ÁCIDOS NUCLEICOS
CONCEPTO E IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Las funciones básicas de los seres vivos las llevan a cabo/las realizan las proteínas, cuya síntesis está dirigida y controlada por los ác. Nucleicos. Éstos contienen el “prospecto” o las instrucciones para la construcción de un organismo a partir de sus proteínas (poseen un programa que, cuando se ejecuta, da lugar a un ser vivo capaz de nutrirse, relacionarse y reproducirse).
Hay 2 tipos:
- ADN: ácido desoxirribonucleico
- ARNs: ácido ribonucleico
Ambos son polímeros de unos monómeros llamados nucleótidos.
NUCLEÓTIDOS, ENLACES Y FUNCIONES
Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos. Cada nucleótido está formado por tres moléculas:
- Una Pentosa: β-D-Ribofuranosa (en el ARN).
β-D-Desoxirribofuranosa (en el ADN).
- Ác. Ortofosfórico:
- Base nitrogenada: (Los nucleótidos se diferencian unos de otros por esta base).
Hay dos tipos:
o Púricas: Son: - Adenina
- Guanina
o Pirimidínicas: Son: - Timina
- Citosina
- Uracilo (sólo en el ARN).
Tienen muchos dobles enlaces y son RESONANTES (cambian de posición). Los resonantes tienen muchos electrones deslocalizados (o libres) que cambian de enlace:
Produce cargas fluctuantes: éstas les permiten (a las bases nitrogenadas) capturar protones (H+), que es una característica exclusiva de las bases del nitrógeno.
Las bases normales se caracterizan porque desprenden cargas negativas
NaOH → Na+ + (OH)¯
Las bases del nitrógeno capturan cargas positivas
-NH2 + H+ → NH3+
NUCLEÓSIDO: PENTOSA + BASE (unidos mediante enlace glucosídico).
En este enlace glucosídico interviene el N1 de la base púrica o el N9 de la pirimidínica, con el C1 de la pentosa. Se desprende una molécula de agua. Se une el C directamente con el N sin formar puente de oxígeno.
Unido el nucleósido con el fosfato forma un NUCLEÓTIDO 5’ MONOFOSFATO.
Éstos, unidos a otras moléculas, forman compuestos de gran importancia biológica.
COMPUESTOS DERIVADOS DE LOS NUCLEÓTIDOS:
NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS
AMP (Adenosinmonofosfato) → el nucleótido de ADENINA (cambia la base) puede unirse a otro fosfato mediante el fósforo: Adenosindifosfato (ADP). Incluso a un 3º fosfato: Adenosintrifosfato (ATP).
AMP/ADP/ATP
Los enlaces de alta energía sirven para almacenar energía. Se rompen fácilmente por hidrólisis y liberan la energía que necesitaron para formarse. Por eso actúan como coenzimas transportadores de energía (la energía química o de enlace: la única forma de energía utilizable por los ss.vv.).
AMPC (cíclico):
Es el nucleótido de Adenina con un enlace éster en el C5’ con el fosfato, y otro enlace éster entre el mismo fosfato y el C3’ (enlace fosfodiéster).
La AMPC es el responsable de la respuesta celular a la hormona. Se conoce como 2º mensajero: es un mediador entre las moléculas extracelulares portadoras de información (como por ejemplo: las hormonas o los neurotransmisores) y el interior de la célula donde tienen su efecto (donde esa respuesta se elabora).
Cuando los nucleótidos 5’ Monofosfato (5’ MP) se combinan con otras moléculas
NAD+; NADP+; FMN+; FAD+ (Coenzimas REDOX), son coenzimas transportadoras de e−/H.
1) ENLACE FOSFODIÉSTER O NUCLEOSÍDICO (ES EL QUE UNE A LOS NUCLEÓTIDOS).
Por convenio se dice que el primer nucleótido
C3’ – OH libre
C5’ Fosforilado último
Las cadenas de ácidos nucleicos van en dirección 3’ → 5’
ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
1) DEL ADN
El ADN es un polímero lineal de desoxirribonucleótidos 5’ MP (Monofosfato) de A, T, G, C.
