Expressió Gènica: Del Gen a la Proteïna

I 72 flashcards i 48 preguntes més al document.

Text del document

BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular BTL2-UD4.1 L'expressió gènica: del gen a la proteïna BTL2-UD4.1 L'expressió gènica: del gen a la proteïna 1 1. Introducció 3 2. Els àcids nucleics: estructura, composició i funció 3 2.1 L'ADN 4 2.2 L'ARN 4 3. Diferències entre genomes procariotes i eucariotes 5 4. El flux de la informació genètica: el dogma central 5 5. La transcripció 6 5.1 La transcripció en procariotes 7 a) Enzims i components 7 b) Etapes del procés 7 5.2 La transcripció en eucariotes 8 a) Fase d'inici 8 b) Fase d'elongació 8 c) Fase de terminació 9 5.3 Processament del transcrit en eucariotes 9 5.4 Comparació general de la transcripció entre procariotes i eucariotes 10 6.

Tipus d'ARN i funció biològica 10 6.1 ARN missatger (ARNm) 10 6.2 ARN de transferència (ARNt) 11 6.3 ARN ribosòmic (ARNr) 12 6.4 Altres tipus d'ARN 13 7. El codi genètic 13 8. La traducció 14 8.1 Fases de la traducció 14 a) Activació dels aminoàcids 14 b) Iniciació en procariotes 15 c) Iniciació en eucariotes 16 d) Elongació en procariotes i eucariotes 17 e) Terminació en procariotes i eucariotes 18 8.2 Diferències entre la traducció en procariotes i eucariotes 19 9. Modificacions posttraduccionals 19 10. Regulació de l'expressió gènica 20 10.1 Regulació en procariotes: l'operó 20 10.2 Regulació gènica en eucariotes 22 10.2.1 Regulació epigenètica: control del DNA i de la cromatina 22 1.

Metilació de l'ADN 22 2. Modificacions d'histones 23 4. MicroARN i altres ARN reguladors 24 BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 5. Epigenètica i diferenciació cel·lular 24 6. Epigenètica i ambient 24 10.2.2 Regulació transcripcional 25 1. Factors de transcripció (TF) 25 2. Enhancers i silencers 25 10.2.3 Regulació posttranscripcional 26 12. Preguntes de comprensió 27 13. Bibliografia 28 BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 1. Introducció Els organismes vius depenen de la capacitat de les seves cèl·lules per produir les proteïnes necessàries en cada moment i lloc.

Les proteïnes són les molècules responsables de la major part de les funcions cel·lulars: actuen com a enzims, estructures, transportadors, receptors i reguladors. Totes aquestes funcions deriven, en última instància, de la informació emmagatzemada en els gens, que indiquen l'ordre exacte en què s'han d'unir els aminoàcids per formar una proteïna funcional. Aquesta transmissió d'informació —del gen a la proteïna— rep el nom d'expressió gènica. Es tracta d'un conjunt de processos altament regulats que permeten convertir la informació genètica (codificada a l'ADN) en molècules actives (ARN i proteïnes).

L'expressió gènica és diferent en cada tipus cel·lular, i aquesta variabilitat explica la diferenciació cel·lular: totes les cèl·lules d'un organisme pluricel·lular contenen el mateix ADN, però no totes expressen els mateixos gens. L'expressió gènica és, per tant, el conjunt de processos que connecten la informació del genoma amb la funció cel·lular i és en aquesta connexió on es produeix la diversitat de formes i funcions de la vida. 2. Els àcids nucleics: estructura, composició i funció Els àcids nucleics —ADN i ARN— són macromolècules formades per unitats anomenades nucleòtids, cadascun dels quals està compost per tres elements: 1. Una base nitrogenada (purina o pirimidina) 2.

Un sucre pentosa (desoxiribosa a l'ADN, ribosa a l'ARN) 3. Un grup fosfat https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dna_strand.png La unió de molts nucleòtids mitjançant enllaços fosfodièster forma una cadena polinucleotídica amb polaritat 5' 3'. Les bases nitrogenades s'enfronten formant parelles complementàries mitjançant ponts d'hidrogen: A-T (o A-U a l'ARN) i G-C. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribonucleic_acid_chemical_structure.svg BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 2.1 L'ADN L'àcid desoxiribonucleic (ADN) és el suport físic de la informació genètica.

La seva estructura és una doble hèlix antiparal·lela, descoberta per Watson i Crick el 1953, en la qual cada cadena actua com a motlle per a la síntesi de l'altra. Els enllaços d'hidrogen entre les bases mantenen unides les dues cadenes, i els enllaços covalents entre nucleòtids confereixen estabilitat. La seqüència de bases és la clau que determina la informació genètica. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Directionality_of_DNA_molecule.png Funció: emmagatzemar i transmetre la informació genètica necessària per a la síntesi de proteïnes i la reproducció cel·lular. 2.2 L'ARN L'àcid ribonucleic (ARN) és una molècula monocatenària, menys estable però més versàtil que l'ADN.

