En aquesta animació pots veure com l'ARN
polimerasa s'uneix al ADN, separant les dues cadenes i catalitzant la
polimerització de ribonucleòtids en l'ordre complementari a una de les
cadenes. La transcripció comença en una zona de l'ADN anomenada "promotor"
i s'atura en una altra zona anomenada "terminador"; aquestes regions
contenen unes seqüències específiques. Els ribonucleòtids afegits són
trifosfatats, i en el proces alliberen energia per hidròlisi d'un pirofosfat.
Expressió dels gens: diferències entre procariotes
i eucariotes
La informació dels gens és processada de forma diferent en procariotes
que en eucariotes:
En procariotes és pot traduir el gen a mesura que es transcriu
l’ADN, ja que aquest procés té lloc al citoplasma i l’ARNm
es pot unir directament als ribosomes, fins i tot abans que la transcripció
acabi. En eucariotes la transcripció té lloc al nucli i la traducció
als citoplasma, l’ARNm madur ha de sortir al citoplasma.
L’ARNm de les cèl•lules eucariotes ha de madurar al
nucli abans de sortir al citoplasma. Aquesta maduració consisteix
en una eliminació dels introns i el retoc dels extrem (al 5’
una caputxa de Gppp i al 3’ addició d’una poliadenina.
Els ARNm de les cèl•lules procariotes freqüentment contenen
informació corresponent a diversos gens, amb la qual cosa la cadena
una unitat d'ARN pot donar lloc a diverses proteïnes relacionades
amb una mateixa funció. Els ARNm de la cèl•lula eucariota només
correspon a una proteïna.
En els organismes procariotes només hi ha un tipus d'enzim
RNA-polimerasa i la transcripció es desenvolupa en quatre etapes:
Iniciació. La ARN polimerasa s'uneix a la la
"seqüència de consens" de laregió promotora, un fragment d'ADN situat
abans de la regió a transcriure. Així es determina quina de les
dues cadenes ha de ser transcrita i, a vegades, és comú a diversos
gens (policistró). Inmediatament s' inicia la polimerització de
l'ARNseguint una de les dues cadenes de l'ADN, l'anomenada cadena
patró.
Elongació o allargament. A mesura que l'ARN-polimerasa
recorre la cadena de
DNA patró cap a l'extrem 5', se sintetitza una cadena d'ARN en direcció
5'—>3'.
El procés continua a raó d'uns quaranta nucleòtids per segon.
Acabament. La transcipció acaba quan l'ARN-polimerasa
arriba a una seqüència anomenada d'acabament. Aleshores l'ADN torna
a formar la doble hèlix.
Maduració. Aquest procés es dóna o no segons
el tipus d'ARN sintetitzat. Si se sintetitza un ARNm, no hi ha maduració
i pot ser directament traduït, i a partir d'aquest es forma una
proteïna funcional. En canvi, si és unARNt o un ARNr, hi ha un transcrit
primari que és tallat en fragments més curts per enzims específics
i experimenta un procés d'unió posterior.
Els organismes eucariotes, respecte als procariotes, presenten
tres característiques importants relacionades amb el procés de transcripció:
Hi ha tres tipus d'RNA-polimerasa, segons el tipus d'RNA que
se sintetitzi.
Els gens estan fragmentats de manera que sempre cal un procés
de maduració en què s'eliminen els introns.
L'ADN està associat a histones formant nucleosomes i s'ha d'extendre
durant la transcripció.
En la síntesi d'mRNA es distingeixen quatre etapes:
Iniciació. En una regió de l'ADN anomenada promotor
es fixa l'ARN-polimerasa II (amb seqüències consens: la CAAT i la
TATA) formant el complex d'iniciació de la transcripció.
Allargament o elongació. El procés de síntesi
continua en sentit 5'->3'. Una vegada que s'han transcrit uns
trenta nucleòtids s'afig a l'extrem 5' una caputxa que està constituïda
per una metilguanosina trifosfat invertida (m7-Gppp...).
Acabament. L'acabament de la síntesi del'ARNm
es produeix quan s'arriba a la seqüència TTATTT de l'ADN. A continuació,
hi intervé l'enzim poli (A)-polimerasa que afegeix a l'extrem final
3' un segment d'uns 200 ribonucleòtids d'adenina, l'anomenada cua
poli(A).
Maduració. Té lloc al nucli i la du a terme
un enzim anomenat ribonucleoproteïna petita nuclear (pnRNP). Diverses
pnRNP s'associen a proteïnes i formen una estructura quasi de la
grandària d'un ribosoma, anomenada complex de tall i unió, que separa
els introns. A continuació, les RNA-lligases específiques empalmen
els exons.
El tRNA i l'rRNA també presenten processos de maduració.
El joc del codi genetic (Univ. Utah)
Aquest joc consisteix
en:
Construir una cadena d’ARNm
complementària a la d’ADN introduint nucleòtids corresponents.
Recorda que a l’ARN la Timina és substituïda per Uracil.
Construir una cadena polipeptídica
Establit l’origen de la lectura en
el codó corresponent
Afegint els aminoàcids corresponents a
cada codó en funció del codi genètic.
Recorda:
La correspondència entre els triplets de nucleòtids de l'mRNA
i els aminoàcids que formen les proteïnes rep el nom de codi genètic
Es tracta d'un codi universal i degenerat.