Se pone en medio acuoso y espontáneamente (exactamente igual que en las proteínas) toma un ESTADO NATIVO (que es su forma espacial, tridimensional) (VER PROTEÍNA).
Tiene hasta 4 niveles estructurales (E1a, E2a, E3a, E4a), en la que cada una depende de la anterior.
E1a → Es la unión de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster.
Dado que los nucleótidos son diferentes (de A, G, C, T) tienen información genética.
Tienen ORDEN, secuencia de nucleótidos. Ejemp.: AATCCCGG ATCGCGCT
Esta información genética es específica de cada especie (secuencia de nucleótidos
distinta). Específica de individuo.
La información genética, que es la secuencia de nucleótidos, son los planos para construir las PROTEÍNAS.
E2a → Indirecta y rocambolesca.
Chargaff se dedicó a hacer análisis de ADN:
Franklin y Wilkin se dedicaron a hacer radiografías del ADN. Descubrieron que la E2a del
ADN era helicoidal y fibroso.
Luego llegaron Watson y Crick. Les robaron las radiografías a las anteriores y
descubrieron el modelo doble hélice. Este modelo explicaba los datos de Chargaff
y R.X y las propiedades del ADN.
ADN: Dos cadenas en hélice enfrentadas por las bases y unidas entre sí por Puentes de Hidrógeno. Exactamente igual que una escalera de caracol, en la que los pasamanos serían las pentosas y los fósforos; y los peldaños, las bases enfrentadas y unidas por puentes de H.
Según su modelo, es una hélice a derechas, las dos cadenas son antiparalelas 3’ → 5’ / 5’ ← 3’ y están trenzadas (para separar las cadenas hay que destrenzar). También son complementarias (verdadera aportación de Watson y Crick): A – T / G – C (lo sacaron de Chargaff).
¿Por qué siempre A – T y G – C?
Porque así se forma el mayor número de puentes de H, lo que le da al ADN mayor estabilidad.
A = T
G ≡ C
El diámetro de la cadena es de ø 20 Å. Siempre una púrica con otra pirimidínica. Si no fuera así, no serían 20 Å. (Esto coincide con lo anterior).
Las cadenas están unidas por puentes de H. Son enlaces débiles, eso explica la fácil desnaturalización y renaturalización del ADN (= proteínas).
E3a y E4a →
Con la E3a y 4a se debe resolver el problema de cómo meter cadenas con 106 de nucleótidos en un espacio reducido (como es la célula).
Procariotas: El ADN extendido mediría 1mm y quedaría reducido a 10−3mm. Se consigue superenrollando la cadena de ADN y la cierran sobre sí, lo que da lugar al cromosoma circular (de los procariotas), sin ayuda de proteínas. (E3a).
Eucariotas: El problema que tienen es 106 de veces mayor… Serían 2m de longitud dentro de un núcleo 2x10−9 de m ø. Y lo consiguen con ayuda de las proteínas.
El conjunto de los NUCLEOSOMAS es el COLLAR DE PERLAS (E3ª); luego se forma un SELENOIDE (se enrolla sobre sí mismo); éste se pliega y se repliega formando BUCLES (E3ª), que son la forma activa del ADN (CROMATINA). Forma la CROMÁTIDA (sigue siendo E3ª), y dos cromátidas forman un CROMOSOMA (sería la E4ª).
Cuando la célula va a entrar en división, los bucles se compactan y empaquetan (se condensa el ADN y se hace visible).
2) DE LOS ARNs
Son polímeros lineales de ribonucleótidos 5’ MP (Monofosfato) de A, G, C o U.
Consecuencia de la ribosa: tiene una carga negativa más que la desoxirribosa (por el –OH del C2). Si esto lo multiplicas por 103, la cadena es más inestable, se rompen más fácilmente, como debe ser.
En cuanto a su estructura: (diferencia entre ADN y ARN)
ARN → Ribosa; Uracilo; monocatenario: pero parte de la cadena es complementaria consigo misma, formando puentes de H intracatenarios → doble hélice (E2ª) + partes no complementarias: son DISCONTINUIDADES (= prot.), y forman bucles.
Todo esto forma la E3ª → forma de trébol.
