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¿Cuál es la diferencia entre expresión génica y síntesis de proteínas?

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No tengo idea de lo que se supone que debo hacer. ¿Alguien puede ayudarme por favor? ¿Cuál es la diferencia entre expresión génica y síntesis de proteínas?


Según el artículo homónimo de Wikipedia

La expresión génica es el proceso mediante el cual se utiliza la información de un gen en la síntesis de un producto génico funcional.

Estos productos son a menudo proteínas, pero en genes que no codifican proteínas, como genes de ARN de transferencia (ARNt) o ARN nuclear pequeño (ARNnn), el producto es un ARN funcional.

Como se muestra en esta imagen, la expresión génica consiste en transcripción genética, que da como resultado un ARNm, maduración del ARNm (empalme, incorporación de una cola de poli (A), taponamiento,…) y finalmente síntesis de proteínas por medio de traducción del ARNm maduro.

Una vez más, el artículo homónimo de Wikipedia nos dice qué es la síntesis de proteínas:

La síntesis de proteínas es el proceso mediante el cual las células biológicas generan nuevas proteínas […]. Traducción, el ensamblaje de aminoácidos por ribosomas., es una parte esencial de la vía biosintética, junto con la generación de ARN mensajero (ARNm), aminoacilación de transferencia de ARN (ARNt), transporte cotraduccional y modificación postraduccional.

La siguiente imagen describe el proceso de traducción del ARNm por los ribosomas que da como resultado un polipéptido.

Una vez plegado en su estructura 3D adecuada, el polipéptido se convierte en una proteína funcional.

Para funcionar correctamente, algunas proteínas necesitan modificaciones postraduccionales, que es (citando a Wikipedia nuevamente) la modificación covalente de proteínas después de la biosíntesis de proteínas y va más allá del alcance de esta respuesta.


¿Cuál es la diferencia entre expresión génica y síntesis de proteínas? - biología

Una de las actividades más importantes de una célula es la producción de proteínas que cumplen funciones importantes en la célula: estructurales, enzimáticas, hormonales y más. Las instrucciones para construir todas las proteínas que un organismo necesita producir se encuentran en las moléculas de ADN de los cromosomas. Los cromosomas nunca abandonan el núcleo de la célula. Sin embargo, la síntesis de proteínas la llevan a cabo los ribosomas, pequeñas estructuras que flotan libremente en el citoplasma o están unidas a redes de membranas que se abren paso serpenteando a través de la célula y tanto fuera del núcleo.

Esta sección explicará breve y superficialmente la forma en que las instrucciones llegan a los ribosomas y cómo se traducen al lenguaje de las proteínas. Esta información no es fundamental para comprender el uso del ADN para la genealogía, pero constituye una base para comprender la forma en que se expresan las mutaciones genéticas y una base para comprender las diferencias genéticas.

Una proteína es una molécula en forma de cadena construida de subunidades de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Obtenemos la mayoría de nuestros aminoácidos mediante la digestión de las proteínas ingeridas con nuestros alimentos. El proceso digestivo rompe las cadenas de proteínas en moléculas de aminoácidos individuales que luego son absorbidas por la sangre y transportadas a las células individuales del cuerpo. Las células humanas también pueden fabricar algunos aminoácidos. Sin embargo, ocho de los aminoácidos que son esenciales para la construcción de proteínas humanas deben obtenerse de los alimentos. Los ocho aminoácidos esenciales son fenilalanina, valina, leucina, isoleucina, lisina, treonina, triptófano y metionina. La histidina es esencial para los bebés pero no para los adultos.

Transcripción

Durante la síntesis de proteínas, los aminoácidos que flotan libremente se vuelven a ensamblar en nuevas cadenas. Cada tipo de proteína tiene su propia secuencia particular de aminoácidos que difiere de la secuencia en cualquier otro tipo de proteína. De la misma manera que el orden de las letras en una palabra le da su propia forma y significado específico, es el orden de los aminoácidos en la cadena lo que determina la estructura y función de la proteína.

El código para ordenar los aminoácidos de una proteína se escribe como una secuencia de bases en el ADN del núcleo. Sin embargo, dado que el ADN nunca sale del núcleo y las proteínas son construidas por ribosomas en el citoplasma, las instrucciones deben llevarse a cabo de alguna manera desde el núcleo hasta los ribosomas.

Imagen cortesía del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, modificada para este sitio web


J. Los ARNt mutantes pueden actuar como supresores

una. Las mutaciones en un segundo sitio que pueden superar una mutación sin sentido o sin sentido en un sitio original son supresores . Si la mutación original se invierte a tipo salvaje, esto se denomina reversión genotípica o mutación inversa. Tanto la supresión como la reversión producirán un fenotipo de tipo salvaje (al menos uno parcial) a partir de una mutación original & # 8209 la distinción es si se cambia la mutación original (reversión genotípica) o si se altera un segundo sitio (supresión).

B. El supresor puede ser intragénico o extragénico.

C. Estos segundos sitios que pueden mutar para suprimir una mutación original generalmente codifican un componente celular que interactúa con el componente codificado por el locus originalmente mutado. El aislamiento de supresores se puede utilizar para reconstruir vías o estructuras celulares complejas.

