La Duplicació del DNA i la Biosíntesi de Proteïnes

I 120 flashcards i 80 preguntes més al document.

Text del document

LA DUPLICACIÓ DEL DNA i LA BIOSÍNTESI DE PROTEÏNES 2n Batxillerat La duplicació del DNA i la biosíntesi de les proteïnes Introducció La duplicació del DNA. – El sentit de creixement dels nous filaments. –El mecanisme de la duplicació La transcripció del DNA. La traducció o biosíntesi de proteïnes El DNA és una molècula bicatenària en forma de doble hèlix. Les dues cadenes que el formen són antiparal·leles, complementàries i es troben enrotllades de forma plectonímica( una gira al voltant de l'altra). 5' 5' 3' 3' Introducció El DNA d'una cèl·lula acompleix dues funcions: Transmetre la informació que conté a la descendència.

(Replicació o duplicació) Expressar la informació que conté en forma de proteïnes. (Transcripció i traducció) Dogma central de la biologia molecular Flux de la informació genètica. Segons el dogma de la biologia molecular, la informació genètica es perpetua mitjançant el procés de la replicació i s'expressa pel procés de transcripció, que produeix un RNA que serveix de motlle per sintetitzar la proteïna, que, finalment, executa la funció.

Flux de la informació genètica en eucariotes La duplicació o replicació del DNA El DNA s'ha de duplicar ja que les cèl·lules es reprodueixen i també ho fan els individus, tant les cèl·lules filles, com els individus fills han de tenir tota la informació genètica completa. Laduplicació o replicació del DNA Procés mitjançant el qual a partir d'una molècula de DNA de doble hèlix se'n sintetitzen dues de idèntiques. La molècula "progenitora" serveix de "motlle" per a la síntesi de la seva còpia. La replicació té lloc necessàriament cada cop que es divideix una cèl·lula i constitueix una etapa del seu cicle de vida. Primeres hipòtesis sobre la duplicació del DNA Hipòtesi conservadora.

Hipòtesi semiconservadora (Watson i Crick) Hipòtesi dispersiva. DNA parental Molècules filles després d'un cicle de replicació Molècules filles després de dos cicle de replicació Hipòtesi conservadora Hipòtesi semiconservadora Hipòtesi dispersiva Propietats de la replicació És semiconservadora Sempre comença en uns punts especials anomenats orígens de replicació És bidireccional Té lloc en sentit 5' 3' És semidiscontínua Propietats de la replicació La replicació és semiconservadora. En la duplicació del DNA, les dues cadenes inicials se separen i cadascuna serveix de motlle per a la síntesi, segons la complementarietat de bases nitrogenades, d'una nova cadena.

La replicació de l'ADN és semiconservativa, lo que significa que cada cadena de la doble hélix de l'ADN funciona como motlle per a la síntesis d'una nova cadena complementaria. Font. https://es.khanacademy.org Propietats de la replicació La replicació comença en uns llocs concrets anomenats orígens de replicació. En bacteris, hi ha un únic origen de replicació. En eucariotes, hi ha molts orígens de replicació. L'origen de replicació presenta una seqüència de nucleòtids específica. Els enzims que inicien la replicació reconeixeran aquesta sequència i es fixaran al DNA, separant les dues cadenes i obrint una bombolla de replicació. La replicació és bidireccional.

A partir de l'origen de replicació avança en els dos sentits fins a completar-se la còpia. Les dues cadenes de DNA es repliquen al mateix temps a partir de l'origen de replicació. En aquest punt els filaments es separen i es forma una estructura anomenada bombolla de replicació ("lazo" en la imatge) els extrems de les qual s'anomenen forquetes de replicació ("horquilla de replicación" en la imatge). Dues molècules filles de DNA Origen de replicació Bombolla de replicació Cadena parental (motlle) Cadena filla (nova) Forqueta de replicació 0.25 µm Els eucariotes presenten centenars o milers d'orígens de replicació. Les cadenes parentals s'obren i formen les bombolles de replicació.

Aquestes s'estenen lateralment a mesura que progressa la replicació en totes dues direccions. Les bombolles acaben fusionant-se i es completa la replicació. El DNA eucariota és lineal. En aquesta microfotografia s'observen tres bombolles de replicació en cèl·lula de hàmster. (MET). Replication initiation in bacteria and eukaryotes. (A) Most bacteria have a circular chromosome with one origin, although there are exceptions to this. Illustrated here is the E. coli chromosome that has one origin from which two replication forks proceed in opposite directions. (B) Eukaryotes have long linear chromosomes.

Bidirectional replication is initiated at multiple origins along each chromosome El sentit de creixement dels nous filaments La replicació del DNA s'esdevé mitjançant una reacció de síntesi: A l'extrem 3' de la cadena en formació (de n nucleòtids), es produeix la incorporació d'un desoxiribonucleòtid trifosfat (dNTP). D'aquesta unió se'n desprèn pirofosfat inorgànic (PPi) i se n'obté una cadena amb un desoxiribonucleòtid més, incorporat al fragment inicial (n + 1). 1956, Kornberg: – La DNA polimerasa – Comença l'estudi sobre els mecanismes pels quals es produeix la duplicació del DNA. Aïlla l'enzim DNA-polimerasa del bacteri Escherichia coli.

