Transcripció i Traducció

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Visita la pàgina de John Kirk


 

Transcripció i processament de l'ARN

En els organismes procariotes només hi ha un tipus d'enzim RNA-polimerasa i la transcripció es desenvolupa en quatre etapes:

  1. 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.
  2. 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.
  3. Acabament. La transcipció acaba quan l'ARN-polimerasa arriba a una seqüència anomenada d'acabament. Aleshores l'ADN torna a formar la doble hèlix.
  4. 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:

  1. Hi ha tres tipus d'RNA-polimerasa, segons el tipus d'RNA que se sintetitzi.
  2. Els gens estan fragmentats de manera que sempre cal un procés de maduració en què s'eliminen els introns.
  3. 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:
  1. 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.
  2. 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...).
  3. 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).
  4. 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:

  1. Construir una cadena d’ARNm complementària a la d’ADN introduint nucleòtids corresponents. Recorda que a l’ARN la Timina és substituïda per Uracil.
  2. Construir una cadena polipeptídica
    1. Establit l’origen de la lectura en el codó corresponent
    2. 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:

  1. Iniciació: En el que es forma el complex d'iniciació amb la participació de factors d'iniciació i energia aportada per GTP
  2. 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.
  3. Terminació: Quan a l'arribada d'un codó mut es desintegra el complex i s'allibera la cadena polipeptídica.

Visita la pàgina de John Kirk.

Regulació

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:

  1. 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.
  2. En segon lloc intervé un sistema negatiu que interromp la trascripció.
    1. 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.
    2. 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.

  1. 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.
  2. 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:

  1. Visió general
  2. Conceptes bàsics
  3. Estructures implicades
  4. Esposició detallada del procés

En cada una d'elles hi trobareu exercicis a realitzar

 

Actualitzat 1/3/2011

© Composició i text elaborat a l'IES Josep Miquel Guàrdia.

© Si les utilitzeu, si us plau, esmenteu les fonts. Les animacions provenen de:

Biological animation (John Giannini, en St. Olaf College)
Biologiacal animation (John Kirk)
Interactive concepts on Biochemestry (Wiley & songs Pub.)
Animacions de McGraw-Hill
McGraw-Hill/OnLine Learning Center
DNA from the beginning