2. Supresores de tonterías

una. Los supresores sin sentido suelen ser ARNt mutantes que todavía aceptan un aminoácido pero cuyo anticodón se ha alterado para coincidir con un codón de terminación.

B. P.ej. supE codifica un tRNA gln mutante

C. El lado negativo de la supresión sin sentido es que el ARNt supresor puede actuar en cualquier codón ámbar. Por tanto, compite con los factores de liberación en el reconocimiento de los codones de terminación normales. Cuando se usa el ARNt supresor en lugar de liberar factores, la traducción avanza más abajo en el ARNm de lo que se supone, lo que conduce a la producción de proteínas aberrantes. Cepas supresoras de E. coli pueden estar bastante enfermas (es decir, no crecen tan bien como las cepas de tipo salvaje).

D. Otros dos supresores ámbar están codificados por el supD gen, que codifica un ARNt que insertará Ser en un UAG, y supF , que insertará Tyr.

Estos son ARNt mutantes que conducen a la inserción de un aminoácido que es compatible con el aminoácido de tipo salvaje (alterado por la mutación original).

Estos son ARNt mutantes cuyo anticodón se ha expandido (¿o contraído?) Para coincidir con la mutación alteradora de longitud en el ARNm.

P.ej. Considere una mutación original 5'GGG & # 8209 & gt 5'GGGG (inserte una G).

Un supresor de cambio de fotograma también tendría una C adicional en el anticodón.

wt tRNA anticodón 3'CCC & # 8209 & # 8209 & gt supresor tRNA 3'CCCC.

Preguntas sobre el Capítulo 14. Traducción

14.1 (POB) La metionina tiene un solo codón.

La metionina es uno de los dos aminoácidos que tiene un solo codón. Sin embargo, el codón único para la metionina puede especificar tanto el residuo iniciador como los residuos Met interiores de los polipéptidos sintetizados por E. coli. Explique exactamente cómo es posible.

14.2 ¿Son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones relativas a la aminoacil y la ARNtRNA sintetasa?

a) Se han definido dos clases distintas de enzimas que no están muy relacionadas entre sí.

b) Las enzimas escanean los ARNt de aminoacilo # 8209 sintetizados previamente y escinden cualquier aminoácido que esté ligado al ARNt incorrecto.

c) La corrección puede ocurrir en la formación del intermedio de aminoacil y adenilato (en algunas sintetasas) o en el aminoacil y # 8209tRNA (en otras sintetasas) para asegurar que el aminoácido correcto está unido a un tRNA dado.

d) El producto de la reacción tiene un enlace éster de alta energía entre el carboxilo de un aminoácido y un hidroxilo en la ribosa terminal del ARNt.

14.3 Se incubó una preparación de ribosomas en el proceso de síntesis del polipéptido insulina en presencia de los 20 aminoácidos radiomarcados, tRNA, aminoacil-tRNA sintetasas y otros componentes necesarios para la síntesis de proteínas. Todos los aminoácidos tienen la misma radiactividad específica (recuentos por minuto por nanomol de aminoácido). Se necesitan diez minutos para sintetizar una cadena de insulina completa (desde el inicio hasta la terminación) en este sistema. Después de la incubación durante 1 minuto, el terminado Las cadenas de insulina se escindieron con tripsina y se determinó la radiactividad de los fragmentos.

a) ¿Qué fragmento tríptico tiene la mayor actividad específica?

b) En el mismo sistema descrito anteriormente, las cadenas polipeptídicas de insulina todavía unido a los ribosomas después de diez minutos se aislaron, se escindieron con tripsina y se determinó la actividad específica de cada péptido tríptico. ¿Qué péptido tiene la mayor actividad específica?

14.4 ¿Qué componente de la maquinaria de síntesis de proteínas de E. coli realiza la función listada para cada declaración.

a) Translocación del peptidil-tRNA del sitio A al sitio P del ribosoma.

b) Unión de f-Met-tRNA al mRNA en la subunidad ribosomal pequeña.

c) Reconocimiento de los codones de terminación UAG y UAA.

d) Mantiene el iniciador AUG en registro para la formación del complejo de iniciación (a través del emparejamiento de bases).

14.5 a) En el inicio de la traducción en E. coli , ¿a qué subunidad ribosómica se une inicialmente el ARNm?

b) ¿Qué secuencias de nucleótidos en el ARNm se requieren para dirigir el ARNm al sitio de unión inicial en el ribosoma?

c) ¿Qué otros factores se requieren para formar un complejo de iniciación?

14.6 ¿Qué pasos en la activación de aminoácidos y elongación de una cadena polipeptídica requieren la hidrólisis de enlaces fosfato de alta energía? ¿Qué enzimas catalizan estos pasos o qué factores proteicos se requieren?