Pot adoptar estructures secundàries per plegament intern i, en alguns casos, actuar com a molècula catalítica (ribozim). Els tipus principals són: ARN missatger (ARNm): copia la informació de l'ADN i la transporta als ribosomes. ARN ribosòmic (ARNr): component estructural i funcional dels ribosomes. ARN de transferència (ARNt): transporta aminoàcids i els col·loca segons la seqüència de l'ARNm. ARN reguladors: controlen l'expressió gènica microARN siARN: small interfering RNA Els ribozims, com l'ARNr 23S bacterià o el 28S eucariota, poden catalitzar reaccions com la formació d'enllaços peptídics sense participació directa de proteïnes.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ribosomal_RNA BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 3. Diferències entre genomes procariotes i eucariotes Tot i que el material genètic bàsic és el mateix, la seva organització i expressió difereixen profundament entre procariotes i eucariotes. Característica Procariotes (E.

coli) Eucariotes (cèl·lules humanes) Forma del genoma En general, ADN circular, únic cromosoma ADN lineal distribuït en diversos cromosomes Compactació Escassa; associació amb proteïnes no històniques Alta; embolicat amb histones formant nucleosomes Plasmidis Sovint presents Absents Seqüències codificants Majoritàries; pocs espais intergènics Gran proporció de seqüències no codificants Localització Citoplasma Nucli Expressió gènica Transcripció i traducció simultànies Transcripció nuclear i traducció citoplasmàtica Gens Policistrònics Monocistrònics Aquesta distinció és clau per entendre els mecanismes d'expressió gènica: els procariotes tenen processos més directes i ràpids, mentre que els eucariotes tenen mecanismes més complexes.

4. El flux de la informació genètica: el dogma central El dogma central de la biologia molecular, formulat per Crick, estableix que la informació genètica flueix de l'ADN a l'ARN (transcripció) i d'aquest a les proteïnes (traducció). Font: https://cdn.kastatic.org/ka-perseus-images/3e101241da8f1f47299852a49c8abf47dd3c151e.png En alguns casos especials, com en els retrovirus (HIV), pot haver-hi una etapa de transcripció inversa (ARN ADN). BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Esquema: Font: Apunts 25-26 Aquest flux assegura que la informació continguda al genoma s'expressi de manera controlada per produir els components cel·lulars necessaris. 5.

La transcripció La transcripció és la síntesi d'una molècula d'ARN per polimerització de ribonucleòtids que s'uneixen en una seqüència complementària a la d'una de les cadenes d'ADN que serveix de plantilla. Aquest procés és catalitzat per l'enzim ARN polimerasa, que utilitza una de les dues cadenes d'ADN com a motlle. Les ARN polimerases formen els enllaços fosfodièster que uneixen els ribonucleòtids entre si per formar la cadena d'ARN a partir d'una cadena d'ADN. Incorporen entre 20-50 ribonucleòtids per segon. A cada gen hi poden actuar moltes ARN polimerases alhora.

La seva tasca és: Separa la cadena d'ADN Copia la cadena d'ADN que va en direcció 3' 5' L'ARN es sintetitza en direcció 5' 3' Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/transcription-of-dna-into-rna/a/overview-of-transcription BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular S'observen diferències entre les ARN polimerases eucariotes i procariotes: PROCARIOTES: Un sol tipus de polimerasa. EUCARIOTES: ARN polimerasa I i III: transcriuen els gens que codifiquen l'ARNt, ARNr i ARN petits (microARN). ARN polimerasa II: transcripció de tots els gens que codifiquen polipèptids, ARNm.

La transcripció es realitza en tres etapes: inici, elongació i terminació, i difereix significativament entre procariotes i eucariotes. 5.1 La transcripció en procariotes a) Enzims i components ARN polimerasa procariota: formada per cinc subunitats principals (α ββ'ω) que constitueixen el nucli enzimàtic. Factor sigma (σ) permet el reconeixement específic del promotor, una seqüència d'ADN situada abans del gen. Promotor bacterià presenta dues regions de reconeixement habituals: la seqüència –35 (TTGACA) i la seqüència –10 (Pribnow box, TATAAT). b) Etapes del procés 1. Inici: a. L'ARN polimerasa procariota no pot reconèixer sola el promotor. b. La ARN polimerasa és un holoenzim.

Per funcionar necessita el cofactor (factor sigma). c. S'uneix el factor sigma a la polimerasa = holoenzim funcional. d. El factor sigma de l'holoenzim reconeix dues seqüències del promotor. e. S'uneix al promotor de l'ADN f. separa les cadenes d'ADN. g. Comença la transcripció h. El factor sigma es desprèn un cop iniciada la transcripció. Font: http://statnmath.tistory.com/9 BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 2. Elongació: la polimerasa afegeix ribonucleòtids en direcció 5' 3', seguint la complementarietat amb la cadena motlle. 3. Terminació: L'ARN polimerasa reconeix les seqüències de terminació de la cadena motlle d'ADN. S'atura.Deixa anar l'ADN i allibera l'ARN transcrit.

5.2 La transcripció en eucariotes Els eucariotes disposen de tres ARN polimerases nuclears, cadascuna amb funcions específiques: ARN polimerasa I: sintetitza la major part dels ARNr (28S, 18S, 5.8S). ARN polimerasa II: transcriu els gens que codifiquen proteïnes (ARNm) i alguns microARN. ARN polimerasa III: sintetitza ARNt i alguns ARNr petits (5S). a) Fase d'inici La ARN polimerasa II reconeix el promotor gràcies als factors de transcripció generals (TFIIA, TFIIB, TFIID, etc.). 1. El complex TFIID conté la proteïna TBP (TATA-binding protein), que s'uneix a la seqüència TATA box (~–25). Intervenen factors de transcripció (FT) 2. Altres TF estabilitzen el complex 3.

