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¿Cómo llamas a los ARNm que se traducen en la misma proteína?

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Por ejemplo, AUAACC y AUCACG en ARNm distintos pueden traducirse ambos al mismo dipéptido Ile-Thr.


Esto de ninguna manera es un consenso, pero este documento de 2000 propone una nuevo término: Isotranscripción.

Según los autores:

Los genes duplicados a menudo codifican proteínas distintas que difieren sólo en unos pocos aminoácidos, como las dos isoformas S27 de mamífero, S271 y S272, documentadas aquí y las isoformas S27 de levadura y Arabidopsis identificadas previamente. Por otro lado, hemos encontrado que diferentes transcripciones de S27 codifican proteínas 100% idénticas. Este fenómeno también se ha descrito previamente para el subtipo de histonas, H3.3, en el que dos transcripciones diferentes codifican la misma secuencia de aminoácidos H3.3. Hemos elegido la terminología "Isotranscripciones" para describir tales ARNm. (énfasis mío)


Fuente: Thomas, E., Alvarez, C. y Sutcliffe, J. (2000). Clases evolutivamente distintas de proteínas ribosómicas S27 con expresión diferencial de ARNm en hipotálamo de rata. Revista de neuroquímica, 74 (6), pp.2259-2267.


¿Cómo llamas a los ARNm que se traducen en la misma proteína? - biología

Tómate un momento para mirarte las manos. El hueso, la piel y el músculo que ve están formados por células. Y cada una de esas células contiene muchos millones de proteínas. De hecho, ¡las proteínas son bloques de construcción moleculares clave # 8221 para todos los organismos de la Tierra!

¿Cómo se fabrican estas proteínas en una célula? Para empezar, las instrucciones para producir proteínas están & # 8220 & # 8221 escritas en el ADN de una célula en forma de genes. Básicamente, un gen se usa para construir una proteína en un proceso de dos pasos:

  • Paso 1: Transcripción (que acabamos de conocer)! Aquí, la secuencia de ADN de un gen es & # 8220reescrita & # 8221 en forma de ARN. En eucariotas como tú y yo, el ARN se procesa (y a menudo se le quitan algunos bits) para hacer el producto final, llamado ARN mensajero o ARNm.
  • Paso 2: Traducción! En esta etapa, el ARNm se & # 8220descodifica & # 8221 para construir una proteína (o un fragmento / subunidad de una proteína) que contiene una serie específica de aminoácidos.

Los resultados del aprendizaje

  • Describe los componentes necesarios para la traducción.
  • Identificar los componentes del código genético.
  • Resume los pasos básicos de la traducción

Dado el diferente número de "letras" en los "alfabetos" de ARNm y proteínas, los científicos teorizaron que las combinaciones de nucleótidos correspondían a aminoácidos individuales. Los dobletes de nucleótidos no serían suficientes para especificar cada aminoácido porque solo hay 16 combinaciones posibles de dos nucleótidos (4 2). En contraste, hay 64 posibles tripletes de nucleótidos (4 3), que es mucho más que el número de aminoácidos. Los científicos teorizaron que los aminoácidos estaban codificados por tripletes de nucleótidos y que el código genético estaba degenerado. En otras palabras, un aminoácido dado podría estar codificado por más de un triplete de nucleótidos. Esto se confirmó más tarde de forma experimental. Francis Crick y Sydney Brenner utilizaron el mutágeno químico proflavina para insertar uno, dos o tres nucleótidos en el gen de un virus. Cuando se insertaron uno o dos nucleótidos, la síntesis de proteínas se abolió por completo. Cuando se insertaron tres nucleótidos, la proteína se sintetizó y fue funcional. Esto demostró que tres nucleótidos especifican cada aminoácido. Estos tripletes de nucleótidos se denominan codones. La inserción de uno o dos nucleótidos cambió completamente el marco de lectura del triplete, alterando así el mensaje para cada aminoácido subsiguiente (Figura 3). Aunque la inserción de tres nucleótidos provocó la inserción de un aminoácido adicional durante la traducción, se mantuvo la integridad del resto de la proteína.

Los científicos resolvieron minuciosamente el código genético traduciendo ARNm sintéticos in vitro y secuenciando las proteínas que especificaron (Figura 3).

Figura 3. Esta figura muestra el código genético para traducir cada triplete de nucleótidos en el ARNm en un aminoácido o una señal de terminación en una proteína naciente. (crédito: modificación del trabajo por NIH)

Además de indicar la adición de un aminoácido específico a una cadena polipeptídica, tres de los 64 codones terminan la síntesis de proteínas y liberan el polipéptido de la maquinaria de traducción. Estos tripletes se denominan codones sin sentido o codones de parada. Otro codón, AUG, también tiene una función especial. Además de especificar el aminoácido metionina, también sirve como codón de inicio para iniciar la traducción. El marco de lectura para la traducción lo establece el codón de inicio AUG cerca del extremo 5 & # 8242 del ARNm.

El código genético es universal. Con algunas excepciones, prácticamente todas las especies utilizan el mismo código genético para la síntesis de proteínas. La conservación de codones significa que un ARNm purificado que codifica la proteína de globina en caballos podría transferirse a una célula de tulipán, y el tulipán sintetizaría globina de caballo. El hecho de que solo haya un código genético es una prueba poderosa de que toda la vida en la Tierra comparte un origen común, especialmente si se considera que existen alrededor de 10 84 combinaciones posibles de 20 aminoácidos y 64 codones tripletes.

Enlace al aprendizaje

Figura 4. La deleción de dos nucleótidos cambia el marco de lectura de un ARNm y cambia todo el mensaje de la proteína, creando una proteína no funcional o terminando la síntesis de proteínas por completo.

