Intrones y exones

Necesitaría una amplia explicación acerca de lo que son, cómo funcionan y cuál es su utilidad ( la de los exones e intrones)
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La mayor diferencia entre los genes estructurales eucariontes y procariontes es que la secuencias de la mayoría de los genes eucariontes, combinan secuencias de expresión con secuencias de no expresión. Los transcritos primarios son muy heterogéneos en longitud (desde » 2000 hasta más de 20,000 nucleótidos) y son mucho más largos de lo que se esperaría para el tamaño de las proteínas que producen.
Los pre-mARNs son procesados por la escisión de secuencias internas. Los pre-mARNs contienen típicamente ocho secuencias no codificantes o intrones que agregan una longitud que varia entre 4 y 10 veces la longitud de las secuencias codificantes o exones. Para dar una idea de el descubrimiento de estos investigadores, se presenta la siguiente Figura en donde se representa a la proteína ovoalbumina de pollo, que por cierto es la proteína más abundante en la clara de huevo.
La longitud de los intrones en los vertebrados varía entre » 65 a » 200,000 nucleótidos con periodicidad no obvia. La formación del mARN eucarionte comienza con la transcripción del gen estructural completo (incluyendo los intrones) formando el pre-mARN, después viene la agregación de la capucha y la cola de poliA, posteriormente, se cortan los intrones y se pegan los exones, dando origen al mARN maduro. Este proceso de edición (splicing en inglés), se hace con mucha precisión, pues si se deja o corta una base de más, la proteína producida, puede no ser funcional; los exones nunca se mueven de lugar, tienen el mismo orden en el mARN maduro que en el gen.
Existe una región invariable GU en la unión 5´ del intron y una región invariante AG en la unión 3´. Estas señales son necesarias y suficientes para definir la edición de las uniones.
¿Cómo es el reconocimiento entre exones?
Se conoce que el núcleo contiene numerosas copias de diferentes ARNs muy conservados que varían entre 60 a 300 nucleótidos y que se denominan pequeños ARNs nucleares (snRNAs), Estas moléculas, forman complejos con pequeñas proteínas. A estos complejos se les denomina pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNPs que del inglés se pronuncia "snurps"). Steiz reconoció que una de estas proteínas (U1-snARN, así llamada por que pertenece a la subfamilia de snRNAs ricos en U), es parcialmente complementaria a la secuencia consenso de la unión 5´. Existen otras snRNPS: U2-snARN, U4-U6 Y U5-snARN, que juntas forman el editosoma (spliceosome del inglés) que tiene entre 50 y 60S. Esta molécula consiste de 5 ARNs y al menos 50 polipéptidos, es comparable en tamaño y complejidad con la subunidad grande (50S) del ribosoma de E. coli que consiste de 2 ARNs y 31 polipéptidos. Aparentemente, el proceso consiste en la escisión de los intrones de manera individual en dirección 5´- 3´.
Para expresar la información del DNA se copian trozos, segmentos de información. Se transcribe y la información del DNA pasa al RNA. Hay genes que se expresan en todas las células, son esenciales (constitutivos) y otros sólo se usan a veces. En organismos muy diferenciados hay genes que se expresan en unos sitios y en otros no, estando regulados a muchos niveles. Es importante el nivel de transcripción, incidiendo en el enzima DNA polimerasa que une monómeros (ribonucleótidos) que forman el RNA cogiéndolos del entorno. Necesita ATP, CTP, GTP y UTP, nucleósidos trifosfatos en forma activada que hacen de molde). Como se han de unir en un orden necesita plantilla por lo que se llama DNA dependiente. Coloca ATP enfrente de timina y así con los otros. No necesita cebador porque añade ribonucleótidos igual que DNA polimerasa en dirección 5'®3' uniéndose al OH de nucleótido anterior. RNA tiene un extremo con fosfato y otro con OH. La cadena que copia es la codificante y el molde la complementaria.
Características importantes de los genes para la transcripción.
