado por la
peptidil-transferasa que es capaz de hidrolizar el enlace éster y catalizar el salto de la
Met f y formar el enlace peptídico. Esta actividad enzimática reside en proteínas y RNA
de la subunidad mayor del ribosoma.
Para que continúe elongándose la cadena debe quedar libre el sitio A, por lo que el
ribosoma se desplaza dejando fuera el codón AUG (en posición E de salida) y
quedando el dipéptido en la posición P. Este paso se conoce como translocación y
viene catalizado por el EF-G (translocasa) en una reacción dependiente de GTP en la
que también colabora la subunidad mayor del ribosoma.
Una vez ocurridas las reacciones anteriores estamos en una situación similar a la inicial
en la que entra un aminoácido (aa 3 ) unido a EF-Tu unido a GTP y se repiten los pasos
anteriores.
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El proceso de elongación va aproximadamente a unos 22 aminoácidos por segundo y
tiene puntos de revisión cuando se incorporan los sucesivos aminoácidos unidos a EF-
Tu.
El proceso de elongación continua hasta que aparece una señal de terminación
(codones STOP) que cuando se incorporan a la posición A como no son reconocidos
por ningún tRNA causan el final de la síntesis de proteínas. Esto como todo, requiere
factores de terminación:
RF-1 RF-2 RF-3
El RF-1 y el RF-2 reconocen el codón de terminación. Deben interaccionar con el RF-3
para que se produzca la terminación y se libere la cadena proteica, lo que requiere
energía, por ello el RF-3 es una GTPasa que está capacitada para terminar la síntesis.
El RF-1 (ó el RF-2) interaccionan reconociendo codón y uniéndose al RF-3 y la peptidil
transferasa ve modificada su actividad de manera que esa enzima rompe el enlace
aminoacil-tRNA rompiendo la cadena.
La síntesis de una proteína consume una enorme cantidad de energía, debido a que
se gastan grandes cantidades de ATP y GTP:
Activación. Es preciso la hidrólisis de un ATP en AMP y P Pi 2 ATP
Iniciación. 1 GTP
Elongación. 2 GTP
Terminación. 1 GTP
Esto se produce por cada aminoácido, y una proteína normal tiene cerca de 200
aminoácidos, por lo que se consumirá una enorme cantidad de energía, por ello es
preciso una regulación de la expresión génica que estudiaremos en unidades
siguientes.
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En cualquier proceso que gaste mucha energía se asegura la fidelidad del proceso
(que se da al activar el tRNA y cada vez que se incorpora un aminoácido a la proteína)
por ello la síntesis de proteínas es muy precisa.
La síntesis de proteínas en bacterias va acoplada a la transcripción, es decir, a medida
que se sintetiza el mRNA como es muy inestable empieza ya a ser traducido
simultáneamente por múltiples ribosomas a la vez (polisoma), obteniendo múltiples
copias de la misma proteína.
Las proteínas recién sintetizadas en bacterias no son funcionales de manera que
deben modificarse para ser maduras. Las modificaciones en eucariotas son similares
a las de las bacterias pero hay un caso que no ocurre en eucariotas:
− Deformilación. Todas las proteínas deben perder el radical formilo de la primera
metionina gracias a una deformilasa, de forma que las proteínas pasan a tener
una metionina normal en su extremo N T . Este proceso es simultáneo a la
traducción. Esto se lleva a cabo en todas las proteínas bacterianas.
− Pérdida de la metionina. Hay otra opción aparte de la deformilación, que es la
perdida de la metionina. Esto se lleva a cabo gracias a aminopeptidasas. Se
lleva a cabo en muchas proteínas bacterianas.
− Perdida del primer fragmento. Se pierde un fragmento del N T de la cadena
gracias a una peptidasa (peptidasa de señal). Esto se lleva a cabo en la
minoría de proteínas bacterianas y suelen ser proteínas de secreción al medio
extracelular.
