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Protein Synthesis from DNA

DNA

Transcription

From DNA code to Protein code

Síntesis Proteica a partir del ADN

Introducción a proteínas:

Las proteínas son grandes moléculas biológicas constituidas por aminoácidos (monómeros) unidas entre sí por enlaces peptídicos, es decir, son un polímero de aminoácidos.
Para formar proteínas, muchos aminoácidos se unen por deshidratación para formar un enlace peptídico, que es un enlace entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el nitrógeno del grupo amino de otro aminoácido. Los enlaces peptídicos son covalentes en la naturaleza (significativamente fuertes) y contribuyen a que las proteínas mantengan sus estructuras complejas de conformación espacial de forma estable para que puedan realizar sus funciones.

Los aminoácidos constituyen los bloques de construcción de proteínas y también se encuentran como intermediarios en el metabolismo. El contenido de aminoácidos preciso, y la secuencia de estos en una proteína particular, se determina por la secuencia de las bases en el gen que codifica esa proteína. Las propiedades químicas y las interacciones entre los aminoácidos de las proteínas determinan su forma en 3D final y, por lo tanto, su la actividad biológica. Las proteínas catalizan la mayoría de las reacciones químicas en las células vivas, sin la cual la vida misma no sería posible.

Los aminoácidos son compuestos orgánicos compuestos por una amina (-NH2) y ácido carboxílico (-COOH) com grupos funcionales, junto con una cadena lateral específica (R) para cada aminoácido.

Amino Acid

Reacción de deshidratación

Hay 20 aminoácidos esenciales y semiesencialea (ya que pueden ser sintetizados por el precursor esencial en las reacciones químicas dentro de la célula eucariota) :

Estructuras de proteínas:

La estructura primaria de una proteína es su secuencia de aminoácidos. las interacciones eléctricas activan el plegado y la unión intramolecular de la cadena lineal de aminoácidos, que en última instancia, determina la forma tridimensional única y específica de la proteína. El enlace de hidrógeno entre los grupos amino y grupos carboxilo en las regiones vecinas de la cadena de proteína a veces promueve ciertos patrones de plegado para que se produzcan.

La mayoría de los patrones de plegado estables comunes son las hélices alfa y las láminas beta .Estas constituyen la estructura secundaria de una proteína. La mayoría de las proteínas contienen múltiples hélices y láminas, además de otros patrones menos comunes. Un polipéptido se pliega y se contorsiona en una forma 3D como resultante de las fuerzas de atracción y de repulsión entre sus propios grupos funcionales constituyentes vecinos, lo que constituye la estructura terciaria. Finalmente, la estructura cuaternaria de una proteína se refiere a aquellas macromoléculas con múltiples cadenas de polipéptidos.

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ADN

El ADN contiene las instrucciones necesarias para que un organismo pueda desarrollarse, sobrevivir y reproducirse.

Las secuencias de ADN se convierten en mensajes que se utilizan para sintetizar las proteínas, que son los complejos macro-moléculas que hacen la mayoría del trabajo metabólico y de señalización en nuestros cuerpos, además se requieren para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos funcionales.

El ADN es una molécula de doble cadena unida por enlaces de hidrógeno hidrógeno débiles entre pares de bases de nucleótidos. La molécula forma una doble hélice en el que dos hebras de ADN en espiral se vinculan alrededor de la otra. La doble hélice se parece a una considerablemente larga escalera torcida en una hélice o bobina cuyos lados están formados por una columna vertebral de moléculas de un tipo particular de azúcar, llamada desoxirribosa, y fosfato , y la pieza transversal consta de  bases nitrogenadas unidas débilmente en el centro por enlaces de hidrógeno.

  • La relación entre la estructura y la función se manifiesta en la doble hélice.
  • Dado que las dos hebras de ADN son complementarias cada filamento actúa como una plantilla para la construcción de una nueva hebra en la replicación, o para copiar de una de las hebras, particulares y limitadas secuencias de bases de ADN que codifican para la síntesis de alguna proteína específica.

La estructura del ADN:

  1. El ADN es una hélice de doble cadena con cadenas antiparalelas compuestas de cuatro nucleótidos, A se une con T a través de dos enlaces de hidrógeno, C con G a través de tres enlaces de hidrógeno
  2. Estos nucleótidos están unidos por enlaces de fosfodiéster 5’C-3’C a través de una molécula de azúcar desoxirribosa.

