Biologia Molecular Essencial: Replicació, Transcripció, Traducció i Proteïnes

La Replicació de l'ADN: Mecanisme i Procés

És el mecanisme molecular pel qual l'ADN produeix una còpia de si mateix. La replicació és semiconservadora, és a dir, en cadascuna de les molècules filles es conserva una de les cadenes originals.

La replicació en procariotes comença amb la formació de la bombolla de replicació. El procés s'inicia amb l'acció de les helicases, que trenquen els ponts d'hidrogen que uneixen les bases nitrogenades de les dues cadenes de l'ADN, així separen les cadenes i es forma la forqueta de replicació. Les proteïnes SSB (single-strand binding proteins) intervenen impedint que les dues cadenes es tornin a unir. Seguidament, les topoisomerases eviten el superenrotllament que es formaria a causa de la separació de la doble hèlix més enllà de la forquilla de replicació. Ho fan eliminant les tensions a base de talls i unions.

A continuació, la primasa col·loca un primer o encebador (petit fragment d'ARN) a cada cadena que complementa la cadena d'ADN per poder iniciar la replicació, facilitant l'acció de l'ADN polimerasa III, que anirà afegint nucleòtids complementaris a les cadenes a partir del primer. La seva activitat polimerasa és en sentit 5'-3'. Les cadenes d'ADN de la nova síntesi creixeran en aquest mateix sentit. Aquest procés donarà pas a una cadena líder (es copia de forma continuada a mesura que avança la forquilla de replicació) i una cadena retardada. A la cadena retardada apareixeran els fragments d'Okazaki que es copiaran en petites parts, ja que la maquinària de replicació haurà d'esperar que es formi un fragment d'ADN suficient per poder copiar-lo en sentit 5'-3'.

Diferències en la Replicació: Procariotes vs. Eucariotes

• Procariotes: al citosol, ADN més curt (menor quantitat a replicar), un punt d'inici de replicació, 3 polimerases diferents, fragments d'Okazaki llargs, ADN circular (sense telòmers), més rapidesa.
• Eucariotes: al nucli, ADN més llarg (major quantitat a replicar), múltiples punts d'inici, més de 3 polimerases amb moltes variants (α, β, δ, ε, γ), fragments d'Okazaki curts, ADN lineal (amb telòmers i activitat telomerasa), procés més lent.

La Transcripció Genètica: De l'ADN a l'ARN

És un mecanisme molecular pel qual les seqüències d'ADN són copiades a ARN. En el procés de la transcripció, la cadena que es transcriu s'anomena cadena motlle o no codificant i és complementària a l'ARN que es transcriu. En canvi, la complementària de la cadena motlle és la cadena codificant (no es transcriu), aquesta té la mateixa seqüència que l'ARN que es transcriu, a excepció que en comptes d'Uracils, conté Timines (fa el canvi d'Uracils per Timines).

En procariotes, el procés s'inicia amb la unió de l'ARN polimerasa a l'ADN en la regió promotora del gen. El gen promotor fa que l'ARN polimerasa sàpiga quina cadena s'ha de transcriure perquè després es pugui formar la bombolla de transcripció. Seguidament, es van afegint nucleòtids complementaris a la cadena motlle d'ADN. L'ARN polimerasa es desplaça per la cadena motlle des de l'extrem 3' fins al 5' i sintetitza una cadena d'ARN en sentit 5'-3'.

La transcripció es pot acabar de dues vies diferents, un cop l'ARN polimerasa arriba a la seqüència terminadora del gen. En el cas del Rho-dependent, aquest puja pel transcrit d'ARN en direcció 5'-3'. Quan arriba a la bombolla de transcripció, la desfà i separa el transcrit d'ARN i la cadena d'ADN.

En el cas del Rho-independent, les seqüències terminadores són riques en G i C, les quals alenteixen el procés de la transcripció i, quan són transcrites, es pleguen sobre si mateixes separant el transcrit i desfent la bombolla de transcripció.

Splicing: Maduració de l'ARNm en Eucariotes

És un procés dels eucariotes que consisteix en l'eliminació dels introns i la unió dels exons per donar lloc a l'ARNm definitiu.

