Expresión Génica. PowerPoint sobre transcripción y traducción para alumnos de primero hasta 4º...

PowerPoint® LecturePreparada porBarbara Heard,Atlantic Cape Community College; traducida, adaptada y modificada por Gustavo Toledo C. SFC, 2014

Expresión

génica

© 2013 Pearson Education, Inc.© Annie Leibovitz/Contact Press Images

© 2013 Pearson Education, Inc.

• DNA es la receta maestra de la Síntesis de proteínas

• Gen – segmento de DNA con la receta para un polipéptido

• Los Tripletes (tres bases nitrogenadas de de DNA) forman una biblioteca genética– Bases en el DNA son A, G, T y C– Cada triplete codifica para un amino ácido de

un polipéptido

PLAYPLAY Animation: DNA y RNA

Síntesis de proteínasUse esta animación en 3D sobre biología molecular del gen que he traducido para Uds. y cuyo URL está escrito al inicio del texto.http://www.Diapo.share.net/gustavotoledo/3-d-biologa-molecular-del-genok


Síntesis de proteínas

• Los Genes están compuestos de exones e intrones– Exones codifican para amino ácidos– Intrones–segmentos no codificantes

• Rol del RNA– Mecanismo de decodificación del DNA y mensajero– Tres tipos–todos formados en el DNA núclear de

eucariotas• RNA mensajero (mRNA); RNA ribosómico (rRNA);

RNA de transferencia (tRNA)

• RNA se diferencia del DNA– Uracilo es sustituido por timina


Roles de los tres principales tipos de RNA

• RNA mensajero (mRNA)– Transporta instrucciones para la síntesis de

un polipéptido, desde el gen en el DNA a los ribosomas en el citoplasma



• RNA ribosómico (rRNA)– Componente Estructural de ribosomas que,

junto con el tRNA, ayuda a traducir el mensaje que trae el mRNA



• RNA de transferencias (tRNAs)– Se une a amino ácidos y se parea con bases

de codones del mRNA en el ribosoma para empezar el proceso de Síntesis de proteínas


Fig. 1.10 esquema simplificado del flujo de información desde el gen (DNA) al mRNA al polipéptido durante la Transcripción y Traducción.

Procesamiento del RNA Pre-mRNA

DNATranscripción

polipéptido

ribosoma

Poros del Núcleo

Traducción

MembranaNuclear

mRNA


Síntesis de proteínas

• Ocurre en dos pasos– Transcripción

• La información del DNA information es codificada en el mRNA

– Traducción• Decodificación del mRNA para ensamblar los

polipéptidos


Transcripción http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/transcription/movie-flash.htm

• Transfiere secuencias de bases del gen en el DNA a las secuencias de bases complementarias del mRNA

• Factores de Transcripción –Activadores del gen– Afloja las histonas del DNA en el área que será

transcrita– Se unen a la secuencia promotora-del DNA que

especifica el sitio de inicio del gen en la hebra molde

– Hacen de mediadores para la unión de la RNA polimerasa al promotor


Transcripción

• Tres fases– Iniciación

• RNA polimerasa separa las hebras de DNA

– Elongación• RNA polimerasa añade nucleótidos

complementarios

– Terminación• La señal de Terminación indica ”parar"


Procesamiento del mRNA http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/mrnaprocessing/movie-flash.htm

• El mRNA es editado y procesado antes de la Traducción– intrones removidos por espliceosomashttp://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/mrnasplicing/movie-flash.htm


Fig. 1.11 Visión general de los estados de la Transcripción.

El híbrido DNA-RNA: en algún momento dado, 16–18 pares de bases del DNA están desenrollados y el RNA hecho más recientemente aún está unido al DNA. Esta pequeña región se llama Híbrido DNA-RNA.

RNApolimerasa

DNANo desenrollado

hebra codificante de DNA

HebramoldemRNA

Región híbrida de DNA-RNA

Dirección de laTranscripción

Reenrollamientodel DNA

Nucleótidos de RNA

RNA polimerasa

Regiónpromotora

hebra molde Señal deTerminación

DNAhebra codificante

mRNA hebra molde

Transcrito de mRNA

Transcrito de mRNA completado

RNA polimerasa

Terminación: La síntesis de mRNA termina cuando se alcanza la señal de terminación. La RNA polimerasa y el transcrito de mRNA que se ha completado son liberados.