Amb aquest enzim va ser capaç de sintetitzar DNA in vitro. La DNA polimerasa és l'enzim encarregat de sintetitzar el DNA DNA patró Encebador o "primer" Quines particularitats te la DNA-polimerasa? La DNA polimerasa és incapaç de sintetitzar una cadena de DNA de novo L'enzim l'únic que pot fer és afegir nucleòtids a l'extrem 3' lliure d'una cadena ja començada (anomenada encebador o "primer"). A més l'enzim necessita una cadena patró (motlle) a la que copiar de forma complementària. La DNA-polimerasa necessita: Desoxiribonucleòtids 5'-trifosfat lliures en el medi (dATP, dGTP, dCTP i dTTP) Un encebador o "primer" (és a dir una cadena ja començada). Una cadena de DNA patró o motlle.

La DNA polimerasa només pot afegir nucleòtids a l'extrem 3'. Extrem 5' Extrem 3' Extrem 5' Extrem 3' DNA polimerasa Extrem 3' Desoxinucleòtid trifosfat Desoxiribosa Fosfat Extrem 3' Extrem 5' Extrem 5' Com que la DNA-polimerasa només pot unir els nucleòtids al carboni 3' lliure del "primer" la nova cadena sintetitzada només pot créixer en sentit 5' 3', essent la cadena patró el filament 3' 5'. Cadena nova Cadena motlle Cadena nova Cadena motlle El nou filament sintetizat per la DNA polimerasa serà complementari i antiparal·lel al filament 3' 5' Dilema 1: Si la DNA-polimerasa necessita un "primer", qui sintetitza aquest "primer" i de quina manera ho fa ?

Dilema 2: Si la DNA polimerasa només pot unir nucleòtids a l'extrem 3', de quina manera es pot sintetitzar la cadena 3' 5' ? Un cop descoberta la DNA polimerasa i coneguda la seva forma d'actuar, als investigadors se'ls va plantejar dos dilemes... El que es va observar El que no s'entenia 5' 3' 3' 5' Origen de replicació Replicació bidireccional 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' 3' Cadena DNA nova Cadena DNA patró Cadena DNA patró Cadena DNA nova Dilema 2 Si no hi ha cap DNA polimerasa que pugui afegir nucleòtids a l'extrem 5' .. Com pot créixer la nova cadena en aquesta direcció? Com es formen aquestes cadenes? ? ?

Dilema 1 Si la DNA polimerasa no pot començar la síntesi des de zero, qui sintetitza l'encebador? A l'origen de replicació, la doble helix s'obre i es forma una bombolla de replicació amb dues forquetes a partir de les quals la duplicació avançarà en els dos sentits 1968 Okazaki. Descobreix uns fragments (anomenats fragments d'Okazaki) constituïts per uns 50 nucleòtids de RNA i entre 1000 i 2000 nucleòtids de DNA que van donar solució als dilemes plantejats. Com es van resoldre els dos dilemes?

Els fragments d'Okazaki RNA DNA 5' 3' Els fragments d'Okazaki són sintetitzats per una RNApolimerasa (també anomenada primasa), que no necessita encebador, i després per una DNA-polimerasa, en direcció 5' 3' sobre diferents regions del filament patró.

3' 5' Fragment d'Okazaki DNA patró El fragment de RNA el sintetitza la RNApolimerasa, que pot començar la síntesi des de zero i ho fa en sentit 5' 3' El DNA següent el sintetitza la DNApolimerasa 3' 5' Fragment d'Okazaki DNA patró El fragment de RNA el sintetitza la RNApolimerasa, ja que pot començar la síntesi des de zero i ho fa en sentit 5' 3' El DNA el sintetitza la DNApolimerasa Fragment d'Okazaki DNA patró Inici síntesi RNA Síntesi RNA «primer» Allargament del RNA «primer» per una DNA polimerasa Solució al dilema 1: El "primer" o encebador de RNA és sintetitzat per la RNA-polimerasa la qualno necessita cap encebador per poder sintetitzar fragments de RNA.

Solució al dilema 2: Els fragments d'Okazaki. 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' 3' Cadena DNA nova Cadena DNA patró Cadena DNA patró Cadena DNA nova Dilema 2 Si no hi ha cap DNA polimerasa que pugui afegir nucleòtids a l'extrem 5' .. Com pot créixer la nova cadena en aquesta direcció? Com es forma la cadena 3' 5'? ? ? Dilema 1 Si la DNA polimerasa no pot començar la síntesi des de zero, qui sintetitza l'encebador? Solució al dilema 1. El "primer" o encebador de RNA serà sintetitzat per la RNA-polimerasa la qual no necessita cap encebador per poder sintetitzar fragments de RNA. Solució al dilema 2: els fragments d'Okazaki.

