Expresión Génica: Transcripción, Traducción y Replicación del ADN

La expresión génica tiene lugar en una sucesión de procesos en el cual el más importante es la transcripción de una hebra de ADN molde a partir de una región promotora. En este proceso se forma un ARN. Este proceso es catalizado por el ARN polimerasa. En eucariotas se produce el proceso de maduración con el fin de eliminar los intrones para que los ARNm puedan ser traducidos en los ribosomas a una proteína.

La duplicación es semiconservativa porque la célula hija mantiene una cadena original de la célula madre y la otra la sintetiza de nuevo.

La transcripción tiene como objetivo la síntesis de una molécula de ARN. Los elementos que intervienen en ella son:

• La hebra molde
• Los ribonucleótidos trifosfato (AGUC)
• La enzima ARN polimerasa II

La transcripción tiene lugar dentro del núcleo. En las células que carecen de núcleo tendrá lugar en el citoplasma. El proceso de maduración es el conjunto de modificaciones en ambos extremos del pre-ARNm, eliminación de intrones y la alteración de ciertas secuencias codificantes de algunos ARNm. Los elementos que la forman son el ADN molde, los ribonucleótidos trifosfato y la ARN polimerasa II.

Maduración del ARN

1. Adición 5' de la caperuza metil guanosina trifosfato: protege al ARNm.
2. Adición 3'.
3. Splicing: mecanismo de corte de intrones y pegado de exones. Supresión de intrones en el núcleo sobre el ARNm transcrito primario, se eliminan secuencias intrónicas que forman lazos y los exones se empalman para dar un ARNm funcional que se exporta al citoplasma con todos los nucleótidos necesarios para la síntesis de la cadena proteica.
4. Poliadenilación.
5. Corrección del pre-ARNm.

El paso de ADN a ARNm se denomina transcripción. Este proceso consiste en la síntesis de una molécula de ARN a partir de una cadena de ADN molde:

• Obtener un transcrito de ARN complementario y antiparalelo.
• Ribonucleótidos trifosfato de AGCU: síntesis de ARN por unión de nucleótidos mediante enlaces éster entre el fosfórico 5' de cada nuevo nucleótido con el grupo OH en 3' del último nucleótido.
• ARN polimerasa: reconoce secuencias promotoras, recorre la hebra molde, cataliza la formación de enlaces éster entre complementarios y reconoce las secuencias de terminación de la transcripción.
• Promotor: es una región del ADN con unas características especiales que determina el punto en el que el ARN polimerasa comienza a transcribir un gen. Marca el inicio.

La replicación del ADN en células eucariotas tiene lugar en la fase S. Es semiconservativa porque cada célula hija conserva una cadena original de la célula madre mientras que la otra se sintetiza de nuevo. Requiere de un ARN cebador para iniciarse. Hay 5 tipos de ARN polimerasa en este proceso que llevan a cabo la síntesis del ADN cebador y la hélice retardada:

• α: Une fragmentos de Okazaki.
• β: Replica el ADN mitocondrial.
• γ: Sintetiza la hebra conductora & polimeriza los fragmentos de Okazaki.
• δ:
• ε:

La maduración es el conjunto de modificaciones que tienen lugar en los extremos del ARNm: eliminación de intrones y la alteración de ciertas secuencias codificantes (código genético) en algunos ARNm. Tiene lugar en los ribosomas.

ARN primas forma un cebador, cebador + ADN Pol III sintetiza el ADN y complementa el fragmento de Okazaki, ADN Pol I elimina el cebador por ADN complementario a la secuencia molde, ADN ligasa une los diferentes fragmentos y da lugar a la hebra retardada.

Al ser la replicación un proceso semiconservativo, cada célula hija conserva una cadena de la célula madre y la otra se sintetiza. Tras la primera replicación tenemos dos, tras la segunda, esas dos se replican y tenemos cuatro, y en la tercera, esas cuatro se replican y tenemos 8.

Replicación, Transcripción y Traducción

• Replicación: obtención de una copia complementaria de un ADN para poder ser transmitido a nuevos individuos. Se llama así porque se obtiene una copia complementaria y no se duplica, que es hacer una copia idéntica.
• Transcripción: copia de un gen a un fragmento de ADN utilizando ribonucleótidos y originándose diferentes tipos de ADN.
• Traducción: proceso de síntesis de proteínas en los ribosomas a partir de la información transportada por el ARNm. En las células procariotas ocurre en el citoplasma y en eucariotas en el núcleo.

Para transmitir los mensajes génicos en una misma célula, la información fluye desde el ADN hasta el ARN (transcripción) y desde este a las proteínas (traducción). La replicación consiste en la copia exacta y fiel de un ADN, proceso similar en procariotas y eucariotas. El ADN parental rompe sus puentes de hidrógeno entre bases, cada hebra actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena. La complementariedad de bases es la esencia de la replicación. Es semiconservativa porque cada célula hija conserva una cadena de la célula madre y la otra se sintetiza.