Traducción en eucariotas
Se trata de un proceso similar que al procariótico pero hay una serie de diferencias:
1. El mensajero eucariótico se sintetiza en el núcleo, se modifica, sale al citosol y
se traduce, de manera que traducción y transcripción son procesos
independientes.
2. Las proteínas eucarióticas empiezan todas por metionina deformilada salvo
las proteínas sintetizadas en las mitocondrias que sí empiezan por
formilmetionina.
3. La metionina, al igual que las bacterias tiene dos tRNA: tRNA f y tRNA Met . El
tRNA f (ó tRNA i Met ) es específico de metionina en la posición inicial, pero la
metionina no está formilada.
4. En eucariotas no se ha observado ningún tipo de secuencia Shine-Dalgarno,
pero el primer codón AUG que aparezca tras el CAP del mRNA será el
punto de inicio. Si aparece una purina en (-3) y una guanina en (+4) el tRNA se
copia aproximadamente 20 veces más rápido esto se conoce como segmento
Kozak.
5. El mRNA bacteriano carece de estructura, pero el mRNA eucariótico si puede
estar parcialmente plegado formando horquillas.
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6. Para que se inicie la traducción necesitamos muchos factores de iniciación.
En eucariotas se han caracterizado alrededor de 9 factores de iniciación. En
general se denominan factores de iniciación eucariotas (eIF). Entre los más
importantes está el conocido como proteína de unión al CAP.
Para llevar a cabo la traducción necesitamos formar una estructura de mRNA
desplegado. Un eIF separa la subunidad mayor del ribosoma y la traducción
comienza gracias a tRNAf unida a eIF 2 (unido a GTP) después se produce un
despliegue del mRNA y la subunidad menor migra hasta localizar el AUG (con
gasto de ATP) que es situado en la posición P acoplándose la metionina en un
proceso análogo al procariótico. La hidrólisis del GTP provoca el desacople de
todos los factores y la incorporación de la subunidad mayor en una situación
idéntica a la bacteriana.
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Hay una serie de cambios con respecto a los factores de elongación:
EF-Tu eEF-1α
EF-Ts eEF-1βγ
EF-G eEF-2
Con respecto a los factores de terminación, los eucariotas solo requieren un
factor de terminación (eRF) con función GTPasa.
Modificaciones en eucariotas
Las proteínas recién sintetizadas no son funcionales, por lo que sufren una serie de
modificaciones importantes:
− Modificación de los extremos. Eliminación del formilo en proteínas
mitocondriales y pérdida de la metionina en muchas proteínas de todo tipo.
Pérdida del péptido señal. Todas aquellas proteínas insolubles de la
célula se sintetizan en ribosomas del RER, y se sintetizan con un extremo
N T extra que en cuanto emerge del ribosoma, dirige al péptido al retículo.
Este péptido señal se pierde en todas aquellas proteínas asociadas a
membrana.
− Ruptura proteolítica. Se sintetizan como preproteínas con péptidos señal que
deben perder (Pre-péptido). En ocasiones también se sintetizan con un fragmento
extra (Pro-Péptido) o ambos. Por ello deben perder estos péptidos para ser
funcionales.
Este es el caso de hormonas como la insulina (sintetizada en forma de Pre-Pro-
Insulina) o los zimógenos.
− Agregación de grupos funcionales
Hidroxilación. Hay proteínas que tienen determinados residuos
hidroxilados (los requieren para ser funcionales) ocurre en el caso de
numerosos aminoácidos del colágeno
Metilación. Ocurre lo mismo que en la hidroxilación. Este proceso junto con
el anterior sirve para variar las cargas de las proteínas alterando sus
funciones.
Fosforilaciones. Modifica su función y es abundante en enzimas.
Puentes disulfuro. Afecta a dos aspectos: elimina el carácter reductor de
la Cys (SH S-S) y crea un enlace covalente que estabiliza la proteína.
Esto es común en proteínas de secreción ya que el medio externo es muy
oxidante y con puentes disulfuro se protege la proteína de la oxidación.