Se cree que la degeneración es un mecanismo celular para reducir el impacto negativo de las mutaciones aleatorias. Los codones que especifican el mismo aminoácido normalmente solo difieren en un nucleótido. Además, los aminoácidos con cadenas laterales químicamente similares están codificados por codones similares. Este matiz del código genético asegura que una mutación de sustitución de un solo nucleótido podría especificar el mismo aminoácido pero no tener ningún efecto o especificar un aminoácido similar, evitando que la proteína se vuelva completamente no funcional.

Conexión del método científico

¿Qué tiene más ADN: un kiwi o una fresa?

Figura 5. ¿Crees que un kiwi o una fresa tienen más ADN por fruta? (crédito "kiwi": & # 8220Kelbv & # 8221 / Crédito de Flickr: "fresa": Alisdair McDiarmid)

Pregunta: ¿Un kiwi y una fresa que son aproximadamente del mismo tamaño (Figura) también tendrían aproximadamente la misma cantidad de ADN?

Fondo: Los genes se encuentran en los cromosomas y están hechos de ADN. Todos los mamíferos son diploides, lo que significa que tienen dos copias de cada cromosoma. Sin embargo, no todas las plantas son diploides. La fresa común es octoploide (8norte) y el kiwi cultivado es hexaploide (6norte). Investigue la cantidad total de cromosomas en las células de cada una de estas frutas y piense cómo esto podría corresponder a la cantidad de ADN en los núcleos celulares de estas frutas. Lea sobre la técnica de aislamiento de ADN para comprender cómo cada paso del protocolo de aislamiento ayuda a liberar y precipitar el ADN.

Hipótesis: Haga la hipótesis de si sería capaz de detectar una diferencia en la cantidad de ADN de fresas y kiwis de tamaño similar. ¿Qué fruta crees que produciría más ADN?

Pon a prueba tu hipótesis: Aísle el ADN de una fresa y un kiwi de tamaño similar. Realice el experimento por lo menos por triplicado para cada fruta.

  1. Prepare una botella de tampón de extracción de ADN de 900 ml de agua, 50 ml de detergente para platos y dos cucharaditas de sal de mesa. Mezclar por inversión (taparlo y darle la vuelta unas cuantas veces).
  2. Moler una fresa y un kiwi a mano en una bolsa de plástico, o con un mortero y un manojo, o con un cuenco de metal y la punta de un instrumento romo. Triturar durante al menos dos minutos por fruta.
  3. Agregue 10 ml del tampón de extracción de ADN a cada fruta y mezcle bien durante al menos un minuto.
  4. Elimine los desechos celulares filtrando cada mezcla de frutas a través de una gasa o tela porosa y en un embudo colocado en un tubo de ensayo o un recipiente apropiado.
  5. Vierta etanol helado o isopropanol (alcohol isopropílico) en el tubo de ensayo. Debe observar ADN blanco precipitado.
  6. Reúna el ADN de cada fruta enroscándolo alrededor de varillas de vidrio separadas.

Registre sus observaciones: Debido a que no está midiendo cuantitativamente el volumen de ADN, puede registrar para cada ensayo si las dos frutas produjeron la misma o diferentes cantidades de ADN observadas a simple vista. Si una u otra fruta produjo notablemente más ADN, regístrelo también. Determina si tus observaciones son consistentes con varias piezas de cada fruta.

Analiza tus datos: ¿Notaste una diferencia obvia en la cantidad de ADN que produce cada fruta? ¿Fueron reproducibles sus resultados?

Obtener una conclusión: Dado lo que sabe sobre el número de cromosomas en cada fruta, ¿puede concluir que el número de cromosomas se correlaciona necesariamente con la cantidad de ADN? ¿Puede identificar algún inconveniente de este procedimiento? Si tuviera acceso a un laboratorio, ¿cómo podría estandarizar su comparación y hacerla más cuantitativa?


9.3 Transcripción

Tanto en procariotas como en eucariotas, la segunda función del ADN (la primera fue la replicación) es proporcionar la información necesaria para construir las proteínas necesarias para que la célula pueda realizar todas sus funciones. Para hacer esto, el ADN se "lee" o se transcribe en una molécula de ARNm. Luego, el ARNm proporciona el código para formar una proteína mediante un proceso llamado traducción. A través de los procesos de transcripción y traducción, se construye una proteína con una secuencia específica de aminoácidos que originalmente estaba codificada en el ADN. Este módulo analiza los detalles de la transcripción.

El dogma central: el ADN codifica el ARN El ARN codifica la proteína

El flujo de información genética en las células desde el ADN al ARNm y a la proteína se describe mediante el dogma central (figura 9.14), que establece que los genes especifican las secuencias de los ARNm, que a su vez especifican las secuencias de las proteínas.

La copia de ADN a ARNm es relativamente sencilla, y se agrega un nucleótido a la cadena de ARNm por cada nucleótido complementario leído en la cadena de ADN. La traducción a proteína es más compleja porque grupos de tres nucleótidos de ARNm corresponden a un aminoácido de la secuencia de la proteína. Sin embargo, como veremos en el siguiente módulo, la traducción a proteína sigue siendo sistemática, de modo que los nucleótidos 1 a 3 corresponden al aminoácido 1, los nucleótidos 4 a 6 corresponden al aminoácido 2, y así sucesivamente.

Transcripción: de ADN a ARNm

Tanto los procariotas como los eucariotas realizan fundamentalmente el mismo proceso de transcripción, con la importante diferencia del núcleo unido a la membrana en los eucariotas. Con los genes unidos al núcleo, la transcripción ocurre en el núcleo de la célula y la transcripción del ARNm debe ser transportada al citoplasma. Los procariotas, que incluyen bacterias y arqueas, carecen de núcleos unidos a la membrana y otros orgánulos, y la transcripción se produce en el citoplasma de la célula. Tanto en procariotas como en eucariotas, la transcripción se produce en tres etapas principales: iniciación, alargamiento y terminación.

