Metabolismo de los Ácidos Nucleicos

1. Introducción

Procesamiento de la información del ADN

• Expresión génica: síntesis de proteínas.
  • Transcripción: copia de uno o varios genes.
  • Traducción: el ADN se utiliza para sintetizar proteínas.
• Herencia: división celular.
  • Replicación: copia de un cromosoma completo.

En los humanos el 3% del ADN son genes reconocidos mientras que en las bacterias lo son el 90%.

Dogma central de la biología molecular

La información fluye del ADN al ARNm a través del proceso de la transcripción, y luego a la proteína por el proceso de la traducción. La transcriptasa inversa es la única excepción al dogma en los retrovirus.

2. Transcripción

Transcripción

Conversión de la información genética de un segmento de ADN de doble cadena en una cadena de ARN de bases complementarias a la cadena de ADN. Síntesis de ARN a partir de un molde de ADN.

Puntos clave

• Complementariedad: A-U, T-A, C-G, G-C.
• Antiparalelismo: 3’-5’ a 5’-3’.
• Procesamiento de la información de 5’ a 3’: la nueva hebra sintetizada va a ir en 5’-3’.

Hebra codificante: 5’-3’, es la hebra de ADN que tiene la misma dirección y bases que la hebra transcrita a excepción de las timinas que se sustituyen por uracilos.

Hebra molde: 3’-5’, es la utilizada como plantilla para la transcripción. Se diferencian el promotor, la unidad de transcripción y la secuencia de finalización. “Caja TATA” donde se une la polimerasa, se encuentra en el promotor.

Características

• rNTP (ribonucleósido trifosfato): en los dos fosfatos extras es de donde se obtiene la energía para la transcripción.
• ARN polimerasa: cataliza la formación del enlace fosfodiéster.
• Asimétrico: se parte de dos hebras de ADN y se llega a una hebra de ARN.
• No hay corrección de errores.

Fases

1. Iniciación: la ARN pol y varios factores de transcripción se van a unir a la región promotora del ADN. El complejo de ADN se queda cerrado. El ARN pol va cortando los puentes de hidrógeno y se forma la burbuja de transcripción. La ARN pol va a unir los dos primeros rNTP.
2. Elongación: la ARN pol va uniendo nucleótidos en función de la información que exista en la hebra molde del ADN. Siempre va a avanzar en dirección 5’-3’ y lleva una velocidad de 40 nucleótidos/seg.
3. Terminación: la ARN pol llega a la secuencia de finalización y deja de unir nucleótidos. En ese momento la ARN pol se separa del complejo y la hebra de ADN queda libre.

Procesamiento del ARN

Lo que genera la ARN pol es el transcripto primario (pre-ARN). Se caracteriza por presentar intrones (secuencias separadoras con funciones catalíticas) y los exones (secuencias que codifican aa). Se procesa el pre-ARN (mecanismo de corte y empalme).

• Mecanismo de corte y empalme: Se cortan los intrones y se empalman los exones. Y así obtenemos el ARN maduro. El ARN maduro es el que sale del núcleo y pasa al citoplasma para hacer la síntesis de proteínas.

Control de la regulación de la transcripción

1. Región promotora: ahí se encuentra la caja TATA, y en ella se une el primer factor de transcripción. A continuación se unen otros factores de transcripción y todos ellos, su conjunto, favorecen que la ARN pol también se una al promotor. Los factores de transcripción regulan la transcripción génica.
2. Amplificador: forman parte de las regiones reguladoras en Cis y a esos amplificadores se les unen proteínas que favorecen la unión de la ARN pol al promotor.
3. Impronta genómica: consiste en asociar grupos metilos a las citosinas, que producen que el ADN se compacte, y ello impide que se produzca la transcripción. Los genes improntados no se transcriben.

Todas las células tienen la misma información genética pero su decodificación es selectiva. La célula sabe que gen tiene que expresar por dos mecanismos:

1. Factores de transcripción:
2. Marcas o modificaciones epigenéticas: son marcas químicas que se ponen al ADN o a elementos relacionados con el ADN y que no modifican la secuencia de nucleótidos, pero sí que va a modificar el grado de expresión de esos genes.

Epigenética

Estudio de los cambios mitóticamente heredados en la expresión génica que ocurren sin modificar las secuencias de ADN. Es una información adicional que permite el desarrollo y diferenciación de cientos de diferentes tipos celulares a partir de la misma información.

3. Traducción

Traducción

Proceso en el que la información genética presente en una molécula de ARN, especifica la secuencia de aa durante la síntesis de proteínas. Se lleva a cabo en el citoplasma.

• ARNm: constituido por nucleótidos y se encuentran codones (tripletes) que codifican un aa concreto.
• ARNt: pone en contacto un aa concreto con un codón concreto del ARNm. Los sitios de unión son:
  • 3’OH con el grupo hidroxilo, que es donde se unen aa concretos a ARNt concretos.
  • Anticodón: triplete de nucleótidos complementarios al codón. Dependiendo del anticodón, el ARNt se va a cargar con un aa u otro.
• Ribosoma: lugar donde se produce la unión de los aa. Pueden estar libres (citoplasma) o asociados al RER. El ribosoma está compuesto por proteínas y ácidos nucleicos (ARNr). En el ribosoma se diferencian dos subunidades:
  • Subunidad menor: lugar donde se va a asociar el ARNm y el ARNt.
  • Subunidad mayor: lugar donde se va a formar el enlace peptídico que une los aa. Sitios del ribosoma:
    • Sitio A: aminoacílico, zona por donde entran los aa.
    • Sitio P: peptidílico, se unen los aa por enlaces peptídicos.
    • Sitio E: exit, salen por el sitio E.