2

Iniciación: Con la ayuda de Factores de transcripción, la RNA polimerasa se une al promotor, abriendo las dos hebras del DNA e iniciando la síntesis de mRNA en el punto de inicio en la hebra molde.

Elongación: A medida que la RNA polimerasa se mueve a lo largo de la hebra molde, se alarga el transcrito de mRNA una base cada vez; la doble hélice del DNA se desenrolla por delante de la ARN polimerasa y se vuelve a enrollar por detrás de ella.

1

3

Diapo. 1


Fig. 1.12 Visión general de los estados de la Transcripción.RNA polimerasa

Regiónpromotora


DNA

hebra codificante

Diapo. 2


Fig. 1.12 Visión general de los estados de la Transcripción.RNA polimerasa

Regiónpromotora


DNA

mRNA hebra molde


1

hebra codificante

Diapo. 3




RNApolimerasa

DNANo desenrollado

hebra codificante of DNA

HebramoldemRNA




Nucleótidos de RNA

RNA polimerasa

Regiónpromotora


DNA

mRNA hebra molde

Transcrito de mRNA

2


Elongación: A medida que la RNA polimerasa se mueve a lo largo de la hebra molde, se alarga el transcrito de mRNA una base a la vez, la doble hélice del DNA se desenrolla por delante de la ARN polimerasa y se vuelve a enrollar por detrás de ella.

1

hebra codificante

Diapo. 4




RNApolimerasa

DNANo desenrollado

hebra codificante of DNA

HebramoldemRNA




Nucleótidos de RNA

RNA polimerasa

Regiónpromotora


DNA

mRNA hebra molde

Transcrito de mRNA

Transcrito de mRNA completado

RNA polimerasa

Terminación: La síntesis de mRNA termina cuando se alcanza la señal de terminación. La RNA polimerasa y el transcrito de mRNA que se ha completado son liberados.

2


Elongación: A medida que la RNA polimerasa se mueve a lo largo de la hebra molde, se alarga el transcrito de mRNA una base cada vez; la doble hélice del DNA se desenrolla por delante de la ARN polimerasa y se vuelve a enrollar por detrás de ella.

1

3

hebra codificante

Diapo. 5


Traducción http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/translation/movie-flash.htm

• Convierte la secuencia de bases de los ácidos nucleicos en secuencia de amino ácidos de las proteínas

• Están involucrados los mRNAs, tRNAs y rRNAs


Código genético

• Cada secuencia de tres bases en el DNA (triplete) está representado por un codón– Codón—secuencia de bases complementaria

en el mRNA– Algunos amino ácidos están representados

por más de un codón


G

U

C

A

U

C

GA

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

TER

CER

A B

ASE

PR

IMER

A B

ASE

SEGUNDA BASE

GGG

GGU

GGA

GGC

lle

Phe

GUG

GUU

GUA

GUC

Trp

GCG

GCU

GCA

GCC

Stop

Thr

Stop

GAG

GAU

GAA

GAC

Tyr Cys

Stop

UGG

UGU

UGA

UGC

UUG

UUU

UUA

UUC

UCG

UCU

UCA

UCC

UAG

UAU

UAA

UAC

Leu

Ser

Lys

Asn Ser

CGG

CGU

CGA

CGCLeu

CUG

CUU

CUA

CUC

CCG

CCU

CCA

CCCPro

CAG

CAU

CAA

CAC

Gln

His

Arg

Met oInicio

Glu

AGG

AGU

AGA

AGC

AUG

AUU

AUA

AUC

ACG

ACU

ACA

ACC

AAG

AAU

AAA

AAC

Arg

Val

Asp

GlyAla

Fig. 1.13 El código genético.


Rol de los tRNAs

• 45 tipos diferentes• Se unen a amino ácidos específicos en un

extremo (tallo aceptor) • El anticodón en el otro extremo (cabeza)

se une por puentes de Hidrógeno al codón del mRNA en el ribosoma– Ej., Si el codón = AUA, el anticodón = UAU

• El ribosoma coordina el acoplamiento del mRNA y tRNA; contiene tres sitios:– Sitio Aminoacil; Sitio Peptidil; Sitio Exit


Secuencia de eventos en la Traducción

• Tres fases que requieren ATP, factores proteicos y enzimas– Iniciación– Elongación– Terminación


Traducción: Iniciación

• La subunidad ribosómica pequeña se une al tRNA iniciador y al mRNA para ser decodificado; explora en busca del codón de inicio