Iniciación

La transcripción requiere que la doble hélice de ADN se desenrolle parcialmente en la región de síntesis de ARNm. La región de desenrollado se llama burbuja de transcripción. La secuencia de ADN a la que se unen las proteínas y enzimas involucradas en la transcripción para iniciar el proceso se llama promotor. En la mayoría de los casos, los promotores existen corriente arriba de los genes que regulan. La secuencia específica de un promotor es muy importante porque determina si el gen correspondiente se transcribe todo el tiempo, algunas veces o casi nunca (Figura 9.15).

Alargamiento

La transcripción siempre procede de una de las dos hebras de ADN, que se denomina hebra plantilla. El producto de ARNm es complementario a la hebra molde y es casi idéntico a la otra hebra de ADN, llamada hebra sin plantilla, con la excepción de que el ARN contiene un uracilo (U) en lugar de la timina (T) que se encuentra en el ADN. Durante el alargamiento, una enzima llamada ARN polimerasa avanza a lo largo de la plantilla de ADN añadiendo nucleótidos mediante el apareamiento de bases con la plantilla de ADN de una manera similar a la replicación del ADN, con la diferencia de que se sintetiza una hebra de ARN que no permanece unida a la plantilla de ADN. A medida que avanza el alargamiento, el ADN se desenrolla continuamente por delante de la enzima central y se rebobina detrás de ella (Figura 9.16).

Terminación

Una vez que se transcribe un gen, es necesario instruir a la polimerasa procariota para que se disocie de la plantilla de ADN y libere el ARNm recién creado. Dependiendo del gen que se transcribe, hay dos tipos de señales de terminación, pero ambas involucran secuencias de nucleótidos repetidas en la plantilla de ADN que dan como resultado el estancamiento de la ARN polimerasa, dejando la plantilla de ADN y liberando la transcripción de ARNm.

Al finalizar, el proceso de transcripción se completa. En una célula procariota, cuando se produce la terminación, la transcripción ya se habría utilizado para sintetizar parcialmente numerosas copias de la proteína codificada porque estos procesos pueden ocurrir simultáneamente utilizando múltiples ribosomas (polirribosomas) (Figura 9.17). Por el contrario, la presencia de un núcleo en las células eucariotas impide la transcripción y traducción simultáneas.

Procesamiento de ARN eucariota

Los ARNm eucariotas recién transcritos deben someterse a varios pasos de procesamiento antes de que puedan transferirse del núcleo al citoplasma y traducirse en una proteína. Los pasos adicionales involucrados en la maduración del ARNm eucariota crean una molécula que es mucho más estable que un ARNm procariota. Por ejemplo, los ARNm eucariotas duran varias horas, mientras que el ARNm procariota típico no dura más de cinco segundos.

El transcrito de ARNm se recubre primero con proteínas estabilizadoras de ARN para evitar que se degrade mientras se procesa y exporta fuera del núcleo. Esto ocurre mientras el pre-ARNm todavía se está sintetizando agregando una “tapa” de nucleótidos especial al extremo 5 'de la transcripción en crecimiento. Además de prevenir la degradación, los factores involucrados en la síntesis de proteínas reconocen el casquete para ayudar a iniciar la traducción de los ribosomas.

Una vez que se completa el alargamiento, una enzima agrega una cadena de aproximadamente 200 residuos de adenina al extremo 3 ', llamado cola poli-A. Esta modificación protege aún más al pre-ARNm de la degradación y las señales a los factores celulares de que la transcripción debe exportarse al citoplasma.

Los genes eucariotas se componen de secuencias codificantes de proteínas llamadas exones (ex-en significa que son expresionado) y En tsecuencias continuas llamadas intrones (En t-ron denota su En tpapel de acompañamiento). Los intrones se eliminan del pre-ARNm durante el procesamiento. Las secuencias de intrones en el ARNm no codifican proteínas funcionales. Es esencial que todos los intrones de un pre-ARNm se eliminen de manera completa y precisa antes de la síntesis de proteínas para que los exones se unan para codificar los aminoácidos correctos. Si el proceso se equivoca incluso en un solo nucleótido, la secuencia de los exones reunidos se desplazaría y la proteína resultante no sería funcional. El proceso de eliminar intrones y reconectar exones se denomina empalme (figura 9.18). Los intrones se eliminan y degradan mientras el pre-ARNm todavía está en el núcleo.


Traducción y biosíntesis de proteínas | Genética

Un ARNm puede estar asociado con varios ribosomas (polisomas) en una célula que participa activamente en la síntesis de proteínas. El proceso tiene lugar en 4 pasos principales, a saber, activación de aminoácidos, inicio de cadena, alargamiento y terminación. Cada paso está controlado por enzimas y cofactores específicos.

Paso # 1. Activación de aminoácidos:

Los aminoácidos son activados por una clase de enzimas conocidas como enzimas activadoras de aminoácidos, o específicamente aminoacil tRNA sintetasas de las cuales hay una específica para cada aminoácido y su tRNA.

La reacción general es la siguiente:

Las enzimas activantes o sintetasas varían en peso molecular entre 100.000 y 240.000 algunas tienen una sola cadena, otras son enzimas multicadena. Todos ellos requieren Mg ++ para su actividad. A continuación, el aminoácido se une (esterifica) al residuo de adenosina terminal en el extremo 3 & # 8242 de su ARNt en 2 pasos.