En aquesta animació pots
observar com té lloc la traducció. Fixa't que intervenen gran quantitat
d'estructures i enzims. La seqüència de triplets és llegida amb l'ajut
dels ribosomes, que permeten la incorporació ordenada dels "aminoacil-tRNA"
i la formació dels enllaços peptídics. Recorda que els triplets d'ARN
s'anomenen "codons" i el triplet complementari dels ARNt "anticodons".
Recorda que la lectura s'stableix en sentit 5' -->3',
Traducció
La traducció comença amb la formació del complex d’iniciació
constituït per la subunitat 30 S del ribosoma, l’ARNm i l’ARNt-metionina
(formil-metionil-tRNA). Posteriorment s’acobla la subunitat
gran 50S del ribosoma.
Noteu que el ribosoma té tres llocs d’unió: lloc-A (acceptor)
en el que s’incorporen nous aa-ARNt, lloc P que conté la cadena
polipeptídica en formació unida a l’últim ARNt i el lloc E (de
sortida) que permet l’alliberament de ARNt desactivats.
Els aa-ARNt es van incorporant al lloc-A en funció del codó que
conté. Immediatament es forma un enllaç peptídic entre la cadena situada
en el lloc-P i el nou aminoàcid, quedant l’ARNt del lloc-P desactivat.
A continuació el ribosoma es desplaça un triplet, quedant, novament,
el lloc-A disponible amb el seu codó. Simultàniament el ARNt desactivat
passa al lloc-E i és alliberat.
La síntesi acaba quan al lloc-A es presenta un triplet mut (o sense
sentit). En aquest moment es disocia el complex i la cadena polipeptídica
és alliberada.
Als llibres de text el procés es sol dividir en tres parts:
Iniciació: En el que es forma el complex d'iniciació amb la participació
de factors d'iniciació i energia aportada per GTP
Elongació: En el que la proteïna va creixent degut a l'addició de
nous aminoacids, que s'uneixen per enllaç peptídic. El ribosona es
va desplaçant en unitats de codó, fenòmen que té el nom de translocació.
Terminació: Quan a l'arribada d'un codó mut es desintegra el complex
i s'allibera la cadena polipeptídica.
La regulació de la transcripció en procariotes consisteix bàsicament
en un control del procés de transcripció. Hi ha dos tipus
de regulació,
la possitiva, en que una substància lligada a l'ARNm (prop
del promotor) actua facilitant la transcripció i
la negativa, en la que una substància es lliga a una regió
específica de l'ARNm bloquejant la transcripció.
En la regulació del gen policistrònic responsable de
produir enzims relacionats amb la degradació de la lactosa, per
tal obtenir-ne energia, intervenen el dos sistemes. Al conjunt se l'anomena
"Operó LAC". Aquests operons sempre tenen una regio
reguladora i una codificant. Veieu com funciona:
En primer lloc en el lloc CAP s'ha d'unir un complex CAP-AMPc per
tal de possibilitar la transcripció. L'AMPc només és
present en quantitats efectives quan no hi ha glucosa al medi. És
a dir, quan hi ha glucosa no es produeix l'activació de l'operó
(cosa lògica, ja que és millor degradar glucosa que
lactosa). El mcanisme de formació CAP-AMPc és un poc
complex, però està clar la glucosa l'impossibilita.
En segon lloc intervé un sistema negatiu que interromp la
trascripció.
Una substància repressora s'uneix a
un lloc de l'ARNm anomenada "operador",
que bloqueja la transcripció, de forma que no
es sintetizen els enzims per degradar la lactosa. Açò
passa quan no hi ha lactosa al medi per degradar.
Ara bé; quan hi ha lactosa al medi, aquesta s'uneix al
repressor inactivant-lo. Quan passa aço
l'operador queda lliure i es produeix la transcripció.
Només quan hi ha lactosa es produeixen els enzims
que serveixen per degradar-la.
Açò passa als gens que produeixen enzims de tipus catabòlic,
però hi ha una modalitat un poc diferent que actua als enzims
de tipus anabòlic com l'operó de la histidina o el triptòfan.
Aquí el repressor es produeix en la forma inactiva i no pot
interrompre la transcripció dels enzims que serviran per sintetitzar
una determinada substància com el triptòfan.
Quan aquesta substància és present al medi actúa
com a correpressor, s'uneix al repressor inactiu i l'activa.
Aquest complex actiu bloqueja la transcripció unint-se a l'operador
perquè no tengui lloc la transcripció. Només quan
la substància no és present es necessària la síntesi
de la substància es produeixen els enzims anabòlics
En eucariotes la regulació és molt més complexa
i sovint implica interaccions amb l'empaquetament de l'ADN, que només
es pot transcriure si està descondensat. Moltes vegades aquesta
regulació està a càrrec d'hormones.
Si són lipídiques (de tipus esteroideu) es combinen
amb substàncies del citoplasma i entren al nucli on indueixen
la transcripció, possiblement per descondensació de
determinades regions de l'ADN.
Si són de tipus proteínic es lliguen a receptors de
la membrana plasmàtica i actúen activant segons missatgers
(AMPc) que intervindran al nucli.
Vols repassar amb una altra versió?
La biosíntesi de les proteïnes.
Si ho vols veure amb més detall accedeix a la pàgina original
Està dividit en quatre parts:
Visió general
Conceptes bàsics
Estructures implicades
Esposició detallada del procés
En cada una d'elles hi trobareu exercicis a realitzar