14.7 (POB) Mantener la fidelidad de la síntesis de proteínas

Los mecanismos químicos utilizados para evitar errores en la síntesis de proteínas son diferentes de los utilizados durante la replicación del ADN. Las ADN polimerasas utilizan una actividad de corrección de pruebas de exonucleasa 3 '5' para eliminar los nucleótidos mal apareados insertados incorrectamente en una cadena de ADN en crecimiento. No existe una función de corrección análoga en los ribosomas y, de hecho, nunca se comprueba la identidad de los aminoácidos unidos a los ARNt entrantes y agregados al polipéptido en crecimiento. Un paso de corrección de pruebas que hidrolizara el último enlace peptídico formado cuando se insertaba un aminoácido incorrecto en un polipéptido en crecimiento (análogo al paso de corrección de pruebas de las ADN polimerasas) en realidad sería químicamente impracticable. ¿Por qué? (Sugerencia: considere cómo se mantiene el vínculo entre el polipéptido en crecimiento y el ARNm durante la fase de elongación de la síntesis de proteínas).

14.8 (POB) Expresando un gen clonado.

Ha aislado un gen vegetal que codifica una proteína que le interesa. ¿Cuáles son las secuencias o sitios que necesitará para que este gen se transcriba, traduzca y regule en E. coli .)?

14.9 Los tres codones AUU, AUC y AUA codifican isoleucina. Corresponden a un quothybrid entre una familia de codones (4 codones) y un par de codones (2 codones). El codón único AUG codifica metionina. Dada la prevalencia de pares de codones y familias para otros aminoácidos, ¿cuáles son las hipótesis de cómo podría haber evolucionado esta situación para la isoleucina y la metionina?

14.10 Utilice los siguientes procesos para responder las partes a-c:

[1] síntesis de aminoacil-tRNA a partir de un aminoácido y tRNA.

[2] unión de aminoacil-tRNA al ribosoma para elongación.

[3] formación del enlace peptídico entre peptidil-tRNA y aminoacil-tRNA en el ribosoma.

[4] translocación de peptidil-tRNA del sitio A al sitio P en el ribosoma.

[5] ensamblaje de un espliceosoma para la eliminación de intrones del pre-ARNm nuclear.

[6] eliminación de intrones del pre-ARNm nuclear después del ensamblaje de un espliceosoma.

[7] síntesis de un límite 5 'en ARNm eucariota.

(a) ¿Cuál de los procesos anteriores requiere ATP?

(b) ¿Cuál de los procesos anteriores requiere GTP?

(c) ¿Para cuál de los procesos anteriores hay evidencia de que el ARN se usa como catalizador?


Descripción general de la expresión de proteínas

Las proteínas se sintetizan y regulan según la necesidad funcional de la célula. Los planos de las proteínas se almacenan en el ADN y se decodifican mediante procesos transcripcionales altamente regulados para producir ARN mensajero (ARNm). El mensaje codificado por un ARNm se traduce luego en una proteína. La transcripción es la transferencia de información del ADN al ARNm y la traducción es la síntesis de una proteína basada en una secuencia especificada por el ARNm.

Diagrama simple de transcripción y traducción. Esto describe el flujo general de información desde la secuencia de pares de bases de ADN (gen) a la secuencia de polipéptidos de aminoácidos (proteína).

En los procariotas, el proceso de transcripción y traducción ocurren simultáneamente. La traducción de ARNm comienza incluso antes de que se sintetice completamente una transcripción de ARNm maduro. Esta transcripción y traducción simultáneas de un gen se denomina transcripción y traducción acopladas. En eucariotas, los procesos están separados espacialmente y ocurren secuencialmente con la transcripción en el núcleo y la traducción, o síntesis de proteínas, en el citoplasma.

Comparación de transcripción y traducción en procariotas frente a eucariotas.

Este manual de 118 páginas proporciona información completa sobre la expresión de proteínas y lo ayudará a elegir el sistema de expresión y las tecnologías de purificación adecuados para su aplicación y necesidades específicas. Obtenga consejos y trucos al comenzar un experimento y encuentre respuestas a los problemas cotidianos relacionados con la expresión de proteínas.

La transcripción se produce en tres pasos tanto en procariotas como en eucariotas: iniciación, alargamiento y terminación. La transcripción comienza cuando el ADN bicatenario se desenrolla para permitir la unión de la ARN polimerasa. Una vez que se inicia la transcripción, la ARN polimerasa se libera del ADN. La transcripción está regulada a varios niveles por activadores y represores y también por la estructura de la cromatina en eucariotas. En los procariotas, no se requiere ninguna modificación especial del ARNm y la traducción del mensaje comienza incluso antes de que se complete la transcripción. En eucariotas, sin embargo, el ARNm se procesa más para eliminar los intrones (empalme), se agrega una tapa en el extremo 5 'y múltiples adeninas en el extremo 3' del ARNm para generar una cola poliA. Luego, el ARNm modificado se exporta al citoplasma donde se traduce.

La traducción o síntesis de proteínas es un proceso de varios pasos que requiere macromoléculas como ribosomas, ARN de transferencia (ARNt), ARNm y factores proteicos, así como moléculas pequeñas como aminoácidos, ATP, GTP y otros cofactores. Hay factores proteicos específicos para cada paso de la traducción (consulte la tabla a continuación). El proceso general es similar tanto en procariotas como en eucariotas, aunque existen diferencias particulares.

