Acción y Regulación Génica

Contenidos a desarrollar • Concepto de Gen Gen.. • Dogma Central de la Biología Molecular. Molecular. • Expresión de la acción génica en los procesos metabólicos:: Postulados de Garrod metabólicos Garrod.. • El Código genético genético.. •Replicación del ADN. ADN. La Transcripción: Transcripción: el ARN mensajero.. Concepto de cistrón, exones e mensajero intrones.. intrones • La Traducción: Traducción: el ARN ribosómico ribosómico.. Ribosomas y polisomas. polisomas. El ARN de transferencia transferencia.. •Regulación génica en Procariotes Procariotes:: inducción y represión.. Regulación en Eucariotes represión Eucariotes..

Acción de los genes EL GEN:

Secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido o una molécula de ARN



Actúa o se expresa formando una proteína Controlan los procesos bioquímicos de las células

El dogma central de la biología molecular

Desde el punto de vista de la Biología Molecular: 

 

El ADN se Replica para mantener la información genética a través de las generaciones; se Trancribe en ARN y se Traduce en Proteinas para expresarse. ADN replica

ARN transcribe

Proteinas traduce

Según el mensaje GENES ESTRUCTURALES Codifican para proteínas o para ARN

GENES REGULADORES Controlan la expresión de los genes estructurales Se transcriben en ARNm y se traducen en proteínas que activan o inhiben la transcripción de otros genes.

Síntesis de Proteínas (esquema)



En 1902 un médico inglés A. Garrot sugirió, que los genes codifican enzimas que controlan reacciones bioquímicas bioquímicas.. Cuando ocurre un defecto en el gen su enzima es insuficiente lo que deriva en trastornos del metabolismo. metabolismo. Estudió diversas enfermedades que se producen por errores del metabolismo de los aa fenilalanina y tirosina. Las enfermedades que se producen son conocidas como: como: Alcaptonuria, Fenilcetonuria o Oligifrenia Fenilpirúvica,, Fenilpirúvica Tirosinosis, Tirosinosis, Cretinismo Bocioso y Albinismo Albinismo..

Expresión de la acción génica en los procesos metabólicos (Garrod, 1902)

Oligofrenia fenilpirúvica

Albinismo

Alcaptonuria: se caracteriza por endurecimiento de tejidos cartilaginosos, orina oscura por presencia de ácido homogentísico. Fenilcetonuria o Oligifrenia Fenilpirúvica: hay alteración mental por acumulación del acido fenilpirúvico (detectado a tiempo pueden evitarse daños irreversibles con una dieta libre de fenilalanina). Tirosinosis: imposibilidad de oxidar el ácido parahidroxifenilpirúvico y degradar normalmente la tirosina. Cretinismo Bocioso: Produce gran retardo mental y físico. Albinismo: incapacidad genética de formar la melanina

Acción de los genes: Postulados de Garrot gen A

A

enz a

gen B

B

enz b

gen C

C

enz c

X

1. El metabolismo se da por pasos con compuestos intermediarios que se convierten en otros en una secuencia ordenada. 2. Cada uno de estos pasos es controlado por diferentes enzimas y por lo tanto por distintos genes. 3. La falta de una enzima produce el bloqueo de la ruta en un paso y la acumulación de la sustancia anterior a este.

Beadle y Tatum (1941)

Un gen---------------------gen---------------------- una enzima Un gen ---------------------- una proteína Un gen---------------------gen---------------------- un polipéptido Por medio de la Transcripción y Traducción un gen se expresa o actúa formando un polipéptido



Existen proteínas como la hemoglobina humana en la que intervienen varios genes en su formación. La molécula de hemoglobina está formada por 4 cadenas polipéptidas: polipéptidas: 2 cadenas σ idénticas entre sí y 2 cadenas β también idénticas entre sí. Las cadenas σ están codificadas por un gen localizado en el cromosoma 2, y las β por otro gen ubicado en el cromosoma 11. Para que la hemoglobina sea funcional deben las 4 cadenas polipeptídicas ensamblarse junto a 4 grupos Hemo (Fe) en cada una de ellas.

Molécula de Hemoglobina

El Código Genético 







Es la forma en la cuál la información genética se almacena en la secuencia de nucleótidos de un gen. Se debe pasar de un lenguaje de 4 palabras a otro de 3 palabras. Son 4 las bases nitrogenadas distintas presentes en el ADN. Se acepta que son combinaciones tomadas de a 3 de las 4 bases nitrogenadas lo que da 64 posibilidades: (4)3 = 64

¿Cómo se traduce la información genética contenida en el ADN para formar las proteínas? El lenguaje está formado por 64 palabras de 3 letras TRIPLETE CODÓN ANTICODÓN







Triplete: secuencia de tres nucleótidos ubicados en el ADN y que se transcriben en el ARNm, ARNm, para codificar un aa de una proteína. Codón: secuencia de tres nucleótidos ubicados en el ARN mensajero y que codifican un aa de una proteina proteina.. Anticodón:: secuencia de tres nucleótidos Anticodón ubicados en el ARN de transferencia que se aparea con el codón correspondiente del ARN mensajero durante la traducción.

Código Genético

El Código Genético es Universal Universal,, es el mismo para todos los seres vivos y también se dice que es Degenerado Degenerado,, porque varios codones codifican al mismo aa. Existen codones que corresponden a una Señal de iniciación del mensaje, especifican el primer aa de una proteina proteina,, comúnmente el AUG y que codifica, en muchos casos, a la metionina. metionina. Otros codones marcan el final de la traducción, son una Señal de terminación o “stop”, los mas comunes son UAA UAA,, UAG UAG,, y UGA UGA..









