Acción y

Regulación Génica

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Acción de los genes Segmento de ADN

GEN

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

Actúa o se expresa formando una

proteína Controla los procesos bioquímicos de las células Controla e influye el fenotipo Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

El dogma central de la Traducción biología molecular Transcripción ADN

ARN m

Replicación

NÚCLEO

CITOPLASMA

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PROTEINAS

Beadle y Tatum (1941)

Un gen

Todos los procesos bioquímicos de los organismos regidos por enzimas están bajo control génico

una enzima

Horowitz Muchos genes que dirigen la síntesis de proteínas cuya función no es enzimática sino estructural

Un gen

una proteína

Existen proteínas en cuya formación interviene más de un gen (hemoglobina humana)

Un gen

un polipéptido Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Proteína formada por 4 cadenas polipeptídicas, 2 alfa y 2 beta idénticas entre sí

Las alfa están codificadas por un gen alfa ubicado en el cromosoma 2 y las beta por un gen beta localizado en el cromosoma 11 Para que funcione deben ensamblarse estas 4 cadenas polipeptídicas más 4 grupos hemo (hierro) de cada una de ellas Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Por medio de la Transcripción y Traducción un gen se expresa o actúa formando un polipéptido Tanto en Eucariotes como en Procariotes el camino es el mismo En Eucariotes la membrana nuclear es una barrera entre la Transcripción que ocurre en el núcleo y la Traducción que ocurre en el citoplasma En los Procariotes ambos procesos ocurren en el mismo medio

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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 activando o inhibiendo la transcripción Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Expresión de la acción génica en los procesos metabólicos (Garrod, 1902) Los numerosos procesos bioquímicos que tienen lugar en las células se realizan bajo el control de los genes. En un primer contacto con el problema de la expresión de los genes un médico inglés, Garrod (1902) estudió diversas enfermedades producidas por errores del metabolismo de dos aminoácidos Fenilalanina y Tirosina. A partir de la dieta proteica se obtienen los aminoácidos Las enfermedades son conocidas como Alcaptonuria, Fenilcetonuria, Tirosinosis, Cretinismo bocioso,y Albinismo Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Oligofrenia fenilpirúvica

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Albinismo

Estas enfermedades se heredan como un gen autosómico recesivo  Garrod llegó a la conclusión que se deben a la falta de alguna reacción metabólica catalizada por enzimas y causada por genes recesivos que dan lugar a la formación de enzimas defectuosas o ausentes 

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Acción de los genes gen B

gen A

A enz a

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. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

¿Cómo se traduce la información genética contenida en el ADN para formar las proteínas?

Se trata de pasar de un lenguaje de 4 letras en el ADN a uno de 20 letras en la proteína

CÓDIGO GENÉTICO Es la clave que se encuentra en el ADN y se transmite al citoplasma por medio del ARN m Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

TRIPLETE Secuencia formada por tres bases en el ADN del núcleo CODÓN Secuencia complementaria de las 3 bases del triplete en el ARN m ANTICODÓN Secuencia complementaria de las 3 bases del codón en el ARN t

C ADN

T C triplete

transcripción G

ARN m

A

C

traducción ARN t

G

U C

Cátedra de Genética - Facultad anticodón codón de Agronomía y Zootecnia - UNT

Ácido glutámico

1ª hipótesis Cada base significa 1 aminoácido Combinaciones de 4 tomadas de a 1---- = 4 sobran 16 aa (NO) 2ª hipótesis Cada 2 bases significa 1 aminoácido Combinaciones de 4 tomadas de a 2---- = 16 sobran 4 aa (NO) 3ª hipótesis Cada 3 bases significa 1 aminoácido Combinaciones de 4 tomadas de a 3---- = 64 sobran 44 palabras

Se acepta es la mínima combinación que cubre todos los aa

El lenguaje está formado por 64 palabras de 3 letras Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Código Genético

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El código genético es

UNIVERSAL Existe un código único para todos los organismos vivos Un determinado codón corresponde a un mismo aa en todos los organismos DEGENERADO Un mismo aa puede estar codificado por tripletes distintos

Señal de Iniciación T A C A U G también para Metionina Señal de Terminalización U A A UAG UGA TODOS LOS CODONES SE DETERMINARON EXPERIMENTALMENTE Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

TRANSCRIPCIÓN

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Transcripción La transcripción consiste en la síntesis de ARN Catalizada por una enzima específica la ARN polimerasa Se inicia en un lugar promotor y la terminación está determinada en la molécula de ADN y actúa una proteína (rho) El crecimiento del ARN se produce en dirección 5 prima….3 prima es decir que la enzima lee el ADN en la dirección 3 prima---5 prima No se produce la separación total de las 2 hélicesde ADN como en la replicación sino desenrollamientos parciales dentro del ADN de manera que una vez realizada la transcripción vuelven a quedar unidas entre sí Una vez sintetizado y liberado el ARN su dirección es variable así como el número de copias Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