                                                                                                         Grupo Fosfato        +        azúcar 5 C      +       Nucleoside    =   Nucleotido  =  Monómero de ADN

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El contenido de información de ADN esta en las secuencias específicas de nucleótidos a lo largo de los filamentos de ADN que, cuando son heredados por un organismo, conducen a rasgos específicos dictando la síntesis de proteínas.
El proceso por el cual el ADN dirige la síntesis de proteínas, es decir la expresión genética incluye dos etapas llamadas transcripción y traducción.

 

                       ADN ——-> ARN ——> Proteína

 

  • Transcripción
    • Es la síntesis de ARN bajo la dirección del ADN
    • Produce ARN mensajero (ARNm)

 

  • Traducción
    • Es la síntesis real de un polipéptido, que se produce bajo la dirección del ARNm
    • Se produce en los ribosomas.
    • En una célula eucariótica la envoltura nuclear separa a la transcripción, de la traducción
    • Procesamiento del ARN extensa ocurre en el núcleo.

Transcripción

La transcripción es la síntesis de ARN dirigida por el ADN

La síntesis de ARN mensajero, ARNm, es catalizada por la ARN polimerasa, que abre las hebras de ADN una de la otra y engancha juntos a los nucleótidos de ARN; que sigue las mismas reglas de apareamiento de bases como el ADN, excepto que en el ARN, el uracilo substituye a la timina.
ARN, ARN mensajero en este caso, o ARNm, es de cadena sencilla, no de doble cadena como el ADN; es más corto (sólo 1 gen en longitud) en comparación con el ADN que es muy largo y contiene muchos genes. El ARN utiliza el azúcar ribosa en lugar de la desoxirribosa utilizada por la molécula de ADN.

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Las fases de la Transcripción son:

 

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Los promotores señalan el inicio de la síntesis de ARN
Los factores de transcripción ayudan a la ARN polimerasa a reconocer las secuencias promotoras.

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Factores de Transcripción:

Los factores de transcripción existen en número considerables, son proteínas involucradas en el proceso de transcribir ADN en ARN mensajero. Ellas son responsables por la iniciación y la regulación de la transcripción del mRNA de salida (volumen de moléculas de ARNm producidos), y mediante la interacción con otras moléculas, tienen la capacidad de comenzar o detener este proceso. La regulación de la transcripción es la forma más común de control de la expresión genética, y a menudo está sujeta a manipulación a través de intervención farmacológica.
La ARN polimerasa sintetiza una sola hebra de ARN contra la cadena molde de ADN (hebra anti-sentido), acumulando la adición de nucleótidos al extremo 3 ‘de la cadena de ARN. Ya que la ARN polimerasa se mueve a lo largo del ADN, esta continúa desenroscando la doble hélice logrando la exposición de aproximadamente 10 a 20 bases de ADN en todo momento para el emparejamiento con los nucleótidos de ARN.

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Secuencias específicas en la señal de terminación en la transcripción del ADN.

Cuando uno de estas secuencias es encontrada por la polimerasa, la transcripción del ARN es liberada del ADN y la doble hélice puede cerrar la cremallera de nuevo.

Procesamiento PostTerminación: La mayoría de los ARNm eucarióticos no están listos para ser traducidos a proteínas directamente después de ser transcritos a partir del ADN. El mRNA requiere un procesamiento que se producen en el núcleo. Después de esto, el ARN mensajero se desplaza al citoplasma para su traducción.
La célula añade una tapa protectora a un extremo, y una cola de Adeninas (A) al otro extremo. Ambas funcionan para proteger el ARN de las enzimas que la pueden degradar.

La mayor parte del genoma se compone de regiones no codificantes llamadas intrones. Las regiones no codificantes pueden tener funciones cromosómicas específicas o despliegan efectos regulatorios. Los intrones también permitir el empalme alternativo de ARN. Por lo tanto, una copia de ARN de un gen se convierte en ARN mensajero al hacer 2 cosas: añadir bases de protección a los extremos y cortar/desechar los intrones.

La traducción es la síntesis dirigida por ARN mensajero de un polipéptido que se produce en los ribosomas. Puesto que hay dos códigos implicados, uno de ellos como secuencias de bases de ADN agrupados en tripletes o codones, y el otro es la secuencia de aminoácidos que se ajusta la proteína a sintetizar, a continuación, una traducción apropiada de la primera a la segunda debe ocurrir.