TIPOS DE ARN
1) ARNm (MENSAJERO)
Es monocatenario. Sólo tiene E1ª.
Su E1ª tiene relación con la E1ª del ADN: son complementarias.
El ARNm lo que hace es que copia la información genética del ADN, su código genético y lo transmite a la célula (lo lleva hasta los ribosomas encargados de fabricar las proteínas).
El ARNm tiene pocos minutos de vida, antes de ser degradado, eso es lo óptimo, lo adecuado. De otro modo, la proteína se fabricaría indefinidamente.
Como todos los ARN, se fabrican en el núcleo, a partir del ADN, y realizan su función en el citoplasma. El ARNm constituye entre el 3-5% del ARN total.
2) ARNr (RIBOSÓMICO)
Es monocatenario. Constituye entre el 80/85% del total (es el más abundante).
Con una E1ª, con partes complementarias donde forma doble hélice (E2ª) y discontinuidades que en conjunto dan su E3ª (lo dicho al principio de los ARN).
Los diferentes ARNr se combinan con unas 70 proteínas para formar los ribosomas, que es el único orgánulo macizo que posee la célula, cuya función es leer el código genético del ARNm y fabricar la proteína expresada en ese gen. (Los ribosomas leen y traducen el código genético).
3) ARNt (TRANSFERENTE)
Son del orden de 10% del total de los ARN celulares.
Son pequeñas moléculas que tienen un 80% de bases complementarias dentro de su cadena, entre las que se forman una doble hélice + bucles (E2ª) formando la típica estructura en bumerang.
Los ARNt son específicos de aminoácidos (cada ARN tiene su aa o viceversa), que se une por su extremo 3’ a una adenina. También son específicos de ANTICODÓN (el triplete complementario del codón correspondiente de ese aa). Ejemplo: el anticodón de AAA sería UUU
También se forman en el núcleo a partir del ADN y pasan al citoplasma, donde realizan su función (que es transportar su aa hasta los ribosomas, donde son ensamblados en el orden indicado en el ARNm, en el gen del ADN).
FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS ÁC. NUCLEICOS
1) FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL ADN: EL CÓDIGO GENÉTICO
El ADN se divide en una serie de fragmentos, que son los genes. Éstos contienen la información genética para fabricar las proteínas (planos de construcción de la proteína).
Todos los genes, además de significar una proteína (de fabricar proteínas y luego la proteína se convierte en ARNm), también significa ARN ribosómico y transferente (ellos no son directamente una proteína).
A todo esto es lo que se llama código genético (la información genética).
El código genético es un idioma… formado por letras (A, T, C, G). Éstas forman “palabras”: si hay 20 aa distintos → 20 palabras distintas.
Por las combinaciones que puede realizar: 1 letra → 4 aa ≠; 2 letras → 16 aa ≠…
Combinaciones con repeticiones de 4 elementos de 3 letras → 43 → 64 palabras ≠ (TRIPLETE/CODÓN).
Las palabras de asocian para formar frases con sentido completo = GEN (la información de la proteína completa o ARNr,t)
La unión de todos los aa forma la proteína completa
(Todo tanto para procariotas como eucariotas)
En procariotas los genes son continuos (foto anterior).
En eucariotas los genes son discontinuos.
MADURACIÓN DEL ARNm: para eliminar los intrones.
2) CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO
- ES UNIVERSAL para todos los seres vivos (desde virus hasta seres humanos). Quiere decir que todos procedemos de un antecesor común.
- El código genético NO ES SOLAPADO. (Cada base pertenece sólo a 1 triplete)
- No tiene puntos ni comas. Tiene señales de iniciación (AUG) y de terminación (UGA; UAA; AAG).
- ES DEGENERADO. Un mismo aa está determinado por varios codones (por ejemplo: Leucina determinado por 4 tripletes → CUC/CUG/CUU/CUA). Esto no quiere decir que sea imperfecto: imperfecto sería si 1 codón significara varios aa ≠.
Es degenerado para facilitar la síntesis de proteínas, es decir, la complementariedad codón/anticodón sólo afecta a las dos primeras bases. La 3ª se tambalea, vacila, lo que facilita la llegada y salida de los ARNt, como debe ser, a los ribosomas durante la síntesis de proteínas.