En el primero, el aminoácido se activa cuando el ATP reacciona con el aminoácido catalizado por la aminoacil sintetasa para formar un complejo intermedio de ácido aminoacil adenílico-AMP-sintetasa y se libera pirofosfato. En la segunda etapa, el grupo aminoacilo se transfiere del complejo AMP al extremo 3 & # 8242 de su ARNt. Después de esto, se liberan ácido adenílico y aminoacil-tRNA.

ATP + aminoácido ⇋ ácido aminoacil adenílico + pirofosfato ácido aminoacil adenílico + tfRNA aminoacil-tRNA + ácido adenílico

El aminoacilo ahora se esterifica por su grupo carboxilo al grupo hidroxilo libre en la segunda posición del residuo adenílico terminal en el extremo 3 & # 8242 (C-C-A) del tRNA (Fig. 15.23)

Las aminoacil-tRNA sintetasas son altamente específicas tanto para el aminoácido como para su tRNA. En consecuencia, estas enzimas deben poseer al menos dos sitios de unión, uno para el aminoácido y el segundo para su correspondiente molécula de ARNt. Es obvio que cada aminoacil-tRNA sintetasa es una enzima altamente específica que puede seleccionar sólo un aminoácido de 20 y luego selecciona el tRNA correcto para ese aminoácido en particular y no para otro.

¿Cómo reconoce una aminoacil-tRNA sintetasa un tRNA? La evidencia genética y bioquímica apunta a una condición general en la que un ARNt y una aminoacil-ARNt sintetasa & # 8216 & # 8217 se ajustan entre sí. Además, una sintetasa podría reconocer algunos puntos de reconocimiento de dos o tres bases en la estructura del tRNA.

Eventos en el ribosoma:

El ARNm, después de su formación en el ADN, migra fuera del núcleo hacia el citoplasma, donde se asocia con la subunidad 30S del ribosoma. Las moléculas de ARNt cargadas con sus aminoácidos (llamados ARNt cargados) también llegan a los ribosomas. La subunidad 50S del ribosoma tiene dos sitios de unión para dos moléculas de ARNt llamadas sitios de peptidilo (P) y aminoacilo (A).

Es aquí donde las moléculas de aminoácidos se polimerizarán en una cadena polipeptídica. En las bacterias, se agregan aproximadamente 10 aminoácidos a la cadena por segundo, en los animales solo alrededor de 2 por segundo. El ARNm se une a la subunidad 30S en el sitio de unión al ribosoma.

Dentro de este sitio hay secuencias de nucleótidos que aseguran el alineamiento correcto de las moléculas de ARNm en la superficie ribosómica. Por tanto, cada molécula de ARNm tiene un sitio de unión a ribosoma para cada una de sus cadenas polipeptídicas sintetizadas independientemente (fig. 15.22a).

Un ribosoma contiene solo una cadena polipeptídica naciente unida en su extremo carboxilo a la molécula de ARNt que está unida a su sitio específico en el ribosoma. Cuando el siguiente aminoácido es traído por un segundo ARNt para unirse al extremo carboxilo de la cadena mediante la formación de enlaces peptídicos, se libera el primer ARNt. El ribosoma se mueve sobre el ARNm y el siguiente triplete de nucleótidos se coloca en posición para el siguiente aminoácido (fig. 15.23).

Los ribosomas sucesivos de dicho polisoma llevan cadenas polipeptídicas en etapas sucesivas de finalización (fig. 15.22C). El extremo 5 & # 8242 del ARNm es el primero en unirse a la subunidad 30S de un ribosoma. El número de ribosomas en los polisomas es variable.

Puede haber 5 o 6 como en el caso de cada cadena polipeptídica de hemoglobina que contiene aproximadamente 150 aminoácidos. Las cadenas polipeptídicas más grandes de aproximadamente 500 aminoácidos pueden tener 20 o más ribosomas en un polisoma. En E. coli se han observado hasta 40 ribosomas en un polisoma.

Tanto en células procariotas como eucariotas, la traducción comienza con el aminoácido metionina codificado por el triplete de nucleótidos AUG. Las bacterias pueden iniciar la traducción utilizando codones de iniciación alternativos como GUG. Cuando está presente al comienzo de una cadena polipeptídica, GUG codifica metionina. GUG normalmente codifica valina.

En las bacterias, la síntesis de polipéptidos se inicia con una metionina modificada, es decir, N-formilmetionina, mientras que en eucariotas, la metionina no modificada puede iniciar la síntesis de proteínas. Las mitocondrias y los cloroplastos cuyos ribosomas son similares a los de los procariotas usan metionina formilada para iniciar la traducción.

Los procariotas y eucariotas tienen diferentes señales que identifican los codones de iniciación. Los codones de iniciación en el ARNm bacteriano están precedidos por una secuencia específica de Shine-Dalgarno que alinea el ARNm en el ribosoma para la traducción. La alineación tiene lugar a través del emparejamiento de bases con una secuencia complementaria cerca del extremo 3 & # 8242 del ARNr 16S en la subunidad pequeña del ribosoma.

El mecanismo de apareamiento de bases permite que los ribosomas bacterianos inicien la transcripción no solo en el extremo 5 & # 8242 del ARNm, sino también en los múltiples sitios de iniciación internos de los mensajes policistrónicos. En los eucariotas, por el contrario, los ribosomas reconocen los ARNm uniéndose a la tapa de 7-metilguanosina en el extremo 5 & # 8242.

A continuación, los ribosomas atraviesan el ARN m aguas abajo del casquete 5 & # 8242 hasta que encuentran el codón de iniciación AUG. Los ARNm eucariotas no tienen la secuencia de Shine-Dalgarno y la traducción se inicia en un sitio determinado por el ribosoma que atraviesa el ARNm desde el extremo 5 & # 8242.

