Biología Molecular Esencial: Replicación, Transcripción y Traducción del ADN y ARN

Conceptos Fundamentales en Biología Molecular

Verdadero o Falso: Afirmaciones Clave

• (F) El sitio A del ribosoma sirve como ingreso para aminoácidos activos.
  Corrección: El sitio A del ribosoma es el sitio de entrada para el ARNt cargado con aminoácidos, no para aminoácidos "activos" directamente. Los aminoácidos se activan al unirse a su ARNt.
• (V) El ARNm eucariota se forma antes del splicing.
  Aclaración: Se refiere al pre-ARNm, que es el transcrito primario antes de la maduración.
• (F) La síntesis de ARN tiene sentido 3'-5'.
  Corrección: La síntesis de ARN ocurre en sentido 5' a 3'.
• (V) El molde de ADN para la transcripción tiene sentido 3'-5'.
  Aclaración: La ARN polimerasa lee la hebra molde de ADN en dirección 3' a 5'.
• (F) El codón UGA recepciona al ARNt que lleva codón ACU.
  Corrección: UGA es un codón de terminación (stop), no codifica para ningún aminoácido ni recepciona ARNt.
• (F) El splicing permite la eliminación de exones en el ARN primario.
  Corrección: El splicing permite la eliminación de intrones, no exones, del ARN primario.

Glosario de Términos y Moléculas Esenciales

• Timidina: Nucleósido formado por la base nitrogenada timina y la desoxirribosa.
• ARNt (ARN de transferencia): Molécula de ARN que transporta aminoácidos específicos al ribosoma durante la síntesis de proteínas.
• ARN Polimerasa: Enzima que sintetiza ARN utilizando una cadena de ADN como molde, incorporando uracilo frente a adenina.
• Hebra de ARN: Es un polirribonucleótido.
• Transcriptasa Reversa: Enzima que sintetiza una cadena de desoxirribonucleótidos (ADN) utilizando una cadena de ARN como molde. Característica de retrovirus.
• Helicasa: Enzima que cataliza la separación de las hebras de ADN, rompiendo los enlaces de hidrógeno.
• ADN Polimerasa: Enzima que sintetiza ADN, incorporando nucleótidos complementarios al molde (ej., adenina cuando tiene timina como molde).
• ADN Ligasa: Enzima que une el extremo 5' fosfato de un nucleótido con el extremo 3' hidroxilo de otro nucleótido, formando un enlace fosfodiéster.
• Lactosa: En el operón lac, actúa como inductor, promoviendo su transcripción.
• Aporepresor: Proteína que, al unirse a un corepresor (ej., triptófano), forma el represor activo que inhibe la transcripción.
• Represor: Proteína producto del gen lacI que se une al operador del operón lac para regular su expresión.
• Operador: Secuencia de ADN a la que se une una proteína reguladora (represor o activador) para controlar la transcripción.
• Caja TATA (TATAAT): Secuencia consenso que forma parte del promotor en procariotas, crucial para el inicio de la transcripción.
• Luz UV: Causa daño en el ADN, generando dímeros de pirimidina.
• Factor Rho: Proteína que promueve la terminación de la transcripción en procariotas.
• ADN Polimerasa I: Enzima que elimina los cebadores de ARN y rellena los huecos en la hebra de ADN en procariotas.

La Replicación del ADN: Proceso y Enzimas Clave

La replicación del ADN es un proceso fundamental para la herencia genética. Sus características principales son:

• Semiconservativa: Cada nueva molécula de ADN contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada.
• Bidireccional: La replicación avanza en ambas direcciones desde un origen.
• Multifocal en Eucariotas: Posee múltiples orígenes de replicación.
• Unifocal en Procariotas: Posee un único origen de replicación (oriC).
• Asimétrica: Implica una cadena adelantada (continua) y una cadena retrasada (discontinua, formada por fragmentos de Okazaki).