La nova cadena en aquesta direcció es sintetitzarà de forma discontínua mitjançant successius fragments d'Okazaki que s'aniran formant a mesura que la bombolla de replicació és vagi obrint Els fragments de RNA després seran eliminats i susbtituits per DNA. Bombolla de replicació (2 forquetes de replicació) La síntesi de DNA es produeix en les dues cadenes simultàniament, però en direccions oposades. La replicació del DNA en una forqueta de replicació comença quan la molecula de DNA de cadena doble es desenrotlla per proporcionar dos motlles de cadena simple. La síntesi de DNA es continua en una cadena motlle i discontínua en l'altra. Activitat exonucleasa 5' 3' de la DNA polimerasa.

La DNA polimerasa elimina el «primer» en direcció 5' 3' i omple el buit deixat amb nucleòtids nous complementaris mitjançant la seva activitat polimerasa 5' 3' Activitat de la DNA ligasa. L'enzim estableix un enllaç covalent entre el 3'-OH de l'últim nucleòtid afegit per la DNA polimerasa i el 5'-P del fragment d'Okazaki següent. L'ATP aporta l'energia necessària per aquesta unió. U A G C T T A T C G A A C C G T T G C A C C G T T G C A C G G C A A C G T G Síntesis continua de la cadena 5' 3' Síntesis continua de la cadena en dirección 5' 3'. La síntesis de esta cadena no plantea ningún problema. Así, una vez separadas ambas cadenas, se sintetiza el primer y la ADN pol.

III (una de las enzimas que unen los nucleótidos) va a elongar la cadena en dirección 5' 3'. A T C G A A C C G T T G C A C C G T T G C T A G C T U G Síntesis discontinua de la cadena 3' 5' A A C C C A A C G T G G T Síntesis discontinua. La cadena complementaria no se va a replicar en sentido 3' 5' sino que se replica discontinuamente en dirección 5' 3'. Primero se sintetiza el primer (ARN) y posteriormente este se elonga con ADN. El ARN es posteriormente eliminado y los diferentes fragmentos sintetizados, llamados fragmentos de Okazaki, son unidos entre sí. Propietats de la replicació La replicació té lloc en sentit 5' 3'.

La direcció en que actuen els enzims és única, de 5' a 3', la qual cosa determina que el filament que fa de motlle hagi de tenir la direcció 3' 5' per tal que la nova cadena en formació, complementària i antiparal·lela tingui la direcció 5' 3'. La síntesi del DNA és semidiscontínua. Per a la mateixa forqueta de replicació, en una cadena, la replicació és contínua i en l'altra és discontínua.

Tal com va proposar Okazaki en el procés de duplicació de les dues cadenes parentals, una de les cadenes es sintetitza de forma contínua (cadena conductora) en la que la síntesi es desenvolupa en la mateixa direcció de l'enzim o de la forqueta de replicació; mentre que l'altra cadena es sintetitza de forma discontínua (cadena retardada) ja que la seva síntesi es realitza en contra de la forqueta de replicació mitjançant fragments, els fragments d'Okazaki. El mecanisme de duplicació del DNA.

En bacteris Enzims que participen en la síntesi del DNA en bacteris Helicasa Topoisomerasa I Topoisomerasa II (també anomenada girasa) DNA polimerasa III (DNApol III) DNA polimerasa I (DNApol I) RNA polimerasa o primasa (RNA pol) Proteïnes d'unió estabilitzadores o proteïnes SSB (Single-stranded binding proteins) DNA ligases Fase d'inici Per a que pugui tenir lloc la síntesi de les noves cadenes primer de tot la doble hèlix s'ha de desenrotllar i obrir. L'enzim encarregat és l'helicasa. L'helicasa reconeix l'origen de replicació, s'uneix, trenca els ponts d'hidrogen entre les bases nitrogenades i separa les cadenes.

L'actuació de l'helicasa genera superenrotllaments i tensions en la doble hèlix. Els enzims topoisomerases (com ara la girasa) s'encarreguen d'eliminar aquestes tensions. Les proteïnes SSB mantenen els dos filaments complementaris separats. Es forma d'aquesta manera la forqueta de replicació. SSB Fase d'elongació Síntesi del filament conductor. El primer pas és la formació d'un segment de cadena que permeti l'activitat de la DNA polimerasa. La RNA polimerasa és capaç de catalitzar la unió de ribonucleòtids sense necessitat de l'existència de cadenes ja iniciades. Per això, aquest enzim, anomenat també primasa, sintetitza un fragment de molècula de RNA que es coneix com a encebador.

A continuació, la DNA pol III allarga aquest fragment inicial polimeritzant la unió de desoxiribonucleòtids, segons la complementarietat de bases. Posteriorment, la DNA pol I actuarà com a exonucleasa en sentit 5' 3' i eliminarà l'encebador, alhora que actuarà com a polimerasa i omplirà el buit amb desoxiribonucleòtids (no es mostra en el dibuix) A continuació, la DNA ligasa segella la unió entre els dos fragments de DNA (no es mostra en el dibuix) Una RNA polimerasa o primasa sintetiza el "primer" de RNA. Un cop sintetitzat, la DNA pol III afegeix nucleòtids de DNA al "primer" en direcció 5' 3' de manera continuada i sense parar a mesura que la doble cadena es va obrint.

