Expresión y Regulación Genética: Síntesis de Proteínas, Transcripción y Clonación

Iniciación y Elongación de la Cadena Proteica

En procariotas, el ARNm no está sometido a maduración como en eucariotas, y la traducción comienza antes de que termine la transcripción.

1. La síntesis inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen cerca del codón AUG (iniciador). En procariotas, el primer aminoacil-ARNt lleva unido el aminoácido N-formil-metionina, mientras que en eucariotas es la metionina. Todas las proteínas inician su síntesis con uno de estos aminoácidos, aunque a veces se separan posteriormente.
2. A la subunidad pequeña del ribosoma, al ARNm y al primer aminoacil-ARNt se les une la subunidad grande del ribosoma, completando el complejo de iniciación. El GTP aporta energía. El ARNt iniciador está en el sitio P, y el sitio A está disponible para un nuevo ARNt. La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica, desde la adición del segundo aminoácido hasta el último. La secuencia del ARNm se lee 5'-3', y los aminoácidos se unen desde el extremo amino terminal hasta el carboxilo terminal.
3. La elongación comienza cuando un segundo aminoacil-ARNt entra en el ribosoma y ocupa el sitio A.
4. Se forma un enlace peptídico entre el aminoácido en el sitio P y el nuevo aminoácido en el sitio A.
5. El segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado y por el otro a su codón.
6. Se produce la traslocación del ribosoma, proceso que requiere GTP y factores de elongación.

Terminación

7. La síntesis se detiene al llegar a un codón de terminación (UAA, UAG, UGA), reconocido por factores de liberación. El factor de liberación hidroliza el enlace entre el ARNt en el sitio P y el último aminoácido, liberando el polipéptido. En eucariotas hay un único factor de liberación; en procariotas, tres.
8. La cadena polipeptídica, el ARNm y el ARNt abandonan el ribosoma, que se disocia en sus subunidades.

Regulación de la Expresión Génica en Procariotas

Un operón es un grupo de genes estructurales regulados por elementos de control y genes reguladores. Se compone de:

• Genes estructurales: Codifican proteínas para un mismo proceso metabólico. Se transcriben en un ARNm policistrónico.
• Promotor: Secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa.
• Operador: Secuencia entre el promotor y los genes estructurales.
• Gen regulador: Codifica una proteína represora.

Cuando el represor se une al operador, impide la transcripción. Un inductor puede separarlo, permitiendo la transcripción.

Niveles de Regulación en Eucariotas

Regulación Pretranscripcional

Requiere la descondensación de la cromatina.

Regulación Transcripcional

Factores de transcripción se unen al promotor para facilitar o impedir la transcripción.

Regulación Postranscripcional

• Procesamiento del ARN: Se pueden obtener distintos ARNm a partir de uno primario.
• Transporte al citoplasma: Los ARNm maduros son exportados selectivamente.
• Degradación del ARNm: El ARNm tiene un tiempo de vida limitado.
• Procesamiento y degradación postraduccional: Los polipéptidos pueden ser modificados.

Dogma Central de la Biología Molecular

Flujo de información genética del ADN a los ribosomas.

Retrotranscripción: El Ciclo Reproductivo de un Retrovirus

1. El virus se fusiona con la célula huésped.
2. La transcriptasa inversa sintetiza ADN complementario al ARN viral.
3. Se forma una segunda cadena de ADN, obteniendo ADN bicatenario.
4. El ADN entra al núcleo y se integra como provirus.
5. La transcripción del provirus produce ARN.
6. Algunos ARN actúan como ARNm para proteínas virales.
7. Otros ARNm se empaquetan para formar nuevos virus.
8. Los nuevos virus salen de la célula.

Transcripción

Necesita:

• Una cadena de ADN molde.
• ARN polimerasas (una en procariotas, tres en eucariotas).
• Ribonucleótidos trifosfato (A, G, C, U).

Etapas:

Iniciación

La ARN polimerasa se une al promotor. En eucariotas, requiere factores de transcripción. Se forma la burbuja de transcripción.

Elongación

La ARN polimerasa añade ribonucleótidos en sentido 5'-3', leyendo el molde 3'-5'.

Terminación de la Transcripción

La ARN polimerasa reconoce señales de terminación. Se cierra la burbuja de transcripción y se libera el ARN.

Diferencias entre Procariotas y Eucariotas

• En eucariotas, la transcripción es en el núcleo y la traducción en el citoplasma; en procariotas, son simultáneas.
• Procariotas tienen una ARN polimerasa; eucariotas, tres.
• Las ARN polimerasas eucariotas carecen de función correctora.
• En eucariotas, el ARNm tiene una caperuza 5'.
• En procariotas, la terminación implica un bucle en el ARN.
• En eucariotas, el ARN se procesa (intrones y exones).

Características del Código Genético

Universal, degenerado, no ambiguo, sin solapamiento, varias fases de lectura.

Clonación

Producción de individuos genéticamente idénticos. Tipos:

• Clonación no reproductiva: Creación de células, tejidos u órganos para terapia.

Acción de las enzimas de restricción: Cortan el ADN en sitios específicos para crear ADN recombinante.

Hibridación: Diagnóstico de enfermedades genéticas.

Clonación No Reproductiva

1. Extracción del núcleo de una célula somática.
2. Introducción en un ovocito enucleado.
3. Desarrollo in vitro hasta blastocisto.
4. Extracción y cultivo de células madre embrionarias.
5. Diferenciación celular in vitro.