La polimerasa se une a una secuencia llamada promotor que normalmente está delante de la secuencia que especifica el RNA. El primer nucleótido que está e el RNA (incluido en el promotor) es el +1 y todas las bases se toman desde ese punto de referencia, delante - y detrás +. El resto del promotor no se transcribe.
Procariotas: el promotor tiene dos zona comunes que son puntos de reconocimiento de polimerasa en las regiones -10 y -35. Esta secuencia de bases está bastante conservada:
Región -10: TATAAT
Región -35: TTGACA
La eficiencia de la transcripción depende de lo bien que reconozca la polimerasa al promotor, que pueden se diferentes en eficacia. Uno muy fuerte se transcribe muy rápido (1/ 2s) y otros menos fuertes más lentamente (1/10min). Cuanto más se parece el promotor a los anteriores más fuerte es. Las proteínas muy necesaria tienen genes con promotores fuertes. Hay secuencias reguladoras de polimerasas en el mismo promotor. Todos los genes tienen un sitio de término bien definido. En muchos casos en el sitio de término se forman estructuras secundarias, lo que depende de la proteína rho. A veces el mensaje es para varias cosas: RNA policistrónico. En u operón hay u promotor controlando la transcripción de varios genes juntos y al final hay una terminación común para todos.
Eucariotas: Todos los genes tienen promotor y término. No hay policistrónicos. Con mucha frecuencia en los promotores se da una secuencia llamada caja TATA que está en la región -20. No hay zona en -35. Muchos genes tienen secuencias que pueden estar lejos de ellos para reactivar la transcripción (enhancers). Esto se logra porque una proteína (elementos trans) se une a una secuencia (elemento cis).:
- El mensaje está interrumpido por intrones que el RNA se pierden. Las terminaciones se pierden y aunque no se sabe bien para qué sirven parece que hay un procesamiento del RNA, El RNA se va muy lejos y otro enzima lo corta. Es muy común que muchos RNA mensajeros terminen en una cola común llamada poliA añadida por una endonucleasa posteriormente (no codificada). La cola sirve para separarlos del resto.
Hay tres tipos de genes en eucariotas:
Familia 1: muy repetidos, codifican para RNA ribosómico. Son grandes y normalmente son precursores del que después se parte y da los distintos RNA.
Familia 2: mensajeros, cola poliA, intrones, exones ... Todo explicable. Muchos mensajeros distintos, sólo repetidos los de histonas.
Familia 3: codifican para tRNA y para uno ribosómico pequeño (rRNA 55). A veces tienen promotores internos pero no en 5'.
RNA polimerasa DNA dependiente.
Lleva a cabo transcripción, necesita mole pero no cebador. Añade nucleósido trifosfato al OH del nucleótido anterior de manera que alarga en dirección 5'®3' quedando pirofosfato que se hidroliza y desplaza la reacción. No puede corregir los errores que comete. Tasa de error 1/100.000.
Procariotas: sólo hay una forma a2bb´s formada por cadenas (holoenzima). Se separa cuando el enzima trabaja. A se une a elementos reguladores, b tiene el centro activo, b´ permite unirse al molde, en esa unión participa s que es importante para reconocer al promotor.
Eucariotas: varias subunidades, varias clases de RNA polimerasa.
RNA polimerasa 1: transcripción genes tipo 1.
RNA polimerasa 2: mensajeros.
RNA polimerasa 3: los restantes.
Seleccionan los nucleótidos según el molde y forma enlace fosfodiéster. Primero localiza promotor y luego se suelta para dejar el RNA libre. Debe ser sensible a señales reguladoras que aceleren o retarden.
Proceso de transcripción
Iniciación de la transcripción
Procariotas.