Durante la iniciación, la pequeña subunidad del ribosoma unido al iniciador t-RNA escanea el mRNA comenzando en el extremo 5 'para identificar y unirse al codón de iniciación (AUG). La subunidad grande del ribosoma se une a la subunidad ribosómica pequeña para generar el complejo de iniciación en el codón de iniciación. Los factores proteicos, así como las secuencias en el ARNm, están involucrados en el reconocimiento del codón de iniciación y la formación del complejo de iniciación. Durante el alargamiento, los ARNt se unen a sus aminoácidos designados (conocidos como carga de ARNt) y los transportan al ribosoma donde se polimerizan para formar un péptido. La secuencia de aminoácidos añadidos al péptido en crecimiento depende de la secuencia de ARNm del transcrito. Finalmente, el polipéptido naciente se libera en el paso de terminación cuando el ribosoma alcanza el codón de terminación. En este punto, el ribosoma se libera del ARNm y está listo para iniciar otra ronda de traducción.


Sistemas de expresión bacteriana

Cuando uno quiere producir grandes cantidades de proteína de forma rápida y económica, una célula huésped bacteriana es casi siempre la respuesta. E. coli es definitivamente uno de los huéspedes más populares para la expresión de proteínas con varias cepas especializadas para la expresión de proteínas. La expresión de proteínas en bacterias es bastante simple. El ADN que codifica su proteína de interés se inserta en un vector de expresión de plásmido que luego se transforma en una célula bacteriana. Las células transformadas se propagan, se inducen a producir la proteína de interés y luego se lisan. Luego, la proteína se puede purificar a partir de los restos celulares.

Hay varios vectores de ADN populares que pueden usarse para producir grandes cantidades de proteína en células bacterianas: los vectores pET, pRSET, Gateway pDEST y pBAD, por ejemplo. La expresión de la proteína de cada uno de estos vectores está controlada por un promotor diferente, lo que da como resultado diferentes niveles de expresión de cada vector.Es posible que se requiera una menor expresión si su proteína es tóxica para E. coli . De todos los vectores, pET, bajo el control del promotor lac de T7 e inducido por lactosa, proporciona el nivel más alto de expresión de proteínas.

A pesar de su facilidad de uso, es importante tener en cuenta que las bacterias normalmente no pueden producir proteínas de mamíferos funcionales de múltiples dominios, ya que las células bacterianas no están equipadas para añadir modificaciones postraduccionales apropiadas. Además, muchas proteínas producidas por bacterias se vuelven insolubles, formando cuerpos de inclusión que son difíciles de extraer sin reactivos agresivos y paciencia.


Descripción general de la expresión de proteínas

Las proteínas se sintetizan y regulan según la necesidad funcional de la célula. Los planos de las proteínas se almacenan en el ADN y se decodifican mediante procesos transcripcionales altamente regulados para producir ARN mensajero (ARNm). El mensaje codificado por un ARNm se traduce luego en una proteína. La transcripción es la transferencia de información del ADN al ARNm y la traducción es la síntesis de una proteína basada en una secuencia especificada por el ARNm.

Diagrama simple de transcripción y traducción. Esto describe el flujo general de información desde la secuencia de pares de bases de ADN (gen) a la secuencia de polipéptidos de aminoácidos (proteína).

En los procariotas, el proceso de transcripción y traducción ocurren simultáneamente. La traducción de ARNm comienza incluso antes de que se sintetice completamente una transcripción de ARNm maduro. Esta transcripción y traducción simultáneas de un gen se denomina transcripción y traducción acopladas. En eucariotas, los procesos están separados espacialmente y ocurren secuencialmente con la transcripción en el núcleo y la traducción, o síntesis de proteínas, en el citoplasma.

Comparación de transcripción y traducción en procariotas frente a eucariotas.

Este manual de 118 páginas proporciona información completa sobre la expresión de proteínas y lo ayudará a elegir el sistema de expresión y las tecnologías de purificación adecuados para su aplicación y necesidades específicas. Obtenga consejos y trucos al comenzar un experimento y encuentre respuestas a los problemas cotidianos relacionados con la expresión de proteínas.

La transcripción se produce en tres pasos tanto en procariotas como en eucariotas: iniciación, alargamiento y terminación. La transcripción comienza cuando el ADN bicatenario se desenrolla para permitir la unión de la ARN polimerasa. Una vez que se inicia la transcripción, la ARN polimerasa se libera del ADN. La transcripción está regulada a varios niveles por activadores y represores y también por la estructura de la cromatina en eucariotas. En los procariotas, no se requiere ninguna modificación especial del ARNm y la traducción del mensaje comienza incluso antes de que se complete la transcripción. En eucariotas, sin embargo, el ARNm se procesa más para eliminar los intrones (empalme), se agrega una tapa en el extremo 5 'y múltiples adeninas en el extremo 3' del ARNm para generar una cola poliA. Luego, el ARNm modificado se exporta al citoplasma donde se traduce.

La traducción o síntesis de proteínas es un proceso de varios pasos que requiere macromoléculas como ribosomas, ARN de transferencia (ARNt), ARNm y factores proteicos, así como moléculas pequeñas como aminoácidos, ATP, GTP y otros cofactores. Hay factores proteicos específicos para cada paso de la traducción (consulte la tabla a continuación). El proceso general es similar tanto en procariotas como en eucariotas, aunque existen diferencias particulares.

