Mecanismos Moleculares de la Expresión Génica: Transcripción y Desciframiento del Código Genético

La Transcripción Genética: Proceso y Componentes

La transcripción es un proceso fundamental que ocurre en el núcleo celular (en eucariotas) y requiere los siguientes componentes:

• Una cadena de ADN que actúe como molde.
• Enzimas: El proceso es catalizado por las ARN polimerasas 1, 2 y 3.
• Ribonucleótidos trifosfatos de Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U).

Etapas de la Transcripción

1. Iniciación

   Comienza cuando la ARN polimerasa reconoce en el ADN una señal que indica el inicio del proceso. Estas señales son los centros promotores, determinadas secuencias cortas de bases nitrogenadas a las que se une la ARN polimerasa. Esta unión provoca que la doble hélice se abra, permitiendo la incorporación de los ribonucleótidos que se van a unir.

2. Elongación

   Consiste en la adición de ribonucleótidos para formar la cadena de ARN. La ARN polimerasa avanza a lo largo de la cadena molde, leyéndola en sentido 3' → 5'.

   En eucariotas, tras la unión de los primeros 30 ribonucleótidos, se añade una "capucha" (o cap) formada por metil-guanosina-fosfato. Durante la traducción, esta capucha servirá como señal de reconocimiento para el inicio de la lectura.

3. Terminación

   La ARN polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. Esto implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN polimerasa del ARN transcrito.

   Terminación en Procariotas

   La señal de terminación es una secuencia de bases palindrómica (secuencia que se lee de la misma forma de derecha a izquierda y viceversa) formada por G y C, seguidas de varias T. Esta secuencia origina un bucle al final del ARN, el cual favorece la separación del ADN.

   Terminación en Eucariotas

   La ARN polimerasa transcribe regiones largas de ADN. Una enzima corta el fragmento de ADN que lleva la información para sintetizar la proteína, y el ADN sigue transcribiéndose, pero el transcrito posterior se degrada por no tener capucha. La señal de corte es una secuencia (AAUAAA) llamada señal de poliadenilación. Después de la separación del ARN, se añade la cola poli-A (una secuencia formada por aproximadamente 200 nucleótidos).

Maduración del ARN (Procesamiento Post-transcripcional)

Organismos Procariotas

Cuando se transcribe el ADN que codifica los ARNt y ARNr, se forma una molécula de ARN que contiene numerosas copias de secuencias de ARNr o ARNt. Esta molécula tan larga (el transcrito primario) es cortada en fragmentos más pequeños.

Organismos Eucariotas

La mayor parte de los genes que codifican las proteínas están fragmentados. El ARN transcrito primario está formado por intrones y exones.

El proceso de corte y empalme (splicing) empieza cuando las secuencias intrónicas forman bucles, lo que provoca que se acerquen los extremos de los exones. Continúa con el corte de los intrones y la unión de los exones para formar el ARNm maduro, en condiciones de salir al núcleo. Es importante destacar que los intrones no existen en procariotas.

Descubrimiento y Naturaleza del Código Genético

Se sabía que el ARN podía traducirse en una secuencia de aminoácidos (aa). El problema era cómo pasar de un lenguaje de 4 letras (bases nitrogenadas) a otro de elementos distintos (20 aminoácidos). Se necesitaba un código genético.

1. Para descifrar el código, se usó como hipótesis que tres bases nitrogenadas codifican un aminoácido (el codón).
2. Los trabajos partieron del descubrimiento realizado por Severo Ochoa de la polinucleótido fosforilasa, a la que llamó poli-U (una enzima que cataliza la síntesis de un ARNm sin utilizar un molde de ADN).
3. M.W. Nirenberg y J.H. Matthaei demostraron que el ARN dirige la síntesis de las proteínas.

Experimento Clave de Nirenberg y Matthaei

Emplearon extractos de una bacteria que no contenía ARN y le añadieron aminoácidos marcados radioactivamente y extractos no purificados de ARN. Observaron que se sintetizaban pequeñas cantidades de proteínas marcadas radioactivamente, lo que significaba que el ARN era capaz de dirigir la síntesis de proteínas.

Utilizando el poli-U, demostraron que este codificaba el aminoácido fenilalanina.