tema 15_expresión génica

ES Domingo Miral (Jaca) Biologa (Bachillerato Nocturno)

TEMA 15: LA EXPRESIN GNICA 1- TRANSCRIPCIN

La transcripcin es el paso de una secuencia de ADN a una molcula de ARN de cualquier tipo; es por tanto un flujo o transferencia de informacin. Para este proceso son necesarios el ADN, ribonucletidos, las ARN polimerasas y factores de transcripcin.

Se trata de un proceso selectivo, en que no se transcribe todo el ADN, sino que lo hacen genes o grupos de genes (los que son necesarios expresar en momentos dados). Los mecanismos difieren entre procariotas y eucariotas.

1.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO EN PROCARIOTAS

Se produce en el citoplasma y se distinguen tres etapas:

1- Iniciacin: la ARN polimerasa se une a una zona concreta del ADN que se denomina promotor , una secuencia rica en A y T. A continuacin esta enzima desenrolla una vuelta de hlice, separando las dos cadenas.

2- Elongacin: una de las dos cadenas separadas se utiliza de molde para la transcripcin. La polimerasa recorre el ADN molde hacia su extremo 5, por lo que la sntesis se hace en sentido 5 3. Se aaden nucletidos activados (en forma de trifosfatos) a la cadena por complementariedad de bases.

3- Terminacin: al llegar a una secuencia de terminacin (rica en G y C), la ARN polimerasa se detiene, por lo que las dos cadenas del ADN se vuelven a unir y la cadena de ARN transcrita queda libre. En los ARNt y ARNr existe una maduracin posterior consistente en corte y empalme.

1.2 PARTICULARIDADES EN EUCARIOTAS

En las clulas eucariotas existen algunas particularidades que las diferencian del proceso en procariotas.

1- El proceso se realiza en el ncleo, puesto que es ah donde se localiza el ADN en eucariotas. Posteriormente, los ARN tendrn que migrar al citoplasma.

2- Existen tres tipos de ARN polimerasas, segn el tipo de ARN que se sintetiza.

3- El ADN que se transcribe, primero ha de disociarse de las histonas, para que se extienda y as pueda actuar la polimerasa.

4- Existe una fase posterior a las tres consideradas en procariotas, que es la maduracin. Esta fase, realizada en el ncleo, consiste en una serie de modificaciones que se realizan en el transcrito primario (el ARN proveniente de la accin de la polimerasa, llamado tambin ARN heterogneo nuclear). El ms importante es la eliminacin de secuencias sin sentido, denominadas intrones, que se encuentran dentro de los genes. A continuacin las secuencias con sentido o exones se empalman, originando un ARN maduro.


2 - LA TRADUCCIN

2.1 EL CDIGO GENTICO

La biosntesis de protenas supone una traduccin, pues en la expresin de los genes (representado en el dogma central de la biologa molecular) se pasa de un lenguaje de 4 bases nitrogenadas (ARN mensajero) a un lenguaje de 20 aminocidos (polipptido).

La correspondencia entre bases y aminocidos se expresa en el cdigo gentico y se establece por tripletes, denominados codones, puesto que proporciona las suficientes combinaciones para los 20 aminocidos:

- 1 Base: 41 = 4 combinaciones

- Dipletes: 42 = 16 combinaciones.

- Tripletes: 43 = 64 combinaciones.

Las caractersticas del cdigo gentico son las siguientes:

1. Universal: el mismo para todos los seres vivos.

2. Degenerado: como hay 64 combinaciones distintas para 20 aminocidos, existen aminocidos codificados por ms de un triplete.

3. Carcter bamboleante de la tercera base del codon. Las dos primeras bases son casi fijas para un aminocido, mientras que la tercera generalmente puede variar, sin que por ello vare el aminocido (todo esto se debe a la degeneracin del cdigo).

4. Existencia de codones especiales: uno de iniciacin (AUG, que tambin codifica la metionina) y tres de terminacin (UAG, UAA, UGA, tambin denominados mudos).