• Las subunidades ribosómicas grande y pequeña se unen, formando el ribosoma funcional

• Al final de la Iniciación– El tRNA está en el sitio P; el sitio A está

vacante


Traducción: Elongación

• Tres pasos– Codón de reconocimiento

• El tRNA se une al codón complementario en el sitio A

– Formación del enlace peptídico• El amino ácido del tRNA en el sitio P es enlazado

al amino ácido del tRNA en el sitio A

– Translocación• Los tRNAs se mueven una posición–A P; P E


Traducción: Elongación

• Nuevos amino ácidos son añadidos por otros tRNAs a medida que el ribosoma se mueve a lo largo del mRNA

• La porción inicial del mRNA puede ser ”leído" por ribosomas adicionales– Poliribosoma

• Complejo mRNA-ribosomas múltiples

– Produce múltiples copias de la misma proteína


Fig. 1.14 Polyribosoma arrays.

Polipéptidoscrecientes Polipéptido

completado

Ingreso de Subunidadesribosomales

PoliribosomaInicio delmRNA Fin del

mRNACada poliribosoma está compuesto por una hebra demRNA que está siendo leída simultáneamente por muchos ribosomas. En este diagrama, el mRNA se estámoviendo a la izquierda y el ribosoma funcional, que primerocomenzó la traducción, es el que está más a la derecha.

Esta microfotografía hecha mediante un MET muestra un poliribosoma grande (400.000x).

ribosomas

mRNA


Traducción: Terminación

• Cuando el codón stop (UGA, UAA, UAG) entra al sitio A:– Terminan las señales de Traducción– Unas Proteínas llamadas factores de liberación

(RF-1, RF-2 y RF-3) se unen al codón stop transfieren al polipéptido terminado a una molécula de agua se libera la cadena polipeptídica; se separan las subunidades ribosómicas; se degrada el mRNA

– La Proteína es procesada para darle su estructura funcional 3-D


Fig. 1.15 Traducción es el proceso en el cual la información genética transportada por un mRNA es decodificada en el ribosoma para formar un polipéptido particular.

Diapo. 1

Elongación. Los amino ácidos son enlazadosuno a la vez a la cadena peptídica creciente viaun proceso que tiene tres pasos repetidos.

2

amino ácidoCorrespondienteal anticodón

Hebra deDNAmolde

Pre-mRNA

mRNA

Núcleo (sitio dela Transcripción)

amino ácidocorrespondienteal anticodón

Met

tRNA

El amino ácido correctoes unido a cada especie de tRNA por una enzimasintetasa. Ile

Pro

Leu

Anticodóndel tRNA

polipéptido

IlePro

Codón de mRNAcomplementario

Leu

EnlacePeptídico Nuevo tRNA

liberado

ProLeu

Ile

APE

APE

Formación del enlacepeptídico. El polipéptidocreciente unido altRNA en elsitio P estransferrido al aminoÁcido transportado porel tRNA en el sitio Ay se forma un nuevoenlace peptídico.

2b

2c Translocación. A medida que el ribosoma se transloca, se desplaza un codón a lo largo del mRNA: • El tRNA descargado en el sitio P se mueve al sitio E y luego es liberado.• El tRNA en el sitio A se mueve al sitio P.• El próximo codón a ser traducido ahora está en el sitio A vacío, listo para iniciar nuevamenteel paso 2a.

Dirección del Movimiento del ribosoma

polipéptido

factor de liberación

codón stop

PE

Terminación. Cuando un codón stop (UGA, UAA o UAG) llega al sitio A, termina la elongación. La liberación del polipéptido reciénhecho es gatillada por un factor de liberación y seseparan las subunidades ribosómicas, liberando almRNA.

3

Reconocimiento del codón. El anticodón de un tRNA entrante se une con el codón complementario del mRNA (A a U y C a G) en el Sitio A del ribosoma.

2a

Subunidadribosómicapequeña

Codón deinicio

SitioA

SitioP

SitioE

Iniciación. La Iniciación ocurreal combinarse 4 componentes:• una subunidad ribosómica pequeña• Un tRNA iniciador que transporta el amino ácido metionina• El mRNA• Una subunidad ribosómica grande Una vez logrado esto, comienza la próxima fase, la elongación.