Arriba l'ARN polimerasa juntament amb el TFIIF i s'uneix al TFIID. 4. Els últims TF que arriben són TFIIE i TFIIH amb activitat helicasa (obren la cadena) 5. Arriben altres TF i es forma el complex de preiniciació. 6. S'obre lleugerament l'ADN 7. Altres factors formen el complex de preiniciació, que recluta la polimerasa i desenrotlla localment l'ADN.

Font:https://espanol.libretexts.org/Bookshelves/Biologia/Biologia_introductoria_y_general/Libro%3A_Biolog%C3%ADa_general_%28Boundless %29/15%3A_Genes_y_Prote%C3%ADnas/15.06%3A_Transcripci%C3%B3n_Eucariota_-_Iniciaci%C3%B3n_de_la_Transcripci%C3%B3n_en_E ucariotas b) Fase d'elongació La polimerasa II recorre el fil d'ADN, afegint ribonucleòtids en direcció 5' 3'. El seu domini carboxiterminal (CTD) pateix fosforilacions que permeten la transició a elongació activa i la coordinació amb enzims de processament del transcrit. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular c) Fase de terminació Quan la polimerasa arriba a la seqüència de terminació, el transcrit primari és alliberat i posteriorment processat.

5.3 Processament del transcrit en eucariotes El producte inicial de la transcripció és un pre-ARNm o transcrit primari que conté introns (seqüències no codificants) i exons (seqüències codificants). Abans de sortir del nucli, aquest ARN pateix tres modificacions essencials: 1. Addició del caputxó 5' o capping: Immediatament després de l'inici de la transcripció, s'afegeix un caputxó de 7-metilguanosina a l'extrem 5'. Aquest cap protegeix l'ARN de la degradació, facilita la unió del ribosoma i és imprescindible per a l'exportació nuclear. 2. Poliadenilació 3': A l'extrem 3', una endonucleasa talla el transcrit i una poli(A)-polimerasa afegeix una cua de 50–250 adenines.

La cua de poli-A augmenta l'estabilitat de l'ARNm, facilita la seva exportació al citoplasma i participa en l'eficiència de la traducció. 3. Splicing o empalmament: El pre-ARNm conté introns (seqüències no codificants) i exons (codificants). El complex spliceosoma reconeix seqüències específiques i elimina els introns, unint els exons entre si. Aquest procés pot ser alternatiu, generant diferents ARNm a partir d'un sol gen i augmentant la diversitat proteica. En conjunt, aquests mecanismes asseguren que l'ARNm madur sigui estable, funcional i apte per a la traducció.

Font: http://pt.slideshare.net/hhalhaddad/281-lec14-eukaryptictranscription BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 5.4 Comparació general de la transcripció entre procariotes i eucariotes Aspecte Procariotes Eucariotes ARN polimerasa Una sola, amb factor σ Tres tipus (I, II, III) amb factors de transcripció Localització Citoplasma Nucli Promotor Seqüències –10 i –35 Seqüència TATA i altres elements reguladors Processament d'ARN Inexistent Caputxó, cua poli-A, splicing Simultaneïtat transcripció-traducció Sí No Regulació Operons Multinivell, complexa 6. Tipus d'ARN i funció biològica Durant l'expressió gènica intervenen diversos tipus d'ARN, cadascun amb una estructura i una funció específiques.

Els tres principals són l'ARN missatger (ARNm), l'ARN de transferència (ARNt) i l'ARN ribosòmic (ARNr). Tanmateix, els eucariotes presenten també una àmplia varietat d'ARN no codificants amb funcions reguladores o catalítiques. 6.1 ARN missatger (ARNm) L'ARNm és el producte directe de la transcripció dels gens codificants de proteïnes. Conté la seqüència de codons que determinarà l'ordre dels aminoàcids de la proteïna. En els procariotes, l'ARNm és poli-cistrònic, és a dir, pot contenir la informació de diversos gens relacionats (com en l'operó lac). En canvi, en els eucariotes és mono-cistrònic, i cada molècula d'ARNm codifica una única proteïna.

L'ARNm eucariota madur presenta: Un caputxó 5' (m G) per protegir-lo i facilitar la unió al ribosoma. Una cua de poliadenina (poli-A) al final 3' que augmenta l'estabilitat. Una regió UTR (untranslated region) a cada extrem que regula la traducció. Font: https://static.apunty.com/files/f%23171090/html/external_resources/bg4.png BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 6.2 ARN de transferència (ARNt) L'ARNt és una molècula amb estructura característica en forma de trèvol degut a l'aparellament intern de bases complementàries. Actua com a adaptador entre el missatge genètic (ARNm) i els aminoàcids.Porta un aminoàcid concret al ribosoma. Localització: Se sintetitza al nucli (transcripció).

Madura i s'exporta al citoplasma .Funciona dins del ribosoma durant la traducció. Estructura: Molècula petita (70–90 nucleòtids). Té una estructura en trèvol amb quatre braços característics: Braç de l'anticodó (reconeix codó del RNAm). Braç acceptador amb la seqüència CCA-3', on s'uneix l'aminoàcid. En estructura terciària adopta una forma en L. Braç D i braç T: participen en el reconeixement per les aminoacil-ARNt sintetases i en la unió al ribosoma. Cada tARN és específic per un sol aminoàcid. Reconeix el codó de l'ARNm mitjançant el seu anticodó complementari. És essencial per a la traducció i la síntesi proteica.