El primer paso en la traducción:

El primer paso en la traducción en bacterias implica la unión de tres factores de iniciación, IF-1, IF-2 e IF-3 a la subunidad pequeña 30S del ribosoma (Figs. 15.24, 15.25). El ARNm y el ARNt de N-formil-metionilo se unen al complejo. IF-2 reconoce el ARNt iniciador. Se libera IF-3 permitiendo que una gran subunidad ribosómica 50S se asocie con el complejo.

La asociación desencadena la liberación de IF-1 e IF-2, lo que da como resultado la formación de un complejo de iniciación 70S que tiene ARNm y ARNt iniciador unidos al ribosoma. El complejo está listo para comenzar la formación de enlaces peptídicos. La iniciación en eucariotas es más complicada y requiere al menos 10 proteínas denominadas eIF-1 a elF-10 (factores de iniciación eucariotas).

Paso # 2. Iniciación de cadenas polipeptídicas:

En E. coli y otros procariotas, el primer aminoácido de una cadena polipeptídica es la metionina con un grupo formilo (CHO) unido al grupo amino libre. Por tanto, el inicio de la síntesis de proteínas requiere N-formil-metionil-tRNA (denominado fMet-tRNAf), y no metionil-tRNA. La transformilación tiene lugar cuando se transfiere un grupo formilo de N 10 -formil-tetrahidrofolato al grupo α-amino del metionil-tRNA.

Por lo tanto, el aminoácido metionina en E. coli tiene ARNt de dos especies distintas, de las cuales solo una puede iniciar la síntesis de la cadena: ARNt metionilo.Reunió y metionil-tRNAfReunió. Solo el metionil-tRNA de la segunda especie (tRNAfReunió) puede aceptar el grupo N-formilo y formilarse. Ambas especies de ARNt tienen la misma secuencia de anticodón UAC, pero tienen una ligera diferencia en la secuencia de nucleótidos restante.

La formilación tiene lugar solo después de que el aminoácido se ha unido a la molécula de ARNt y es catalizada por la enzima transformilasa. La reacción es N10-formil-tetrahidrofolato + Met-tRNAf → tetrahidrofolato + fMet + tRNAf. Las otras especies de tRNAfReunió-tRNAReunió no puede ser formilado ni es reconocido por transformilasa.

El codón de inicio AUG para la metionina es leído tanto por tRNAfMet y por tRNAReunió. El triplete GUG que codifica valina también es leído por tRNAfMet pero no por tRNAReunió.

Por tanto, tanto AUG como GUG son codones de inicio y pueden conducir a la colocación de formilmetionina en la primera posición de la cadena polipeptídica. Cuando AUG está presente en una posición interna en el ARNm, se inserta una metionina en una posición interna en la cadena cuando GUG está presente internamente en el ARNm que codifica para valina.

Ahora parece probable que no solo en las bacterias, sino también en las mitocondrias de las células eucariotas, el fMet-tRNAf inicie la síntesis de proteínas.

Paso # 3. Alargamiento de la cadena:

El alargamiento comienza cuando el aminocil-tRNA de inicio se coloca en el sitio peptidilo (P) opuesto al codón de inicio en el mRNA y el sitio de aminocilo (A) está libre.

El alargamiento se logra en 3 pasos de la siguiente manera:

(a) Encuadernación en el sitio A:

El aminoacil-tRNA correspondiente al primer triplete después del codón inicial se une al sitio aminoacil (A) de la siguiente manera. Primero, el aminocil tRNAx (x denota cualquiera de los 20 aminoácidos) se une a una proteína específica, un factor de elongación (EF-T). En realidad, EF-T contiene 2 subunidades, a saber, EF-T8 y EF-Ttu.

Ahora EF-T se combina con GTP para formar un EF-Ttu-Complejo GTP y EF-TS en lanzamiento. El EF-Ttu-El complejo GTP ahora se une al aminoacil-tRNAx para formar EF-Ttu-Complejo GTP-ammoacil-tRNAx.

Este complejo ahora se une al ribosoma de tal manera que el aminoacil-tRNAx se coloca en el sitio A, mientras que el triplete anticodón se une por hidrógeno a su codón específico en el ARNm. En eucariotas, los factores de elongación se denominan EF-1 y EF-2 y actúan de manera diferente.

(B) Formación de enlaces peptídicos:

Cuando el sitio P está ocupado por FMet-tRNAF y el sitio A por el aminoacil-tRNAx, se forma un enlace peptídico entre el grupo amino del amino-acil-tRNAx y el carbono carboxilo del FMet-tRNA.

La enzima peptidil transferasa presente en la subunidad 50S del ribosoma cataliza esta reacción (fig. 15.26). El resultado es un dipéptido unido al tRNAx en el sitio A, el tRNA en el sitio P ha descargado su aminoácido (fmet) y está vacío, pero está unido al sitio P.

Mientras que el ARNt que lleva el dipéptido todavía está unido al sitio A opuesto al codón del ARNm del aminoácido x recién agregado, el ribosoma se mueve al siguiente codón del ARNm. Simultáneamente, el ARNt con dipéptido se desplaza del sitio A al sitio P. Este movimiento se llama translocación y requiere una proteína específica, un factor de elongación G (EF-G) y GTP.

El GTP se une primero a EF-G para formar un complejo que se une al ribosoma. GTP se hidroliza para formar GDP y P. La energía liberada durante la hidrólisis se utiliza para un cambio conformacional que hace que el ribosoma se mueva al siguiente codón del ARNm que lleva la cadena del sitio A al sitio P.

Esto trae el sitio A ahora opuesto a un nuevo codón, y ahora vendrá un nuevo aminoacil-tRNA y ocupará el sitio A. Después de la translocación, EF-G se disocia del ribosoma.