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− Glicosilación y unión de lípidos
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Glicosilación. La Glicosilación de proteínas es la unión covalente de
hidratos de carbono que sufren muchas (sobre todo de secreción) que
causan que sean reconocidas por receptores. Las proteínas de membrana
glicosiladas suelen actuar como receptores.
Unión de lípidos. La unión covalente de lípidos que puede darse en
muchas proteínas de membrana ya que les permite anclarse con mayor
facilidad. Normalmente se denominan proteolípidos.
− Plegamiento de la proteína. Se lleva a cabo a medida que se va sintetizando o
bien una vez sintetizada.
Inhibidores de la traducción
Hay una serie de sustancias capaces de inhibir la traducción, y sobre todo las
específicas de la traducción bacteriana pueden ser utilizadas como antibióticos:
Tetraciclina. Es un antibiótico muy utilizado que se une específicamente a la
unidad 30 S del ribosoma (específica bacteriana) e inhibe la unión del aminoaciltRNA
Estreptomicina. También se une a la subunidad 30 S alterando su estructura y
produciendo la lectura errónea del mRNA
Eritromicina. Se une a la subunidad 50 S del ribosoma la cual es responsable de
muchas actividades enzimáticas, inhibiendo la actividad translocasa que depende
de EF-G, de proteínas y de rRNA
Estos antibióticos se utilizan ya que no afectan al organismo humano y solo destruyen
bacterias. Otros antibióticos menos específicos son:
Cloranfenicol. Se une a la subunidad 50 S inhibiendo la actividad peptidiltransferasa.
Este antibiótico es poco selectivo y afecta a los ribosomas
mitocondriales eucarióticos, por ello es bastante tóxico.
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Puromicina. Afecta a todo tipo de células. Una parte de su estructura es
análoga a un aminoacil-tRNA de forma que se une al sitio A del ribosoma e
interrumpe la transcripción. Se utiliza como antibiótico en quimioterapia contra el
cáncer y en investigación.
*Clínica*
La toxina diftérica es producida por la bacteria Corynebacterium diphteriae. La
toxina diftérica es una proteína con dos dominios bien diferenciados la cual
interacciona con la membrana de una célula, lo cual produce la rotura proteolítica
de ambos dominios. Uno de ellos abre un canal en la membrana que causa la
entrada de la otra subunidad.
La subunidad entrante es una enzima que cataliza la siguiente reacción:
eEF-2 ADP-Ribosa-eEF 2
Por tanto la toxina de la difteria inactiva la translocasa eEF-2 mediante ADPribosilación.
Hasta que no se descubrió la vacuna la difteria provocaba una gran
cantidad de muertes.
La bacteria se aloja sobre todo en las vías respiratorias superiores (faringe,
laringe) aunque su toxina puede llegar a afectar a todo el organismo.
El ADP-Ribosa es aportado por la coenzima NAD + que pasa a ser nicotinamida.
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Tema 6. Regulación de la expresión génica
Introducción
Un gen se expresa cuando se transcribe y para la mayor parte de ellos cuando se
traduce. Como en bacterias es muy diferente que en eucariotas, estudiaremos
únicamente ésta última
De la regulación dependen muchos aspectos como la diferenciación celular; todas las
células humanas tienen el mismo material genético, pero disponemos de distintos
tejidos y órganos muy diferentes entre sí, lo que es causado por la regulación de la
expresión génica. El organismo humano funciona debido a que los diferentes tejidos
expresan en su momento distintas proteínas.
La regulación depende de la propia estructura del DNA, transcripción, control
postrasncripcional, control de la traducción y control de modificación proteica.
Control pretranscripcional
Dependiendo de la estructura de la cromatina el DNA se va a expresar con mayor o
menor facilidad. El DNA esta muy compacto en la cromatina y cuanto más condensado
este más difícilmente accesible será. Por ello distinguimos dos tipos de cromatina:
− Eucromatina. Difusa y poco compactada, por ello esta disponible para la
transcripción.
− Heterocromatina. Es cromatina compactada y indispuesta para la transcripción.
Normalmente va a estar formada por DNA repetitivo (centrómeros, telómeros…).