Font:https://dr282zn36sxxg.cloudfront.net/datastreams/f-d%3A6946c5d30d267689d55139975f984a6a82c943867fccaca59b4822ea%2BIMAGE_ TINY%2BIMAGE_TINY.1 Càrrega de l'ARNt L'enzim aminoacil-ARNt sintetasa és responsable d'unir l'aminoàcid correcte al seu ARNt específic. Aquest procés, que consumeix ATP, assegura la fidelitat de la traducció. Cada aminoàcid té la seva pròpia sintetasa, capaç de reconèixer tant l'aminoàcid com el seu conjunt d'ARNt corresponents. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 6.3 ARN ribosòmic (ARNr) L'ARNr és el component estructural i catalític dels ribosomes, que són els orgànuls on es produeix la síntesi proteica.

Forma juntament amb les proteïnes ribosòmiques, els ribosomes. A diferència del que es podria pensar, la formació de l'enllaç peptídic no la realitzen les proteïnes ribosòmiques, sinó una regió catalítica de l'ARNr anomenada peptidil-transferasa, que actua com a ribozim. Ribosomes procariotes i eucariotes Procariotes: 70S (subunitats 50S i 30S, amb ARNr 23S, 16S i 5S). Eucariotes: 80S (subunitats 60S i 40S, amb ARNr 28S, 18S, 5.8S i 5S). La S indica velocitat de sedimentació, no és una unitat de massa. Durant la centrifugació es calcula com de ràpid precipita valorant mida, forma i densitat i massa. Per això no sumen els valors.

Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/trna-and-ribosomes Localització cel·lular Se sintetitza al nuclèol a partir de gens ribosòmics. S'associa amb proteïnes importades del citoplasma per formar ribosomes. Els ribosomes acabats poden quedar-se al citoplasma o unir-se al reticle endoplasmàtic rugós. Estructura: Tres llocs funcionals en traducció: A, P i E. Lloc A Aminoacil Lloc P — Peptidil Lloc E — Exit Font:https://cdn.lecturio.com/assets/Ribosome-structure-demonstrating-the-large-subunit-on-top.png Lloc A Aminoacil: Aquí entra el tARN carregat amb el nou aminoàcid.

El codó de l'ARNm es llegeix i s'aparella amb l'anticodó del tARN. És la porta d'entrada del següent aminoàcid que s'incorporarà a la cadena. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Lloc P — Peptidil: P és de Peptidil-tARN. Conté el tARN que porta la cadena polipeptídica en creixement. Aquí es forma l'enllaç peptídic entre la cadena i el nou aminoàcid del lloc A. És el centre catalític on realment s'allarga la proteïna. Lloc E — Exit: E és de Exit Aquí queda el tARN descarregat (sense aminoàcid). Abandona el ribosoma per poder ser reutilitzat i tornar a carregar un altre aminoàcid. El lloc de reconeixement entre ribosoma i ARNm difereix entre procariotes i eucariotes:: En E.

coli, la subunitat 30S s'uneix a la seqüència Shine-Dalgarno de l'ARNm. En eucariotes, el reconeixement es fa al caputxó 5' i depèn de factors d'inici (eIF). 6.4 Altres tipus d'ARN A més dels tres tipus clàssics, existeixen altres ARN amb funcions essencials: microARN (miARN) i siARN: regulen l'expressió gènica unint-se a ARNm complementaris i inhibint-ne la traducció o promovent-ne la degradació. snARN (small nuclear RNA): intervé en l'splicing per formar el complex espliceosoma. snoARN (small nucleolar RNA): participa en la modificació química dels ARNr al nuclèol.

lncARN (long non-coding RNA): modulen l'expressió gènica a escala epigenètica, com el Xist responsable de la inactivació del cromosoma X. 7. El codi genètic El codi genètic és el sistema universal que relaciona la seqüència de nucleòtids d'un ARNm amb la seqüència d'aminoàcids d'una proteïna. Està basat en triplets de nucleòtids anomenats codons. Cada codó codifica un aminoàcid concret o una senyal d'inici o d'aturada. Descobriment: Nirenberg i Matthaei (1961): van iniciar el desxiframent del codi. Van utilitzar un extracte cel·lular de E. coli sense DNA però amb ribosomes i enzims, capaç de sintetitzar proteïnes. Hi van afegir ARN sintètic de poli-U.

Van afegir aminoàcids però només un únic aminoàcid radiomarcat cada vegada. Resultat: només es sintetitzava fenilalanina. Per tant, el codó UUU corresponia a l'aminoàcid fenilalanina. Aquest va ser el primer codó descodificat. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Característiques principals del codi genètic: Universalitat: pràcticament el mateix en tots els organismes vius. Degeneració: diversos codons poden correspondre al mateix aminoàcid (ex: GAA i GAG codifiquen àcid glutàmic). No solapat i continu: cada nucleòtid forma part d'un únic codó, i no hi ha interrupcions entre codons. Codó d'inici: AUG (metionina). Codons de terminació: UAA, UAG i UGA.

Font: https://biopili.weebly.com/uploads/1/0/5/9/10591821/1236705_orig.jpg Aquest codi és redundant però no ambigu, ja que cada codó només codifica un aminoàcid. Les mutacions puntuals poden alterar els codons i modificar la seqüència proteica, constituint la base molecular de nombroses malalties genètiques. 8. La traducció La traducció és el procés pel qual l'ARNm serveix de guia per a la síntesi d'una cadena polipeptídica. Es duu a terme als ribosomes amb la participació d'ARNt, aminoàcids activats i factors proteics. 8.1 Fases de la traducció a) Activació dels aminoàcids És un pas previ indispensable per a la traducció.