2.2 LA BIOSNTESIS DE PROTENAS

Molculas necesarias:

- ARN mensajero: transcrito del mensaje del ADN.

- ARN ribosmico: forman los ribosomas (lugar de unin de los aminocidos entre s). Tienen dos lugares: A (de aminoacil) y P (de peptidil).

- ARN transferente: son los adaptadores que los aminocidos necesitan para reconocer los codones correspondientes. Poseen un lugar de unin al aminocido (extreno 3) y un lugar de reconocimiento del codon (anticodon). Hay 20 distintos.

- Aminocidos.

- 10 factores proteicos, de accin cataltica.

- GTP, que aporta energa para la formacin de los enlaces peptdicos.

Fases de la traduccin:

La traduccin consiste en la sntesis de una protena codificada en el ARNm, en que los aminocidos son transportados al ribosoma por los ARNt y dispuestos en el orden definido por la secuencia de codones del ARNm.

Las fases de este proceso son las siguientes:

- Activacin de los aminocidos: para cada uno de los 20 aminocidos existe una ARNt especfico y una enzima denominada aminoacil-ARNt sintetasa. La enzima se encarga de captar el aminocido del medio y unirlo al ARNt especfico por su extremo 3, formando un aminoacil-ARNt, forma activada del aminocido. En este proceso se utiliza ATP y se libera pirofosfato.

- Inicio de la sntesis: en el extremo 5 del ARNm, hay una secuencia lder, de 20 a 600 bases, que finaliza con el codon de iniciacin AUG. Sobre esta secuencia se instala la subunidad pequea del ribosoma y sobre el codn de inciacin, el ARNt con el anticodon UAC y que porta la metionina (es un metionil-ARNt). Consecuentemente, en todas las protenas se incorporar primero la metionina, aunque en la mayora ser posteriormente eliminado de forma enzimtica. A continuacin, se acopla la subunidad grande del ribosoma. Para esta fase se necesitan los factores de iniciacin (FI) y energa en forma de GTP.

- Elongacin: En el ribosoma se establecen dos zonas de unin al ARNt: el lugar P (de peptidil), donde se une el met-ARNt y un lugar A (de aminoacil), que est inicialmente desocupado y que deja libre un codon, al que se le unir posteriormente el aminoacil-ARNt correspondiente. Mediante la enzima ribosomal peptidiltransferasa, el aminocido que porta el ARNt del lugar P, se une mediante enlace peptdico al aminocido recien entrado. De este modo, el ARNt del lugar P queda sin aminocido y es expulsado cuando se produce el desplazamiento (de tres bases) del ribosoma a lo largo del ARNm, con lo que el ARNt que porta el dipptido pasa del lugar A al P, quedando el primero libre para el ARNt que corresponde al siguiente codon. Se necesita para esta fase energa (GTP) y factores de elongacin.


- Terminacin: El proceso anterior se repite sucesivamente hasta que el ribosoma llega a uno de los tres codones mudos, que no son reconocidos por ningn ARNt, sino por los factores de terminacin, que ocupan el lugar A. Esto provoca el desprendimiento de la cadena polipeptdica recin formada y la disociacin del ribosoma en sus dos subunidades. La potena adquiere la configuracin tridimensional a la vez que se va sintetizando.

Tanto en procariotas como en eucariotas, un mismo ARNm puede ser ledo por varios ribosomas al mismo tiempo, formando un polisoma.

3- GENTICA APLICADA

3.1 LA INGENIERA GENTICA

La ingeniera gentica es una tcnica biotecnolgica consistente en la introduccin de genes exgenos en el genoma de un organismo que carece de ellos. Se realiza una mejora gentica de organismos, en un plazo mucho menor que la mejora que se obtiene tradicionalmente por seleccin artificial (seleccin de organismos que tengan mayor rendimiento y posterior cruce hasta obtener razas puras).

Los pasos a seguir en esta tcnica son:

- Corte del fragmento de ADN (con uno o varios genes) que se desea introducir, por enzimas de restriccin (que reconocen una secuencia especfica y cortan por ah).