Fase d'elongació Síntesi del filament retardat. De forma simultània al procés anterior, te lloc la síntesi de la cadena retardada. En aquest cas, la necessitat d'extrems 3' lliures de la DNA pol III origina un mecanisme diferent: La RNA pol o primasa sintetitza diversos RNA encebadors. La DNA pol III allarga els fragments d'encebador incorporant-hi nucleòtids de DNA en sentit 5' 3'. Aquests petits fragments tenen entre 1 000 i 2 000 nucleòtids de llargària i s'anomenen fragments d'Okazaki, el nom del seu descobridor. Posteriorment, la DNA pol I substituirà els encebadors de RNA per desoxiribonucleòtids (no es mostra en el dibuix).

Finalment, la DNA ligasa segellarà les unions entre els fragments per tal de constituir una cadena sense discontinuïtats. RNApol o Primasa DNApol III DNA pol I DNA ligasa 1 6 5 3 2 4 1.La RNA pol o primasa sintetiza el "primer" de RNA. 2.La DNA pol III afegeix nucleòtids de DNA al "primer" en direcció 5' 3' i es forma un fragment d'Okazaki. 3.Quan assoleix el "primer" de la cadena conductora, la DNA pol III es despren. 4.Després de formar-se el 2n "primer", la DNApol III afegeix nuclèotids de DNA sobre aquest fins assolir el 1r . 5.La DNA pol I elimina els nucleòtids de RNA i els reemplaça amb nucleòtids de DNA que va afegint d'un en un.

6.La DNA ligasa segella la unió entre els fragments 1 i 2. El mecanisme de la duplicació del DNA en bacteris. Resum. 1L'helicasa desenrotlla la doble hèlix parental 2Les proteïnes estabilitzadores (SSB) mantenen les cadenes complementaries separades.

3- El filament conductor es sintetitza de forma continua en direcció 5' 3' mitjançant la DNA pol III 4- La primasa sintetitza l'encebador (en la imatge es veu com està sintetitzant el que serà el 5è fragment) 5- La DNA pol III afegeix nucleòtids de DNA sobre l'encebador (en la imatge es veu com ho està fent sobre el fragment 4) 6- La DNA pol I elimina l'encebador de RNA i el susbtiueix per DNA (en la imatge es veu com ho està fent sobre el fragment 2) 7- La DNA ligasa empalma els fragments (en la imatge es mostra la unió entre l'extrem 3' del 2n fragment i l'extrem 5' del 1er fragment) Bombolla de replicació (2 forquetes de replicació) El mecanisme de duplicació del DNA.

En eucariotes Tot i que el procés de la replicació és més complicat que en bacteris, els principis generals són els mateixos. A continuació destacarem les diferencies més importants. En eucariotes participen almenys 11 DNA polimerases diferents. – les histones originals es queden en el filament de DNA que fa de motlle al filament conductor, i tots dos s'enrotllen sobre aquestes. el filament de DNA que fa de motlle del filament retardat i el retardat es cargolen sobre histones noves. Elsfragmentsd'Okazakisón més curts (d'uns 100 o 200 nucleòtids). Com el DNA eucariota es troba força associat a histones, durant el procés ... – Com l'ADN eucariota es molt més gran que el bacterià...

– el procés és molt més lent – hi ha múltiples origens de replicació L'expressió del missatge genètic Dogma central de la biologia molecular * alguns virus Pas d'una seqüència de DNA a una seqüència de RNA (RNAm, RNAr, RNAt). La transcripció Enzim responsable: RNA polimerasa (RNApol) Necessita: – Cadena de DNA que actuï com a motlle. – Ribonucleòtids trifosfat (ATP,CTP,GTP,UTP). La RNA polimerasa només pot afegir nucleòtids a l'extrem 3'. (a l'igual que la DNApol sintetitza en direcció 5' 3') La RNA polimerasa no necessita cap encebador.

(a diferencia de la DNApol) La RNA polimerasa afegeix ribonucleòtids en direcció 5' 3' complementaris a una cadena de DNA motlle Propietats de la transcripció És selectiva És reiterativa És monocatenària Té lloc en sentit 5' 3' La transcripció és selectiva: Només es sintetitza RNA a partir de determinades regions de DNA (gens).

Hi ha zones de DNA que no contenen informació per ser transcrita, altres que només es transcriuen en cèl·lules d'un teixit i altres que només ho fan depenen de l'estat fisiològic de la cèl·lula (aquesta característica difereix de la replicació, l'objectiu de la qual era obtenir còpies de la totalitat del DNA) Propietats de la transcripció La transcripció és reiterativa Una mateixa regió de DNA pot estar sent transcrita simultàniament per diferents RNA polimerases amb la qual cosa s'obtenen múltiples còpies en poc temps. Propietats de la transcripció La transcripció és monocatenària Només es transcriu una de les cadenes de DNA.

Hi ha gens continguts en una de les cadenes i gens en l'altra (aquesta característica també difereix de la replicació). Qualsevol dels dos filaments del DNA pot servir de motlle per a la síntesi de RNA. La direcció de síntesi sempre serà 5' 3' Propietats de la transcripció Com saben elsenzims quinade lesdues cadenesdel DNA conté el missatge genètic? Resposta: Els enzims encarregats de transcriure els gens reconeixen en el cromosoma senyals que indiquen on comença i on acaba el missatge. La majoria de gens són fragments de la molècula de DNA que determinen la síntesi d'una proteïna. Altres gens realitzen funcions reguladores. L'estructura d'un gen eucariota és complexa.