Abans que un aminoàcid pugui incorporar-se a una proteïna, ha de ser activat i unit al seu tRNA específic. Això ho fan uns enzims molt específics anomenats aminoacil-ARNt sintetases. Cada aminoàcid té la seva pròpia sintetasa, i cada sintetasa reconeix tant l'aminoàcid concret com tots els tRNA que poden portar aquest aminoàcid. Això garanteix la fidelitat del codi genètic. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Etapes del procés d'activació 1. Activació de l'aminoàcid amb ATP L'aminoacil-ARNt sintetasa s'uneix a: un aminoàcid una molècula d'ATP Reacció: Aminoàcid + ATP aminoacil-AMP + PPi L'aminoàcid queda unit a AMP i activat. 2.

Unió del tRNA (carregat amb la seqüència CCA-3') El tRNA específic s'uneix a l'enzim. La sintetasa transfereix l'aminoàcid activat (aminoacil) al grup –OH del tRNA, situat a l'extrem CCA-3'. S'allibera AMP. Reacció: aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA + AMP 3. Alliberament de l'aminoacil-tRNA El tRNA surt de l'enzim carregat amb el seu aminoàcid. Aquesta molècula s'anomena aminoacil-tRNA (o tRNA carregat) i és el que participarà en la traducció dins del ribosoma. Importància biològica Aquesta reacció és el punt crític de precisió en la traducció. El ribosoma no comprova si l'aminoàcid és el correcte. La fidelitat depèn totalment de les aminoacil-ARNt sintetases.

Si s'uneix un aminoàcid incorrecte, la proteïna resultant tindrà errors. Per això aquests enzims tenen un reconeixement doble (aminoàcid + tRNA) Font: https://www.blogdebiologia.com/aminoacil-arnt-sintetasa.html b) Iniciació en procariotes 1. En procariotes, la traducció s'inicia quan la subunitat 30S s'uneix a l'ARNm gràcies a la seqüència Shine-Dalgarno. Aquesta seqüència es troba pocs nucleòtids abans del codó AUG. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular És complementària a una regió de l'ARNr 16S (de la subunitat 30S). Aquesta complementarietat alinea perfectament el codó inici amb el lloc P del ribosoma. 2. A continuació, entra el tRNA iniciador.

El primer aminoàcid no és metionina normal, sinó N-formilmetionina (fMet) aportada pel tRNA iniciador fMet-tRNA. Aquest tRNA es col·loca directament al lloc P sense passar pel lloc A (a diferència dels següents tRNA). 3. Formació del complex d'inici 70S. Un cop el tRNA iniciador és al lloc P, s'hidrolitza GTP. Això permet que la subunitat gran 50S s'uneixi a la 30S. Es forma el ribosoma 70S funcional, amb: tRNA iniciador fMet al lloc P, deixant el lloc A lliure per rebre el primer tRNA carregat amb un aminoàcid normal. Ara la traducció pot continuar amb la fase d'elongació.

c) Iniciació en eucariotes En eucariotes, el mecanisme d'inici és més complex que en procariotes perquè l'ARNm està madurat (té càpping, poli-A i ha passat per splicing) i el ribosoma ha de reconèixer correctament l'extrem 5'. La subunitat 40S reconeix el caputxó 5' i es desplaça fins al primer AUG, amb participació dels factors eIF. L'ARNt iniciador, carregat amb metionina (NO formilada), s'uneix al codó d'inici i forma el complex d'inici. Quan el codó AUG és reconegut el tRNA iniciador s'aparella amb l'AUG. Els factors d'iniciació s'alliberen.

La subunitat gran 60S s'uneix a la 40S i es forma el ribosoma funcional 80S amb: el tRNA iniciador al lloc P el lloc A lliure per començar l'elongació Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular d) Elongació en procariotes i eucariotes L'elongació és el procés pel qual el ribosoma afegeix aminoàcids un darrere l'altre per formar la cadena polipeptídica. Avança 5'3' En procariotes requereix factors d'elongació i energia en forma de GTP. 1. Entrada del nou aminoacil-tRNA al lloc A i GTP Només s'hi queda si el codó i l'anticodó són complementaris.

Quan hi ha correcte aparellament. El GTP s'hidrolitza i el tRNA queda fixat al lloc A. Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation 2. Formació de l'enllaç peptídic Un cop tens ARNt inicial al lloc P i ARNt amb nou aminoàcid al lloc A, es produeix la reacció clau. El centre peptidil transferasa (un ribozim) forma l'enllaç peptídic. La cadena polipeptídica passa del ARNt del lloc P al ARNt del lloc A. El ARNt del lloc A ara és el que porta la cadena. Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation 3.

