Información celular

Biología . 2º Bachillerato

Genética molecular

3.1 - La información celular

	Información
	Flujo de información el la célula
	Replicación
	Transcripción
	Traducción
	El código genético
	Amplificación génica
	Genes
	Diferencias bacterias, arquéas y eucariotas

Información

Las células contienen información, en el sentido de instrucciones que permiten e funcionamiento celular.

La Información contenida ha de tener la capacidad de expresarse para realizar las funciones celulares

Características de los sistemas de información

Para almacenar información es necesaria una variedad de elementos o código que tiene un significado cuando se interpreta.

Los códigos pueden ser

- lineales: Información en secuencia

Ej : código morse, sonidos de las palabras, datos digitales de ordenadores
Ej : código genético...)

- superficies (letras ...)
- tridimensionales.

Los códigos pueden convertirse de unos en otros mediante claves de conversión:

Por ejemplo un código digital ASCII el código 01000001 (65) corresponde a la letra A, el grafismo A lo interpreta nuestro cerebro con el sonido A, este sonido se interpreta como un fonema, una lista de fonemas se interpreta como palabra ....

La relación entre el significado y el código pueden ser :

Arbitraria:

No tiene nada que ver el símbolo con el significado
Ej: letras y sonidos

Natural:

El símbolo tiene alguna relación con el significado
Ej: Sonidos onomatopeyicos

Mixta:

En parte arbitraria y en parte natural
Ej: eñales de tráfico para humanos

Los códigos tienen que tener una variedad de elementos; al menos dos formas diferentes pero pueden ser más.

Por ejemplo el código binario (0,1), hexadecimal (0,...16), Alfabeto (a...z)

La información se almacena en soportes de apariencia monótona con una estructura que lo soporta y con una variedad repetida numerosas veces

Ej: Libro, cinta, DVD, ADN, voz:
Ej: ADN, ARN
Si no somos capaces de descifrarlos nos parecen muy monótonas

Información en la célula

Las células tienen que tener instrucciones de cómo funcionar y desarrollarse.

Esta información está codificada en los ácidos nucleicos.

Debre trasmitirse para formar proteínas que desarrollan las estructuras y funciones declulares.

Existen otros entes biológicos con capacidad de transmitir información que no son células :
Virus, plásmidos, viroides, transposones
En estos casos la inforamación también se encuentra en forma de ácidos nucleicos

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Flujo de información de la célula

En la célula ha de haber almacenada algún tipo de información para su constitución, funcionamiento y reproducción

Esta información se encuentra en la variedad en los componentes de una molécula; el ADN

La información ha de expresarse

Las responsables de las características celulares son las proteínas

Existe un intermedio entre ADN y Proteínas: los ARN

Las células expresan la información creando nuevas moléculas con la información aportada por otras.
Esta información consiste en el orden (secuencia) de sus componentes.
La información final de la célula ha de ser permanente pero la contenida en moléculas intermedias o finales puede ser menos perdurable.

Ej : La información del ADN se expresa creando un ARN complementario de una de sus hebras; el ARNm
El ARNm dura minutos en la célula pero el ARN original permanece.

ADN

Guarda información genética en la secuencia de sus 4 bases
Las bases se encuetran protegidas en el interior de la doble hálice.Es una molécula más estable que ARN al carecer de un grupo alcohol la desoxirribosa.
La información del ADN puede copiarse con ayuda de proteínas: Replicación
La información del ADN puede trasferirse al ARN con ayuda de proteínas : Transcripción

ARN

Intermediario en la síntesis de proteínas
Su función es realizar la síntesis de proteínas con los aminoácidos en una determinada secuencia: Traducción
La traducción es un proceso notablemente más complejo que la replicación o las transcripción
- ARNm lleva la secuencia informativa
- ARNt lleva los aminoácidos
- ARNr Forma los ribosomas que calalizan el proceso
Además de varias proteínas que están implicadas en el proceso

Proteínas

Dan lugar directa o indirectamente a las funciones y estructuras celulares
Responsables de la síntesis, localización y funcionamiento del resto de los componentes celulares.

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Replicación

Proceso por el cual una molécula de ADN se copia; duplica su información

Este proceso parte de una hebra de ADN y genera una hebra complementaria
La replicación es semiconservativa: Cada hebra genera una complementaria nueva
Es realizada por proteínas

Elementos de la replicación

La replicación neceita: :

- Desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP)

dATP, dGTP, dCTP, dTTP

- Un ADN molde

ADN del que copiar la información. Ha de ser una cadena ´nica con las bases desapareadas

- ADN Polimerasa .

Enzima que cataliza la reacción.
Hay 3 tipos en procariontas y 5 en eucariontas que realizan diferentes funciones
Ver ADN polimerasa

- Helicasas (Desenrrollasas)

Separan las cadenas de ADN ronpiendo los puentes de hidrógeno ente sus bases nitrogenadas

- Topoisomerasas (girasa)

Permiten desenrrollar el ADN. Lo rompen, giran y vuelven a unir

- Ligasas

Unen cadenas de ADN discontinuas que están apareadas a con otro ADN

- Proteínas reparadoras de errores

ADN polimerasas reparadoras y otras 50 proteínas

ADN polimerasa El enzima que reliza la replicación es la ADN polimerasa. Tiene unos 1000 aminoácidos con lugares de reconocimiento para - ADN molde - Cebador (ARN o ADN ya formado) - dNTP. Genera una hebra de ADN complementario que crece de 5´a 3´	Complejo ADN plimerasa
	Estructura ADN pol beta

Funcionamiento del enzima

- La ADN pol se une a una hebra de ADN molde
- Busca un desoxirribonucleótido trifosfato complementario al de la base del ADN situda en el sitio del dNTP
- Lo une a la cadena de desoxirribonucleótidos anterior
- Avanza una posición y repite el proceso indefinidamente

Aspectos que complican el mecanismo de replicación

Diferente ritmo de crecimiento de las cadenas según se abre el ADN

El ADN nuevo que va formando la ADN pol se fabrica simultáneamente en ambas cadenas pero una cadena crece más rápido por ser posible avanzar en el sentido 5´->3´de manera continua, mientras que la otra debe interrumpirse cuando llega a un lugar ya sintetizado y volver a comenzar de nuevo más atrás

Híbridos ADN-ARN

En realidad el proceso es más complejo que el descrito puesto que la ADN pol nunca inicia la síntesis de ADN a partir de una cadena sencilla de ADN sino que necesita un híbrido de ADN-ARN (primer) de doble cadena para comenzar.
Este híbrido es generado por una ARN polimerasa (primasa).
Tras la replicación ha de eliminarse el ARN, sustituirse por ADN y unir la cadena.

Video sobre replicacioón

Otro video sobre replicación : Parte 1 . Parte 2

Orígenes de replicación

Cuando las células comienzan a replicar el ADN continúan hasta haberlo copiado completamente. (Replicación en bacterias y fase S del ciclo celular de eucariontes)

Las células procariotas tiene un solo sitio de inicio de la replicación en su cromosoma.
El proceso avanza a unas 16.000 pb/min
La replicación se completa en pocos minutos

Las células eucariotas tienen miles de sitios de inicio de replicación (En humanos unos 30.000)
El proceso avanza más lentamente, a unas 2.600 pb/min.
Esto es debido a la estructura más compleja de los cromosomas con ADN ligado a histonas y otras proteínas.
A pesar de su origen múltiple la replicación en eucariotas tarda más tiempo en completarse que en procariotas.

Correción de errores

Para las células es importante copiar el ADN con el menor número posible de errores.

La ADN polimerasa comete un error aproximadamente cada millón de nucleótidos ligados. 1/E6

Para disminuir esta tasa de errores de replicación las células recurren a dos procesos de reparación:

Existe un primer proceso de autocorreción en la ADN polimerasa que comprueba el apareamiento de bases.
Reduce la tasa de error a uno entre cien millones 1/E8

Posteriormente actúa un proceso de corrección postreplicativa que detecta las bases no apareadas y la cadena original.
Los enzimas de la corrección eliminan los nucleótidos de la nueva cadena e introducen los complementarios de la cadena original correctamente.
La tasa de error se reduce a diez mil millones 1/E10.

El conjunto de estas correciones suponen menos de un error de replicación por genoma completo replicado

Factores que aumentan la tasa de error en la replicación

La tasa de errores en la replicación crece con determinadas sustancias químicas que emulan a los nucleótidos o que interfieren en los enzimas reparadores

La tasa de errores es mayor en células que tienen genéticamente dañados los genes reparadores.
En estos casos aumenta la tasa de mutación celular.

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Transcripción

Proceso por el cual una molécula de ADN pasa la información a una molécula de ARN

En la trascripcion un ADN genera un ARN complementario

En la transcripción solo se trascribe una hebra del ADN
Y solo se trascribe un fragmento de la hebra, no la hebra completa

El ADN permanece inalterado al final del proceso

Estructura tridimensional de la ARN polimerasa

Elementos de la transcripción

La trascripción es realizada por proteínas. El enzima principal es la ARN polimerasa Ver ARN pol

La transcripción necesitalos siguientes elementos:

- Ribonucleótidos trifosfato (NTP):

ATP, GTP, CTP, UTP

- ADN Molde

Se denomina hebra informativa del ADN a la que no se trascribre y herbra molde la que si lo hace

- Enzima ARN Polimerasa (ADN dependiente)

Esta enzima tiene lugares que reconocen códigos de fin de la replicacón, ADN molde y NTP.

- Proteínas de reconocimiento

Identifican las secuencias del ADN que informan del inicio o de la activación de la replicación.

- Señal de comienzo de la trascripción

Señal accesible en el ADN que identifican las proteínas de reconocimineto. Se denomina Promotor
Se encuentra en la hebra informativa en sectores codificadores anteriores al comienzo de la trascripción. entre 10 y 120 posiciones anteriores al inicio de la replicación.
La secuencia del promotor suele ser TTGACA...TATAAT en procariontes y CAAT...TATA en eucarionte

- Señal de final de la transcripción

Se encuentra en el ADN
Es una secuencia palindrómica que suele ser Poli GC seguido de TTATTT o TTTTT

- Secuencias potenciadoras o silenciadoras de la trascripción

Se presentan en ocasiones (no en todos los procesos de transcripción) en posiciones anteriores al promotor (unas 200 a 10000 posiciones)

La cadena de ARN creada crece en sentido 5´-> 3´
La trascripción avanza en el sentido 3'->5´de la hebra molde de ADN

Proceso de trascripción

Inicio

- Las proteínas de reconocimiento se unen al promotor en el ADN
- Se abre la hebra de ADN.
- La ARN polimerasa se sitúa en la hebra molde
- Introduce un nucleótido trifosfato complementarios al del ADN

Elongación

La ARN polimerasa se separa del complejo de proteínas de reconocimiento

- La ARN polimerasa avanza una posición
- Introduce un nucleótidos trifosfato complementarios al del ADN en la nueva posición
- Une el núcleótido introducido al anterior mediante un enlace ester del ácido fosfórico liberando pirofosfato (PPi)

ARN polimerasa transcribiendo ADN

El proceso se repite indefinidamente hasta encontrar una secuencia de fin

Finalización

La ARN polimerasa reconoce la secuencia de fin y se libera al ARN formado

Video sobre trascripción

Otro video sobre transcripción

Activación o inhibición de la transcripción

La ARN polimerasa está activada o inhibida por proteínas que se unen a posiciones anteriores de la secuencia de ADN

Estos factores son los responsables de que nos todas las proteínas de un genoma tengan la misma expresión

El proceso es complejo e intervienen gran número de proteínas

Velocidad de transcripción

La velocidad de síntesis de la ARN pol de bacterias es de unos 40 nucleótidos por segundo
ARN formado va separándose según se sintetiza y el ADN vuelve a enrrollarse

Una misma hebra molde puede ser trascrita por varias ARN pol simultáneamente estando cada una de ellas a una distancia del origen y con un progreso en la trascripcción diferente.

En procariotas hay solo una ARNpol, en eucariotas hay varias, una para cada tipo de ARN

Tratamiento post-transcripcción de los ARN

Todos los ARN se forman de la misma manera. Tras sintetizarse deben modificarse según el destino del ARN.

ARNm

En células eucariotas. Se realiza en el núcleo celular
Se añade una cola poli-A en 3´. Unos 300 restos.
Una caperuza metilGTP invertida en 5´ (Se realiza mientras se transcribe)
Generalmente se eliminan restos del ARN (intrones) y se empalman los que si codifican para proteína (exones) dejando un ARNm maduro de menor longitud

Algunos ARNm pueden codificar proteínas diferentes eliminando intrones diferentes

Mecanismo de Splicing

ARNr

Se sintetiza un único ARN
Se divide por enzimas en los fragmentos de cada ribosoma (Tres en procariotas y cuatro en eucariotas)

ARNt

Disminución de tamaño. Modificación de bases

Restos de ARN y ARN no traducido sirven para la regulación genética

Video sobre ADN, replicación, transcripción, estructura ADN, epigenética

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Traducción

Proceso por el cual una molécula de ARNm proporciona información para la secuencia de una proteína.

Es un proceso mucho más complejo que la replicación y trascripción porque se ha de pasar de un códogo de 4 nucleótidos a uno de 20 aminoácidos.

Elementos de la traducción

Para que se produzca la Traducción hace falta:

- Aminoácidos

Los 20 aminoácidos que se encunetran en las proteínas

- ARNt

Unos 80 tipos de ARNt. (El mínimo teórico sería 61)
Llevan los aminoácidos

- Enzimas Aminoacil ARNt sintetasas

Unas 40 enzimas. (Mínimo teórico 20)
Unen aminoácidos con su correspondiente ARNt

- Subunidad mayor del ribosoma

- Subunidad menor del ribosoma

- ARNm

Porta la información para la secuencia de aminoácidos

- GTP

Fuente de energía para el proceso

- Otros factores reguladores

Proceso

Se suelen distinguir cuatro fases: Activación, Iniciación, Elongación y Finalización

Activación

Aminoacil ARNt sintetasa liga específicamente un ARNt a un aminoácido con consumo de ATP
La unión se produce mediante el grupo carboxilo del aa al alcohol libre en 3´ del ARNt
El enzima aminoacil ARNt sintetasa queda inalterada para una nueva unión
Existen varios ARNt posibles para cada aa. Pero núnca dos aminoácidos diferentes se unen a un mismo tipo de ARNt

Iniciación

- Unión de la subunidad menor del ribosoma al ARNm en 5´ (secuencia o caperuza).
- Consumo de una molécula de GTP
- Avance en sentido 5´->3´ hasta encontrar el codon de iniciación AUG
- Unión al codon de iniciación del ARNt-aa complemtario (Anticodon CAU) (ARN que corresponde a la metionina en eucariontas y formilmetionina en procariotas)
- Unión al complejo de de la subunidad mayor del ribosoma. Ribosoma completo
- Paso del sitio aminoacídico (A) al sitio peptídico (P) del ribosoma. Avance de tres nucleótidos

Elongación

- Lectura del nuevo codon en el sitio A
- Entrada del ARNt-aa complemantario
- Unión del péptido anterior al actual con cosumo de GTP. Grupo carboxilo reaccionacon amino formando el enlace peptídico
- Liberación del ARNt (sin aminoácido) del sitio P
- Paso del ARNt-pep del sitio A al sitio P

Repetición de este proceso hasta codon de finalización

Finalización

- El sitio A se encuentra con un código de finalización: UAA UAG ó UGA
- Proteína ribosómica impide que entre ningún ARNt-aa
- Se realiza una hidrolisis del carboxilo del ARNt-pep con gasto de GTP
- Se libera la cadena polipeptídica y el ARNt
- Se separan el ARNm, y las dos subunidades del ribosoma.

Video sobre traducción en Procariotas
Video sobre traducción en Eucariotas

Video sobre traducción

Tratamiento Post- traducción

En muchas proteínas se producen modificaciones tras la traducción. Son frecuentes :

- Eliminación de la metionina inicial de la cadena polipeptídica

- Plegamiento correcto mediante proteínas específicas : Chaperonas

- Establecimiento de puentes bisulfuro entre cisteínas (enzimas específicos)

- Unión a otras sustancias. Heteroproteínas

- Modificación de aminoácidos

- Cortes en cadenas

Balance de la traducción

La traducción es un proceso caro desde el punto de vista energético
Se consumen aminoácidos y GTP (4 unidades por aminoácido, 2 en activación y 2 en elongación más otras en el conjunto del proceso)

Se producen polipéptidos (péptidos o proteínas) y GDP+Pi

Se regeneran las macromoléculas implicadas (ARNm, ARNt, Subunidades del ribosoma) que pueden usarse para nuevas síntesis proteínicas

Localización

En procariotas se realiza en el citoplasma

En eucariotas va a depender de la secuencia inicial de la síntesis, en citoplasma o en el exterior del retículo endoplasmático granular.
También hay síntesis de proteínas en mitocondrias y cloroplastos

Sentidos de la transcripción y traducción

Transcripción

ARNpol avanza en el ADN de 3´a 5´
ARN en formación crece de 5´a 3´
Lo hace desde una secuencia de inicio de transcripción hasta una secuencia de fin

Traducción

Ribosoma hace avanzar al ARNm de 5´a 3´
Los aminoácidos se unen del amino a carboxilo terminal
Se realiza desde la secuencia de inicio AUG, leyéndose tripletes hasta encontrar uno de fin UAA, UAG, UGA
Un mismo ARNm puede llevar varios inicios (virus)

Video sobre síntesis de proteínas

Departamento de bioquímica de la Universidad de Stanford
Realizada en 1971: Muy Jipi
15 min

En Inglés

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El Código genético

Se llama Código Genético a la correspondencia existente entre los nucleótidos del ARNm y los aminoácidos en la síntesis de proteínas

Este código tiene una serie de peculiaridades:

Es unidireccional
Se lee siempre de 5´a 3´

Carece de solapamientos y espacios
Todas las bases se leen a partir del código de inicio.

No es ambiguo
Cada triplete tiene una información única

Es universal
Todos los seres vivos comparten el mismo código genético
(Hay pequeñas excepciones en genomas de organismos sencillos y orgánulos celulares)

Código Genético
Correspondencia entre las bases de 5´-> 3´en ARNm . (Codones) con Aminoácidos

A**

G**

C**

U**

AAA	Lys
AAG	Lys
AAC	Asn
AAU	Asn

GAA	Glu
GAG	Glu
GAC	Asp
GAU	Asp

CAA	Gln
CAG	Gln
CAC	His
CAU	His

UAA
UAG
UAC	Tyr
UAU	Tyr

*A*

AGA	Arg
AGG	Arg
AGC	Ser
AGU	Ser

GGA	Gly
GGG	Gly
GGC	Gly
GGU	Gly

CGA	Arg
CGG	Arg
CGC	Arg
CGU	Arg

UGA
UGG	Trp
UGC	Cys
UGU	Cys

*G*

ACA	Thr
ACG	Thr
ACC	Thr
ACU	Thr

GCA	Ala
GCG	Ala
GCC	Ala
GCU	Ala

CCA	Pro
CCG	Pro
CCC	Pro
CCU	Pro

UCA	Ser
UCG	Ser
UCC	Ser
UCU	Ser

*C*

AUA	Ile
AUG	Met *
AUC	Ile
AUU	Ile

GUA	Val
GUG	Val
GUC	Val
GUU	Val

CUA	Leu
CUG	Leu
CUC	Leu
CUU	Leu

UUA	Leu
UUG	Leu
UUC	Phe
UUU	Phe

*U*

Es arbitrario
No existe una relación directa entre los aminoácidos y tripletes que codifican para ellos
La universalidad de un código arbitrario es una prueba del de origen único de todos los seres vivos actuales

Es degenerado
Frecuentemente varios tripletes codifican para el mismo aminoácido.
La tercera base del anticodon es menos importante que las dos primeras.
Parecen ser una ampliación de un código ancestral de dos bases

Los aminoácidos pueden estar codificados por un solo triplete como la Metionina (Met) o el triptófano (Trp), hasta 6 como la Arginina (Arg), Leucina (Leu), y Serina (Ser). La mayoría están codificados por dos tripletes o por cuatro.

Las dos primeras bases del codon son más importantes en el aminoácido codificado, la última es menos decisiva, especialmente si es de diferente tamaño.

Esta característica se interpreta en ocasiones como un indicio de un código genético con menos aminoácidos en las que las bases se leían de dos en dos o como una menor afinidad de la tercera base a la que corresponden los mismos aminoácidos con el fin de disminuir errores.

Codones de cada aminoácido
Aminoácido	Codones
Gly	4	GGA	GGG	GGC	GGU
Ala	4	GCA	GCG	GCC	GCU
Val	4	GUA	GUG	GUC	GUU
Leu	6	CUA	CUG	CUC	CUU	UUA	UUG
Ile	3	AUA	AUC	AUU
Met	1	AUG
Cys	2	UGC	UGU
Ser	6	AGC	AGU	UCA	UCG	UCC	UCU
Thr	4	GCA	GCG	GCC	GCU
Asp	2	CAC	CAU
Glu	2	CAA	CAG
Lys	2	AAA	AAG
Arg	6	AGA	AGG	CGA	CGG	CGC	CGU
Asn	2	AAC	AAU
Gln	2	CAA	CAG
Phe	2	UUC	UUU
Tyr	2	UAC	UAU
His	2	CAC	CAU
Trp	1	UGG
Pro	4	CCA	CCG	CCC	CCU
Final	3	UAA	UAG	UGA

Ejemplo

Este es un ejemplo de la proteína que codificaría un fragmento de ADN de doble cadena.
Supóngase que la secuencia de iniciación de la ARNpol es 3´ TTATT 5' y la secuencia de fin 3´ AATAT 5´
El ejemplo no es totalmente real pues las secuencias de incicio de trascripción y traducción son más complejas que las apuntadas.

ADN hebra 1

5´

3´

5´

ADN hebra 2

Lectura de la hebra 1

ADN hebra 1

Fin

Inicio

5´

3´

5´

ARNm 1

5´

ARNm 1

3´

Inicio

Fin

Met

Ser

Ala

His

Péptido 1

Lectura de la hebra 2

ADN hebra 2

Inicio

Fin

3´

5´

3´

ARNm 2

5´

ARNm 2

3´

Inicio

Fin

Met

Leu

Ser

Gli

Gln

Thr

Péptido 2

¿Qué efecto tendría una mutación en la base 15 del ADN marcada con * una G por la C?

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Otro video sobre trascripción y traducción

Otro

Amplificación génica

Un solo fragmento (gen) en un ADN tiene que tener efectos en una célula entera o en un organismo.
Esto requiere un proceso de de amplificación muy importante. La información ha de ampliarse enormemente para que se exprese en una célula o en un organismo.

Los principales procesos que consiguen esto son:

- Un gen en el ADN se puede leer un número ilimitado de veces produciendo cientos o miles de ARNm con la misma secuencia.

- Cada ARNm al traducirse produce varias proteínas idénticas antes de ser destruído por ARNasas celulares

De este modo se pueden producir miles de proteínas o millones de copias de una misma proteína en una célula.

El número de copias de una proteína depende de los ritmos de transcripción, traducción y de degradación de los ARNm y las proteínas

El ritmo de síntesis es regulado por procesos de retroalimentación negativa

Las proteínas pueden catalizar reacciones químicas o trasportar sustancias.
Cada proteína puede realizar cientos o miles de veces esta operación por segundo, por este motivo la activación de un gen puede tener un efecto sobre el conjunto de la célula.

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Genes

Inicialmente fueron definidos como factores hereditarios.

En genética mendeliana un gen es un factor heredable.
Posee diferertes variedades llamadas alelos

Posteriormente se los identificó con fragmentos de cromosomas

Se descubrió el ADN los mecanismos de replicación, transcripción y traducción y se observó que la base física de los genes era el ADN de los cromosomas

En los años 50 del pasado siglo se definieron como fragmentos de ADN que codifican para proteínas:
Teoría Una proteína un gen
Según esta tería, los organismos con más genoma producirían más tipos de proteínas

Esta concepción del gen tenía varios problemas importantes:

- ARNt y ARNr no sintetizan proteínas y su alteración tiene consecuencias genéticas; por lo tanto tienen genes

- Lo mismo ocurre con otros ARN menos conocidos: micro ARN y ARN interferentes

- Secuencias de reconocimiento y reguladoras codifican para proteínas pero son fundamentales en su formación

- Los intrones de las proteínas también tienen importancia genética

- Las secuencias estructurales del ADN también tienen importancia genética

Se ha comprobado que los organismos con más genoma no tienen por qué producir más proteínas, especialmente en eucariotas la relación no se cumple y especialmente en algunos organismos

Por tanto desde el punto de vista de la biología molecular se puede hablar de varios tipos tipos de genes:

Genes con transcripción y traducción:

Información para Proteínas.
Coinciden con el concepto una proteína un gen

Genes con transcripción sin traducción:

- Intrones de ARNm
- ARNt . ARNr . ARN interferente. Otros ARN eucariotas

Genes sin transcripción ni traducción:

Secuencias marcadoras en ADN . Secuencias reguladoras
ADN estructural

Gen en wikipedia

Porcentaje del ADN humano dedicado a diferentes funciones
Expresión	Función	Porcentaje
No transcrito (38 %)	Sin función conocida	18,6 %
	Estructurales y otras	11,3 %
	Reguladoras	8,1 %	8,4 millones de secuencias 45 millones de lugares de unión	Promotores Silenciadores Aislantes
Transcrito (62 %)	Secuencias no codificantes	58,9 %	9.640 tipos de ARNlnc langos	ARNr
	Secuencias no codificantes	58,9 %	8.801 tipos de ARNs cortos	ARNt ARNmi ARNsn ARNsno
	Secuencias codificantes	2.9 %	20.867 secuencias	ARNm
	Secuencias codificantes	2.9 %	1,5 %Información en proteínas	ARNm maduro

Número de genes en las células

En número de genes que sintetizan para proteínas es variable en las células pero mucho menos de lo que sería esperable atendiendo a su complejidad externa

Los números no tienen muchas veces que ver con la complejidad del organismo

Genoma y genes codificantes para proteína en procariotas y eucariotas típicos

Procariotas Eucariotas

ADN 3E6 pb 3E9 pb (humanos)

Genes para proteínas Mayoría se transcribe en ARN
85% del genoma se trascribe en proteínas

Mucha secuencia no codificadora para proteínas
Del 30 al 99 % del ADN no se trascribe para proteínas
(Sólo 1,5% del genoma humano se transcribe en proteínas)
Mucho ADN se trascribe en ARN pero no se traduce sirve como regulador: genes no proteínicos
(62% del genoma humano se transcribe)

Formación de proteínas Unos 3.000 genes en ADN para proteínas en bacterias típicas.
Mínimo 500 genes en bacterias más simples
Protistas 6.000 - 10.000 genes

Animales 14.000 - 24.000 genes
Todos parecidos a pesar de sus diferencias morfológicas
- Nemátodo 19.000
- Insecto 14.000
- Vertebrados superiores 21.000

Plantas de 25.000 a 40.000 genes

Genoma de algunos organismos

Organismo Taxón
Genoma (pb)

Proteínas

Células
Mycoplasma genitalium

Bacteria - Mycoplasma

580.000

500

Eschericia coli

Bacteria - Enterobacteria

4.640.000

4.400

Prochlorococcus Bacteria - Cianobacteria
1.700.000

1.900

Nostoc Bacteria - Cianobacteria
9.000.000

7.400

Halobacterium NRC-1 Arquea Halófila
2.600.000

2.333

Amoeba Amoebozoo
290.000.000.000
.

Polychaos Amoebozoo
670.000.000.000
.

Saccharomyces cerevisiae

Hongo - Levadura

12.068.000

5.800

Caenorhabditis elegans

Animal - Nemátodo

97.000.000

19.500

Drosophila melanogaster

Animal - Artrópodo - Insecto

180.000.000

13.600

Selenopsis invicta Animal - Artrópodo - Insecto
480.000.000

16.600

Danio rerio

Animal - Vertebrado - Osteictio

1.700.000.000

22.000

Protopterus aethiopicus

Animal - Vertebrado - Osteictio

130.000.000.000

.