La ARN polimerasa sólo puede utilizar la cadena 3’ – 5’ como molde para formar/fabricar una cadena complementaria de ARNm/t/r y será antiparalela (5’ – 3’) (el comienzo será el 5’).
En los EUCARIOTAS:
Después de que se hayan añadido algunos ribonucleótidos (30) al extremo 5’ (al comienzo del gen) se le pone una caperuza (como un tope) de 7-METIL GUANOSINA TRIFOSFORILADA. Esto se hace para que el ribosoma reconozca el comienzo del gen.
En el extremo 3’ del ARNm se añade 200 ribonucleótido de adenina. Es lo que se llama Cola Poli A.
En los PROCARIOTAS:
Sólo tienen 1 ARN Polimerasa que depende del ADN. Los eucariotas tenemos 3: El ARN Polimerasa I, para la síntesis del ARNr; El ARN Polimerasa II, para el ARNm; y el ARN Polimerasa III, para el ARNt.
3) DUPLICACIÓN, AUTODUPLICACIÓN, REPLICACIÓN DEL ADN
El ADN contiene la información genética. Cada vez que la célula se divida, antes, debe formarse una nueva copia idéntica para repartir entre las 2 células hijas.
Ya en el año 1953, cuando Watson y Crick sacaron la doble hélice del ADN, propusieron un mecanismo de duplicación de las cadenas de ADN.
Ésta es la hipótesis de la REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA (la buena).
También estaba la hipótesis conservativa:
Hipótesis Dispersiva:
LA DUPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA
Ocurre al final de la interfase (fase S).
El ciclo celular son las fases por donde pasa la vida de la célula.
INTERFASE: Es el 99’5% de la vida normal de la célula que realiza sus funciones. Al final entra en división (0’5%), pero inmediatamente antes duplica su ADN (ocurre en la fase S).
La duplicación consiste en duplicar las ADN Polimerasas. Utilizan como molde las cadenas de ADN para formar nuevas cadenas complementarias.
Las que intervienen en la duplicación: La ADN POLIMERASA I y III. Éstas son las más complejas de todas las enzimas en la naturaleza.
Ejemplo de la complejidad:
ADN POL. I → Tiene varios centros activos:
o Uno para unirse a la cadena molde
o Otro tiene actividad exonucleásica (literalmente: mira atrás). Si ha cometido algún error (por ejemp: que no sea complementario con el molde) lo corta (el error) y rellena el hueco correctamente.
o Otro, localiza el OH libre del C3’ del último nucleótido en la cadena en formación.
o Otro, se une al nuevo nucleótido trifosforilado y además complementario con el molde (si es así, forma un enlace éster 5’ – 3’).
La DUPLICACIÓN es semejante en eucariotas y procariotas. Comienza por el origen de replicación. Se separan las cadenas, se forman las cadenas complementarias y progresa esta duplicación a lo largo de la cadena como una horquilla de replicación (progresa como una cremallera al abrirse).
A las ADN Polimerasas, al igual que las ARN Polimerasas, sólo saben utilizar como molde la cadena 3’ – 5’. Las ARN Polimerasas “saben” comenzar una cadena; las ADN Polimerasas no, sólo continuar una ya empezada, así la duplicación comienza con un ARN cebador, que es el PRIMER, sintetizado por la primasa (que es un ARN Polimerasa), que luego continua la ADN Polimerasa III.
Luego se corta el PRIMER y se rellena el hueco dejado por el ARN CEBADOR. Esto lo hace el ADN Polimerasa I. Luego unen los fragmentos mediante una LIGASA (una vez en la hebra conductora y más veces en la hebra retardada).
La Hebra conductora se sintetiza de forma continua. La Hebra retardada a fragmentos. La leen en dirección 3’ – 5’ pero a trozos, por lo que es discontinua (su síntesis es más lenta). Cada uno de esos fragmentos de la Hebra retardada comienza con un cebador (son fragmentos de OKAZAKI). En todo caso, la duplicación progresa en las dos direcciones.