Translocació (desplaçament del ribosoma) S'hidrolitza GTP El ribosoma es desplaça un codó cap endavant. El moviment simultani dels ARNt: tRNA amb la cadena A P tRNA descarregat P E BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Quan el ARNt descarregat arriba al lloc E, s'allibera del ribosoma. Ara el lloc A torna a estar buit i pot entrar un nou aminoacil-ARNt. Font: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation Aquests tres passos es repeteixen per a cada nou aminoàcid: Entrada del ARNt al lloc A (+ GTP) Enllaç peptídic (23S ARNr) Translocació (+ GTP) Cada volta del cicle consumeix dos GTP.

e) Terminació en procariotes i eucariotes La traducció acaba quan el ribosoma arriba a un codó STOP de l'ARNm. En procariotes, els codons de terminació són: UAA, UAG i UGA Aquests codons no codifiquen cap aminoàcid i no tenen ARNt associat. 1. Aparició del codó STOP al lloc A Quan un codó STOP entra al lloc A del ribosoma no pot entrar cap tRNA, perquè no existeix cap anticodó complementari. Això senyala que la cadena polipeptídica està completa. 2. Reconeixement dels codons STOP per proteïnes de terminació El ribosoma recluta proteïnes anomenades factors de terminació. Aquestes proteïnes reconeixen el codó STOP, s'uneixen al lloc A i activen la reacció final. 3.

Alliberament de la cadena polipeptídica Un cop units els factors de terminació el ribosoma hidrolitza l'enllaç entre el polipèptid i el ARNt del lloc P i la cadena polipeptídica es desprèn. 4. Separació del ribosoma Finalment, el ribosoma es desassocia en subunitats, allibera l'ARNm i els ARNti queda preparat per començar una nova traducció.

BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 8.2 Diferències entre la traducció en procariotes i eucariotes Aspecte Procariotes Eucariotes Lloc Citoplasma Citoplasma (ARNm provinent del nucli) ARNm Policistrònic Monocistrònic Inici Seqüència Shine-Dalgarno Reconeixement del caputxó 5' ARNt iniciador Formilmetionina Metionina Velocitat Alta Més lenta, regulada Regulació Senzilla Complexa, amb factors addicionals 9. Modificacions posttraduccionals Un cop la proteïna ha estat sintetitzada pel ribosoma, no sempre és funcional immediatament. Moltes proteïnes necessiten madurar mitjançant diversos processos anomenats modificacions posttraduccionals.

Aquestes modificacions poden: activar la proteïna donar-li l'estructura correcta dirigir-la cap a un compartiment cel·lular unir-hi grups químics necessaris per a la seva funció 1. Plegament de la proteïna La cadena polipeptídica ha d'adoptar la seva estructura tridimensional (estructura secundària, terciària i, si cal, quaternària). Això pot requerir: interaccions espontànies l'ajuda de xaperones (proteïnes que ajuden a plegar correctament). Essencial per tenir una proteïna funcional. Errors en el plegament poden causar malalties (prions, Alzheimer…). 2.

Tall i processament proteolític Algunes proteïnes s'han de retallar, és a dir, s'ha de tallar una part de la cadena polipeptídica perquè esdevinguin actives. Exemples: Insulina (es forma a partir de proinsulina). Zimògens / proenzims (tripsinogen tripsina). 3. Glicolització (addició de sucres) BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular És una de les modificacions més comunes per estabilitzar la proteïna, dirigir-la a membranes o com a reoneixement cel·lular. Succeeix sobretot al reticle endoplasmàtic rugós. 4. Fosforilació (afegir grups fosfat) Procés reversible on s'afegeix un grup fosfat a aminoàcids concrets. És un mecanisme clau de regulació cel·lular.

Funcions: activar o inhibir enzims, regular vies metabòliques, controlar senyalització cel·lular. 10. Regulació de l'expressió gènica La regulació gènica és el conjunt de mecanismes que determinen quan, com i en quina quantitat un gen s'expressa. Permet que les cèl·lules estiguin adaptades a les necessitats de l'organisme i a les condicions de l'entorn: no tots els gens s'han d'expressar alhora ni a totes les cèl·lules.

Gràcies a la regulació gènica: Les cèl·lules controlen el metabolisme Responen a canvis ambientals En eucariotes, fa possible la diferenciació cel·lular (una neurona i un hepatòcit tenen el mateix ADN però expressen gens diferents) La regulació pot actuar en qualsevol pas de l'expressió gènica: transcripció, maduració de l'ARN, traducció o degradació de proteïnes. El punt més important i majoritari és la regulació de la transcripció. L'expressió gènica està estrictament controlada per garantir que cada proteïna s'expressi al moment i en la quantitat necessaris. Els mecanismes de regulació difereixen entre procariotes i eucariotes.

10.1 Regulació en procariotes: l'operó Els procariotes tenen un genoma compacte, sense nucli i responen molt ràpidament a l'ambient. La regulació és transcripcional i es basa en la presència de operons. Un operó és un conjunt de gens que: participen en la mateixa via metabòlica es transcriuen junts en un únic ARNm policistrònic estan sota el control d'un promotor i d'un operador. BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Components bàsics Promotor: lloc on s'uneix l'ARN polimerasa. Operador: seqüència reguladora on pot unir-se una proteïna repressora. Gen estructural: codifica proteïnes metabòliques. Gen regulador: codifica un repressor o activador.

L'operó lac d'Escherichia coli és un model clàssic de regulació. Conté tres gens estructurals (lacZ, lacY, lacA) que permeten metabolitzar la lactosa, controlats per un promotor, un operador i un gen regulador (lacI). En absència de lactosa, el repressor lacI s'uneix a l'operador i impedeix la transcripció. En presència de lactosa, aquesta actua com a inductor, s'uneix al repressor i l'inactiva, permetent la transcripció dels gens. Tipus de regulació induïble: estan inactius fins que són activats per un inductor (operó lac). Font: http://es.slideshare.net/iraimunam/operon-lactosa Altres tipus de regulació procariota, tenen un comportament invers.