La REPLICACIÓN ocurre en el ADN, para ello ambas cadenas se separan totalmente y se copian las dos. La TRANSCRIPCIÓN también ocurre en el ADN, la separación de las cadenas es parcial y solo se transcribe una de ellas, en el lugar del gen a copiar. La transcripción se da por acción de la ARN polimerasa. Se transcriben 3 tipos de ARN: mensajero mensajero,, de transferencia y ribosomal ribosomal..

ARN mensajero 



Es una molécula de ARN que contiene la información genética sobre la secuencia de aminoácidos de una proteína. El ARNm es el único que se traduce y se trata de una molécula inestable. 



Procariotes: El ARNm es la copia exacta complementaria del ADN. Eucariotes: el ARNm sufre un proceso de maduración antes de salir del núcleo.  EXON: codifican para una proteína  INTRÓN: no codifican

TRANSCRIPCIÓN

TRANSCRIPCIÓN

Se transcriben 3 tipos de ARN: ARNm (5%) ARNt (15%) ARNr (80%)

La región o segmento de ADN que codifica una proteína se denomina: CISTRÓN  PROCARIOTES PROCARIOTES--- ARNm Policistrónicos  EUCARIOTES -----ARNm ARNm Monocistrónicos

TRADUCCIÓN 





Es el 2º paso en la síntesis de polipéptidos y ocurre en el citoplasma (en Eucariotas). Los ribosomas están compuestos por dos subunidades. El ARNm se ubica entre las dos subunidades del ribosoma. Una sola molécula de ArNm es traducida por varios ribosomas, y de cada uno va saliendo un polipeptido. polipeptido.

La Traducción: El Ribosoma

TRADUCCIÓN

Traducción

ARN ribosómico 



El ARNr es una molécula de ARN altamente estable y que constituye un componente estructural del ribosoma. Tanto en células procariontes como en las eucariontes, múltiples ribosomas pueden unirse a un único ARNm, ARNm, generando una estructura conocida como Polirribosoma o Polisoma

ARN de transferencia. transferencia. 



Son moléculas de bajo PM, constituidas por entre 25 – 80 nucleótidos. Si bien, son moléculas monocatenarias hay sectores en los que las bases complementarias se aparean y toman la forma de una hoja de trébol. Su función es transportar a los aa al ribosoma y reconoce los codones del ARNm colocando los aa en el orden adecuado durante la síntesis de proteinas. proteinas. Se trata de moléculas estables, donde cada una se une a un aa particular.

ARN de transferencia

Esquema tridimensional del ARN de transferencia de la fenilalanina

Regulación Génica







Todas las células de un individuo contienen la misma información genética, sin embargo no la expresan en su totalidad. Las células deben controlar cuál gen debe ser cuándo.. La regulación puede ser transcripto y cuándo en tres niveles: replicación, transcripción y traducción. La más frecuente es al comienzo de la transcripción. Resulta mas eficiente biológicamente y significa menos gasto de energía. La regulación génica es diferente en células Procariontes de en células Eucariontes.

Regulación en Procariotes 

 

Presentan 2 clases de enzimas, las constitutivas y las adaptativas adaptativas.. Las constitutivas se producen siempre y catalizan procesos que suceden sin interrupción. Las adaptativas o inducidas se producen cuando está el sustrato en el medio y deben ser reguladas. La regulación se hace por 2 mecanismos: 1- Cambios en la actividad de la enzima. 2- Cambios en la producción de la enzima.





1- Cambios en la actividad de la enzima: cuando hay sustrato en el medio se estimula la actividad de la enzima ya formada, para la degradación. Cuando no lo hay se inhibe dicha actividad. Esta regulación es casi instantánea. 2- Cambios en la producción de la enzima: cuando hay sustrato en el medio se produce la enzima cuando no lo hay no se produce. Es un control genético, más lento que el anterior.

La Regulación puede hacerse por Inducción o por Represión. Por inducción es cuando la presencia del sustrato estimula la formación de la enzima, provocando la actividad de los genes. Por represión es cuando la acumulación del producto final inhibe la síntesis de las enzimas que la producen, disminuyendo la expresión de sus genes. Tanto la inducción como la represión puede hacerse por control negativo, cuando se producen proteínas represoras que impiden la transcripción o control positivo cuando se producen proteínas activadoras que permiten la transcripción.

Ejemplo: Inducción por control negativo.. Operón lac negativo lac.. 



El operón es un conjunto de genes estructurales de una bacteria junto a un promotor y otras secuencias que controlan la transcripción de los genes estructurales. El sustrato (lactosa) induce la producción de enzimas que la degradan y los genes reguladores producen proteinas represoras que impiden la transcripción.

REGULACION EN PROCARIOTES Inducción por control negativo Jacob y Monod, 1961

REGULACION EN PROCARIOTES

REGULACIÓN GÉNICA EN EUCARIOTES En un organismo pluricelular todas las células tienen la misma información genética  Cada célula expresa solamente una parte de su potencial La expresión génica depende del tejido  Ejemplo: principales proteínas de reserva de las semillas (zeína (zeína del maíz o vicilinas de arvejas)

REGULACION EN EUCARIOTES

Bibliografía  DE ROBERTIS, E. D. Y E. M. DE ROBERTIS (h). Biología celular y Molecular. El Ateneo, 1983.  PIERCE, B. A. Genética Un enfoque conceptual. 2da. Edición. Ed. Panamericana. 2005.  PUERTAS, M. J. Genética. Fundamentos y perspectivas. Ed. Interamericana. McGraw-Hill. 1992.  SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética General. Omega. 1968.  TAMARIN, R. Principios de Genética. Reverté S. A. 1996.