Durante la iniciación, la pequeña subunidad del ribosoma unido al iniciador t-RNA escanea el mRNA comenzando en el extremo 5 'para identificar y unirse al codón de iniciación (AUG). La subunidad grande del ribosoma se une a la subunidad ribosómica pequeña para generar el complejo de iniciación en el codón de iniciación. Los factores proteicos, así como las secuencias en el ARNm, están involucrados en el reconocimiento del codón de iniciación y la formación del complejo de iniciación. Durante el alargamiento, los ARNt se unen a sus aminoácidos designados (conocidos como carga de ARNt) y los transportan al ribosoma donde se polimerizan para formar un péptido. La secuencia de aminoácidos añadidos al péptido en crecimiento depende de la secuencia de ARNm del transcrito. Finalmente, el polipéptido naciente se libera en el paso de terminación cuando el ribosoma alcanza el codón de terminación. En este punto, el ribosoma se libera del ARNm y está listo para iniciar otra ronda de traducción.


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Abstracto

La relación entre la similitud de los patrones de expresión de un par de genes y la interacción de las proteínas que codifican se demuestra tanto para el genoma simple del bacteriófago T7 como para el genoma considerablemente más complejo de la levadura. Saccharomyces cerevisiae. El análisis estadístico de la expresión génica a gran escala y los datos de interacción de proteínas muestra que los pares de proteínas codificados por genes coexpresados ​​interactúan entre sí con más frecuencia que con proteínas aleatorias. Además, la similitud media de los perfiles de expresión es significativamente mayor para los respectivos pares de proteínas que interactúan que para los aleatorios. Dicho análisis acoplado de la expresión génica y los datos de interacción de proteínas puede permitir la evaluación de los resultados de las pantallas de expresión génica e interacción de proteínas a gran escala, como se demuestra para varios conjuntos de datos disponibles públicamente. También se discute el papel de este vínculo entre expresión e interacción en la evolución de estructuras proteicas monoméricas a oligoméricas.

Recibido el 29 de mayo de 2001 Revisado y aceptado el 10 de julio de 2001.


Conocimientos estructurales sobre la expresión génica y la síntesis de proteínas

Hace varios años, Thomas Steitz acordó contribuir con un volumen a la "Serie científica mundial en biología estructural" que trataría de las contribuciones que él y sus compañeros de trabajo han hecho a la biología estructural durante su notable carrera. Lamentablemente, Tom murió en el otoño de 2018 antes de haber tenido tiempo de hacer más que producir un bosquejo para este libro y una lista de las reimpresiones que quería que contenga.

Afortunadamente, los colegas y compañeros de trabajo de Tom respondieron con entusiasmo cuando se les informó más tarde ese otoño que si estaban dispuestos a ayudar, se publicaría un volumen para conmemorar su carrera. Le correspondió a Anders Liljas, Peggy Eatherton, la asistente administrativa de Tom desde hace mucho tiempo, y Peter Moore, un colega cercano, supervisar sus esfuerzos.

Thomas Steitz es mejor conocido por el trabajo que hicieron él y sus compañeros de trabajo para dilucidar la base bioquímica de la expresión genética. Las estructuras de un gran número de macromoléculas implicadas en la transcripción y traducción surgieron de su laboratorio a lo largo de su carrera. Este libro incluye reimpresiones de los trabajos más importantes que había publicado, agrupados según las estructuras con las que se relacionan, y comentarios escritos por los científicos que colaboraron con él para resolver cada uno de ellos. Resume así los logros de uno de los bioquímicos más destacados de la segunda mitad del siglo XX.

  • Papeles de hexoquinasa
  • Papeles Membranas
  • Papeles CAP
  • Papeles de polimerasa y transcriptasa inversa
  • Papeles de ARNt
  • Papeles de recombinación RecA
  • Papeles ribosómicos
  • Diverso

Número de lectores: Docentes y estudiantes de bioquímica, biología molecular, biología estructural, farmacología. Industria farmacéutica.

MATERIA DELANTERA
Thomas A. Steitz

Nací en Milwaukee, Wisconsin, en 1940, y mi familia vivió en un apartamento encima de una tienda de pintura en el centro de la ciudad hasta 1949. Aunque mi padre había obtenido un título en derecho de la Universidad de Marquette en Milwaukee, se convirtió en el administrador a cargo del personal del Hospital del Condado de Milwaukee. Mi madre creció en una granja en el condado de Waukesha en las afueras de Milwaukee y se graduó de Carol College, una pequeña universidad en Waukesha. Mi madre dedicó su tiempo a las tareas domésticas necesarias para formar una familia, que finalmente llegó a tener cinco hijos: yo, mis dos hermanos menores y mis dos hermanas menores. Los padres de mi padre vivían a unas 20 cuadras de distancia y los padres de mi madre y la familia de su hermano vivían en la granja familiar en el condado de Waukesha ...