TRANSCRIPCIÓN

Se transcriben 3 tipos de ARN: ARNm (5%) ARNt (15%) ARNr (80%) Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

CISTRÓN La región o segmento de ADN que codifica una proteína

 PROCARIOTES-- ARNm Policistrónicos Contienen la transcripción de varios genes que se encuentran contiguos en el ADN y tienen funciones relacionadas Los 3 tipos de ARN transcriptos son la copia complementaria exacta del ADN

 EUCARIOTES ---ARNm Monocistrónicos Corresponden a la transcripción de un solo gen

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En los Eucariotes los ARN transcriptos son precursores más largos que los que salen luego al citoplasma porque la información en el ADN se encuentra en segmentos contiguos que codifican y que no codifican para una proteína

EXON: codifican para una proteína INTRÓN: no codifican

Los ARN recién transcriptos sufren en el núcleo una etapa de maduración donde se cortan los intrones y se unen los exones entre sí formando el ARN maduro que es el que sale al citoplasma

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TRADUCCIÓN

La traducción es el segundo paso en la expresión de los genes Consiste en la síntesis de los polipéptidos siguiendo las instrucciones del ARNm Ocurre en el citoplasma La síntesis se realiza en los ribosomas que están formados por una subunidad mayor y otra menor de diferente coeficiente de sedimentación Los aminoácidos son conducidos a los ribosomas por moléculas de ARNt que llevan el anticodón complementario del codón del ARNm La traducción se lleva a cabo mediante una batería de enzimas

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La Traducción: El Ribosoma

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TRADUCCIÓN

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Traducción

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Varios ribosomas se unen a una molécula de ARNm formando un poliribosoma de manera que una sola molécula de ARNm es traducida por varios ribosomas al mismo tiempo De cada ribosoma va saliendo un polipéptido Habrá tantas moléculas de polipéptidos como ribosomas tenga el polisoma El ARNm se ubica entre las dos subunidades del ribosoma quedando protegido de la degradación de la ribonucleasa del citoplasma Los ribosomas se desplazan a lo largo del ARNm dirección 5’→3’. La cadena polipeptídica naciente sale por un túnel en la subunidad mayor y de esa manera queda protegida de la degradación de enzimas proteolíticas La subunidad mayor del ribosoma contiene la enzima que cataliza la unión peptídica (péptido sintetasa) Una vez formada la cadena polipeptídica, ésta modifica su estructura para ser liberada en su forma activa es decir como estructura terciaria Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Regulación

Génica

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Regulación génica

Todas las células de un individuo contienen la misma información genética sin embargo no la expresan en su totalidad No se expresan todos los genes sino sólo aquellos que ésta necesita para cumplir sus funciones Las células son capaces de controlar cuál gen debe ser transcripto y cuándo Para ello tiene mecanismos que regulan la expresión de los genes activándolos o inhibiéndolos El control o regulación puede hacerse a tres niveles Replicación Transcripción Traducción

El más común y mejor conocido es al comienzo de la transcripcion Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Regulación génica

La célula posee mecanismos de regulación tales que pueden controlar no solo la síntesis de enzimas sino también el grado de actividad de las mismas Se trata de sistemas de retroalimentación o feed-back El grado de producción de una enzima está regulada por un gen (REGULADOR) y la estructura de la misma está controlada por otro gen (ESTRUCTURAL) Pareciera que el gen regulador obliga a la célula a producir una molécula represora que controla el funcionamiento del gen estructural

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OPERON LAC

Jacob y Monod (1961) Escherichia coli

Si se agrega lactosa al medio de cultivo se induce la formación de enzimas que la degradan para obtener energía Las enzimas necesarias para la utilización de la lactosa son tres y la síntesis de ellas está regulada por una unidad llamada OPERÓN en el ADN bacteriano constituído por 1. Un grupo de genes estructurales 2. Elementos reguladores a) promotor (p) segmento de ADN al que se une la ARN polimerasa para que se inicie la transcripción b) operador (o) que permite o no la transcripción c) represor lac Cuando hay LACTOSA en el medio, ésta actúa como inductor uniéndose al represor, liberando al operador y permitiendo la transcripción Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

REGULACION EN PROCARIOTES Jacob y Monod, 1961

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REGULACION EN PROCARIOTES

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REGULACION EN EUCARIOTES

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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 A diferencia de los Procariotes presentan membrana nuclear que establece una barrera entre el núcleo y el citoplasma Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Bibliografía  DE ROBERTIS, E. D. Y E. M. DE ROBERTIS (h). Biología celular y Molecular. El Ateneo, 1983.

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1996. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT