Resumen: Expresión génica y síntesis proteica

📋 Esquema del Curso

1. Flujo de la información genética
2. Estructura de los genes
3. Transcripción bacteriana
4. Transcripción eucariota y maduración
5. Maduración de ARNt y ARNr
6. Código genético y traducción
7. Mecanismo de traducción

📖 1. Flujo de la información genética

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Expresión de un gen : El proceso completo que descodifica la información de un gen y la convierte en una proteína mediante la transcripción y la traducción

📝 Puntos esenciales

• La conservación y transmisión de la información genética comprenden: la replicación, que transfiere ADN → ADN, la transcripción, que transfiere ADN → ARN, la traducción, que produce un polipéptido a partir del ARNm con participación de ARNt y ARNr

📌 En procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente en el citoplasma, mientras que en eucariotas la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción en el citoplasma tras la exportación del ARN.

💡 Truco mnemotécnico

ADN → ADN → ARN → proteína

📖 2. Estructura de los genes

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Gen : La unidad funcional de la información genética formada por una secuencia de nucleótidos que contiene la información necesaria para transcribir un ARNm

★ Imprescindible

📌 El gen eucariota contiene exones codificantes e intrones no codificantes, comienza y termina por un exón, mientras que el gen procariota no contiene intrones y está constituido por secuencias codificantes llamadas cistrones.

• En el gen eucariota, las regiones UTR del primer y último exón se transcriben pero no se traducen; la UTR del primer exón contiene la señal de la caperuza y la UTR del último exón contiene la señal de poliadenilación.

• El promotor inicia y orienta la transcripción y constituye el sitio de fijación de la ARN polimerasa; el silenciador inhibe la transcripción y el enhancer la activa a distancia, aguas arriba o aguas abajo del gen.

• En los genes procariotas, las regiones promotoras especialmente importantes se sitúan alrededor de las posiciones −10 y −35.

Complementos

• La parte codificante del primer exón comienza con el codón ATG y la del último exón termina con uno de los codones TAA, TAG o TGA en el ADN del gen.

• En los genes eucariotas, la caja TATA se sitúa aproximadamente a −30 pares de bases y la caja CCAAT aproximadamente a −70 pares de bases del sitio de iniciación.

💡 Truco mnemotécnico

Eucariotas: exones e intrones; procariotas: cistrones sin intrones

📖 3. Transcripción bacteriana

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Transcripción : La copia del ADN en ARN por la ARN polimerasa, mediante una síntesis 5′→3′ sobre una hebra molde de ADN orientada 3′→5′

📝 Puntos esenciales

• La transcripción requiere ATP, GTP, CTP, UTP e iones Mg2+ y es policistrónica en procariotas, mientras que en eucariotas una polimerasa transcribe generalmente un solo gen.

• En Escherichia coli, la holoenzima ARN polimerasa tiene la composición α2ββ′σ; β forma los enlaces fosfodiéster, β′ se fija al ADN molde y σ reconoce el promotor e inicia la síntesis.

• 🔄 La iniciación bacteriana comprende: la unión de la holoenzima al promotor, el reconocimiento de las regiones −35 y −10, la formación del complejo cerrado, la apertura local de unos dos giros de hélice, la formación del complejo abierto sin necesidad de cebador

• Durante la elongación, la ARN polimerasa sintetiza ARN 5′→3′ en una burbuja de transcripción, mantiene un híbrido ARN-ADN de aproximadamente 12 pares de bases y alcanza cerca de 50 nucleótidos por segundo en Escherichia coli.

• La terminación bacteriana puede producirse mediante una horquilla rica en GC seguida de una región rica en A en el ADN molde, o mediante el factor rho, un hexámero que hidroliza ATP y separa el ARN de la polimerasa.

💡 Truco mnemotécnico

Iniciación → elongación → terminación

📖 4. Transcripción eucariota y maduración

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Splicing alternativo : El proceso que permite producir distintos ARNm maduros con diferentes combinaciones de exones a partir de un mismo gen eucariota, generando proteínas diferentes

📝 Puntos esenciales

• Las ARN polimerasas eucariotas se distribuyen así: la ARN polimerasa I sintetiza los ARNr 18S, 5,8S y 28S en el nucléolo, la ARN polimerasa II sintetiza los ARNm y algunos ARNsn, la ARN polimerasa III sintetiza los ARNt, el ARNr 5S y algunos ARNsn

• En la iniciación eucariota, los factores generales de transcripción reconocen el promotor y TFII D se fija primero con ayuda de TBP antes del reclutamiento de los demás factores y de la ARN polimerasa II.

• La maduración del pre-ARNm eucariota comprende: la adición de una 7-metilguanosina trifosfato en el extremo 5′, la adición de una cola de 150 a 200 adeninas en el extremo 3′, el splicing de los intrones

• Durante el splicing, U1 reconoce el sitio donador y U2 reconoce el sitio de ramificación y el sitio aceptor; el spliceosoma corta el intrón, forma un intermediario en lazo y une los extremos de los exones.

💡 Truco mnemotécnico

Cap 5′ → cola poli-A → splicing → exportación

📖 5. Maduración de ARNt y ARNr

★ Imprescindible

• Los ARNt contienen entre 70 y 90 nucleótidos y su extremo 3′ termina siempre en CCA-OH, donde se une el aminoácido.

• Los precursores de ARNt policistrónicos son cortados por ribonucleasas, sufren modificaciones químicas y adquieren una estructura secundaria en hoja de trébol y una estructura terciaria en forma de L.

• En eucariotas, los ARNr 18S, 5,8S y 28S derivan de un precursor procesado por la ARN polimerasa I, mientras que el ARNr 5S se sintetiza separadamente por la ARN polimerasa III.

Complementos

• En el ribosoma eucariota, los ARNr 5,8S, 28S y 5S se asocian con aproximadamente 50 proteínas para formar la subunidad 60S, mientras que el ARNr 18S se asocia con aproximadamente 30 proteínas para formar la subunidad 40S.

• El ribosoma procariota está formado por las subunidades 30S y 50S, cuya asociación produce un ribosoma 70S.

💡 Truco mnemotécnico

El ARNt adopta una hoja de trébol y luego una forma de L

📖 6. Código genético y traducción

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Traducción : La conversión de la secuencia nucleotídica del ARNm en una secuencia de aminoácidos que forma una proteína

📝 Puntos esenciales

• El ribosoma lee el ARNm en dirección 5′→3′ y sintetiza el polipéptido desde el extremo amino terminal hacia el extremo carboxilo terminal.

• Las principales propiedades del código genético son:

  • degenerado
  • no ambiguo
  • no solapante
  • casi universal

• Los principales componentes de la traducción son:

  • el ARNm
  • los ARNt
  • las aminoacil-ARNt sintetasas
  • los ribosomas
  • los aminoácidos
  • Mg2+, GTP y ATP

• La activación del ARNt comprende la reacción del aminoácido con ATP y después la unión covalente del aminoácido al extremo 3′OH del ARNt por una aminoacil-ARNt sintetasa específica.

💡 Truco mnemotécnico

Activación → iniciación → elongación → terminación

📖 7. Mecanismo de traducción

★ Imprescindible

• 🔄 En la elongación bacteriana: el ARNt aminoacilado entra en el sitio A con ayuda de EF-Tu y GTP, se forma el enlace peptídico en la subunidad grande, EF-G utiliza GTP para provocar la translocación, el ARNt del sitio A pasa al sitio P y el del sitio P pasa al sitio E

• Los codones de parada UAA, UAG y UGA no son reconocidos por ARNt, sino por factores de liberación que promueven la liberación de la cadena polipeptídica y la disociación del ribosoma.

📌 En procariotas, el codón AUG se reconoce mediante la secuencia Shine-Dalgarno, mientras que en eucariotas el ribosoma se recluta en la caperuza 5′ y escanea hasta la secuencia de Kozak 5′CCAUGG3′.

Complementos

• Un solo ARNm puede ser traducido simultáneamente por varios ribosomas formando un polisoma; en el ser humano, un ARNm puede asociarse con entre 5 y 20 ribosomas sucesivos.

💡 Truco mnemotécnico

Procariotas: Shine-Dalgarno; eucariotas: cap y secuencia de Kozak

📊 Tablas de síntesis

Diferencias entre genes procariotas y eucariotas

Reconocimiento del inicio traduccional