Mecanismos Fundamentales de la Biología Molecular: Replicación y Transcripción del ADN

Replicación del ADN

La replicación se caracteriza por tener un solo origen en procariotas y varios orígenes en eucariotas. En el ADN nuclear de eucariotas hay muchos orígenes de replicación; cada unidad de replicación es un replicón. La replicación es bidireccional.

Diferencias en la Replicación (Procariotas vs. Eucariotas)

Procariotas (PRO)

• ADN Polimerasa I: Rellena huecos y repara.
• ADN Polimerasa II y III: Función principal en la síntesis.
• Añade bases en dirección 5' → 3'.

Eucariotas (EU)

• Existen 5 tipos de polimerasas: *Alfa* y *Beta* participan en la replicación.
• Poseen actividad exonucleotídica en dirección 3' → 5'.

Mecanismo de Síntesis

La replicación puede ser continua (cadena adelantada) o discontinua (cadena retrasada).

• La cadena discontinua requiere un cebador y forma fragmentos de Okazaki (sintetizados por ADN Pol III en procariotas).
• La Ligación es realizada por la ADN Ligasa, formando el enlace fosfodiéster.

Complejos Enzimáticos

• Replisoma: Complejo enzimático de la replicación que coordina la síntesis de las dos cadenas.
• Primosoma: Formado por dos enzimas.
• Helicasa: Desenreda el ADN.

Características Generales de la Replicación

• Es bidireccional.
• Implica hebra continua y hebra discontinua.
• Es semiconservativa.
• Dirección de síntesis: 5' → 3'.
• Polimerasas (Procariotas): ADN Pol I, II, III.
• Polimerasas (Eucariotas): ADN Pol alfa, beta, gamma, y otras moléculas accesorias.
• Fases: Iniciación, Elongación, Terminación.

Transcripción del ADN a ARN

La Transcripción (síntesis de ARN a partir de ADN) ocurre en el interior del núcleo (en eucariotas). Necesita una cadena de ADN que actúe como molde y ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U.

El proceso consta de: Iniciación, Elongación y Terminación.

Características de la Transcripción

• Dirigido por una ARN Polimerasa.
• Una hebra de ADN sirve de molde.
• La enzima no requiere cebador.
• La enzima elonga la cadena en dirección 5' → 3'.
• Formación de enlace 3' → 5' fosfodiéster.
• La síntesis se inicia en secuencias específicas llamadas promotores.
• Requiere el desenrollamiento parcial del ADN.

Etapas de la Transcripción

1. La Polimerasa (Pol) se une al promotor.
2. La Pol abre la horquilla de transcripción.
3. La Pol cataliza el enlace fosfodiéster entre los 2 primeros rNTPs.
4. La Pol avanza 5' → 3' añadiendo nuevos rNTPs.
5. La Pol libera el ARN y se disocia del ADN.

Diferencias en la Transcripción (Procariotas vs. Eucariotas)

• Procariotas:
  • ARNm policistrónico.
  • Transcripción y traducción acoplados.
  • ARN Polimerasa única.
• Eucariotas:
  • ARNm monocistrónico.
  • Transcripción y procesamiento acoplados.
  • 3 ARN Polimerasas diferentes.

Iniciación en Eucariotas

Todas las polimerasas eucariotas necesitan factores transcripcionales basales para reconocer los promotores e iniciar la transcripción. Los factores basales se ensamblan secuencialmente y posicionan la ARN Polimerasa. Luego, esta se libera y comienza la transcripción.

El Promotor

Secuencia de ADN que define el sitio de iniciación de la transcripción de ARN.

• Caja TATA: (20-30 pb corriente arriba del sitio de iniciación de la transcripción).
• Caja CAAT: (aproximadamente 80 pb arriba del sitio de iniciación de la transcripción).

Tipos de ARN Polimerasa en Eucariotas

En procariotas solo existe una ARN Polimerasa, mientras que en eucariotas hay tres:

• ARN Pol I: Sintetiza ARNr (ARN Ribosomal).
• ARN Pol II: Sintetiza ARNm (ARN Mensajero).
• ARN Pol III: Sintetiza ARNt (ARN de Transferencia) y pequeños ARN nucleares.

La reacción de polimerización es irreversible y ocurre en dirección 5' → 3'.

Modificaciones Postranscripcionales del ARNm (Eucariotas)

• Adición de la capucha de 7-metilguanosina (cap) en el extremo 5'.
• Adición de la cola de poli-A en el extremo 3'.
• Remoción de los intrones (proceso de *splicing*).