RNA asociado al promotor. En E. Coli pueden haber 2000 promotores. La RNA polimerasa se une a cualquier sitio de la molécula y busca el promotor rápidamente deslizándose hasta encontrarlo. Se posa donde ve un promotor, pero otras órdenes exteriores le indican el promotor correcto, reconociéndolo estableciendo puentes de hidrógeno en uno determinado. Las zonas de interacción son -10 y -35 dentro del promotor. Cuanto más fuerte sea el promotor más interacciones podrá formar. Este proceso es rápido porque para reconocer promotores no es necesario desenrollar el promotor, se leen las bases a través del surco mayor. En el reconocimiento del promotor interviene s.
Eucariotas
Requieren presencia de proteínas para reconocer promotores, estos factores transcripcionales se unen al promotor formando un complejo que se une al RNA polimerasa.
- Complejo cerrado: polimerasa se fija al promotor produciendo un cambio conformacional que da lugar al complejo abierto (porque hay un trozo de hélice desenrollado). Se separan las dos cadenas del promotor del DNA, lo que da lugar a una burbuja de transcripción. Imprescindible desenrollamiento para que sirva de molde. Separados por unos 17 nucleótidos que se mantienen dentro. Son más de los nucleótidos necesarios para dar una vuelta pero menos que para dar dos. La transcripción produce superenrollamiento negativo, lo que favorece porque desenrolla del DNA. El primer nucleótido del RNA da la posición +1. Una parte grande del promotor no se copia en el DNA sino a partir de +1. Primer y segundo ribonucleótido se usan para formar fosfodiéster. Ribonucleótidos con 3 fosfatos. RNA polimerasa no necesita cebador. Selecciona ribonucleótidos en base a los apareamientos de la doble hélice de Watson y Crick. Escogiendo los complementarios que mejor formen interacciones. El primer nucleótido del RNA deriva de una purina: adenina o guanina y se pone en +1. La burbuja se desplaza y se sintetizan unos 5 nucleótidos antes de abandonar el promotor.
Elongación.
Alargamiento de la cadena. La RNA polimerasa pierde s al pasar a esta etapa. El cambio conformacional determina la pérdida de s. La burbuja se desliza separando las hebras (unos 17 nucleótidos) para leerlas. Luego el DNA vuelve a enrollarse. El trozo recién sintetizado se enrolla al DNA en una estructura helicoidal. Dentro de la cadena hay un dúplex de tipo híbrido de ambas cadenas, tipo A.
Terminación de la transcripción
Procariotas.
Terminación muchas veces asociada a una secuencia. Normalmente en el gen hay secuencias ricas en guanina y citosina repetidas pero invertidas para asociarse entre ellas. Hay otras ricas en adenina y timina. La diferencia entre ambas es que guanina y citosina interaccionan con tres puentes de hidrógeno y adenina y timina sólo con dos. La zona invertida y repetida forman horquillas que interaccionan (secuencias polindrónicas). Forman estructura secundaria, la RNA polimerasa se hace muy lenta, la secuencia de bases nuevas están unidas al molde más débilmente por lo que se suelta. RNA polimerasa sin s no tiene mucha afinidad por lo que se libera del DNA, vuelve al citosol y recupera s. Normalmente como procesos en dirección fija a veces la síntesis de un segundo mensajero por un gen antes de que acabe el primero ya se está sintetizando.
Otra forma de acabar la transcripción es la que depende de las proteínas rho que tienen 6 subunidades y es capaz de interaccionar con una zona específica de algunos RNA. Rho tiene actividad ATPasa, capaz de hidrolizar ATP, obteniendo energía. Rho se une al sitio de RNA acabando de sintetizar y gracias a la energía se mueve hacia la burbuja de transcripción. Se une al complejo por medio de sus subunidades. Se coloca entre RNA y RNA e impide que interaccionen.
Eucariotas.
RNA se sintetiza y un enzima lo corta a trozos, terminación por procesamiento de la molécula.
Hay dos tipos de antibióticos que bloquean la transcripción matando a procariotas:
- Rifampicina y actimicina DE (mata a eucariotas, utilidad oncológica porque inhibe crecimiento celular).
- Amanitas: bloquean la actividad de la RNA polimerasa 2 por la a-aminitina.
Regulación a nivel transcripcional.