1

tRNA iniciadorllevando el anticodón

Aminoacil-tRNAsintetasaMet

Citosol (sitio dela Traducción)

Met

El mRNA recién hecho(y editado) deja el Núcleoy viaja a unribosoma libreo adherido para la decodificación.

metionina(amino ácido)

SubunidadRibosómicagrande

U A C

UA

C

C

C

C

U

A

U

U

U

A

A

G

G

APEGGC

GGC

GAU

GAUGAUACC CUA

ACCGCU CUC

ACUGGG UGACCU

GAUACC CUA

GAU

GGC

GAC



Diapo. 2

Hebra deDNA molde

Pre-mRNA



Met

El amino ácido correctoes unido a cada especie de tRNA por una enzimasintetasa.

Aminoacil-tRNAsintetasa

metionina(amino ácido)El mRNA

recién hecho(y editado) deja el Núcleoy viaja a unribosoma libreo adherido para la decodificación.

tRNA

tRNA iniciadorllevando un anticodón


Codón deinicio


SitioE

Met

SitioP

SitioA

Met



1U A C

UA

C

C

C

UA

U

U

UA

A

G

G

C

mRNA



Diapo. 3

Elongación. Los amino ácidos son enlazadosuno a la vez a la cadena peptídica creciente víaun proceso que tiene tres pasos repetidos.

2

Amino ácidoque correspondecon el anticodón

Pro

Anticodóndel tRNA

Codón de mRNAcomplementario

Reconocimiento del codónEl anticodón de un tRNAentrante se une con el codóncomplementario del mRNA(A a U y C a G) en el Sitio A del ribosoma.

lle

Leu

APEGGC

GAUACC CUA

GAU

2a



Diapo. 4

polipéptidoEnlacePeptídiconuevo

IlePro

Leu

GAUA CC CUAGGGC AU

E P A

Formación delEnlace peptídico. ElPolipéptido creciente unido al tRNA en el sitio P estransferido al amino ácido transportado por el tRNA en el sitio A y se forma un nuevo enlace peptídico.

2b


Diapo. 5

tRNAliberado

E P AG AU

C CG CUA CUC

GGC LeuProIle

Translocación. A medida que el ribosoma se transloca, se desplaza un codón a lo largo del mRNA: • El tRNA descargado en el sitio P se mueve al sitio E y luego es liberado.• El tRNA en el sitio A se mueve al sitio P.• El próximo codón a ser traducido ahora está en el sitio A vacío, listo para el paso 2a nuevamente.

Dirección del movimiento del ribosoma

2c



Diapo. 6


codón stop

ACU

G GGU GACC

U

E P

GAC

Terminación. Cuando un codón stop (UGA, UAA o UAG) llega al sitio A, termina la elongación. La liberación del polipéptido recién sintetizado es gatillada por un factor de liberación y se separan las subunidades ribosómicas, liberando al mRNA.

3



Diapo. 7

polipéptido


codón stop

ACU

G GGU GACC

U

E P

GAC


3



Diapo. 8

Elongación. Los amino ácidos son enlazadosuno a la vez a la cadena peptídica creciente viaun proceso que tiene tres pasos repetidos.

2

amino ácido quese correspondecon el anticodón

Hebra de DNA molde

Pre-mRNA

mRNA



Met

tRNA

El correcto amino Ácido es unido acada especie de tRNA por una enzima sintetasa. Ile

Pro

Leu

Anticodóndel tRNA

polipéptido

IlePro

Codón complementariodel mRNA

Leu

EnlacePeptídiconuevo tRNA

liberado

ProLeu

Ile

APE

APE

Formación delEnlace peptídico. El polipéptido en crecimiento unido altRNA en el sitio P es transferido al aminoÁcido transportado porel tRNA en el sitio A y se forma un nuevo enlace peptídico.

2b

2c Translocación. A medida que el ribosoma se transloca, se desplaza un codón a lo largo del mRNA: • El tRNA descargado en el sitio P se mueve al sitio E y luego es liberado.• El tRNA en el sitio A se mueve al sitio P.• El próximo codón a ser traducido ahora está en el sitio A vacío, listo para iniciar nuevamenteel paso 2a.

Dirección del Movimiento ribosómico

polipéptidofactor de liberación

codón stop

PE


3

Reconocimiento del codón. El anticodón de un tRNA entrante se une con el codón complementario del mRNA (A a U y C a G) en el Sitio A del ribosoma.

