Sintesis de Proteinas

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

Observa este vídeo antes de comenzar.

• Síntesis de Proteínas

INTRODUCCIÓN
¿Cómo se interpreta la información contenida en los genes? El intermediario entre el ADN y las proteínas es el ARN, que “transporta” la información genética hasta los sitios de síntesis de proteínas. El “mensaje” de los genes es “leído” en el núcleo y transformado en un mensaje de ARN. El ARN se traslada desde el núcleo al citoplasma celular y su mensaje es leído,  para sintetizar una cadena de aminoácidos, es decir, una proteína.
 De esta manera, el ADN contiene información que determina primero el tipo de ARN y luego el tipo de proteínas sintetizadas.
El dogma enuncia lo siguiente: 
"Cuando en una célula se requiere la síntesis de una proteína específica, la porción de ADN que la codifica será copiada en forma de ARN, mediante un proceso denominado transcripción. Luego el ARN formado, que se denomina ARN mensajero, es utilizado como molde para la síntesis de proteínas por un mecanismo llamado traducción. Esta información finalmente llega de manera unidireccional a las proteínas, y son ellas quienes llevan a cabo la mayor parte de las actividades celulares". 

El flujo de la información genética en las células normalmente es:
                          ADN → ARN → Proteína
La síntesis de proteínas es el proceso por el cual se fabrican proteínas a partir de los veinte aminoácidos esenciales. 
En este proceso, se transcribe el ADN en ARN. 
La síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas situados en el citoplasma celular.
Como se ve en el esquema,el proceso de síntesis, los aminoácidos son transportados por ARN de transferencia correspondiente para cada aminoácido hasta el Ribosoma, donde se unen en la posición adecuada para formar las nuevas proteínas.

Al finalizar la síntesis de una proteína, se libera el ARN mensajero y puede volver a ser leído, incluso antes de que la síntesis de una proteína termine, ya puede comenzar la siguiente, por lo cual, el mismo ARN mensajero puede utilizarse por varios ribosomas al mismo tiempo.

La información fluye del ADN al ARN por vía del proceso llamado transcripción, y luego a la proteína por el proceso de traducción.
Transcripción es el proceso de fabricación de ARN usando el ADN como molde.
Traducción es la construcción de una secuencia de aminoácidos (polipéptido) con la información proporcionada por la molécula de ARN. 

Clases de ARN
Existen tres clases de ARN:
- ARN mensajero (ARNm)
- ARN de transferencia (ARNt)
- ARN ribosomal (ARNr)

En general, todos estos ARN son de hebra simple, pero el ARN de transferencia y ARN ribosomal contienen extensas regiones de doble hélice (la cadena de nucleótidos se dobla formando una horquilla o loop y stem loops). 
Enzima de la síntesis
Todos los ARN celulares son sintetizados por la ARN polimerasa de acuerdo a las instrucciones dadas por un ADN-patrón (Donde se está transcribiendo o molde). La dirección de la síntesis de ARN es 5’→3’, similar a la síntesis de ADN.
La actividad de la ARN polimerasa es diferente a la actividad de la ADN polimerasa porque no necesita un “primer”.  Otra diferencia es que el ADN patrón es totalmente conservado después de la síntesis de ARN.

Investiga y /o describe según corresponda:

1.- Describe la función de los ARN en el proceso de síntesis de proteínas.

TRANSCRIPCIÓN O SÍNTESIS DE ARN

La transcripción es un proceso  que ocurre en varias etapas, y en el que participan muchas enzimas. Esta maquinaria de enzimas lee la secuencia de ADN contenida en un gen y, a la vez, sintetiza una molécula de ARN complementaria. Esto quiere decir que cuando en la secuencia de ADN existe una C (citosina), la maquinaria enzimática agrega una G (guanina) a la molécula de ARN en formación, y viceversa. Si existe una T (timina) en la molécula de ADN, agrega una A (adenina) en la de ARN. Sin embargo, como en el ARN no existe timina (T) sino que uracilo (U), la secuencia TAAGCCG será transcrita como AUUCGGC en el ARN respectivo.

Características del Código Genético
Código Genético. Es el “diccionario” que permite traducir el lenguaje de los ácidos nucleicos al de las proteínas. 

• En este video MIRA EL CÓDIGO GENÉTICO 

 Actividad: Escribe en tú cuaderno las bases del código genético.