Cuando se pasa de ácido nucleico a proteína se utilizan tripletes de nucleótidos (codones). Como hay 4 tipos de nucleótidos hay 64 combinaciones posibles de codones.

• AUG: metionina, codón de iniciación.
• UAA
• UAG codones de parada o sinsentido, sirven para poner el punto final a la síntesis proteica
• UGA

De los 64 codones, 61 codifican para aa y 3 no (stop).

Código genético

Reglas por las cuales la secuencia de núcleotidos de un gen es traducida a la secuencia de aa de un péptido o proteína. Está degenerado porque un mismo aa puede estar codificado por más de un codón y es universal.

Fases

1. Iniciación: la subunidad menor del ribosoma se asocia al ARNm y se asocia en el codón de iniciación, AUG. A continuación a ese complejo se va a asociar el primer ARNt que tiene como anticodón UAC, ese ARNt transporta el aa metionina. Después se une la subunidad mayor del ribosoma y el primer ARNt queda en el sitio P. Entra el segundo ARNt por el sitio A que presenta un anticodón complementario al segundo codón y en ese momento se forma el enlace peptídico entre los dos primeros aa. El ribosoma se desplaza y el primer ARNt sale por el sitio E sin aa y el segundo ARNt en el sitio P.
2. Elongación: entra el tercer ARNt con su anticodón y aa correspondientes, entrando por el sitio A. El tercer aa se une por enlace peptídico al anterior. El ribosoma se desplaza y el segundo ARNt sale sin aa por el sitio E. El tercer ARNt pasa al sitio P.
3. Finalización: el ribosoma llega a un codón de parada, UAA, UAG o UGA y a ese codón se le asocia un factor de liberación que permite que se libere la cadena peptídica, que el ARNm se separe del ribosoma y que se separen las dos subunidades.

Mutación

Cambio en la secuencia o número de nucleótidos.

• Puntuales: el no de nucleótidos no varía, pero alguno de los nucleótidos se sustituye por otro. Ese codón puede generar al mismo aa u a otro distinto.
• Deleción: se elimina uno o más nucleótidos, se produce un desplazamiento del marco de lectura y desde el punto de mutación hacia delante, la secuencia de aa se modifica por completo.
• Mutaciones en las secuencias reguladoras: no varía la secuencia de aa pero sí el grado de expresión de ese gen.

Pueden estar en células somáticas o en gametos. En células somáticas pasa de unas células a otras pero no a otros individuos. Si está en los gametos si pasa a la descendencia.

4. Replicación

Replicación

Copia de un cromosoma completo (ADN), utilizando como molde o templado una molécula de ADN.

Propiedades de la síntesis de ADN

• Bidireccional
  • En el cromosoma eucariota están los orígenes de replicación que son los lugares donde se inicia la replicación, son zonas ricas en A=T. En los orígenes de replicación se unen las helicasas, que cortan los puentes de H y forman la horquilla de replicación (HR), que tiene forma de Y invertida. En cada origen de replicación hay dos helicasas, que va cada una para un lado (bidireccional).
• Semidiscontinua: una de las hebras se sintetiza de forma continua, la hebra conductora con dirección 5’-3’ (leído en el sentido de avance de la HR)coincide con el sentido de avance de la HR. La hebra rezagada tiene dirección 3’-5’ (leído en el sentido de avance de la HR) y en este caso no coincide la dirección de la HR con la dirección de la síntesis del ADN. Por lo que la hebra rezagada se sintetiza a través de fragmentos de Okazaki.
• Semiconservativa: se parte de dos hebras originales (una molécula de ADN) y se llega a dos moléculas de ADN formadas por una hebra original y una hebra nueva.

Características de la replicación

• dNTP: desoxinucleosidotrifosfato.
• ADN polimerasa: enzimas que unen los dNTP y catalizan la formación de los enlaces fosfodiéster. Corrige errores y avanza a una velocidad de 800 nucleótidos/segundos.
• Primers o cebadores: secuencias cortas de ARN, es el punto a partir del cual la ADN pol puede comenzar a unir nucleótidos.
• Proceso simétrico: se parte de dos hebras de ADN y salen dos hebras.

Fases

1. Iniciación: la helicasa corta los puentes de hidrógeno y de esa forma se separan las dos hebras. A continuación la primas sintetiza el primer o cebador.
2. Elongación: la ADN pol comienza a unir dNTPs en función de la información que exista en la hebra molde. En la cadena conductora la ADN pol avanza en el mismo sentido que la horquilla de replicación y por ese motivo la hebra se hace de manera continua, mientras que en la cadena rezagada la ADN pol avanza en sentido opuesto a la horquilla de replicación, por ese motivo esa hebra se sintetiza de forma discontinua a través de los fragmentos de Okazaki. Esos fragmentos aparecen en el sentido en que avanza la horquilla de replicación.
3. Terminación: la nucleasa elimina los primers o cebadores, que van a ser sustituidos por ADN. Y finalmente la ligasa va a unir las posibles mellas que existan en la hebra.

Etiquetas: ADN, ARN, Mutación, replicación, traducción, transcripción