La replicación de esta zona es lenta al haber dificultades para desplegar la
proteína, pero la transcripción es imposible.
Estos estados dependen de las posibles modificaciones de las histonas y del DNA
Modificaciones de las histonas
Van a ser principalmente fosforilación, metilación y acetilación. Recordando los
principales mecanismos (detallados en la unidad 2) son:
La fosforilación afecta a residuos de Ser y Thr modificando la carga positiva de las
histonas que pasan a tener carga negativa. Esto causa imposibilidad de interacción con
el DNA y despliegue de la estructura.
La acetilación ocurre que la histona pierde su carga, dificultando la interacción con el
DNA. Por ello las regiones acetiladas también tienden a estar desplegadas
En aquellas regiones con histonas fosforiladas y acetiladas, la cromatina estará en
estado de eucromatina y la transcripción estará facilitada.
La metilación se produce sobre Lys y Arg pero en este caso se mantiene la carga de
manera que una histona se metila pero la carga se mantiene. La influencia sobre la
transcripción no es evidente. En la mayoría de los genes el efecto es el mismo que en
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las anteriores, es decir, facilita la transcripción sin embargo hay casos en que dificulta
la transcripción debido a que en determinados casos el metilo es dificulta la interacción
con los factores de transcripción.
*Investigación*
El DNA compactado es menos sensible a nucleasas que el DNA que forma parte de
la eucromatina, por tanto estas modificaciones se estudian utilizando nucleasas para
estudiar la vulnerabilidad del DNA y por tanto averiguar el grado de compactación del
material genético.
Los genes de la globina se expresan en los eritroblastos de forma que el gen de la
globina está muy modificado en éstas células, mejorando enormemente su expresión
pero en otros tejidos no está modificado y no se expresa.
Modificaciones del DNA
En el DNA fundamentalmente se da metilación en regiones ricas en la secuencia CG
llamados islotes CG. Cuanto más metilado esté el DNA más difícil es la transcripción
del DNA, de forma que la hipometilación facilita la transcripción. Un DNA hipometilado
se expresa mejor debido a que se facilita la interacción con factores de transcripción.
Control transcripcional
El principal punto de regulación de la expresión génica se da en este punto. Para iniciar
la transcripción necesitamos el promotor basal (caja TATA, punto de inicio) el
promotor proximal y elementos distales promotores de la transcripción. Todas las
secuencias del DNA interventoras en la transcripción se denominan elementos cis.
Los elementos distales pueden estar a miles de pares de bases de distancia, pero
gracias a que los factores de transcripción y la RNA-polimerasa los pueden aproximar
mucho al punto de inicio, influyen en la expresión del gen.
Los genes domésticos son los genes que se expresan continuamente y expresan todos
estos elementos.
Para que todos estos elementos funcionen, requieren interacción de una proteína (sea
la RNA-polimerasa o bien algún factor de transcripción) a los elementos que
interaccionan con un elemento cis se denominan elementos trans.
Los elementos distales pueden actuar como respuesta o bien a hormonas o bien a
AMPc y regulan la eficacia de la transcripción, siendo generalmente activadores
“enhancers” aunque en ocasiones la inhiben.
Los elementos de respuesta a hormonas (HRE) se basan en hormonas liposolubles
que atraviesan sin problema las membranas celulares (esteroideas y tiroideas) y tienen
su receptor en el citosol. Cuando la hormona interacciona con el receptor éste actúa
como un factor de transcripción específico. Estos factores son específicos de un tejido,
o del momento.
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Otros se denominan elementos de respuesta a AMPc (CRE). El AMPc activa a la
proteína quinasa A (PKA) la cual fosforila una proteína que activa al CRE. Estos
intensificadores están en todas las células pero solo se expresan en determinados
momentos
Todos los factores de transcripción que interaccionan con los elementos cis
responderán a unas estructuras muy típicas. Todos los factores de transcripción
interaccionan por una parte con DNA y por otra con proteínas (RNA-polimerasa o bien
otros factores). Las regiones de interacción con DNA tendrán siempre una estructura
específica:
Hélice-giro-hélice (α-hélice - secuencia de unión - α-hélice). Permite la unión al
surco mayor del DNA
Dedos de Zn. La estructura de la proteína rica en His y Cys interaccionan con
Zn creando estructuras digitales. Los dedos se suelen presentar en número par
e interaccionan perfectamente con la doble hélice.