La seqüència de nucleòtids que constitueix un gen, i els propis gens entre sí, no es disposen linealment en els cromosomes sinó que es troben separats per fragments de DNA que no presenten informació per ser transcrita. A més en tots els gens distingim les següents regions: – – – La regió promotora o promotor La regió codificadora La regió de finalització Nocions prèvies: Concepte i estructura d'un gen eucariòtic La regió promotora (P) és una part del DNA situada al principi del gen i que, sense codificar cap aminoàcid, servei per a que els enzims que realitzen la transcripció reconeguin el començament del gen.

La regió codificadora (C), és la part del gen que contè informació per a la síntesi de la proteïna. A la regió codificadora dels gens eucariotes existeixen fragments de DNA que no contenen informació, els introns, i fragments que sí que en contenen, els exons. La regió finalitzadora (T), marca el final del gen. Els promotors contenen les seqüències de DNA (seqüències consens) que serviran de senyal d'inici per a que la RNA polimerasa s'uneixi a una de les dues cadenes de DNA. Aquestes seqüències, estan presents en una posició anterior a la regió codificant. L'enzim trobarà també una senyal que li indicarà on acaba el missatge.

La senyal de finalització també es transcriu i, un cop copiada, la RNA polimerasa deixa de transcriure el missatge. RNA transcript 5' 3' mRNA procariòtic És policistrònic: conté informació per més d'una proteïna. Es forma al citoplasma de la cèl·lula. No presenta ni CAP ni cua poli-A. Comença amb un nucleòtid trifosfat (per exemple pppG..) mRNA eucariòtic És monocistrònic: conté informació per a una sola proteïna. Es forma a partir d'un pre-mRNA al nucli de la cèl·lula (maduració) Presenta a l'extrem 5' un CAP que és una molècula anomenada 7-metilguanosina que s'uneix a tres grups fosfat; i a l'extrem 3' una cua de poli(A), formada per una llarga serie de residus d'adenina.

Aquests extrems tenen funció protectora (bloquejant l'acció dels enzims exonucleases que podrien destruir el RNAm). Nocions prèvies: Estructura del mRNA procariòtic vs mRNA eucariòtic El mecanisme de la transcripció La transcripció del DNA també s'esdevé mitjançant una reacció de síntesi: A partir d'un o diversos (n) ribonucleòtids monofosfat (NMP) de la cadena en formació, es produeix la incorporació d'un ribonucleòtid trifosfat (dNTP). D'aquesta unió se'n desprèn pirofosfat inorgànic (PPi) i se n'obté una cadena amb un ribonucleòtid més, incorporat al fragment inicial (n + 1). Primer de tot destacar que, per a cada gen, només una de les cadenes, de les dues que te el DNA, es transcriu.

Transcripció del DNA (síntesi del mRNA) Animació transcripció Transcripció en eucariotes Té lloc en el nucli. Etapes: – INICIACIÓ – ELONGACIÓ – FINALITZACIÓ – MADURACIÓ Abans de cada regió de DNA que es transcriu hi ha una regió promotora. La regió promotora del DNA conté una seqüència de nucleòtids, seqüència de consens, anomenada caixa TATA (per ser una seqüència rica en T i A) a diferents distàncies del punt d'inici de la transcripció. Un conjunt de proteïnes, factors proteics o factors de transcripció es fixaran a la regió promotora. La RNA-polimerasa II reconeixerà aquests factor i s'unirà per començar la síntesi del RNA.

Tot el conjunt rep el nom de COMPLEX D'INICIACIÓ DE LA TRANSCRIPCIÓ Iniciació Amesura que la RNA polimerasa II es mou al llarg del DNA, desenrotlla un fragment de doble hèlix i va afegint nucleòtids, l'un darrera de l'altre, complementaris al DNA motlle i en direcció 5' 3'. A mesura que es va desprenen la cadena de mRNA en formació, el DNA recupera la seva estructura espacial normal. Després d'uns 30 nucleòtids transcrits s'afegeix una caputxa constituïda per una 7-metil- guanosinatrifosfat (m7Gppp) a l'extrem 5' del nou RNA (no es veu a la imatge). Elongació La síntesi acaba quan la RNA polimerasa arriba a la regió de finalització.

Aquesta regió conté la seqüència TTATTT, anomenada seqüència de poliadenilació. Aquesta seqüència també es transcriu. La RNA-polimerasa es separa, s'allibera el transcrit primari o preRNA (RNAhn) i el DNA torna a formar la doble hèlix. Immediatament després l'enzim poliA-polimerasa afegeix a l'extrem final 3' del RNA un segment d'uns 200 nucleòtids d'adenina (cua de poli-A). Finalització Pre-mRNA o transcrit primari Codó d' inici Segment codificant de proteïna 5' 5' Cap 5' UTR Codó de stop Cua de poli-A Senyal de poliadenilació 3' UTR Estructura detallada del pre-mRNA o transcrit primari (UTR: seqüències que tal com passa amb els introns tampoc es traduiran a proteïnes.

Són necessàries per a que el mRNA s'uneixi als ribosomes en el procés de la traducció) El pre-RNA conte tan exons com introns. Es tracta d'un RNA no apte per a ser traduït. Durant el procés de maduració, un conjunt d'enzims reconeixeran, tallaran i retiraran els introns i després les RNA-ligases uniran els exons formant-se així un mRNA madur.

Maduració 5' Exó Intró Exó Intró Exó Pre-mRNA 5'Cap 3' Cua de poli-A Segment codificant Els introns es tallen i s' uneixen els exons 5'Cap Cua de poli-A 5' UTR 3' UTR La caputxa i la cua poli A faciliten l'exportació del mRNA des del nucli cap al citoplasma, protegeixen el mRNA de la degradació per enzims hidrolítics i, un cop al citoplasma ajuden als ribosomes a fixar-se a l'extrem 5' del mRNA en el procés de la traducció. Transcripció en procariotes. Diferencies més significatives amb la dels eucariotes Té lloc en el citoplasma. Com el DNA procariòtic no conté introns, no hi ha procés de maduració. El producte immediat de la transcripció ja és el mRNA madur.

TRADUCCIÓ O BIOSÍNTESI DE PROTEÏNES El codi genètic Diferents investigacions han demostrat que els aminoàcids de les proteïnes estan codificats per seqüències de tres nucleòtids consecutius de les cadenes de mRNA. Cadascuna de les seqüències de 3 nucleòtids s'anomena triplet o codó. El codi genètic estableix la col·linealitat entre els triplets de nucleòtids del mRNA i els aminoàcids. H2 N COOH Característiques del codi genètic És universal. Tots els éssers vius fan servir el mateix codi (hi ha excepcions). Presenta un triplet d'inici, AUG,que codifica per a la metionina. Inclou tres triplets que no codifiquen per a cap aminoàcid: UAA, UAG, UGA. S'anomenen triplets sense sentit o de stop.

Aquest triplets indiquen l'aturada de la síntesi de la proteïna. El llenguatge del codi està degenerat: per alguns aminoàcids hi ha diversos triplets que el codifiquen. Generalment els triplets que codifiquen per al mateix aminoàcid difereixen en el tercer nucleòtid. No és ambigu: cada triplet codifica un sol aminoàcid. El marc de lectura és 5' 3' i en grups de tres. Els triplets es disposen de manera lineal i continua. No hi ha codons de separació entre triplet i triplet. Una lectura incorrecta de la informació portaria a un missatge sense sentit. La degeneració del codi representa un avantatge...

Encara que és produís un error en la còpia d'un nucleòtid, continuaria la col·linealitat entre el triplet i l'aminoàcid. D'altra banda si tan sols hi hagués 20 triplets que fossin traduïbles hi hauria 44 triplets sense sentit (64 - 20), i un simple error en un nucleòtid d'un triplet, el convertiria en un triplet sense sentit quedant aturada la síntesi de la proteïna i donant lloc a una proteïna no funcional. UAU UAC GUU GUC GUA GUG Tyr Val La traducció Síntesi d'un polipèptid a partir dels mRNA. Té lloc en el citosol i la duen a terme els ribosomes. Els tRNA (RNA de transferència) transporten aminoàcids específics del conjunt del citoplasma cap als ribosomes.

Els tRNA són clau per a la síntesi de proteïnes L'extrem 3' del tRNA porta l'aminoàcid especificat en el codó del mRNA. Quan l'aminoàcid està unit al seu tRNA, és diu que l'aminoàcid està activat. El tRNA presenta tres nucleòtids, l'anticodó, que s'uniran mitjançant ponts d'hidrogen a un codó especific del mRNA, seguint la complementarietat de bases. Les dues cadenes queden unides de forma antiparal·lela. Hi ha, al menys, un tRNA per a cadascun dels 20 aminoàcids. El mecanisme de la traducció Etapes de la traducció: ACTIVACIÓ DELS AMINOÀCIDS INICIACIÓ ELONGACIÓ FINALITZACIÓ ACTIVACIÓ dels aminoàcids L'activació d'un aminoàcid consisteix en unir-lo al seu tRNA.

La unió requereix energia en forma d'ATP. La unió està catalitzada per un enzim específic: l'aminoacil tRNA sintetasa. L'aminoàcid activat rep el nom d' aminoacil-tRNA Lloc d'unió de l'enzim 1. L'aminoàcid i el ATP s'uneixen al centre actiu de l'enzim. 2. L'ATP perd dos grups fosfat i s'uneix a l'aminoàcid com a AMP. 3. Un tRNA específic s'uneix a l'aminoàcid i desplaça el AMP. 4. L'enzim allibera l'aminoàcid activat (aminoacil-tRNA) INICIACIÓ de la síntesi La subunitat petita del ribosoma s'uneix a l'extrem 5' del mRNA (en els eucariotes es reconegut per la caputxa de m7Gppp i en els procariotes gràcies a una seqüència de consens, que no es tradueix).

La subunitat petita es mou fins trobar el codó d'inici, que sempre és AUG, i que correspon a una metionina (formil-metionina en procariotes). El primer tRNA amb Met arriba i forma ponts d'hidrogen entre el seu anticodó i el codó del mRNA (ambdós són complementaris) A continuació s'uneix la subunitat gran del ribosoma i es forma el complex ribosomal. Sentit de desplaçament del ribosoma Centre A o centre acceptor d'Aminoàcids: on se situen els aminoacils-tRNA entrants, excepte el primer. Centre P o centre Peptidil: on se situa el tRNA carregat amb el polipèptid en creixement (peptidil-tRNA) i el primer tRNA que entra (el metionil-tRNA).

Centre E o centre de sortida (de Exit): per on abandonarà el ribosoma el tRNA descarregat de l'aminoàcid. Els ribosomes presenten tres llocs que poden ser ocupats per tRNA: ELONGACIÓ de la cadena polipeptídica Arriba el segon aminoacil-tRNA i es situa en el centre A. El seu anticodó es reconegut pel codó i es formen enllaços d'hidrogen entre ells. La Met del primer tRNA s'uneix a l'aminoàcid del segon tRNA mitjançant un enllaç peptídic catalitzat per l'enzim peptidiltransferasa. En aquest moment es produeix la translocació ribosomal (desplaçament del ribosoma en direcció 5' 3').

El moviment del ribosoma col·loca el peptidil-tRNA al lloc P, i deixa lliure el lloc A per a l'entrada del següent tRNA. El primer tRNA sense la Met surt del ribosoma pel centre E. El procés es repeteix per cada codó i els aminoàcids es van afegint un a un. Sentit de desplaçament del ribosoma Ribosoma preparat per acceptar el següent aminoacil-tRNA mRNA 5' Extrem amino del polipèptid E P A 3' 2 GDP E P A 2 GTP GDP GTP E P A E P A 1 2 3 4 El procés es repeteix per cada codó i els aminoàcids es van afegint un a un. FINALITZACIÓ de la síntesi El final de la síntesi està determinat pels anomenats triplets sense sentit: UAA, UAG, UGA. No hi ha cap tRNA l'anticodó del quan en sigui complementari.

Aquests codons són reconeguts per uns factors proteics d'alliberació que se situen al centre A. Llavors s'allibera la proteïna, les subunitats del ribosoma se separen i el mRNA queda lliure. Iniciació de la síntesi Sentit de desplaçament del ribosoma Elongació de la síntesi Sentit de desplaçament del ribosoma Ribosoma preparat per acceptar el següent aminoacil-tRNA mRNA 5' Extrem amino del polipèptid E P A 3' 2 GDP E P A 2 GTP GDP GTP E P A E P A 1 2 3 4 Finalització de la síntesi Font de les imatges: web El suro d'experimentals Font de les imatges: web El suro d'experimentals Avançament del ribosoma pel mRNA i formació d'un pèptid.

Un sol ribosoma pot sintetitzar un polipèptid de grandària mitjana en menys d'un minut. Font de la imatge: web El suro d'experimentals Font de la imatge: web El suro d'experimentals En eucariotes el mRNA és monocistrònic (porta informació per sintetitzar només un tipus de proteïna) i en procariotes és policistrònic (porta informació per sintetitzar diferents tipus de proteïnes) Poliribosomes o polisomes En general una sola molècula de mRNA es utilitzada per fabricar moltes còpies d'un polipèptid de forma simultània per diferents ribosomes.

Un cop un ribosoma sobrepassa el codó d'inici, un segon ribosoma pot unir-se al mateix mRNA; d'aquesta manera, nombrosos ribosomes poden penjar d'una mateixa molècula de mRNA permetent que les cèl·lules fabriquin ràpidament moltes còpies d'un mateix polipèptid. Els poliribosomes els poden observar tan en cèl·lules eucariotes com en procariotes. Amb el microscopi electrònic es poden observar aquests collarets de ribosomes anomenats poliribosomes o polisomes. Regulació gènica Control de quan i com s'expressen els gens. Permet adaptació, diferenciació i resposta a estímuls. Essencial en tots els éssers vius.

Regulació gènica en procariotes Operó de la lactosa Gens estructurals: LacZ produeix β-galactosidasa (trenca la lactosa) lacY produeix permeasa (permet entrar lactosa) lacA transacetilasa., afegiex una molècula que es pensa que té importància en la degradació, però no es sap la funció exacta Regió reguladora Promotor (on s'uneix la ARN polimerasa) Operador (on s'uneix el represor) Lloc CAP: S'uneix la proteïna activadora de catabòlits, Promou la transcripció al facilitatr la unió de l'ARN polimerasa al promotor.

Gen regulador (lacI): Produeix una proteïna represora Operó de la lactosa 1 El repressor lac es sintetitza sempre en quantitats basals i s'uneix a l'operador evitant la transcripció dels gens responsables de degradar la lactosa. 2. L'activador CAP s'uneix al lloc CAP i ajuda a la unió de l'ARN polimerasa al promotor, sense això li costa unir-se. L'operó de la lactosa: és un operó induible, s'expressa per la presència de determinades molècules. Hi ha operons Repressibles: s'inhibeixen (trp). S'activa bé quan hi ha lactosa i la glucosa és baixa.

Operó de la lactosa SSi al medi no hi ha glucosa, Els nivells de AMPc( adenosin monofosfato cíclic) són baixos i s'uneix a CAP i aquesta s'uneix a l'ADN i facilita la unió de la ARN polimerasa al promotor. El represor que normalment està unit a l'operador se separa perquè una petita quantitat de lactosa es transforma en alolactosa. Els gens es transcriuen Operó de la lactosa SSi al medi no hi ha glucosa, Els nivells de AMPc( adenosin monofosfato cíclic) són baixos i s'uneix a CAP i aquesta s'uneix a l'ADN i facilita la unió de la ARN polimerasa al promotor. El represor que normalment està unit a l'operador continua unit.

Els gens NO es transcriuen Operó de la lactosa SSi al medi hi ha glucosa, Els nivells de AMPc( adenosin monofosfato cíclic) no són baixos i no s'uneix a CAP i aquesta no s'uneix a l'ADN i no facilita la unió de la ARN polimerasa al promotor. El represor que normalment està unit a l'operador deixa d'estar unit quan una part de la lactosa es transforma en alolactosa. Els gens es transcriuen en poques quantitats. Operó de la lactosa SSi al medi hi ha glucosa, Els nivells de AMPc( adenosin monofosfato cíclic) no són baixos i no s'uneix a CAP i aquesta no s'uneix a l'ADN i no facilita la unió de la ARN polimerasa al promotor. El represor que normalment està unit a l'operador continua unit.

Els gens no es transcriuen e. Regulació gènica en eucariotes Regulació més complexa. Cada gen té el seu promotor. Diversos nivells de control: Pretranscripcional: El grau de condensació de l'ADN determina que pugui ser transcrit o no. Regulació epigenètica: Canvis a l'ADN o histones que no impliquen canvi de seqüència, però si al nivell d'activació o inactivació del gens. Ex: acetilació de les histones que relaxa el plegament de la cromatina i facilita la transcripció. Metilació d'histones inhibeix la replicació El conjunt de canvis epigenètics s'anomena epigenoma i es pot transmetre a les cèl·lules filles.

Regulació gènica en eucariotes Control de la transcripció Es controlen mitjançant promotros i factors de transcripció. Promotor: inici de transcripció. Enhancers: augmenten expressió. Factors de transcripció: Proteïnes que regulen gens. Activadors: augmenten expressió. Repressors: la redueixen. Poden estar lluny del gen. Interacció per plegament de l'ADN Control postranscripcionals: Control de la maduració de l'ARN ( velocitat i splicing alternatiu), transport ARNm, degradació ARNm Control de traducció: factors d'iniciació Exemple Hemoglobina necessita el grup hemo i globina, si no estan s'atura la traducció.

Control Processament proteïnes: hi ha proteïnes que necessiten modificacions postraduccionals. Les mutacions Les mutacions Són canvis del material genètic (DNA) que es produeixen a l'atzar. Segons la extensió de la mutació les podem classificar en : 1. Gèniques : afecten a la seqüència de nucleòtids del DNA. 2. Cromosòmiques : afecten a un segment de cromosoma . 3. Genòmiques : afecten al nombre de cromosomes propi d'una espècie. 1. Mutacions gèniques Canvis el la seqüència de DNA. Per tant canviarà la seqüència d'aminoàcids que determina el DNA i NO ES FORMARÀ LA PROTEÏNA que cal.

(Repassem els conceptes de : Trascripció, Traducció, Codi genètic) Mutacions gèniques Canvis en la seqüència de nucleòtids. Pot: Canviar una base Inserir-se una base Eliminar-se una base ( deleció) Exemple de mutació gènica El canvi en una base determina un canvi d'un aminoàcid Transcripció i Traducció Transcripció: Pas de DNA a RNA (m) Canviem les bases segons indica la taula. Traducció : Pas de RNA (m) a aminoàcids Cal el codi genètic. C G G C A T U A CODI GENÈTIC El codi genètic Cada tres bases del RNA (missatgeR ) codifiquen 1 aminoàcid. És universal (és igual per a tots els organimes de la Terra ). És degenerat, hi ha aa que estan determinats per més d'un triplet. 2.

Mutacions cromosòmiques Canvis en un segment de cromosoma que pot afectar a diversos cromosomes. Pot ser: Deleció ( pèrdua) Duplicació Inversió Translocació Exemple de mutació cromosòmica Falta un segment del cromosoma 5 3.Mutacions genòmiques - Són alteracions del nombre de cromosomes pròpies de l'espècie. - Causa : distribució anòmala dels cromosomes a la meiosi. - Poden ser : ANEUPLOÏDIES POLIPLOÏDIES Aneuploïdies Augment o disminució d'un o diversos cromosomes. Pot ser : – Nul·lisomies : falta el parell de cromosomes – Monosomies : falta un cromosoma – Trisomies : hi ha un cromosoma de més. Poliploïdies Augment de nombre de jocs de cromosomes.

Pot ser : - Triploides ( 3n) - Tetraploides ( 4n)... Pot ser : - Autopoliploïdia ( igual espècie) - Al·lopoliploïdia ( cromosomes de 2 espècies diferents)