Diferències en la Transcripció: Procariotes vs. Eucariotes

• Procariotes: simple i ràpid, ARNm transcrit ja és funcional, ARN es tradueix mentre es transcriu, 1 única ARN polimerasa, ARNm és policistrònic, no hi ha introns.
• Eucariotes: complex i llarg, ARNm ha de madurar, ARNm viatja del nucli al citoplasma, 3 ARN polimerases, ARNm és monocistrònic (generalment), hi ha exons i introns.

La Traducció de Proteïnes: Del Codi Genètic a la Funció

És el procés de síntesi de les proteïnes a partir de l'ARNm, el qual té lloc al citoplasma i segueix les instruccions del codi genètic; el conjunt de regles que defineix com es tradueix una seqüència de nucleòtids en l'ARN a una seqüència d'aminoàcids en una proteïna.

Està organitzat en triplets o codons (seqüència de 3 nucleòtids), és degenerat (1 aminoàcid pot estar codificat per més d'un triplet), no té superposicions (1 nucleòtid pertany a un únic triplet), la seva lectura és contínua, i també és universal (cada triplet codifica per al mateix aminoàcid).

En procariotes, s'inicia amb el muntatge dels components que realitzen el procés: l'ARNm, l'ARNt i el ribosoma (dividit en dues subunitats i format per proteïnes, que estabilitzen l'estructura, i l'ARNr que conforma la part catalítica, és el ribozim).

Diferències en la Traducció: Procariotes vs. Eucariotes

• Procariotes: ARNm policistrònics, molts llocs d'inici de traducció, ARN es tradueix mentre es transcriu, ribosomes 70S, ribosomes lliures al citoplasma, 1r aminoàcid fMet.
• Eucariotes: 1 ARNm = 1 proteïna, 1 únic lloc d'inici, ARNm viatja del nucli al citoplasma, ribosomes 80S, al citoplasma o associats al RE rugós, 1r aminoàcid Met.

Tipus d'ARN: Funcions Essencials en la Cèl·lula

• ARNm (missatger): la informació de l'ADN és copiada a l'ARNm i posteriorment traduïda a les proteïnes. La seva funció és copiar la informació de l'ADN del nucli de la cèl·lula i dur-la al citoplasma fins als ribosomes, que són els encarregats de llegir aquesta informació i sintetitzar les proteïnes corresponents.
• ARNt (de transferència): té com a funció transportar un aminoàcid concret cap als ribosomes, per així poder efectuar la síntesi de proteïnes durant la traducció.
• ARNr (ribosòmic): s'associa amb proteïnes per a formar els ribosomes. La part catalítica dels ribosomes és l'ARNr, mentre que les proteïnes estabilitzen l'estructura. Bases principals i secundàries.

Punt Isoelèctric (pI) dels Aminoàcids

El Punt Isoelèctric (pI) d'un aminoàcid és aquell valor de pH on aquest presenta una càrrega neta = 0. Quan el pH del medi és igual al pI de l'aminoàcid, la forma predominant en la qual es trobarà l'aminoàcid serà el zwitterió. A cadascun dels grups funcionals d'un aminoàcid li correspon un valor de pK. El pK és el valor de pH al qual el 50% del grup es troba protonat i l'altre 50% desprotonat.

Les Proteïnes: Estructura, Classificació i Funcions

Classificació de les Proteïnes

• Holoproteïnes
• Heteroproteïnes
• Cromoproteïnes
• Glicoproteïnes
• Lipoproteïnes
• Fosfoproteïnes
• Nucleoproteïnes

Funcions Principals de les Proteïnes

• Estructural
• De reserva
• De transport
• Enzimàtica
• Hormonal
• Contràctil
• De defensa
• Homeostàtica
• De senyalització

Tipus d'Inhibició Enzimàtica

Hi ha dos tipus d'inhibició enzimàtica:

• Inhibició competitiva: l'inhibidor competeix amb el substrat per unir-se al centre actiu de l'enzim, impedint així la formació del complex enzim-substrat.
• Inhibició no competitiva: l'inhibidor s'uneix a un lloc diferent del centre actiu, provocant un canvi de conformació que bloqueja l'activitat de l'enzim.

Els activadors enzimàtics són molècules orgàniques que s'uneixen a un centre regulador de l'enzim.

La Desnaturalització de les Proteïnes

La desnaturalització de les proteïnes és la pèrdua de l'estructura terciària i secundària a causa del trencament dels enllaços febles que les constitueixen.