También intervienen otras proteínas no enzimáticas, como la:
- HELICASA: Rompe Puentes de H del ADN para separar sus cadenas (del ADN)
- TOPOISOMERASA. Cuando separo la doble hélice trenzada, se produce un superenrollamiento. La topoisomerasa relaja ese superenrollamiento.
- SSB: Es una proteína estabilizadora de la cadena (molde) sencilla de ADN.
La Duplicación es muy compleja y rápida (se polimerizan 45x103 nucleótidos por minuto). También es muy precisa y no comete errores (comete un error por cada 10-100x106 nucleótidos polimerizados). Cuando hay un error, la ADN POL I lo corta y rellena el hueco, y la ligasa los une.
Pero no todos son reparados (queda un error por cada 1010 nucleótidos polimerizados). Éstos son MUTACIONES. Si esta mutación no compromete la viabilidad del individuo es beneficiosa, ya que aumenta la variabilidad genética (si no, todos los individuos serían iguales).
4) LA BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS (en procariotas)
Previamente a la biosíntesis de proteína, se debe transcribir su GEN en forma de ARNm (TRANSCRIPCIÓN) por parte de la ARN POL II, que utiliza como molde la cadena 3’ – 5’ del ADN y forma un ARNm que es complementario y antiparalelo a ella (1er nucleótido el 5’ libre). La Trascripción sería seguida por la maduración (del ARNm trascrito) en eucariotas (ésta ocurre en el núcleo).
También previamente, los aa deben ser activados (aa a los que se añade energía para que puedan formar enlaces peptídicos → porque es covalente).
Aa + E + ARNt
Todo esto lo realiza:
La enzima AMINOACIL ARNT SINTETASA (ésta es específica de Aa y ARNt)
Aa + ARNt + ATP + 2H2O → ARNT AMINOACIL + AMP + 2Pi + H2O
RIBOSOMAS EN PROCARIOTAS
Son los responsables de la síntesis de proteínas. Son los 70s, hace referencia a su coeficiente de sedimentación. El de los eucariotas son 80s.
Todos tienen 2 subunidades:
Este anterior seria un 70s. Separados caen a más velocidad y juntos tienen más resistencia (razón por la que no sería un 80s).
El ribosoma es un complejo supramolecular. Formado por varios ARNr (65% de ribosomas) + 50 proteínas ≠. Las 2 subunidades se fabrican por separado en el núcleo (porque ahí es donde se encuentra el ARNt), salen al citoplasma y aquí autoensamblan por estereoespecificidad (encajan las 2) en torno a un ARNm. Aparecen propiedades nuevas en el ribosoma (que antes no tenían). Son: la Hidrólisis de GTP y la capacidad de interaccionar reversiblemente con otras moléculas (por ejemp: ARNt AMINOACIL, PROTEÍNA LLAMADAS FACTORES), que llegan y salen del ribosoma provocando cambios en cada molécula del ribosoma y en el ribosoma completo.
Estos cambios desembocan en la síntesis de proteínas (la producen). Básicamente los ribosomas favorecen el acceso de los ARNt AMINOACIL a su codón correspondiente del ARNm (coloca los Aa en su orden). Leen el mensaje y forman enlaces peptídicos entre sus Aa → TRADUCE.
Continuamos con la síntesis:
4.1 INICIACIÓN
La subunidad 30s del ribosoma se coloca en el extremo 5’ del ARNm ocupando 2 tripletes:
El primero es AUG. Es el complementario al anticodón del ARNt llamado FORMIL METIONINA. Es el Aa Metionina amino bloqueado (el grupo amino) por FORMILO para que no pueda formar enlace peptídico. El FORMIL METIONINA es el primero. Éste hace falta para empezar la síntesis. Después se quita.
En EUCARIOTAS siempre empiezan por METIONINA. Luego llega la subunidad 50s.
Durante este proceso, hay varios factores de iniciación que entran y salen del ribosoma y se hidroliza un GTP.
Aa + ARNt + ATP + 2H2O → ARNt―O―Aa + 2Pi + AMP + H2O (del éster)
Queda: Aa + ARNt + ATP + H2O → ARNt―O―Aa + 2Pi + AMP
4.2 ELONGACIÓN
3 Fases:
4.2.1 FIJACIÓN
Hace falta que haya 2 factores de elongación e Hidrólisis de GTP.