Está organizado en tripletes o codones: cada aminoácido está determinado por tres nucleótidos. Teniendo en cuenta que existen cuatro ribonucleótidos diferentes (U, C, A y G), hay 43 = 64 tripletes distintos.

El código genético es degenerado: un mismo aminoácido puede estar determinado por más de un triplete o codón. Debido a que existen 64 tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos diferentes.

La lectura del ARN mensajero es continua, sin interrupciones. Cualquier pérdida o ganancia de un sólo ribonucleótido produce a partir de ese punto una modificación de la pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos desde el lugar de la alteración.

El triplete de iniciación suele ser AUG que codifica para Formil-Metionina. También pueden actuar como tripletes de iniciación GUG (Val) y UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

Universalidad: El código genético es universal coincidiendo en todos los organismo estudiados hasta la fecha. 
La traducción del ARN mensajero se realiza comenzando por el extremo 5'. 

Observa este vídeo para ver las siguientes etapas

Paso 1: La transcripción
En esta primera etapa los genes, que serían “palabras” escritas en el ADN mediante la combinación de cuatro “letras” o nucleótidos A, T, C y G, se copian o transcriben a otro lenguaje, el del ARN denominado ARN mensajero (ARNm). En este proceso, denominado transcripción, la síntesis de una molécula de ARNm es catalizada por una enzima llamada ARN polimerasa (ARNpol).  El proceso se inicia cuando dicha enzima reconoce un lugar específico del ADN llamado promotor. Luego de unirse al promotor, la ARNpol desenrolla aproximadamente una vuelta completa de la hélice del ADN poniendo al descubierto un fragmento de una sola hebra. Esta hebra de ADN, llamada hebra codificante, sirve de molde para que la ARNpol vaya agregando nucleótidos complementarios uno tras otro, a medida que se desplaza en una dirección específica sobre el ADN. Los nucleótidos que adiciona la ARNpol para formar el ARNm son ribonucleótidos, es decir, nucleótidos que poseen en su estructura el azúcar ribosa (a diferencia de la desoxirribosa presente en los nucleótidos del ADN). 
 La enzima seguirá transcribiendo hasta que encuentre la señal de terminación que le indica que allí debe detenerse. Tan pronto como se ha completado la copia de ARNm. Una vez finalizada la transcripción, el ARNm está casi listo para la siguiente etapa.
Esta “inmaduro” y para madurar debe ser protegido de manera de evitar que pueda degradarse en su viaje al citoplasma. Para ello, unas enzimas específicas se encargan de ponerle una “caperuza” o CAP en uno de sus extremos y una cadena corta de adeninas (colita de poliA) en el otro. Una vez completada la maduración, el ARNm parte hacia el citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear en las células eucariotas. el ADN se pliega nuevamente, y la molécula de ARNm se separa. 

Investiga:
Define los conceptos en negrillas del texto
¿Qué son los intrones y exones?
¿Cuándo se considera que el ARNm està maduro?
¿Por que es necesaria la caperuza?

Paso 2: La traducción
Una vez en el citoplasma, la secuencia del ARNm debe ser decodificada a proteína.
Este es el proceso de traducción y puede dividirse en tres fases: iniciación,
elongación y terminación
-Iniciación: La traducción de  los nucleótidos del ARNm son leídos de a tres, es decir que un triplete de nucleótidos, también llamado codón, que codifica para un aminoácido determinado. Es decir que cada codón determina qué aminoácido se agregará a la futura proteína.
La traducción se inicia cuando el ARNm se une a un ribosoma. 
Los ribosomas están formados por dos subunidades, una mayor y otra menor, y es esta última la que reconoce y se une en primer lugar al ARN mensajero .
Los codones de ARNm no reconocen directamente a los aminoácidos, sino que la traducción utiliza moléculas “adaptadoras” que unen el aminoácido con su
correspondiente triplete o codón. Estos adaptadores son un grupo de pequeñas
moléculas de ARN, conocidas como ARN de transferencia (ARNt), cada una de las cuales tiene solo entre 70 y 90 nucleótidos de longitud. Esta molécula tiene una conformación tridimensional característica, denominada “hoja de trébol”, que le permite llevar a cabo su función de adaptador.
En la estructura del ARNt existen dos zonas de gran importancia para el proceso de síntesis proteica: un triplete de secuencia variable llamado anticodón, cuyas bases son complementarias al codón de la molécula de ARNm; el otro triplete está ubicado al otro extremo, y unido  a un aminoácido específico.
Esta unión del aminoácido específico con el ARNt la cataliza una enzima llamada aminoacil-tRNA sintetasa.