Enzimas y Proteínas Involucradas en la Replicación

• Nucleasa: Enzima que degrada ácidos nucleicos (ADN o ARN).
  • Exonucleasa: Degrada ácidos nucleicos desde un extremo (5'→3' o 3'→5').
  • Endonucleasa: Degrada ácidos nucleicos en sitios internos.
• ADN Polimerasa III: Enzima principal de la replicación en procariotas, es multimérica.
  • Subunidad Beta: Forma una pinza deslizante que se une alrededor del ADN, aumentando la procesividad de la polimerasa.
  • Subunidad Alfa: Cataliza la polimerización del ADN.
  • Subunidad Épsilon: Posee actividad exonucleasa 3'→5' (corrección de pruebas) y contribuye a la polimerización del ADN.
• ADN Polimerasa Gamma (γ): En eucariotas, es la enzima principal encargada de la replicación del ADN mitocondrial.
• ARN Polimerasa (Primasa): Sintetiza el cebador de ARN, un segmento corto que proporciona los extremos 3'-OH libres necesarios para el inicio de la síntesis de ADN por la ADN polimerasa.
• Topoisomerasas: Enzimas que regulan el superenrollamiento del ADN, cortando y volviendo a unir las hebras para liberar la tensión.
  • Tipo I: Libera la tensión durante el desenrollamiento del ADN.
  • Tipo II (ADN Girasa): Introduce superhélices negativas en el ADN (en procariotas) o relaja superenrollamientos (en eucariotas).
• Helicasas: Enzimas que desenrollan la doble hélice del ADN, rompiendo los enlaces de hidrógeno y requiriendo ATP.
  • Tipo I (Proteína Rep): Desenrolla la molécula de ADN progenitora.
  • Tipo II: Se une al molde de la hebra rezagada en el primosoma.
• ADN Ligasas: Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre polinucleótidos, uniendo fragmentos de Okazaki y participando en la reparación del ADN dañado.

Procesos de Expresión Génica y Maduración del ARN

• Transcripción Inversa: Proceso en el que se sintetiza ADN a partir de un molde de ARN, característico de retrovirus. Es catalizada por la transcriptasa inversa. El ADN resultante se integra en el genoma del huésped como un provirus.
• Poliadenilación: Modificación post-transcripcional del extremo 3' del ARNm eucariota, consistente en la adición de una cola de poli(A) por la poli(A) polimerasa. Esta cola contribuye a la estabilidad y transporte del ARNm.
• Exones: Secuencias codificantes en el ADN o ARN que se mantienen en el ARNm maduro y se traducen a proteínas.
• Intrones: Secuencias no codificantes en el ADN o ARN que son eliminadas durante el splicing del ARN primario.

Nucleósidos y Tipos de ARN

Nucleósidos del ADN

• Desoxiadenosina
• Desoxiguanosina
• Desoxicitidina
• Timidina

Nucleósidos del ARN

• Adenosina
• Guanosina
• Citidina
• Uridina

El ARN: Estructura y Funciones Esenciales

El ARN es generalmente monocatenario, aunque algunos virus poseen ARN de doble cadena. Es crucial no solo por contener información genética en ciertos casos, sino por su papel central en la conversión de la información contenida en el ADN en proteínas específicas. Los distintos tipos de ARN permiten la expresión fenotípica del ADN:

• ARN Mensajero (ARNm): Determina la secuencia de aminoácidos en la síntesis de proteínas.
• ARN de Transferencia (ARNt): Activa y transporta aminoácidos específicos al ribosoma para su incorporación en una nueva proteína.
  • El ARNt maduro posee un extremo 3' CCA al que se une el aminoácido.
  • Contiene una secuencia anticodón que se aparea con el codón del ARNm.
  • Los ARNt isoaceptores transportan el mismo aminoácido pero poseen anticodones distintos.
• ARN Ribosómico (ARNr): Es el elemento estructural y catalítico básico de los ribosomas, las partículas encargadas de llevar a cabo la síntesis proteica.

Otros Conceptos Relevantes

• Origen de Replicación (oriC): Sitio específico en el ADN donde se inicia la replicación.
• Terminador: Secuencia de ADN que señala el fin de la transcripción.