2a


Codón deinicio

Asite

Psite

Esite


1

tRNA iniciadorLlevando el anticodón

Aminoacil-tRNAsintetasaMet


Met

El mRNA recién hecho(y editado) deja el Núcleoy viaja a unribosoma libreo adherido para la decodificación.

metionina(amino ácido)


U A C

UA

C

C

C

C

U

A

U

U

U

A

A

G

G

APEGGC

GGC

GAU

GAUGAUACC CUA

ACCGCU CUC

ACUGGG UGACCU

GAUACC CUA

GAU

GGC

GAC


Rol del RER en la Síntesis de proteínas

• El SRP (partículas de reconocimiento de señales) guía al complejo mRNA–ribosoma hacia el RER

• Las proteínas en formación entran al RER

• Pueden ser añadidos grupos azúcar a la proteína y su forma puede ser alterada

• La proteína es encerrada en vesículas para transportarla al aparato de Golgi


Fig. 1.16 Procesamiento de proteínas en el RERugoso Diapo. 1

El SRP guía al complejomRNA-ribosoma hacia elRERugoso. Allí el SRP se une a un sitio receptor.

Una vez unido al RE, el SRP esliberado y el polipéptido crecienteingresa a la cisterna a través del poro de membrana del RE.

Una enzima en el interior de RE elimina la secuencia señal. A medida quecontinúa la síntesis de proteína, puedenser enlazados grupos azúcar a la proteína.

En este ejemplo, la proteína terminadaes liberada del ribosoma y se pliega en suconformación 3-D, un proceso ayudadopor chaperonas moleculares.

La proteína es encerrada en unavesícula de transporte revestidas deproteínas. Estas vesículas hacen suviaje hacia el aparato de Golgi, dondeocurre luego un procesamiento de laproteína.

Partícula dereconocimientode señal(PRS oSRP)

Sitio Receptor

Cisterna del RE

Polipéptidocreciente

SecuenciaSeñalremovida

Grupo azúcar

Prroteína liberada

Secuenciaseñal del RE ribosoma

mRNA

CitosolVesícula detransportedesprendiéndose

Vesícula detransporterevestida deproteínas

1 2

3

4

5





Sitio Receptor

Cisterna del RE

Secuenciaseñal del RE

mRNA

Citosol

1

ribosoma





Sitio Receptor

Cisterna del RE


mRNA

Citosol

1 U Una vez unido al RE, el SRP esliberado y el polipéptido crecienteingresa a la cisterna a través del poro de membrana del RE.


2

ribosoma





Sitio Receptor

Cisterna del RE


mRNA

Citosol



2

Secuenciaseñal removida

Grupoazúcar

ribosoma


3


Fig. 1.16 Procesamiento de proteínas en el RERugoso. Diapo. 5



Sitio receptor

Cisterna del RE


mRNA

Citosol



2


Grupoazúcar

Proteínaliberada


4

ribosoma


3


Fig. 1.16 Procesamiento de proteínas por el RErugoso Diapo. 6

El SRP dirige al complejo themRNA-ribosoma hacia elRERugoso. Allí el SRP se une a un sitio receptor.

Una vez unido al RE, el SRP esliberado y el polipéptido crecienteingresa a la cisterna a través del poro de membrana del RE.



La proteína es encerrada en unaVesícula de transporte revestidas deproteínas. Estas vesículas hacen suviaje hacia el aparato de Golgi, dondeocurre luego un procesamiento de laproteína.


Sitio receptor

Cisterna del RE



Grupoazúcar

Proteínaliberada

Secuenciaseñal del RE ribosoma

mRNA

CitosolVesícula detransportedesprendiéndose

Vesícula detransporterevestida deproteínas

1 2

3

4

5


Fig. 1.17 Transferencia de información del DNA al RNA al polipéptido.

DNA: La secuencia debases en el DNA del gen (Tripletes) codifica para lasíntesis de una cadenapolipéptídica particular.

Moléculade DNA

Gen 1

Gen 2

codones

Tripletes

anticodón

tRNA

Stop; Proteína liberada

Inicio de laTraducción

mRNA: Secuencia de Base (codones) del mRNATranscrito.

tRNA: secuencia de basesconsecutivas de anticodo-nes de tRNA reconocen los codones de mRNA requeridos para los amino ácidos que transportan.

polipéptido: secuencia deamino ácidos de la cadenaPolipeptídica.

Gen 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

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