Paso # 4. Terminación de la cadena:

Si no hubiera señal para detener el crecimiento de la cadena, la cadena polipeptídica continuaría alargándose indefinidamente. No es así. Cada uno de los 3 codones de terminación especiales en el ARNm (UAA, UAG, UGA) puede señalar la terminación del crecimiento de la cadena. Estos codones son leídos por proteínas específicas, factores de liberación R1 (respondiendo a UAA y UAG) y R2 (respondiendo a UAA y UGA).

Cuando se alcanza el codón de terminación, el polipéptido todavía está unido al ARNt que está en el sitio A de la subunidad 50S. Para liberar la cadena del tRNA, se requieren los factores de liberación R 1 y R 2 (fig. 15.27). Se unen al ribosoma y hacen que el ARNt en el sitio A se desplace al sitio P.

La enzima peptidil transferasa hidroliza el enlace éster entre la cadena y el ARNt, con la ayuda de los factores de liberación unidos. Cuando se libera el polipéptido, se liberan el último ARNt y el ARNm. Esto luego es repetido por otro ribosoma que se asociaría con el ARNm tan pronto como el punto de inicio esté libre.


Terminación

Una vez que se transcribe un gen, es necesario instruir a la polimerasa procariota para que se disocie de la plantilla de ADN y libere el ARNm recién creado. Dependiendo del gen que se transcribe, hay dos tipos de señales de terminación, pero ambas involucran secuencias de nucleótidos repetidas en la plantilla de ADN que dan como resultado el estancamiento de la ARN polimerasa, dejando la plantilla de ADN y liberando la transcripción de ARNm.

Al finalizar, el proceso de transcripción se completa. En una célula procariota, cuando se produce la terminación, la transcripción ya se habría utilizado para sintetizar parcialmente numerosas copias de la proteína codificada porque estos procesos pueden ocurrir simultáneamente utilizando múltiples ribosomas (polirribosomas) ([Figura 4]). Por el contrario, la presencia de un núcleo en las células eucariotas impide la transcripción y traducción simultáneas.

Figura 4: Varias polimerasas pueden transcribir un solo gen bacteriano, mientras que numerosos ribosomas traducen simultáneamente las transcripciones de ARNm en polipéptidos. De esta manera, una proteína específica puede alcanzar rápidamente una alta concentración en la célula bacteriana.


El código genético es degenerado y universal

Dado el diferente número de "letras" en los "alfabetos" de ARNm y proteínas, los científicos teorizaron que las combinaciones de nucleótidos correspondían a aminoácidos individuales. Los dobletes de nucleótidos no serían suficientes para especificar cada aminoácido porque solo hay 16 combinaciones posibles de dos nucleótidos (4 2). En contraste, hay 64 posibles tripletes de nucleótidos (4 3), que es mucho más que el número de aminoácidos. Los científicos teorizaron que los aminoácidos estaban codificados por tripletes de nucleótidos y que el código genético estaba degenerado. En otras palabras, un aminoácido dado podría estar codificado por más de un triplete de nucleótidos. Esto se confirmó más tarde de forma experimental. Francis Crick y Sydney Brenner utilizaron el mutágeno químico proflavina para insertar uno, dos o tres nucleótidos en el gen de un virus. Cuando se insertaron uno o dos nucleótidos, la síntesis de proteínas se abolió por completo. Cuando se insertaron tres nucleótidos, la proteína se sintetizó y fue funcional. Esto demostró que tres nucleótidos especifican cada aminoácido. Estos tripletes de nucleótidos se denominan codones. La inserción de uno o dos nucleótidos cambió por completo el marco de lectura del triplete, alterando así el mensaje para cada aminoácido subsiguiente ([enlace]). Aunque la inserción de tres nucleótidos provocó la inserción de un aminoácido adicional durante la traducción, se mantuvo la integridad del resto de la proteína.

Los científicos resolvieron minuciosamente el código genético traduciendo ARNm sintéticos in vitro y secuenciando las proteínas que especificaron ([enlace]).

Además de indicar la adición de un aminoácido específico a una cadena polipeptídica, tres de los 64 codones terminan la síntesis de proteínas y liberan el polipéptido de la maquinaria de traducción. Estos tripletes se denominan codones sin sentido o codones de parada. Otro codón, AUG, también tiene una función especial. Además de especificar el aminoácido metionina, también sirve como codón de inicio para iniciar la traducción. El marco de lectura para la traducción lo establece el codón de inicio AUG cerca del extremo 5 & # 8242 del ARNm.

El código genético es universal. Con algunas excepciones, prácticamente todas las especies utilizan el mismo código genético para la síntesis de proteínas. La conservación de codones significa que un ARNm purificado que codifica la proteína globina en caballos podría transferirse a una célula de tulipán, y el tulipán sintetizaría globina de caballo. El hecho de que solo haya un código genético es una prueba poderosa de que toda la vida en la Tierra comparte un origen común, especialmente si se considera que existen alrededor de 10 84 combinaciones posibles de 20 aminoácidos y 64 codones tripletes.

Transcriba un gen y traduzcalo en proteína mediante el emparejamiento complementario y el código genético de este sitio.

Se cree que la degeneración es un mecanismo celular para reducir el impacto negativo de las mutaciones aleatorias. Los codones que especifican el mismo aminoácido normalmente solo difieren en un nucleótido. Además, los aminoácidos con cadenas laterales químicamente similares están codificados por codones similares. Este matiz del código genético asegura que una mutación de sustitución de un solo nucleótido podría especificar el mismo aminoácido pero no tener ningún efecto o especificar un aminoácido similar, evitando que la proteína se vuelva completamente no funcional.

