Mecanismos Centrales de la Biología Molecular: Replicación, Expresión y Regulación Génica

Fundamentos de la Genética Molecular

¿Qué es un Gen?

Un gen es una secuencia específica de nucleótidos en el ADN que contiene la información para producir una proteína determinada.

• Ejemplo: El gen de la hemoglobina contiene la información para fabricar esta proteína que transporta oxígeno en la sangre.

Complementariedad de Bases Nitrogenadas

Las bases nitrogenadas siguen reglas de apareamiento complementario:

• Adenina (A) – Timina (T) (en ADN) → 2 puentes de hidrógeno.
• Adenina (A) – Uracilo (U) (en ARN) → 2 puentes de hidrógeno.
• Guanina (G) – Citosina (C) → 3 puentes de hidrógeno.

El Flujo de la Información Genética

Proceso de Replicación del ADN

La replicación es el proceso mediante el cual el ADN se duplica antes de la división celular.

1. Desenrollamiento: La enzima Helicasa separa las hebras del ADN.
2. Formación del cebador: La enzima Primasa coloca el cebador de ARN.
3. Síntesis de la nueva hebra: La ADN Polimerasa agrega nucleótidos complementarios.
4. Eliminación del cebador: La Exonucleasa lo reemplaza con ADN.
5. Sellado de la hebra: La Ligasa une los fragmentos de ADN.

Síntesis de Proteínas (Expresión Génica)

Transcripción (Síntesis de ARNm)

Proceso donde el ARN mensajero (ARNm) se sintetiza a partir del ADN en el núcleo.

1. La ARN Polimerasa reconoce una secuencia de inicio en el ADN llamada promotor.
2. Se separan las hebras de ADN.
3. Se sintetiza una cadena de ARN complementaria a la hebra molde del ADN.
4. La transcripción finaliza en una secuencia llamada terminador.

Traducción (Síntesis de Proteínas en los Ribosomas)

1. El ARNm llega a los ribosomas.
2. Los ARN de transferencia (ARNt) transportan los aminoácidos, reconociendo los codones del ARNm mediante su anticodón.
3. Se forma la proteína uniéndose los aminoácidos en el orden correcto.

Código Genético

• Codón: Secuencia de 3 nucleótidos en el ARNm que codifica un aminoácido.
• Existen 64 codones posibles que codifican para 20 aminoácidos.
• Codón de inicio: AUG (Metionina).
• Codones de terminación: UAA, UAG, UGA.

Regulación de la Expresión Génica

Las células regulan la síntesis de proteínas según sus necesidades, asegurando la eficiencia metabólica.

Regulación en Procariotas (Operón *lac*)

• Los genes son regulados por proteínas represoras y activadoras.
• Ejemplo: Operón *lac* en *E. coli*
  • Si no hay lactosa, un represor bloquea la transcripción.
  • Si hay lactosa, se inactiva el represor y se transcriben los genes que degradan la lactosa.

Regulación en Eucariotas

• Los factores de transcripción ayudan a la ARN Polimerasa a unirse a los promotores.
• Los Enhancers (intensificadores) aumentan la tasa de transcripción.
• Las hormonas esteroideas pueden activar genes al unirse a receptores nucleares.

Metabolismo y Aplicaciones de los Ácidos Nucleicos

Catabolismo

Degradación de los ácidos nucleicos:

• Los ácidos nucleicos de los alimentos se degradan a nucleótidos y luego a bases nitrogenadas.
• En humanos, las purinas se degradan a ácido úrico (excretado en la orina).
• Las pirimidinas se degradan a urea y amoníaco.

Anabolismo

Síntesis de nuevos nucleótidos:

• Los nucleótidos se sintetizan a partir de aminoácidos, CO₂ y ácido fórmico.
• Purinas: Se sintetizan a partir de inosina monofosfato (IMP).
• Pirimidinas: Se sintetizan desde el ácido orótico.

Secuenciación del ADN

Secuenciar el ADN significa determinar el orden exacto de los nucleótidos (A, T, G, C) en una molécula de ADN. Esto permite identificar genes, mutaciones y características genéticas.