- Transporte del ADN cortado a la clula diana (procariota o eucariota), mediante un vector (que puede ser un plsmido o un virus).

- Insercin del fragmento de ADN en el ADN receptor, que se convierte en el ADN recombinante. Esto se realiza mediante los extremos cohesivos (segmentos de ADN monocatenarios producidos por enzimas especficas en los extremos de ADN receptor y ADN exgeno).

- Clonacin: se producen mltiples copias idnticas del organismo transgnico (y por tanto de los genes insertados) por mtodos de reproduccin asexual.

Mediante estas tcnicas, se han obtenido grandes logros, como la de u organismos transgnicos como vegetales resistentes a plagas.

3.2 APLICACIONES DE LA INGENIERA GENTICA

1. Medicina. Obtener bacterias que produzcan protenas humanas (insulina, hormona del crecimiento o interfern), lo que favorece su produccin industrial en grandes cultivos bacterianos (obtenindose grandes cantidades de producto a bajo coste). Terapia gnica, consistente en sustituir genes defectuosos que generan enfermedades genticas por genes sanos (lo que se ha logrado en la terapia de la talasemia).

2. Industria alimentaria. Obtencin de organismos modificados genticamente o transgnicos, con ms xito en vegetales que en animales. Por ejemplo, vegetales resistentes a heladas (incorporando un gen de un pez antrtico), a plagas o a herbicidas (insertando genes procedentes de insectos o bacterias), vegetales de maduracin ms lenta o vegetales capaces de fijar el N2 atmosfrico (por incorporacin del gen de la nitrogenasa).


3. Medio ambiente. Como tratamiento de residuos, eliminacin de metales pesados o manchas de petrleo (combinando en un slo organismos todos aquellos genes que codifican protenas capaces de degradar cada uno de los hidrocarburos del petrleo). Otros ejemplos seran la obtencin de sustancias energticas (como el etanol o metano) e incluso la recuperacin de especies extinguidas por clonacin.

3.3 EL PROYECTO GENOMA HUMANO

Se trata de un estudio, iniciado en 1990 y finalizado parcialmente en 2000, que trata de conocer la secuencia de bases de los 30.000 genes humanos. Para ello, una vez obtenido el mapa gentico humano (1996), en que se seala el orden y la distancia entre s de los genes, se inicia la secuenciacin de cada gen por elecroforsis en gel y ayuda de ordenadores mediante la implicacin y el trabajo coordinado de numerosos equipos de trabajo.

Las ventajas de la consecucin del genoma humano seran los siguientes:

- Diagnstico precoz de enfermedades, que no se manifiestan en los primeros aos de vida

- Obtencin de medicamentos y terapias contra esas enfermedades.

- Comparacin con genomas de otras especies.


3.4 LA BIOTICA

Es una rama de la tica que trata de limitar las investigaciones cientficas que atenten contra la dignidad humana o que creen parcialidades. Por una parte, vela por la calidad, eficacia y seguridad de los productos y por otra parte plantea cuestiones ticas y su relacin con procesos legislativos.

Los criterios bsicos son los siguientes:

- Lmites ecolgicos y de calidad en la produccin de organismos transgnicos (pueden causar desastres ecolgicos, enfermedades humanas o contaminacin)

- Lmites ticos y morales. Muchas aplicaciones lcitas en animales o vegetales (como la clonacin) no lo son en humanos. Se consideran deseable la terapia gnica, mientras que la manipulacin de embriones slo es deseable en determinadas circunstancias (con el consentimiento de los padres). La seleccin gentica en gametos no es correcta, pues no tiene intencin curativa y puede romper el equilibrio gnico o de sexos en una poblacin.

- Lmites sociales, basados en el derecho a la intimidad como, por ejemplo, impedir legalmente la exigencia de un sondeo gentico para acceder a puestos de trabajo, asistencia sanitaria o plizas de seguro.

- Lmites polticos al uso de patentes de genes u organismos trasgnicos, para que favorezcan a toda la humanidad y no slo a los pases que dispongan de las tcnicas.

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