¿Qué tiene más ADN: un kiwi o una fresa?

Pregunta: ¿Un kiwi y una fresa que son aproximadamente del mismo tamaño ([enlace]) también tendrían aproximadamente la misma cantidad de ADN?

Fondo: Los genes se encuentran en los cromosomas y están hechos de ADN. Todos los mamíferos son diploides, lo que significa que tienen dos copias de cada cromosoma. Sin embargo, no todas las plantas son diploides. La fresa común es octoploide (8norte) y el kiwi cultivado es hexaploide (6norte). Investigue la cantidad total de cromosomas en las células de cada una de estas frutas y piense cómo esto podría corresponder a la cantidad de ADN en los núcleos celulares de estas frutas. Lea sobre la técnica de aislamiento de ADN para comprender cómo cada paso del protocolo de aislamiento ayuda a liberar y precipitar el ADN.

Hipótesis: Haga la hipótesis de si sería capaz de detectar una diferencia en la cantidad de ADN de fresas y kiwis de tamaño similar. ¿Qué fruta crees que produciría más ADN?

Pon a prueba tu hipótesis: Aísle el ADN de una fresa y un kiwi de tamaño similar. Realice el experimento por lo menos por triplicado para cada fruta.

  1. Prepare una botella de tampón de extracción de ADN de 900 ml de agua, 50 ml de detergente para platos y dos cucharaditas de sal de mesa. Mezclar por inversión (taparlo y darle la vuelta unas cuantas veces).
  2. Moler una fresa y un kiwi a mano en una bolsa de plástico, o con un mortero y una mano, o con un cuenco de metal y la punta de un instrumento romo. Triturar durante al menos dos minutos por fruta.
  3. Agregue 10 ml del tampón de extracción de ADN a cada fruta y mezcle bien durante al menos un minuto.
  4. Elimine los desechos celulares filtrando cada mezcla de frutas a través de una gasa o tela porosa y en un embudo colocado en un tubo de ensayo o un recipiente apropiado.
  5. Vierta etanol helado o isopropanol (alcohol isopropílico) en el tubo de ensayo. Debe observar ADN blanco precipitado.
  6. Reúna el ADN de cada fruta enroscándolo alrededor de varillas de vidrio separadas.

Registre sus observaciones: Debido a que no está midiendo cuantitativamente el volumen de ADN, puede registrar para cada ensayo si las dos frutas produjeron la misma o diferentes cantidades de ADN observadas a simple vista. Si una u otra fruta produjo notablemente más ADN, regístrelo también. Determina si tus observaciones son consistentes con varias piezas de cada fruta.

Analiza tus datos: ¿Notaste una diferencia obvia en la cantidad de ADN que produce cada fruta? ¿Fueron reproducibles sus resultados?

Obtener una conclusión: Dado lo que sabe sobre el número de cromosomas en cada fruta, ¿puede concluir que el número de cromosomas se correlaciona necesariamente con la cantidad de ADN? ¿Puede identificar algún inconveniente de este procedimiento? Si tuviera acceso a un laboratorio, ¿cómo podría estandarizar su comparación y hacerla más cuantitativa?


Reglamento de traducción

Aunque la transcripción es el nivel principal en el que se controla la expresión génica, la traducción de los ARNm también está regulada en células procariotas y eucariotas. Un mecanismo de regulación de la traducción es la unión de proteínas represoras, que bloquean la traducción, a secuencias de ARNm específicas. El ejemplo mejor entendido de este mecanismo en las células eucariotas es la regulación de la síntesis de ferritina, una proteína que almacena hierro dentro de la célula. La traducción del ARNm de ferritina está regulada por el suministro de hierro: se sintetiza más ferritina si el hierro es abundante (Figura 7.15). Esta regulación está mediada por una proteína que (en ausencia de hierro) se une a una secuencia (el elemento de respuesta al hierro, o IRE) en la región no traducida 5 & # x000b4 del ARNm de ferritina, bloqueando su traducción. En presencia de hierro, el represor ya no se une al IRE y la traducción de ferritina puede continuar.

Figura 7.15

Regulación traslacional de ferritina. El ARNm contiene un elemento de respuesta al hierro (IRE) cerca de su casquete 5 & # x000b4. En presencia de suministros adecuados de hierro, la traducción del ARNm procede normalmente. Sin embargo, si el hierro es escaso, una proteína (llamada (más.)

Es interesante notar que la regulación de la traducción del ARNm de ferritina por el hierro es similar a la regulación de la estabilidad del ARNm del receptor de transferrina, que se discutió en el capítulo anterior (ver Figura 6.48). Es decir, la estabilidad del ARNm del receptor de transferrina está regulada por la unión de proteínas a un IRE en su región no traducida 3 & # x000b4. La misma proteína se une a los IRE de los ARNm de los receptores de ferritina y transferrina. Sin embargo, las consecuencias de la unión de proteínas a las dos IRE son bastante diferentes. La proteína unida al receptor de transferrina IRE protege al ARNm de la degradación en lugar de inhibir su traducción. Estos efectos distintos presumiblemente resultan de las diferentes ubicaciones del IRE en los dos ARNm. Para funcionar como un sitio de unión al represor, el IRE debe estar ubicado dentro de los 70 nucleótidos del casquete 5 & # x000b4 del ARNm de ferritina, lo que sugiere que la unión de proteínas al IRE bloquea la traducción al interferir con el reconocimiento del casquete y la unión de la subunidad ribosómica 40S. En lugar de inhibir la traducción, la unión de proteínas a la misma secuencia en la región no traducida 3 & # x000b4 del ARNm del receptor de transferrina protege al ARNm de la degradación por nucleasa. La unión de la misma proteína reguladora a diferentes sitios en las moléculas de ARNm puede por tanto tener distintos efectos sobre la expresión génica, en un caso inhibiendo la traducción y en el otro estabilizando el ARNm para aumentar la síntesis de proteínas.