Traducción: De código DNA a código Proteina y Ensamblaje

El código de ARN codifica para aminoácidos específicos. El orden de las bases en la secuencia de codón también es importante para el aminoácido especificado. Cualquiera de los cuatro nucleótidos de ARN puede ocupar una de las tres posibles posiciones de codón. Hay 64 posibles combinaciones de codones. Sesenta y un codones especifican aminoácidos y tres, a saber, la función UAA, UAG, UGA como señales de parada y la señal de final de la síntesis de proteínas. Los códigos codón AUG de metionina indican la señal de inicio para el inicio de la traducción. Múltiples codones también pueden especificar el mismo aminoácido.

En breve,
Código genético universal

  • Los codones: 3 códigos base para la producción de un aminoácido específico, secuencia de tres de los cuatro nucleótidos posibles.
  • Puesto que hay 4 bases y 3 posiciones en cada codón, hay 4 ^ 3 = 64 posibles corones.
  • 64 codones, pero sólo 20 aminoácidos
  • 3 de los 64 codones son usados como señales de STOP que se encuentran al final de cada gen y marcan el final de la proteína.
  • Un codón se utiliza como señal de START: es al comienzo de cada proteína

Por lo tanto, un codón en el ARN mensajero o bien se traduce en un aminoácido o sirve como una señal de inicio de la traducción / parada.

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En este momento para que ocurra la traducción, son necesarios:

1. El ARNm
2. El ensamblaje de un ribosoma, ambas subunidades grande y pequeña
3. ARNt

Ribosoma:

Un ribosoma es esencialmente una planta de montaje para la producción de proteínas. Cada ribosoma completo se construye a partir de dos sub-unidades: Una gran sub-unidad que realiza la función catalítica que permite la unión entre el péptido para unirse a aminoácidos consecutivos, ribozima.
La sub-unidad menor, principalmente donde se produce la descodificación del codón / tRNAanticodon. Está ligada al ARNm y luego se une a la subunidad grande, finalizando el montaje de la maquinaria de síntesis necesaria.

ARNt:

El ARN de transferencia es una pequeña molécula de ARN que participa en la síntesis de proteínas. Cada tRNA tiene dos áreas: el anticodón (conjunto de tres bases de nucleótidos que par con el triplete o codón de ARNm y una estructura local diseñada para unir el aminoácido particular.
Para asegurar que el aminoácido apropiado se una a la cadena en crecimiento, el tRNA anticodón se une por apareamiento de bases complementarias a su triplete, o codón, en el ARNm.

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El ribosoma empareja la secuencia de bases en el ARNm en grupos de tres bases, llamadas codones, a moléculas de ARNt que tienen las tres bases complementarias en sus regiones anticodón. Una vez más, la regla de apareamiento de bases es importante en este reconocimiento (A se une a T, y C se une a G). El ribosoma se mueve a lo largo del mRNA, igualando 3 pares de bases en un momento y la adición de los aminoácidos a la cadena polipeptídica. Cuando el ribosoma llega a uno de los códigos “Stop”, este libera a los ribosomas tanto del polipéptido como del ARNm. Este polipéptido se pliega en su conformación primitiva espera ndode modificaciones post-traduccionales adicionales.

Al igual que en la transcripción, la Iniciación, la elongación y la terminación son los pasos involucrados en la traducción.

  1. El ribosoma se une al ARNm en un área específica.
  2. El ribosoma comienza a aparear las secuencias anticodón del ARNt a la secuencia del codón del ARNm.
  3. Cada vez que un nuevo tRNA entra en el ribosoma, el aminoácido que llevaba se agrega a la cadena de polipéptido de alargamiento.
  4. El ribosoma sigue hasta que llega a una secuencia de parada, entonces se libera el polipéptido y el ARNm.
  5. El polipéptido se forma en su forma nativa y comienza a actuar como una proteína funcional en la célula.

 

Post-Traducción

El nuevo polipéptido se suelta ahora y flota en el citoplasma o esta unido a una membrana si es sintetizado en el retículo endoplásmico. Este se conformará espontáneamente en su configuración activa, u otras moléculas también serán asociadas a estos polipéptidos, como azúcares, lípidos o fosfatos, etc. Todos ellas tienen propósitos especiales para la función específica de las proteínas finales y provienen de modificaciones post-traduccionales ejecutadas por las enzimas apropiadas.