Procesos Centrales de la Genética: Replicación, Transcripción y Traducción del ADN y ARN

Estructura del ADN

Estructura Primaria

La estructura primaria se refiere a la secuencia lineal de bases nitrogenadas en el esqueleto de la cadena de ADN.

Estructura Secundaria

Se basa en el principio de complementariedad de bases, formando puentes de hidrógeno entre bases complementarias. La doble hélice de ADN presenta las siguientes características:

• Antiparalelas: Las dos hebras corren en direcciones opuestas (5'→3' y 3'→5').
• Unidas por puentes de hidrógeno: Entre las bases nitrogenadas.
• Bases nitrogenadas en el interior: Protegidas del ambiente acuoso.
• Dextrogira: Gira hacia la derecha.
• Plectonémica: Las hebras están enrolladas una sobre la otra y no pueden separarse sin desenrollarse.

Estructura Terciaria

Implica el empaquetamiento del ADN. Las proteínas asociadas se clasifican en:

• Histonas: Proteínas funcionales que ayudan a empaquetar el ADN en nucleosomas.
• No Histonas: Proteínas con funciones estructurales o enzimáticas.

Replicación del ADN: Proceso y Mecanismos

La replicación es el proceso de creación de una copia idéntica del ADN. Se caracteriza por ser:

• Semiconservativa: Cada nueva molécula de ADN contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada.
• Semidiscontinua: Una hebra se sintetiza de forma continua (hebra líder) y la otra de forma discontinua en fragmentos (hebra rezagada o retardada, con fragmentos de Okazaki).

Fase de Inicio

• La Helicasa rompe los puentes de hidrógeno, separando las dos hebras de ADN.
• Las Proteínas SSBP (Proteínas de Unión a Cadena Sencilla) se unen a las hebras separadas para evitar que se vuelvan a unir.
• La ADN Girasa y la Topoisomerasa relajan la tensión torsional de la cadena generada por el desenrollamiento.

Fase de Elongación

• Primasa: Sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados primers, que sirven como punto de partida para la ADN polimerasa.
• ADN Polimerasa III (en procariotas):
  • Añade nucleótidos complementarios a la hebra molde.
  • Solo puede trabajar en dirección 5' → 3'.
  • Necesita un primer de ARN para comenzar la síntesis.
• Hebra Líder (Leading Strand): Se sintetiza de forma continua en dirección 5’ → 3’, siguiendo el avance de la horquilla de replicación.
• Hebra Rezagada (Lagging Strand): Se sintetiza de forma discontinua en fragmentos de Okazaki, ya que su dirección de síntesis (5'→3') es opuesta a la de apertura de la horquilla. Cada fragmento de Okazaki requiere un nuevo primer de ARN.

Fase de Terminación

• ADN Polimerasa I: Elimina los primers de ARN y los reemplaza con nucleótidos de ADN.
• ADN Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki, formando una hebra continua de ADN.

Transcripción: Síntesis de ARN a partir de ADN

La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza una molécula de ARN a partir de una plantilla de ADN.

Fase de Inicio

• La ARN Polimerasa se une a una región específica del ADN llamada promotor (ubicada antes de la región a transcribir).
• Esta unión provoca la separación de las hebras de ADN, facilitando el inicio de la síntesis de ARN.

Fase de Elongación

• La ARN Polimerasa se desplaza a lo largo de la cadena molde de ADN, leyendo la secuencia de bases.
• Sintetiza una cadena de ARN en dirección 5’ → 3’, agregando ribonucleótidos complementarios a la hebra molde de ADN.

Fase de Terminación

La transcripción finaliza cuando la ARN Polimerasa encuentra una secuencia de terminación específica en el ADN.

Maduración del ARN (Procesamiento Post-Transcripcional)

En Procariotas:

• El ARNt y el ARNr se sintetizan como una larga cadena (transcrito primario) que luego es cortada por enzimas específicas.
• El ARNm procariota generalmente no requiere modificaciones significativas antes de la traducción.

En Eucariotas:

El ARNm eucariota sufre un procesamiento extenso antes de salir del núcleo:

• Exones: Son las regiones del gen que se transcriben y se traducen, conteniendo la información para la proteína.
• Intrones: Son las regiones del gen que se transcriben pero no se traducen, ya que no codifican para proteínas.

Modificaciones del ARNm Eucariota:

• Adición de la Capucha 5' (5' Cap): Una guanina metilada se añade al extremo 5' del ARNm. Esta capucha protege el ARN de la degradación y es crucial para el inicio de la traducción. Se añade durante la fase de elongación.
• Adición de la Cola Poli-A 3' (Poly-A Tail): Una secuencia de adeninas (aproximadamente 50-250) se añade al extremo 3' del ARNm. Esta cola contribuye a la estabilidad del ARNm y facilita su exportación del núcleo al citoplasma.
• Eliminación de Intrones (Empalme o Splicing): Los intrones son eliminados del transcrito primario y los exones se unen. Este proceso es catalizado por un complejo llamado espliceosoma, formado por proteínas y ARN nucleares pequeños (snRNPs). Las snRNPs reconocen los extremos de los intrones, los cortan y unen los exones, resultando en un ARNm maduro.

Traducción: Síntesis de Proteínas a partir de ARN

La traducción es el proceso mediante el cual la información genética contenida en el ARNm se utiliza para sintetizar una proteína.

Fase de Inicio

1. El ARN mensajero (ARNm) se une a la subunidad pequeña del ribosoma.
2. El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm hasta encontrar el codón de inicio, que es AUG. Este codón codifica para el aminoácido metionina.
3. Un ARNt iniciador, que lleva el anticodón UAC y el aminoácido metionina, se une al codón AUG en el sitio P del ribosoma.
4. La subunidad grande del ribosoma se ensambla, completando el ribosoma funcional.
5. Se forman tres sitios clave en el ribosoma:
   • Sitio A (Aminoacil): Punto de entrada para los nuevos ARNt cargados con aminoácidos.
   • Sitio P (Peptidil): Donde se encuentra el ARNt que lleva la cadena de aminoácidos en crecimiento.
   • Sitio E (Salida o Exit): Por donde sale el ARNt vacío después de haber entregado su aminoácido.