Cremalleras de leucina. Las cremalleras de leucina son proteínas que
presentan un tramo de hélice-α donde abundan las leucinas y otro tramo de
estructura en otro tipo donde suelen abundar aminoácidos con carga positiva. Se
asocian dos moléculas debido a interacciones hidrofóbicas y el DNA interacciona
con las cargas positivas.
Control postrasncripcional
Una vez sintetizado el mRNA podemos regular la maduración del mensajero lo que
implica la eliminación de intrones y la adición de la cola poli A.
En el caso de la eliminación de intrones hablamos del splicing alternativo, que se
lleva a cabo eliminando exones siempre que se conserve el primero, el último, y el
orden.
En el caso de la cola poli A ésta se puede añadir en diversos puntos del mensajero. El
mRNA se puede cortar en un punto u otro dependiendo de donde se añada esta cola.
Hay algunos mensajeros que no salen del núcleo, con lo que si no son transportados al
citoplasma no se traducen. Esto puede depender de la longitud de la cola poli A.
Una vez tenemos el RNA en el citoplasma, depende de la estabilidad del mensajero. El
mRNA es muy inestable la traducción debe ser muy rápida. Se ha visto que las
hormonas esteroideas aparte de promover la expresión génica también aumenta la
estabilidad del mRNA.
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Control traduccional
La traducción se regula en una gran cantidad de proteínas, que en humanos
conocemos fundamentalmente dos:
− Síntesis de ferritina
− Síntesis de hemoglobina
Control de la síntesis de ferritina
El mensajero de la ferritina tiene en su extremo 5’ una zona muy plegada que no
permite el inicio de la traducción. Esta zona esta muy estabilizada por una proteína y no
permite que se inicie la transcripción. En caso de que aumente el nivel de hierro en la
célula, éste interacciona con la proteína inhibidora lo que causa el despliegue del
mRNA que codifica para ferritina y por tanto se da el comienzo de la traducción. A la
proteína inhibidora de la traducción de la ferritina se la conoce como IRP.
Control de la síntesis de hemoglobina
Las globinas de la hemoglobina solo son necesarias para la síntesis de esta proteína
de forma que la síntesis de globinas debe ser controlado fundamentalmente por el nivel
del grupo hemo.
El factor de iniciación 2 (eIF-2) unido a tRNA Met y a GTP. Cuando incorpora la
metionina el eIF-2 se libera unido a GDP en una forma no funcional debido a que
requiere estar unido a GTP lo que viene catalizado por la proteína GEF (Factor de
intercambio de nucleótidos de guanina). Si el eIF-2 se fosforila gracias a ATP no es
funcional y además no puede intercambiar GTP. La quinasa que se encarga de
catalizar la fosforilación del eIF-2 es inhibida por el grupo hemo, de forma que la
quinasa se denomina inhibidor controlado por el hemo (HCI).
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Si la concentración de hemo es alta nos interesa formar globinas, de forma que se
inactiva la HCI y el eIF-2 estará defosforilado y capacitado para intercambiar GTP
(forma funcional) lo que produce la síntesis de globinas. Lo mismo ocurre al contrario.
También las globinas ejercen un control similar en la síntesis del grupo hemo, aunque
éste no sea una proteína.
*Controles postraducción*
Es mucho menos importante que las vistas anteriormente
La modificación proteica es un modo de control postraducción ya que si una
proteína no se modifica adecuadamente como ya vimos en la unidad anterior, no es
funcional.
También es posible controlar la degradación de una proteína envejecida o
defectuosa mediante su ubiquitinización y su digestión en un proteasoma.
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