Aventuras científicas con Tom en Cambridge y en Yale

Esta es una reminiscencia de mis interacciones con Tom durante nuestros 50 años en la Universidad de Cambridge y la Universidad de Yale desde 1967 hasta 2017. Tom fue un colega, amigo y partidario durante esos años. Es un placer recordar algunos de los momentos culminantes de nuestras aventuras juntos.

El mejor trabajo de todos. Reflexiones sobre mi tiempo con Tom Steitz, 1985-2018

Conocí a Tom en el otoño de 1985, poco después de comenzar un puesto temporal a tiempo parcial en la Universidad de Yale trabajando para el profesor Peter Lengyel en el Departamento de Biofísica Molecular y Bioquímica. Un día, Peter dijo: "Sígueme, quiero que conozcas a alguien". Así que corrí detrás de él por la escalera trasera en la Torre de Biología Kline hasta el segundo piso, donde me presentó a Tom y luego regresé inmediatamente a su oficina en el quinto piso. La oficina de Tom era pequeña y modesta y las paredes estaban decoradas con fotografías grandes y hermosas de escenas de montaña. Aún sin saber el propósito de esta introducción, le hice preguntas sobre las fotos y comencé a aprender de su amor por el aire libre y por el senderismo y el esquí. Aprendí que compartíamos la herencia y el estilo de crianza del Medio Oeste, y el amor por la jardinería. Nuestro encuentro fue breve y muy agradable, pero me dejó perplejo. Un día o dos después, se me reveló su propósito. Peter y Tom habían ideado un plan para crear un nuevo puesto permanente de asistente administrativo a tiempo completo para mí que implicaría trabajar para ambos. A principios del nuevo año, en 1986, este puesto se convirtió en una realidad. Trabajaba en el laboratorio Steitz por las mañanas y en el laboratorio de Lengyel por las tardes. Fue un placer conocer a Peter y Tom ya los miembros de sus grupos de investigación. Poco después, el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) le ofreció a Tom un puesto como investigador en su nueva iniciativa de investigación en Yale. Su aceptación de este nuevo puesto y la financiación adicional que proporcionó crearon una amplia gama de nuevas oportunidades. Por ejemplo, ahora le era posible contratar a un asistente a tiempo completo. Me ofreció el puesto. Dado que mi experiencia era en las artes, expresé mi preocupación de que mi falta de conocimiento científico pudiera ser un perjuicio para mi desempeño laboral. Tom me tranquilizó y me animó a aceptar el puesto, lo cual hice en marzo de 1987. Más tarde, cuando me enteré de la creatividad que implica la investigación científica y el arte de las estructuras que surgieron de la recopilación de datos, el puesto era claramente perfecto. fósforo. Aunque fue triste despedirme de Peter Lengyel y su laboratorio, le estaré eternamente agradecido por haberme presentado a Tom ...


Expresión genética: ADN a proteína

El Dogma Central
Francis Crick acuñó la fase & # 8220 the Central Dogma & # 8221 para describir el flujo de información del ácido nucleico a la proteína. La información codificada en el ADN se transcribe a ARN y el ARN se traduce a una secuencia lineal de aminoácidos en la proteína. Aunque la información puede fluir de manera reversible entre el ADN y el ARN a través de la transcripción y la transcripción inversa, todavía no se ha encontrado ningún mecanismo para que las alteraciones en la secuencia de aminoácidos de las proteínas efectúen de alguna manera un cambio correspondiente en el ARN o el ADN.
Este video ofrece una descripción general muy simplificada del dogma central de la biología molecular:

Y este video proporciona una descripción general animada de la expresión génica en una célula eucariota:

Transcripción: ADN a ARN
La transcripción es el proceso de usar ADN como plantilla para hacer una molécula de ARN:

  • La enzima ARN polimerasa lee el plantilla hebra de ADN y sintetiza una molécula de ARN cuyas bases son complementarias a la hebra molde de ADN.
  • El ARN se sintetiza 5 & # 8242 & # 8211 & gt 3 & # 8242 (en la misma dirección que la síntesis de ADN) La ARN polimerasa lee la hebra molde del ADN 3 & # 8242 & # 8211 & gt 5 & # 8242.
  • La secuencia de bases en el ARN es la misma que la secuencia de bases en el & # 8220codificación& # 8221 hebra de ADN, excepto que el ARN tiene uracilo (U) en lugar de timina (T).
  • Las ARN polimerasas tanto en procariotas como en eucariotas dependen de proteínas de unión al ADN, llamadas factores de transcripción, para unirse a motivos de secuencia especiales en el ADN llamados promotores, para reconocer dónde comienzan los genes.
  • Los factores de transcripción reclutan ARN polimerasa para unirse a la secuencia promotora y comenzar la transcripción justo & # 8220 corriente abajo & # 8221 del promotor.

Este video ofrece una descripción general simplificada de la transcripción. El narrador comete un error a las 3:45 (¡que luego detecta y corrige!) Que sirve como un recordatorio realmente importante de una de las principales diferencias entre el ADN y el ARN.