Genes con promotores más fuertes se transcriben mejor que otros. Muchos genes tienen su expresión regulada por activadores de la transcripción, proteínas que se unen a secuencias específicas y transforman promotor débil en fuerte. Activador cerca del promotor. Hay proteínas alostéricas que en unas condiciones se unen y en otras no. Unión a la secuencia modulada por ligandos. También hay represores que son moléculas que pueden impedir que la RNA polimerasa se una al promotor bloqueando su movimiento. También son proteínas. Los represores se unen cerca del promotor. Modificación aumentan velocidad de síntesis o disminuirla. Siempre hay secuencia de nucleótidos a la que se unen activadores y represores. Estas secuencias están el genoma de todas las células. En una célula habrán proteínas activadoras y en otras no. Las proteínas se pueden modificar para que se unan en unas condiciones y en otras no. Cuando la proteína tape promotor no habrá transcripción. Las secuencias intensificadoras normalmente cerca del promotor, pero no siempre. Normalmente a la izquierda del 5' del promotor (antes) y otras veces dentro del gen.
Procesamiento post-transcripcional.
Después de sintetizado el RNA se transforma. La mayor parte del RNA se sintetiza en forma de precursor no funcional. Modificaciones:
- Implican que el transcrito, que puede ser más grande que el funcional necesita nucleasas que quitan trozos de cadena.
- Si el transcrito es más pequeño se adicionan nucleótidos no codificados.
- Modificación química de las bases, obteniendo además de los cuatro otros.
Tipos de RNA y sus modificaciones.
- Los de transferencia y ribosómicos no tienen diferencias entre procariotas y eucariotas.
. tRNA: se sintetiza un transcrito que incluye varios tRNA. Actúan nucleasa. Otras modificaciones son que se añaden nucleótidos que no están en el gen (no codificados): en el extremo 5' tiene CGA todos.
- rRNA: todos sintetizados en forma de precursor que se escinden por nucleasas. Según se necesiten ribosomas
- mRNA:
Procariotas: no sufren procesamiento, funcionales tal y como son sintetizados. Participan en la síntesis de proteínas incluso antes de acabarse de sintetizar.
Eucariotas:
1- Procesamiento en los extremos de las moléculas. A veces mensaje interrumpido.
2- Si hay intrones se eliminan. Todos los mRNA son modificados en el 5' (los 3 fosfatos) y se le añade una guanina que luego se metila. Guanina no especificada en los genes. Extremo 5' también conocido cono gorra.
La modificación el extremo es importante para la estabilidad de la molécula y síntesis de proteínas. La gorra 5' es esencial para ser reconocida por el ribosoma.
La modificación 3': hay secuencia AAUAAA reconocida por endonucleasa que corta cerca de ella y añade cola poliA de 200 ó 250 adeninas seguidas (señal de poliadenilación). No hay codificación génica para la cola poliA. Las histonas no tienen poliA ni los mRNA de los cloroplastos o mitocondrias porque provienen de procariotas.
3- Sólo si hay intrones: proceso implica cortar cadena polinucleotídica y volver a unirla. Proceso de corte y unión (Splicing). Primero una nucleasa corta dos enlaces fosfodiéster, y el trozo se suelta. Luego se vuelve a formar fosfodiéster. El sistema (espliceosoma)es muy complejo y preciso a la hora de cortar. El espliceosoma detecta intrones, reconoce secuencia a cortar, quedándose con los trozos de DNA unidos para enlazarlos. Los intrones son, muy distintos en tamaño aunque hay secuencias consenso que se reconocen para cortar. No se sabe la utilidad de los intrones, pero a veces un exón codifica un dominio de la proteína, lo que es una forma de facilitar la evolución porque es como si hubiesen módulos que se combinan para formar proteínas. Los exones se disponen a veces en lazos para que sean fáciles de procesar.