Són reprimibles: estan continuament actius fins que un corepressor els inhibeix (operó del triptòfan). Font: http://es.slideshare.net/iraimunam/operon-lactosa BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 10.2 Regulació gènica en eucariotes Per això, els eucariotes utilitzen diversos nivells de regulació, que actuen successivament des del DNA fins a la proteïna. Els quatre nivells principals són: 1. Regulació epigenètica (nivell de DNA i cromatina) 2. Regulació transcripcional (inici o inhibició de la transcripció) 3. Regulació posttranscripcional (ARNm) 4.

Regulació posttraduccional (proteïna) 10.2.1 Regulació epigenètica: control del DNA i de la cromatina L'epigenètica estudia els mecanismes que regulen l'activació o silenciament dels gens sense modificar la seqüència del DNA, mitjançant canvis químics reversibles i heretables a nivell cel·lular. Aquest és el primer nivell de la regulació, i determina quines regions del genoma són accessibles per ser transcrites. Segons els estudis del projecte ENCODE, gran part del genoma humà està format per regions reguladores, enhancers, silencers i seqüències funcionals que actuen com a "arxitectura epigenètica". Moltes d'aquestes regions concentren marques epigenètiques que controlen l'expressió.

L'ADN d'eucariotes està empaquetat en cromatina, que pot presentar dos estats principals: Eucromatina: descondensada accessible transcripcionalment activa Heterocromatina: molt compactada, poc accessible, transcripcionalment inactiva. Les marques epigenètiques determinen el pas d'un estat a l'altre. Si tenim la forma d'heterocromatina, l'ARN polimerasa no hi podrà accedir i no hi haurà transcripció. 1. Metilació de l'ADN És una de les marques epigenètiques més rellevants. Consisteix en l'addició de grups metil (–CH ) sobre citosines de seqüències CG. Efectes principals: BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Metilació elevada al promotor: el gen queda silenciat.

Metilació baixa: el gen pot ser transcrit. Característiques clau El grup metil afavoreix la condensació de la cromatina. És estable es manté després de la replicació, crea una "memòria cel·lular" del programa gènic. 2. Modificacions d'histones Les histones poden ser modificades químicament a les seves cues terminals. Les principals modificacions són: Acetilació cromatina oberta gen actiu Desacetilació cromatina compacta gen silenciat Metilació pot activar o reprimir segons la posició La combinació d'aquestes marques forma el codi d'histones, que indica si una regió està preparada per a expressar-se.

Font: https://www.cmaj.ca/content/174/3/341/F1 Exemple d'inactivació per epigenètica: inactivació del cromosoma X Per què cal inactivar un cromosoma X? BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Si, en dones (XX) els dos X de la dona funcionessin igual, es produirien el doble de proteïnes d'alguns gens. Per evitar-ho, una de les dues X s'inactiva durant el desenvolupament embrionari. S'inactiva un dels dos X a l'atzar. Com s'inactiva? El cromosoma X que s'ha d'inactivar, s'expressa el gen XIST Aquest produeix ARN no codificant que marca el cromosoma X que s'ha d'inactivar All marcar-lo afavoreix la unió amb enzims de metilació.

S'afegeixen grups metil (–CH ) a regions del cromosoma X com el promotor. Això impedeix que es transcriguin. Modificacions de les histones Fan que l'ADN quedi molt compactat. El cromosoma passa d'eucromatina a heterocromatina (inactiva). 4. MicroARN i altres ARN reguladors Els microARN (miARN) són petits RNA no codificants que: s'uneixen a ARNm complementaris bloquegen la traducció faciliten la degradació Forma part del control epigenètic i posttranscripcional. 5. Epigenètica i diferenciació cel·lular Durant el desenvolupament embrionari, certes marques epigenètiques activen gens propis d'un tipus cel·lular i en silencien d'altres.

Aquest patró es manté després de les divisions cel·lulars, donant lloc als diferents tipus cel·lulars (neurones, hepatòcits, limfòcits,...) totes amb el mateix ADN però amb programes d'expressió diferents. 6. Epigenètica i ambient A diferència de la seqüència del DNA, les marques epigenètiques són sensibles als factors ambientals, com ara: l'estrès la nutrició les interaccions socials l'exercici exposició a substàncies tòxiques Aquests factors poden modular l'expressió gènica adaptativament. Alguns canvis epigenètics fins i tot poden transmetre's parcialment a la descendència.

BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 10.2.2 Regulació transcripcional Un cop la cromatina és accessible, el següent nivell de control és decidir si el gen comença o no la transcripció. Aquesta regulació depèn de: 1. Factors de transcripció 2. Elements reguladors específics (enhancers i silencers) 1. Factors de transcripció (TF) Són proteïnes que s'uneixen a seqüències concretes de DNA. TF generals: necessaris per iniciar la transcripció en qualsevol gen. TF específics: activen o reprimeixen gens concrets segons el teixit o l'estímul. La presència o absència de TF específics determina quin conjunt de gens expressa una cèl·lula. 2.

Enhancers i silencers Són seqüències reguladores que poden estar lluny del gen al qual regulen. Enhancers (intensificadors) incrementen la transcripció quan s'hi uneixen activadors. Silencers (silenciadors) redueixen la transcripció quan s'hi uneixen repressors. Ambós elements de regulació de la transcripció, formen estructures tridimensionals de l'ADN forma llaços que apropen aquestes regions al promotor del gen.