Vea una animación molecular más avanzada de la transcripción, con narración, aquí: https://www.dnalc.org/resources/3d/13-transcription-advanced.html

Traducción: ARN a proteína
La traducción es el proceso de usar una molécula de ARNm como plantilla para producir una proteína:
Traducir una secuencia de bases en el ARN a una secuencia de aminoácidos en proteínas requiere 3 componentes principales:

  1. ARN mensajero (ARNm): Los ARNm se transcriben a partir de genes que codifican proteínas. (Hay otros tipos de genes que no codifican proteínas, como los genes que codifican rRNA y tRNA).
  2. Ribosomas:Los ribosomas son grandes conjuntos de moléculas de ARN ribosómico (ARNr) y decenas de proteínas. Cuando no funcionan, se descomponen en la subunidad pequeña y la subunidad grande, cada una de las cuales consta de un ARNr y numerosas proteínas. Cuando se determinaron las estructuras de los ribosomas procarióticos a alta resolución, los investigadores se sorprendieron al descubrir que el sitio catalítico para la reacción de transferencia de peptidilo (unir nuevos aminoácidos a la cadena polipeptídica en crecimiento) consiste en enteramente de ARNr. Por lo tanto, el ribosoma es en realidad un inmenso ribozima, o una molécula de ARN catalítica estabilizada por numerosas proteínas, en lugar de una enzima.
  3. transferir ARN (ARNt) que están & # 8220 cargados & # 8221 con sus correspondientes aminoácidos (lo que significa que los ARNt están unidos / transportan sus correspondientes aminoácidos). Los ARNt hacen coincidir el aminoácido con el codón del ARNm. Las bases en el bucle anticodón son complementarias a las bases en un codón de ARNm. El extremo 3 & # 8242 del tRNA tiene un enlace de alta energía al aminoácido apropiado. Las células tienen una familia de enzimas, llamadas aminoacil tRNA sintetasas, que reconocen los diversos tRNA y los "cargan" uniendo el aminoácido correcto.

Estructura secundaria de fenilalanil-tRNA de levadura, de Wikipedia

Estructura terciaria del tRNA, de Wikipedia. El bucle anticodón (en gris) se empareja con el codón del ARNm en orientación antiparalela. El sitio de unión de aminoácidos (amarillo) es el lugar donde el ARNt se une covalentemente a su aminoácido.

La traducción comienza cerca del extremo 5 & # 8242 del ARNm, con la subunidad pequeña ribosómica y un ARNt iniciador especial que lleva el aminoácido metionina. En la mayoría de los casos, la traducción comienza en el triplete AUG más cercano al extremo 5 & # 8242 del ARNm. En eucariotas, la pequeña subunidad del ribosoma típicamente solo & # 8220scans & # 8221 a lo largo del extremo 5 & # 8242 del ARNm hasta que encuentra el primer codón AUG. En los procariotas, normalmente hay una secuencia específica a la que se une el ribosoma, que & # 8220posiciones & # 8221 el ribosoma en el AUG inicial. En cualquier caso, la subunidad ribosómica grande se acopla y comienza la traducción, siempre comenzando con un codón AUG (metionina) tanto en procariotas como en eucariotas. El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm 3 bases a la vez, desde la dirección 5 & # 8242 a la 3 & # 8242, y llegan nuevos ARNt cuyos anti-codones son complementarios a los codones del ARNm con sus correspondientes aminoácidos. Se forma un enlace peptídico para unir el aminoácido al extremo carboxilo de la cadena polipeptídica en crecimiento. El ribosoma mueve otras 3 bases y el ARNt vacío se expulsa para dejar espacio para un nuevo ARNt de amino-acilo.

Imagen modificada de & # 8220Translation: Figure 3, & # 8221 de OpenStax College, Biology (CC BY 4.0).

La cadena polipeptídica producida por el ribosoma también tiene direccionalidad: un extremo tiene un grupo amino libre y el otro extremo de la cadena tiene un grupo carboxilo libre. Estos se llaman N-terminal y el C-terminal, respectivamente. Los nuevos aminoácidos se agregan solo a un extremo carboxilo libre, por lo que las cadenas polipeptídicas crecen desde el extremo N hasta el extremo C.
Este video ofrece una descripción general sólida de la traducción. Es un poco más largo que los videos típicos que usamos en este sitio, pero hace un buen trabajo al desglosar paso a paso lo que sucede durante la traducción:

Vea una animación molecular de traducción mucho más corta aquí:
https://www.dnalc.org/resources/3d/16-translation-advanced.html
El código genético

El código genético universal. AUG (metionina, resaltado en verde) es el codón & # 8220Start & # 8221. Los tres codones etiquetados & # 8220Stop & # 8221 en rojo son & # 8220nonsense & # 8221 codones que señalan la terminación de la traducción. De http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap05/Chapter05.html