El genoma eucariota
El término genoma se usa para referirse a todos los alelos que posee un organismo (o una población, especie, o un gran grupo taxonómico). Si bien la cantidad de ADN de una célula diploide es constante para una especie, existen grandes diferencias entre la mismas. Homo sapiens tiene 3.5 X 109 pares de bases y la Drosophila tiene 1.5 X 108, por genoma haploide. Mucho del ADN de cada célula no tiene función o bien la misma no es conocida. Solo el 10% del ADN eucariota codifica para proteína . Los virus y procariotas aparentemente usan mucho más sus ADN.
Prácticamente la mitad del ADN eucariota corresponde a secuencia nucleotídicas repetidas. Las secuencias que codifican proteínas están interrumpidas por regiones que no codifican. Las secuencias no codificantes se denominan intrones. Las codificantes exones
La familias de genes están formdas de genes similares pero no idénticos. La familia de genes de la globina es la familia de genes mejor estudiada. La hemoglobina consiste (en el caso humano) en dos cadenas a y dos cadenas b alrededor de un grupo Hemo. Los genes de la beta globina se encuentran distribuidos en cinco loci en el cromosoma humano Nro. 11. Estos genes se expresan secuencialmente durante el desarrollo y tienen intrones de la misma longitud en posiciones similares en cada gen.
La mayor parte de los genes estructurales de los eucariotas contienen intrones. Si bien se transcriben, estos intrones son cortados (solo en apariencia un proceso ineficiente) antes de la sínteis proteica. Es decir el ARN sufre un proceso de edición, que puede resultar en diferentes péptidos (para el caso de un mARN). El número de intrones varía para cada gen, pueden encontrarse inclusive en tARN y gene virales!. Generalmente cuanto más complejo y de reciente evolución el organismo, más numerosos y grandes los intrones. ¿Qué surgió primero? ¿genes continuos sin intrones o genes interrumpidos por intrones? . Se ha propuesto que los intrones promueven la recombinación genética (vía crossing-over), y por lo tanto aumentan la velocidad de evolución .Los exones codifican diferentes regiones funcionales de las proteínas.
Algunos de estos genes son copias inactivas, otros solo son funcionales durante determinada fase del desarrollo (recordar la hemoglobina fetal y la adulta). La familia de genes de la actina, tiene un patrón similar.
Transcripción y procesamiento de mARN | Contenidos
El proceso de transcripción en los eucariotas es similar a los de los procariota, existen sin embargo algunas diferencias. Los genes eucariotas no se agrupan en operones como los de los procariotas. Cada gen eucariota se transcribe separadamente, con un control transcripcional independiente para cada gen. Si bien los procariotas tienen un solo tipo de ARN polimerasa para todos los tipos de ARN, los eucariotas tienen una para cada tipo. Una para el mARN, una para los rARN largos y una tercera para los rARN cortos y los tARN.
En procariotas la traducción comienza inclusive antes que la transcripción halla terminado, mientras que en eucariotas tenemos dos procesos separados en tiempo y localización (recordar la existencia de una envoltura nuclear). Luego que en el núcleo de la la célula eucariota se transcribe un ARN, el ARN transcripto es extensamente modificado antes de ser exportado al citoplasma. Se le agrega 7-metilguanina (una base inusual ) al extremo 5' del mARN; y esto resulta esencial para el pegado del mARN al ribosoma. Una ristra de adeninas (tanto como 200 nucleótidos conocido como poli-A) se agrega al extremo 3' del mARN luego de la transcripción . La función de esta "cola" de poli A no se conoce, pero puede usarse para capturar mARN para estudios. Los intrones se cortan y los exones se colocan juntos antes que el mARN deje el núcleo .
Existen muchos ejemplos de mensajes idénticos procesados por diferentes métodos( ver El ACTH y su familia de péptidos), a veces los intrones se tornan exones y viceversa.
Moléculas de proteínas se pegan al mARN y luego se exportan del núcleo formando partículas llamadas ribonucleoproteínas (mRNPs) que parecen ayudar en el transporte por los poros nucleares y también en el pegado a los ribosomas.
Espero que mi respuesta te aporte más información... Gracias
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