Otro mecanismo de regulación de la traducción en células eucariotas, que tiene como resultado efectos globales sobre la actividad de traducción general en lugar de la traducción de ARNm específicos, implica la modulación de la actividad de los factores de iniciación, en particular eIF-2. Como ya se discutió, eIF-2 (complejado con GTP) se une al iniciador metionil tRNA, llevándolo al ribosoma. La posterior liberación de eIF-2 se acompaña de hidrólisis de GTP, dejando eIF-2 como un complejo de GDP inactivo. Para participar en otro ciclo de iniciación, el complejo eIF-2 / GTP debe regenerarse mediante el intercambio de GDP unido por GTP. Este intercambio está mediado por otro factor, eIF-2B. El control de la actividad de eIF-2 mediante la unión de GTP y la hidrólisis es, por tanto, similar al de EF-Tu (ver Figura 7.12). Sin embargo, la regulación de eIF-2 proporciona un punto de control crítico en una variedad de células eucariotas. En particular, eIF-2 puede fosforilarse mediante proteína quinasas reguladoras. Esta fosforilación bloquea el intercambio de GDP unido por GTP, inhibiendo así el inicio de la traducción. Un tipo de célula en la que se produce dicha fosforilación es el reticulocito, que se dedica a la síntesis de hemoglobina (figura 7.16). La traducción del ARNm de globina está controlada por la disponibilidad de hemo: el ARNm se traduce solo si se dispone de hemo adecuado para formar moléculas de hemoglobina funcionales. En ausencia de hemo, se activa una proteína quinasa que fosforila eIF-2 y se inhibe la traducción adicional. Se han encontrado mecanismos similares para controlar la síntesis de proteínas en otros tipos de células, particularmente en células infectadas por virus en las que el interferón inhibe la síntesis de proteínas virales.

Figura 7.16

Regulación de la traducción por fosforilación de eIF-2. La traducción en los reticulocitos (que se dedica a la síntesis de hemoglobina) está controlada por el suministro de hemo, que regula la actividad de eIF-2. La forma activa de eIF-2 (complejado con GTP) (más.)

Otros estudios han implicado a eIF-4E, que se une a la capa 5 & # x000b4 de los ARNm, como una proteína reguladora de la traducción. For example, the hormone insulin stimulates protein synthesis in adipocytes and muscle cells. This effect of insulin is mediated, at least in part, by phosphorylation of proteins associated with eIF-4E, resulting in stimulation of eIF-4E activity and increased rates of translational initiation.

Translational regulation is particularly important during early development. As discussed in Chapter 6, a variety of mRNAs are stored in oocytes in an untranslated form the translation of these stored mRNAs is activated at fertilization or later stages of development. One mechanism of such translational regulation is the controlled polyadenylation of oocyte mRNAs. Many untranslated mRNAs are stored in oocytes with short poly-A tails (approximately 20 nucleotides). These stored mRNAs are subsequently recruited for translation at the appropriate stage of development by the lengthening of their poly-A tails to several hundred nucleotides. In addition, the translation of some mRNAs during development appears to be regulated by repressor proteins that bind to specific sequences in their 3´ untranslated regions. These regulatory proteins may also direct mRNAs to specific regions of eggs or embryos, allowing localized synthesis of the encoded proteins during embryonic development.


Agradecimientos

We thank Pandolfi laboratory members for critical discussions, in particular A. Carracedo for critical input S. Feng for technical assistance. We thank B. Vogelstein for DICER −/− cells T. Yuan for assistance with FACS analysis A. Tuccoli for assistance with miRNA RT–PCR I. Osman for support and suggestions. L.P. was supported by fellowships from the Istituto Toscano Tumori and the American Italian Cancer Foundation. L.S. was supported by fellowships from the Human Frontier Science Program and the Canadian Institutes of Health Research. This work was supported by NIH grant R01 CA-82328-09 to P.P.P.


Exon Function

Exons are pieces of coding DNA that encode proteins. Different exons code for different domains of a protein. The domains may be encoded by a single exon or multiple exons spliced together. The presence of exons and introns allows for greater molecular evolution through the process of exon shuffling. Exon shuffling occurs when exons on sister chromosomes are exchanged during recombination. This allows for the formation of new genes.


The figure depicts possible alternative splicing mechanisms which can result in alternative proteins being translated.

Humano slo gene

An example of extreme alternative splicing is the human slo gene which encodes a transmembrane protein involved in regulation of potassium entry in the hair cells of the inner ear, resulting in frequency perception. The gene consists of 35 exons which can combine to form over 500 mRNAs through the excision of one to eight exons. The different mRNAs control which sound frequencies can be heard.

Ratón alpha-amylase gene

The mouse alpha-amylase gene encodes two different mRNAs – one in the salivary glands and one in the liver. Which of the mRNA transcripts is formed is controlled by different promoters specific to the tissue type. In this case the processed mRNA contains the same two exons, resulting in the same protein, but it is regulated by a tissue-specific promoter.

1. A protein is coded for by how many exons?
UNA. 1
B. 2
C. 10
D. Todo lo anterior

2. How can new genes be formed?
UNA. Alternative splicing
B. Exon shuffling
C. Empalme
D. Ninguna de las anteriores

3. What sequence is commonly found at the beginning of an exon?
UNA. AGO
B. UAG
C. UAA
D. UGA


Ver el vídeo: Translation mRNA to protein. Biomolecules. MCAT. Khan Academy (Mayo 2022).