Este código genético es utilizado universalmente por todos los organismos vivos, ya sean Archaea, Bacteria o Eukarya, con solo modificaciones menores en las mitocondrias de unas pocas especies. Si hace los cálculos, puede ver que hay 64 codones posibles (4 ^ 3), pero sabemos que solo hay 20 aminoácidos. Por tanto, el código es & # 8220 degenerado & # 8221 porque el mismo aminoácido se puede especificar mediante 2, 3, 4 o 6 codones diferentes. Por ejemplo, la glicina se puede especificar mediante los codones GGU, GGC, GGA y GGG. La metionina es inusual porque está especificada solo por un único codón: AUG. (El triptófano es el único otro aminoácido especificado por un solo codón).
Las mutaciones pueden tener efectos muy diferentes dependiendo de dónde ocurran en un gen o en un codón.
Si consideramos solo los cambios de un solo nucleótido (sustituciones, deleciones o inserciones de bases únicas), estos pueden tener consecuencias muy diferentes según se produzcan en el gen.
A menudo, una sustitución de bases de ADN no tendrá ningún efecto si cambian la tercera base en el codón, debido a la naturaleza degenerada del código genético. Por ejemplo, cambiar GAG a GAA no tiene ningún efecto sobre la proteína porque ambos codones especifican alanina. Tales mutaciones & # 8220silent & # 8221 se denominan & # 8220sinónimo& # 8221 mutaciones.

Otras sustituciones de bases en la primera o segunda posición causarán cambios de aminoácidos, estos son & # 8220no sinónimo& # 8221 mutaciones, y también sin sentido mutaciones.
Incluso entre las mutaciones no sinónimas, el cambio exacto de aminoácidos es importante. Un cambio de un aminoácido hidrófobo a otro aminoácido hidrófobo será menos perjudicial para la estructura de la proteína que un cambio de un aminoácido hidrófobo a un aminoácido polar o cargado. Por último, algunas partes de una proteína son más importantes que otras, como el sitio catalítico de las enzimas o los sitios que se unen a otras proteínas, ADN o moléculas reguladoras.

Algunas mutaciones crean un nuevo codón de parada (UAA, UAG o UGA). Estos se llaman & # 8220disparates& # 8221 mutaciones y provocan que se produzcan polipéptidos truncados.
Las inserciones o deleciones (& # 8220indels & # 8221) de un solo nucleótido provocan un cambio en la lectura de todos los codones cadena abajo que están desplazados por una base. Tales & # 8220cambio de fotogramaLas mutaciones & # 8221 alterarán la mayoría o todos los aminoácidos aguas abajo (hacia el extremo 3 & # 8242 del ARNm, hacia el extremo C-terminal de la proteína) de la mutación.

Diferencias entre procariotas y eucariotas
Mucho de lo que se discutió anteriormente se descubrió originalmente en bacterias, y luego se descubrió que era cierto para las arqueas y eucariotas, así como muchas de las características centrales de la biología molecular se conservan evolutivamente. Sin embargo, existen algunas diferencias clave que se describen a continuación.
Procariotas: la transcripción y la traducción están acopladas
En las células procariotas, los ribosomas comienzan a traducirse incluso cuando el ARNm todavía se está transcribiendo. El ADN, la ARN polimerasa y los ribosomas se encuentran todos en la misma ubicación. Esta transcripción y traducción acopladas puede ocurrir porque los procariotas no tienen núcleo. (En eucariotas, el núcleo separa la maquinaria de transcripción de la maquinaria de traducción).

Eucariotas: la transcripción y la traducción se separan en el espacio y el tiempo, y el pre-ARNm nuclear se procesa para convertirse en ARNm maduro.

En eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo, mientras que la traducción ocurre fuera del núcleo, en el citoplasma por ribosomas citoplasmáticos libres o por ribosomas acoplados al RE.
The RNA transcribed from a protein-coding gene in the nucleus is called the pre-mRNA. Pre-mRNA has to undergo at least two, and usually 3, processing steps before they can be exported to the cytoplasm as mature mRNA. These are, in order:

  1. The 5′ end of the pre-mRNA is modified by the covalent attachment of a 7-methylG nucleotide, called the 5′-cap. The 5′ cap is required for eukaryotic ribosomes to initiate translation.
  2. The majority of eukaryotic genes contain sequences which do not actually code for protein. These sequences are called introns (“intervening” sequences), and they “interrupt” the protein coding sequences, which are called exons (“expressed” sequences) in the gene. These non-protein coding intron sequences are removed by RNA splicing, leaving just the protein-coding exons in the final mRNA.
  3. The 3- end of the pre-mRNA is modified by the addition of hundreds of adenine nucleotides, called the polyA tail. The polyA tail is important for nuclear export, mRNA stability, and translation.

All of these processing steps actually happen while the mRNA is being transcribed that is, they occur co-transcriptionally. So in reality, a full-length “pre-mRNA” never actually exists.

Eukaryotic pre-mRNAs are processed in the nucleus by adding a 5′ cap, 3′ polyA tail, and removal of introns via RNA splicing to create a mature mRNA consisting only of exons, ready for export to the cytoplasm for translation. From http://www.biology.arizona.edu/molecular_bio/problem_sets/mol_genetics_of_eukaryotes/03t.html

This video gives a nice quick overview of these differences between prokaryotes and eukaryotes:

Dr. Choi’s video lecture on this topic, in one 32-min chunk:

Test your knowledge with these questions & problems: B1510_module4-6_DNA_to_protein_questions


Ver el vídeo: DIFERENCIA ENTRE VEGETARIANO Y VEGANO - Mixi (Agosto 2022).