La transcripción es la primera fase de la expresión génica en la que se transfiere la información del ADN al lenguaje del ARN. Este proceso consiste en la síntesis de una molécula de ARN. En eucariotas la síntesis es en el núcleo, aunque también hay transcripción en mitocondrias y cloroplastos. En procariotas, en el citoplasma. Los elementos que participan son la cadena molde, los ribonucleótidos y la enzima ADN polimerasa II. También hay, aparte de enzimas, otras moléculas como ribonucleótidos y factores basales que ayudan al ARN Pol II a situarse en el sitio de la iniciación del gen. Hay tres tipos de secuencias del ADN molde que intervienen en el proceso: promotora, potenciadora y silenciadora.

La ADN polimerasa III, la encargada del proceso de la replicación, solo puede ir en sentido 3' - 5', entonces la hebra conductora se forma de manera continua, ya que se forma a partir de la hebra que está orientada en sentido 3' - 5' y se copia de forma continua. Ésta crece de 5' a 3', la hebra principal. Pero la hebra retardada se forma más tarde, ya que se constituye a partir de la hebra que está en sentido 5' - 3', que la ADN polimerasa III no puede leer al estar en ese sentido, por lo que tiene que abrir más la hebra para ser leída y la solución es que las enzimas vayan sintetizando unos fragmentos de ADN por separados, los fragmentos de Okazaki, luego se ligan y por ello no son continuos.

Para transmitir los mensajes génicos en una misma célula, la información fluye del ADN al ARN (transcripción) y desde este a las proteínas (traducción). La replicación consiste en la copia exacta y fiel de un ADN, proceso similar en eucariotas y procariotas. El ADN parental rompe sus puentes de hidrógeno entre bases, cada hebra actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena. La complementariedad de bases es la esencia de la replicación. Es semiconservativa ya que cada célula hija conserva una cadena de la célula madre y la otra se sintetiza.

Diferencias entre ADN y ARN

Decimos que el código genético es universal ya que es usado por la práctica totalidad de organismos conocidos y es degenerado porque existen más tripletes que aminoácidos. Por esto, un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete.

La biosíntesis de una proteína se llama traducción. Se cambia del idioma de los ácidos nucleicos al idioma de las proteínas (20 letras: los 20 aminoácidos proteicos). En este proceso se descodifica el mensaje genético del ARNm para sintetizar una proteína. Los elementos más importantes son:

• Codón (triplete de bases del ARNm).
• Anticodón (se une al codón).
• Aminoácido.

Es necesario que la expresión génica esté regulada ya que las células necesitan ahorrar energía y para ello no sintetizan las proteínas que no necesitan, de modo que solo usan la energía genética necesaria activando unos genes y reprimiendo otros. Para que los genes codifiquen las proteínas necesarias en el momento adecuado, como forma de ahorrar energía, la regulación decide qué genes se activan y cuáles no.

Comparación de la expresión génica en procariotas y eucariotas

Un gen es un segmento de ADN que contiene información para que se sintetice una proteína determinada.

La traducción es la etapa mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm para que se sintetice una proteína. Para descodificarlo es necesario el código genético, que establece la correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos, lo que permite traducir el idioma de los genes al de las proteínas. Los aminoácidos están codificados por tripletes de bases de ARNm (codón).

El código genético establece la correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos, lo que permite traducir el idioma de los genes al de las proteínas. Los aminoácidos están codificados por tripletes o codones de bases de ARNm. Es degenerado porque los aminoácidos generalmente están codificados por dos o más codones. Sobre el efecto fenotípico, esto puede que no produzca alteraciones en la secuencia de los aminoácidos que forman la proteína, ya que puede sustituirse una base por otra de un aminoácido similar.

Características del código genético

• Es degenerado: un aminoácido puede estar codificado por más de un codón.
• Es universal: es el mismo para la mayoría de los organismos.
• No es ambiguo: cada codón codifica para un solo aminoácido.
• Carece de solapamiento: los codones se leen de forma lineal y continua.
• Es unidireccional: se lee siempre en dirección 5' - 3'.

El código genético minimiza el efecto fenotípico porque es degenerativo. Si se sustituye una base por otra, puede que se sustituya por un aminoácido similar y entonces no se altera la secuencia de los aminoácidos que forman la proteína.

a. ARNm - b. Cadena polipeptídica - c. Ribosoma: este proceso hace referencia a la traducción, que es la etapa que sigue a la transcripción, mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm para sintetizar una proteína.

a. Cadena polipeptídica - b. ARNm - c. Ribosoma - d. ARNt: este dibujo se corresponde con la segunda etapa de la expresión de los genes, la traducción, en la que se traduce la información del gen en forma de ARN mensajero por el ribosoma, a través del código genético, que establece la correspondencia entre el ARN mensajero y las proteínas para sintetizar la proteína codificada por el gen.

Etapas de la traducción

1. Iniciación: Unión de las subunidades del ribosoma, el ARNm, el ARN de iniciación (que lleva el aminoácido metionina) y factores de iniciación.
2. Elongación:
   • Unión del aminoacil-ARNt (ARNt unido a un aminoácido) al sitio A del ribosoma.
   • Formación del enlace peptídico entre el aminoácido del sitio A y el del sitio P (catalizado por la enzima peptidil transferasa).
   • Translocación del ribosoma al siguiente codón del ARNm, liberando el sitio A para la entrada de un nuevo aminoacil-ARNt.
3. Terminación: Unión de un factor de liberación al codón de terminación del ARNm, lo que provoca la liberación de la cadena polipeptídica y la disociación del ribosoma.