Síntesi de Proteïnes: Gens, Estructura i Transcripció

Síntesi de Proteïnes

Tipus de Gens

• Constitutius: Es transcriuen permanentment, sovint amb gens d'ARN ribosòmic.
• Facultatius: Es transcriuen segons les necessitats de la cèl·lula. Les errades en la seva expressió poden produir patologies.
• Silenciats: No es transcriuen mai; estan heterocromatitzats.

Estructura d'un Gen

• Promotor: Regió que actua com a activador o inhibidor, decidint si el gen s'expressa o no. En eucariotes, inclou la TATA box (5'-TATAAA-3'), una seqüència d'ADN trobada a la regió promotora de gens de bacteris i eucariotes.
• Operador: Regió que actua com a activador o inhibidor, decidint si el gen s'expressa o no.
• Regió Codificant: L'única regió del gen que sí que es transcriu per donar lloc a l'ARNm.

Transcripció

Molècules Clau

• Enzims:
  • Helicasa: Obre la bombolla de transcripció (aprox. 18 nucleòtids).
  • ARN Polimerasa I: Transcriu els gens que codifiquen l'ARN_r. Nota: Alguns virus com el de la grip o la sida no tenen mecanismes de correcció (proofreading), la qual cosa pot causar una alta taxa de mutació (p. ex., 10^-6 errors per base incorporada) i pot ser letal. Un knock-out és un organisme al qual se li ha inactivat un gen.
  • ARN Polimerasa II: Transcriu els gens que codifiquen l'ARNm.
  • ARN Polimerasa III: Transcriu els gens que codifiquen l'ARNt.
  • Totes sintetitzen sempre en direcció 5'->3'.

Etapes de la Transcripció

1. Iniciació: Unió de diversos factors de transcripció i de l'ARN polimerasa a la regió promotora. Només es transcriu una de les cadenes d'ADN (cadena motlle). Síntesi d'un primer d'ARN per complementarietat (p. ex., a partir d'una seqüència d'ADN ACGTACAACGT es sintetitzaria un primer d'ARN UGCAUGUUGCA).
2. Elongació: Creixement del primer d'ARN per complementarietat amb la cadena motlle. Generalment, no hi ha mecanismes de correcció (proofreading) eficients.
3. Terminació: Finalització de la síntesi d'ARN. En alguns casos, es forma una estructura en forquilla (hairpin) per complementarietat interna de l'ARN, que ajuda a alliberar la polimerasa i l'ARN.
4. Maduració (només en eucariotes): L'ARNm transcrit primari pateix modificacions post-transcripcionals:
   • Capping 5': Addició d'un nucleòtid modificat (cap 5') a l'extrem 5' de l'ARNm. Protegeix l'ARNm de la degradació i és important per a la traducció.
   • Splicing: Procés en el qual s'eliminen els introns (seqüències no codificants) i s'uneixen els exons (seqüències codificants) de l'ARNm.
   • Addició de la cua de poli(A): Addició d'una seqüència llarga de nucleòtids d'adenina a l'extrem 3' de l'ARNm. Protegeix l'ARNm de la degradació i influeix en la seva exportació nuclear i traducció.

Diferències Clau: Procariotes vs Eucariotes

• Procariotes:
  • Gens policistrònics: un gen (operó) dóna lloc a diversos ARNm que codifiquen diferents proteïnes.
  • Colinealitat entre gen i proteïna: la seqüència del gen correspon directament a la seqüència de la proteïna.
  • Regió codificant contínua (sense introns).
  • La transcripció i la traducció ocorren simultàniament al citoplasma.
• Eucariotes:
  • Gens monocistrònics: un gen codifica una proteïna (generalment).
  • Els gens estan separats per ADN espaiador (no codificant).
  • Regió codificant amb introns (no codificants) i exons (codificants).
  • L'ARNm transcrit primari ha de patir un procés de maduració (capping, splicing, addició de cua de poli(A)).
  • La transcripció ocorre al nucli i la traducció al citoplasma (separació espacial i temporal).