Mecanismos de la Expresión Génica: Transcripción y Síntesis de Proteínas en Eucariotas

La Expresión Génica: Transcripción y Traducción

La expresión de los genes ocurre cuando un gen se transcribe y se traduce, poniendo en marcha la compleja maquinaria celular que sintetizará la proteína codificada por dicho gen. Este proceso fundamental transcurre en dos etapas sucesivas:

1. Transcripción de la información genética (síntesis de ARN).
2. Traducción (síntesis de proteínas).

1. Transcripción: Biosíntesis de ARN

En la transcripción, una de las cadenas que componen el ADN de un gen actúa como molde para la síntesis de una cadena de ARN, la cual posee una secuencia complementaria.

Tipos de Genes según su Expresión

• Genes que se transcriben y se traducen: Originan moléculas de ARNm (ARN mensajero), que contienen la información necesaria para la síntesis de proteínas (cadenas peptídicas).
• Genes que se transcriben pero no se traducen: Son portadores de información para la síntesis de otros tipos de ARN, como el ARNt (ARN de transferencia) y el ARNr (ARN ribosómico).
• Secuencias que no se transcriben ni se traducen: Estas secuencias reguladoras indican dónde debe comenzar a transcribirse el gen y dónde debe finalizar la lectura.

2. Traducción: Biosíntesis de Proteínas

Los ribosomas son capaces de fabricar una enorme diversidad de proteínas. Sin embargo, son incapaces de traducir directamente la programación escrita en el idioma del ADN. La traducción se realiza a partir del mensaje contenido en el ARNm.

La Transcripción en Células Eucariotas

La transcripción es la primera fase de la expresión génica, transfiriendo la información del ADN al lenguaje del ARN, lo que resulta en la síntesis de una molécula de ARN.

Localización y Elementos Básicos

En los eucariotas, todos los tipos de ARN se sintetizan en el núcleo y luego se exportan al citoplasma a través de los poros nucleares. También las mitocondrias y los cloroplastos poseen cierta cantidad de genes que se transcriben para formar ARN mitocondrial y de los cloroplastos.

Para la síntesis del ARNm, se requieren tres elementos básicos:

1. Una cadena de ADN molde.
2. Ribonucleótidos.
3. La enzima ARN polimerasa II.

Elementos que Intervienen en la Síntesis del ARNm

1. Cadena de ADN Molde y Ribonucleótidos:

• Una cadena de ADN molde.
• Ribonucleótidos de A, G, C y U en sus formas trifosfato, cargados de energía: ATP, GTP, CTP y UTP.

El proceso implica la unión de nucleótidos mediante enlaces éster entre el ácido fosfórico situado en posición 5' con el grupo OH en posición 3' del último nucleótido.

2. La Enzima ARN Polimerasa II:

Esta enzima cataliza la polimerización de los ribonucleótidos basándose en la especificidad del apareamiento entre las bases. Debe poseer las siguientes capacidades:

• Reconocer las secuencias promotoras que marcan el inicio de la transcripción, con ayuda de otras proteínas: los factores de transcripción.
• Recorrer la hebra molde en sentido 3'→5', seleccionando en cada momento el ribonucleótido trifosfato complementario.
• Catalizar la formación del enlace éster, separando un resto pirofosfato del nucleótido monofosfato y utilizando la energía desprendida en la hidrólisis.
• Reconocer las secuencias de terminación de la transcripción.

Etapas de la Transcripción del ARNm y Maduración

El ARNm se denomina mensajero porque transporta el mensaje, es decir, la información necesaria para la síntesis de una proteína, desde el núcleo (donde se ha transcrito) hasta el citoplasma (donde se traduce).

La mayor parte de los genes eucariotas que codifican para proteínas están fragmentados, por lo que se transcriben tanto los intrones como los exones. El proceso se divide en tres etapas:

1. Iniciación.
2. Elongación.
3. Terminación.

El ARN precursor (pre-ARNm) debe experimentar un proceso de maduración antes de salir del núcleo y ser traducido en el citoplasma por el ribosoma para formar una proteína.

Iniciación de la Transcripción

Para asegurar que la enzima ARN polimerasa II transcriba determinados genes, existen en los genes eucariotas tres clases de secuencias reguladoras:

• El promotor.
• Las secuencias potenciadoras (enhancers).
• Las secuencias silenciadoras (silencers).

Estas secuencias se activan por diversos factores de transcripción.