Font: https://hagenetics.org/hh/wp-content/uploads/2015/04/371_Lec27.pdf BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 10.2.3 Regulació posttranscripcional Després de la transcripció, l'ARNm pot ser ajustat per: splicing alternatiu múltiples proteïnes d'un sol gen Es poden formar diferents ARNm del mateix transcrit primari. Així generarem proteïnes diferents que parteixen d'una seqüencia comuna. Aquestes proteïnes s'anomenen ISOFORMES Font: https://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_splicing Interferència per microARN És un control també epigenètic.

Es transcriuen ARN amb seqüències complementaries Es formen dobles cadenes d'ARN d'uns 70 nucleotids Aquesta seqüència s'uneix a una proteïna (DICER) que té activitat endonucleasa. L'endonucleasa tallarà en fragments petits que es separaran de la seva seqüència complementària, convertint-se en microARN. Aquests microARN (ARNmi) s'uneixen a un ARNm i interereixen la traducció. Font: http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article3699 BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular Resum del capítol 10 Nivell de regulació Què controla? Exemple Epigenètic Controla l'accessibilitat del DNA i l'estat de la cromatina (oberta o compactada). Decideix si un gen es pot transcriure.

Metilació del DNA; Acetilació d'histones; Eucromatina vs heterocromatina. microARN Transcripcional Controla si s'inicia o no la transcripció d'un gen i amb quina intensitat. Factors de transcripció; Enhancers i silencers; Llaços de cromatina. Posttranscripcional Controla el destí de l'ARNm: maduració, estabilitat, transport i traducció. Esplicing alternatiu; microARN que degraden ARNm 12. Preguntes de comprensió 1. Quina és la diferència principal entre ADN i ARN pel que fa al sucre i a la seva estabilitat? 2. Què significa que les dues cadenes d'ADN siguin antiparal·leles? 3. Quina funció general té l'expressió gènica dins de la cèl·lula? 4. Quina és la relació entre gen, ARN i proteïna? 5.

Quina és la diferència entre un nucleòtid i una cadena polinucleotídica? 6. Per què diem que l'ARN polimerasa sintetitza l'ARN en direcció 5' 3'? 7. Quina és la funció del factor sigma en procariotes? 8. Per què la transcripció i la traducció són processos simultanis en procariotes? 9. Què és un intró? I un exó? 10. Quina funció té el caputxó 5' de l'ARNm? 11. Per què els eucariotes necessiten fer splicing? 12. Què vol dir que l'ARNm procariòtic és policistrònic? 13. Quin és el codó d'inici universal? 14. Quins són els codons de STOP? 15. Quina funció té el tRNA? 16. En quin lloc del ribosoma entra el tRNA carregat? 17. Quin tipus d'ARN és el responsable de la catàlisi de l'enllaç peptídic?

18. Quina diferència hi ha entre un operó reprimible i un operó induïble? 19. Què és un enhancer? 20. Què és la metilació de l'ADN i quin efecte té sobre la transcripció? 21. Per què una mutació en la seqüència –10 d'un promotor bacterià pot reduir la transcripció? 22. Explica per què una mutació puntual pot no alterar l'aminoàcid final. 23. Relaciona: metilació elevada – eucromatina – heterocromatina – gen actiu – gen silenciat. 24. Per què els eucariotes necessiten factors de transcripció però els procariotes no? BTL2 Biologia UD4 Genètica molecular 25. Per què la fidelitat del procés de traducció depèn principalment de les aminoacil-tRNA sintetases? 26.

Per què els retrovirus trenquen el dogma central? 27. Per què la mutació d'un repressor en un operó reprimible pot tenir conseqüències fisiològiques importants? 28. Una cèl·lula té el mateix ADN que una altra, però expressa gens completament diferents. Explica detalladament com és possible. 29. Demostra per què la traducció requereix un consum energètic tan elevat. 30. Explica què passaria si fallés el mecanisme de capping a l'ARNm. 31. Raona de quina manera els microARN poden controlar finament la quantitat de proteïna produïda. 32. Si un gen té molta acetilació d'histones però també està fortament metilat al promotor, s'expressarà? Raona-ho. 33.

Explica el mecanisme pel qual una mutació que introdueix un codó STOP prematur pot alterar greument la funció d'una proteïna. 34. Per què un error en la càrrega d'un tRNA pot ser molt més greu que un error puntual del ribosoma? 35. Descriu com es processa un pre-ARNm fins convertir-lo en un ARNm madur apte per a ser traduït 13. Bibliografia Fonts principals de referència didàctica Generalitat de Catalunya (2023). Orientacions al currículum de Biologia. 2n de Batxillerat (Decret 171/2022). Equip de coordinació de Biologia, Universitat de Barcelona. https://web.ub.edu/web/pau-biologia/currículum Garrofé Ochoa, X. (2025). BTL2_BIO_UD04_expressió_gènica_presentació. Joviat Manresa. Biologia.

2n Batxillerat. Casals / Vicens Vives / Edebé (edicions actualitzades segons PAU 2025). Alberts, B. et al. (2022). Biología Molecular de la Célula (7a ed.). Editorial Omega. Bueno, D. (2023). Epigenètica: del gen a la conducta. Presentació docent (PDF). Universitat de Barcelona. Fonts digitals Universitat de Barcelona. Recursos docents PAU Biologia. https://web.ub.edu/ca/web/pau-biologia/recursos-docents Khan Academy. Gene Expression and Regulation. https://www.khanacademy.org