Mus musculus

Animal - Vertebrado - Mamífero

2.600.000.000

29.000

Homo sapiens

Animal - Vertebrado - Mamífero

3.200.000.000

27.000

Arabidopsis thaliana

Planta - Dicotiledonea - Crucífera

125.000.000

25.500

Oryza sativa

Planta - Dicotiledonea - Gramínea

466.000.000

60.000

Zea maiz Planta - Dicotiledonea - Gramínea
40.000

Cebolla Planta - Monocotiledónea- Liliácea
15.000.000.000

Fritillaria assyriaca

Planta - Monocotiledónea- Liliácea

120.000.000.000

.

Orgánulos Cloroplasto .
140.000

150

Mitocondria humana
16.569

13

Virus Influenza virus Virus de ARN
13.000

11

Sars CoV 2 . Coronaviris Virus de ARN monocatenario +
30.000

20

VIH Virus
9.800

15 ?

Otros Plásmido .
6.000

3

Viroide
200

0

Trasposon
5.000

3

El mayor número de genes de organismos eucariotas y pluricelulares se supone que tiene que ver con la secreción de sustancias y mecanismos de reconocimiento delular

Comparación del genoma de bacterias y levaduras

Bacteria
E.coli

Levadura S.cerevisiae

Genoma (pb)
4.640.000

12.068.000

Proteínas
4.300

6.200

Metabolismo

650

650

Energía almacenamiento

240

175

Trasporte membrana

280

250

ADN: replicación, reparación, recombinación

120

175

Trascripción

230

400

Traducción

180

350

Secreción

35

430

Estructurales

180

250

En estudios del genoma de organismos superiores se han encontrado numerosos genes fósiles que no se trascriben por modificaciones en su secuencia de reconocimineto

También existen genomas víricos inactivos o latentes y otros entes genéticos como trasposones

Genes no celulares

Otros entes biológicos no celulares también poseen genes:

Virus

Plásmidos

Trasposones

Se estudiarán en el capítulo de virus

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Diferencias entre bacterias, arquéas y eucariotas

Características genéticas		Bacterias	Arquéas	Eucariotas
Genes	Para proteínas	No muchos 500 - 5.000	No muchos 500 - 3.000	Muchos 4.000 - 30.000
	Estructura	Continuos	Algunas con intrones	Con intrones
	ADN regulador	Escaso		Abundante
ADN	Estructura	Doble hélice Sin Histonas. Con otras proteínas estructurales	Doble hélice Asociado a proteínas semejantes a histonas	Doble hélice lineal Asociado a Histona y PCNH. Nucleosoma, solenoide, ....
	Localización	En citoplasma	En citoplasma	En el núcleo celular en interfase
	Cromosomas	Cromosoma circular único	Cromosoma circular único	Varios cromosomas lineales
	Pares de bases	E6 E7	E6	E8 E11
	Sec. repetidas	Pocas		Muchas
Replicación	Velocidad	Rápida		Más lenta
Replicación	Origen	Origen único	Variable; único o múltiple	Origen múltiple; miles de sitios
Transcripción	Polimerasa	Un solo tipo de ARN polimerasa	ARN polimerasas complejas	Tres tipos de ARN polimerasa ARNpolI –> ARNr ARNpolII –> ARNm ARNpolIII –> ARNt y otros
	Lugar	En citoplasma	En citoplasma	En núcleo
	Velocidad	Rápida		Más lenta
Maduración	ARNm	Sin intrones	Con intrones	Con intrones
Traducción	Tipo de ribosoma	Ribosomas pequeños	Ribosomas mayores	Ribosomas mayores
Traducción	Localización	En citoplasma libres o en polisomas	En citoplasma libres o en polisomas	En citoplasma libres o ligados al REP
Otro material genético		Con plásmidos	Pocos plásmidos	Sin plásmidos

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Vínculos
	Gen en wikipedia
	Animación de Replicación	Jonh Kick
	Animación de Trascripción	Jonh Kick
	Anumación de Traducción	Jonh Kick
	Video sobre ADN, replicación, transcripción, estructura ADN, epigenética

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