4.2.2 FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO
El PEPTIDIL TRANSFERASA (en 50s) es el que rompe el enlace Éster.
Transfiere la energía del enlace éster del ARNt AMINOACIL a un enlace peptídico entre los Aa.
4.2.3 TRANSLOCACIÓN
Para que ocurra, tiene que haber otro factor de elongación + Hidrólisis GTP.
El ribosoma se desplaza un triplete en dirección 3’.
Así sucesivamente hasta el final de la cadena.
4.3 TERMINACIÓN
El codón de terminación se encuentra bloqueado por un factor de terminación. Lo siguiente sería la formación del enlace peptídico (fijación), pero como no hay nadie… transfiere la energía del enlace éster al H2O, produciéndose la hidrólisis del enlace éster. Por la hidrólisis se libera la cadena peptídica y se separan las subunidades del ribosoma.
En PROCARIOTAS, este proceso permite montar 1400 Aa/min., tras lo cual se degrada el ARNm (si no, se formaría constantemente la misma proteína).
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
Al principio de cada proteína se encuentra: MET (en procariotas: F-Metionina (Formil-Metionina)).
En los procariotas los ribosomas están aislados y siempre son libres. En eucariotas los ribosomas aparecen reunidos = POLISOMAS. Tienen ribosomas libres y otros asociados a membrana (Membrana nuclear o Membrana Retículo endoplásmico rugoso). Las proteínas se introducen en el núcleo o R.E., según donde estén los ribosomas. Los ribosomas asociados a membranas, en el extremo 3’ van a tener un Poly A. Éste se pega a la membrana mediante un receptor. Una vez pegado, ya saben los ribosomas lo que tienen que hacer con él…
En el extremo 5’ se encuentra el codón AUG.
Todos los ARNm transcritos a nivel de membrana comienzan por una secuencia de Aa apolares (secuencia hidrófoba o señal). Luego se elimina.
Al aproximarse la secuencia hidrófoba a la membrana, “atrae” a ciertas proteínas intrínsecas de la membrana (apolares) que difunden en torno a la secuencia señal por apolares.
Cuando las proteínas intrínsecas se tocan con secuencias hidrófobas, se disuelve la secuencia señal en las proteínas intrínsecas, introduciéndose a través de la membrana = TÚNEL.
La secuencia señal tiene como función permitir la entrada de la proteína en formación a través de la membrana.
Detrás entra toda la proteína en formación independientemente de que sea hidrófoba, porque la subunidad 60s estabiliza el túnel (y permite que toda la cadena entre).
El Poly A sólo está para unirse a la membrana, por eso no se transcribe. Es como un enganche.
5) REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Un GEN determina una proteína y ésta, un carácter biológico.
¿Se pueden regular los caracteres biológicos? ¿Y la expresión de los genes?
Sí. A través de las proteínas que los determinan. Regulando el funcionamiento de las proteínas. ¿Cómo?:
- Regulando ciertos parámetros generales (pH, Tª, |s|, |coenzimas|…). Todos estos son inespecíficos (afectan a todas las proteínas por igual, por lo que no es un buen mecanismo de regulación).
- Mediante la activación/inhibición enzimática.
- Mediante enzimas reguladores (alostéricos y los modulados covalentemente).
- A nivel de los ribosomas: Modificando la velocidad de la de traducción (controlando la velocidad…). Las que se fabrican a gran velocidad… Luego se modifica Post-traducción. Ejemp: la Pepsina (para digerir las proteínas) si se fabrica a gran velocidad se fabrica Pepsinógeno inactivo (en lugar de pepsina), que es una proteína inactiva (hasta que entra en contacto con la proteína, entonces se vuelve activa).
Todos estos métodos son derrochadores si se comparan con el control de la trascripción (no se forma ni el ARNm).
Ese control de la transcripción es la regulación de la expresión genética. Existe tanto en procariotas como en eucariotas. Permite economizar y adaptarse a las condiciones cambiantes del medio.
En eucariotas, además, hay un control de la transcripción, que permite la diferenciación celular.
Las células de los diferentes tejidos se diferencian por su estructura y su funcionamiento (determinadas por las proteínas que poseen).