Una vez que la subunidad pequeña del ribosoma se encuentra en posición, un ARNt llamado iniciador (que porta el aminoácido metionina), reconoce el primer codón(AUG) en el ARNm y se carga sobre la subunidad pequeña, para luego unirse la subunidad mayor del ribosoma. Así se forma un ribosoma funcional completo, que así ensamblado posee dos sitios de unión diferentes para moléculas de ARNt: el sitio P y el sitio A .

-Elongación: una vez que el ARNt de iniciación unido a metionina se ubica en el sitio A, otro ARNt con su correspondiente aminoácido debe ubicarse en el sitio P, adyacente al sitio A. Con los dos ARNt en su sitio, comienza el proceso de alargamiento o elongación de la cadena polipeptídica: existen 20 aminoácidos esenciales diferentes.
 Este enlace entre aminoácidos se denomina unión peptídica y es catalizado por la peptidil-transferasa, una enzima firmemente unida al ribosoma. El ARNt del sitio A, ahora sin su aminoácido, es liberado al citoplasma; seguidamente, el ribosoma se desplaza exactamente 3 nucleótidos a lo largo de la molécula de ARNm  y de esta manera quedará el sitio P ocupado por el ARNt que tiene unida la cadena de aminoácidos en formación, quedando el sitio A libre para recibir al siguiente ARNt con su correspondiente aminoácido. Este proceso se repetirá casi tantas veces como número de aminoácidos intervengan en la síntesis de la cadena polipeptídica

-Terminación: de los 64 diferentes codones que existen (4 nucleótidos agrupados de a tres = 4x4x4=64), hay 3 que no codifican para ningún aminoácido, sino que son codones que indican la finalización de la cadena polipeptídica. Son los llamados codones stop (UAA, UAG, UGA) y a ellos se unen directamente factores de terminación o de liberación en el sitio A. Esta unión perturba la acción de la enzima peptidil-transferasa, haciendo que la traducción termine y liberando el ribosoma y el polipéptido completo.
Una vez finalizada la síntesis de la proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice la síntesis de una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente. A este complejo de ARNm con múltiples ribosomas y sus respectivas cadenas polipeptídicas en crecimiento se lo denomina polisoma y es frecuente observarlo en las células activas.

Finalmente, las proteínas
Con lo visto hasta ahora, se puede definir a las proteínas como macromoléculas  formadas por polímeros de aminoácidos. Sin embargo, las proteínas poseen distintos niveles estructurales: el resultado inmediato de la síntesis proteica, es lo que se denomina estructura primaria, es decir, la secuencia lineal y ordenada de aminoácidos . A partir de esta secuencia básica, las características físico-químicas de los grupos laterales (cadena R) de los aminoácidos hacen que éstos, aunque se encuentren alejados en el collar, puedan acercarse y adoptar múltiples conformaciones tridimensionales. 


Actividad:
1.-  realiza un resumen sobre la síntesis de proteínas del esquema presentado, indicando las enzimas que participan del proceso.
2.- Realiza tu propio esquema sobre la síntesis de proteínas

Actividades transcripción y traducción.
1.Representa la secuencia completa de este ADN: 
TCGTTCGACCTGTCTTAAGTTA
2.Sabiendo que la secuencia del ejercicio anterior es la cadena con sentido de un gen obtén el ARN correspondiente en el proceso de transcripción.
3.Utilizando la clave genética, traduce esta molécula de ARNm:
CGGCUAAAUGGCGUCACCGUUACAGGUGAAAUUUUGAGCUACCGU.
4.Explica el proceso de transcripción de un gen. 
En que casos se produce?
5.Explica las consecuencias que puede tener la mutación de un gen.
6.¿Qué es un codón? ¿Qué determina? ¿Por qué?
7.¿Qué es un codón de terminación? ¿Cuáles son los codones de terminación? ¿Por qué determinan el final de la traducción? Realiza un esquema explicativo.