Todas las células poseen el total de la información genética… podrían fabricar todas las proteínas del organismo (Ej.: células embrionarias (Céls. Madre)/Totipotentes)).
¿Cómo se consigue la diferenciación celular?
Por la represión irreversible del 90% de su genoma. Esto ocurre en las primeras fases del desarrollo embrionario. Esto es un control de la transcripción irreversible.
Pero lo que vamos a estudiar es un control reversible de la transcripción en procariotas.
En eucariotas es semejante pero más complejo.
Este control lo presentan todos los procariotas, por estar en contacto con un medio cambiante (se necesita cuando el medio es cambiante). También lo presentan algunos eucariotas (por ejemplo: glóbulos blancos, cél. hígado, cél. riñón, cél. epitelio…), el resto no. Una neurona o una cél. muscular no lo necesitan, ya que viven en un medio estable, están siempre en contacto con un medio estable: Medio Interno (homeostasis).
2 Tipos de enzimas:
- CONSTITUTIVOS: (lo forman siempre) No tienen control de la transcripción, siempre son necesarios (respiración celular, fotosíntesis, glucólisis).
- INDUCIBLES: (Son los que tienen control de la transcripción) No siempre son necesarios. Esto es la Teoría del Operón: el control de la transcripción en los enzimas inducibles.
5.1 TEORÍA DEL OPERÓN (EXPLICA EL CONTROL REVERSIBLE DE LA TRANSCRIPCIÓN)
La descubrieron Jacob y Monod. Clasificaron las relaciones moleculares y genéticas durante la inducción/represión enzimática reversible. Esto sirve para cualquier proteína.
Utilizaban en sus investigaciones la bacteria ESCHERICHIA COLI (E. COLI).
Otros estudiaron que la Galactosidasa es un enzima inducible reversiblemente (tienen control de la transcripción).
Otros descubrieron que hay una serie de mutantes para la E. Coli, que no formaban la Galactosidasa, o la formaban alterada y otras constitutivas.
A partir de estos datos hicieron un mapa genético con los genes y sustancias responsables de la inducción/represión de la Galactosidasa.
El Gen Estructural son 3 enzimas que forman una secuencia multienzimática para la hidrólisis de lactosa. Esto lo forma la E. Coli cuando toma lactosa. Igual con cualquier proteína.
Tiene 2 centros activos, el gen inhibidor se une al gen o y cuando se acerca al gen p, suelta al gen o para capturar al gen p. cuando no está pegada, es decir, cuando no hay otro gen cerca, se mantiene unida al gen que estaba pegada.
Gen promotor: señal reconocida por ARN Polimerasa para comenzar la transcripción de los genes estructurales.
Gen operador: Tope con la proteína represora, no deja avanzar a la Polimerasa, no transcribe.
p, o, z siempre están unidos, i, puede estar en cualquier otro lado.
Si la mutación en z, Galactosidasa alterada.
Si la mutación en p, no forma Galactosidasa.
Si la mutación en o, fabrica la Galactosidasa como constitutiva-o (es decir, siempre se está fabricando).
Si la mutación en i, constitutiva-i.
Si hay Lactosa (que es un inductor), o está libre, se transcribe a z → INDUCCIÓN.
Si no hay Lactosa, o está ocupado, no se transcribe → REPRESIÓN.
Esto es lo que se llama: INDUCCIÓN/REPRESIÓN por CATABOLITO (sustancia del catabolismo, ejemp.: lactosa) de una enzima (aquí secuencia multienzimátiza) → Operón de la lactosa → Genes estructurales relacionados entre sí (son una secuencia multienzimática de la hidrólisis de la lactosa), regulados todos por los mismos genes reguladores.
También nos sirve para explicar la INDUCCIÓN/REPRESIÓN (no por catabolito…) de una enzima o secuencia multienzimática por el producto final.
→ Proteína Represora Inactiva + CORREPRESOR (que es el producto final).
El correpresor vuelve activa a la proteína represora. La proteína represora inactiva no se une al gen operador (y se transcribe) a no ser que haya un correpresor.
Esto es una retroalimentación negativa. Pero también hay retroalimentación positiva.
