Regulación de la Transcripción, Traducción y Metabolismo Energético: Glucólisis y Lipólisis

Procesos de replicación y transcripción

Replicación: Es el proceso de duplicación del ADN, muy complejo y eficaz, mediante el cual la ADN polimerasa sintetiza nuevas cadenas a partir de las hebras originales.

Componentes principales:

• Hebra molde: hebra de ADN que sirve de molde para la síntesis.
• Cebador: necesario para iniciar la hebra adelantada y, mediante el emparejamiento de ARN, para iniciar los fragmentos de Okazaki en la hebra retrasada.
• Desoxirribonucleótidos 5'-dNTP: monómeros precursores.
• ADN polimerasa: enzima que cataliza la polimerización.
• Mg²⁺: cofactor necesario para la polimerasa.
• Proteínas auxiliares: topoisomerasas, helicasas, ligasas, entre otras.
• 5'-NTP: precursores para que la primasa catalice la síntesis del cebador de la hebra retrasada.

Transcripción: Proceso en el que se sintetiza ARN a partir de una hebra molde de ADN, sin necesidad de cebador.

• Hebra molde de ADN (sin cebador).
• 5'-NTP: monómeros precursores.
• ARN polimerasa: enzima catalizadora.
• Mg²⁺: cofactor de la polimerasa.
• Topoisomerasas y factores de transcripción.

Reg. de la transcripción: La regulación promotora es el punto de inicio de la transcripción; la ARN polimerasa se une a la secuencia promotora, y este proceso ocurre gracias a los factores de transcripción.

Traducción y síntesis de proteínas

Codón de inicio AUG: codifica Metionina (Met), seguida de secuencias como Met-Arg-Pro-Leu. El codón de terminación es UAA.

Ejemplos de secuencias: Met-His-Ala-His-Tyr-Lys; Met-Pro-Ile-Ser-Asp-Thr-Arg-Arg-Pro-Ser-Arg-Leu-Thr-Lys...

Activación de aminoácidos

La unión de cada aminoácido con su tRNA específico forma el aminoacil-tRNA. Se produce un enlace entre el grupo carboxilo (-COOH) del aminoácido y el grupo hidroxilo 3' del tRNA, catalizado por la aminoacil-tRNA sintetasa.

• Primera etapa: aa + ATP → PPi + aminoacil-AMP. Se rompe el enlace fosfoanhídrido y se forma un anhídrido mixto carboxilo-fosfórico.
• Segunda etapa: aminoacil-AMP + tRNA → AMP + aminoacil-tRNA. El aminoácido se transfiere al hidroxilo 3' del tRNA, formando un éster. Ambas reacciones son catalizadas por la aminoacil-tRNA transferasa, ocurren en el citosol y consumen 2 ATP.

Sitios del ribosoma

• Sitio P: peptidil(N)-tRNA; luego tRNA, y finalmente peptidil(N+1)-tRNA.
• Sitio A: aminoacil-tRNA(N+1) y peptidil(N+1)-tRNA.

Metabolismo de los triacilglicéridos (TAG)

Lipasas de TAG: hidrolizan los TAG en sus componentes, glicerol y ácidos grasos (AG). Actúan bajo regulación hormonal.

Síntesis de malonil-CoA

7 Acetil-CoA + 7 CO₂ + 7 ATP → 7 Malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H⁺, catalizada por la acetil-CoA carboxilasa.

Síntesis de ácidos grasos

Mitocondria: Acetil-CoA (con carnitina y CoA-SH) → Acetil-carnitina → Translocasa.

Citosol: Translocasa → Acetil-carnitina (CoA-SH → carnitina) → Acetil-CoA (acetil-CoA carboxilasa) → Malonil-CoA (NADPH y Acetil-CoA) → Ácido graso.

Beta oxidación: enzimas y reacciones

1. Acil-CoA sintetasa: AG + ATP + CoA-SH → Acil-CoA + AMP + PPi. Forma un tioéster.
2. Pirofosfatasa: acil adenilato + pirofosfato → 2 Pi.
3. Carnitina aciltransferasa I: Acil-CoA + carnitina ⇌ acil-carnitina + CoA-SH. Forma un éster.
4. Acil-CoA deshidrogenasa: Acil-CoA + FAD → trans-enoil-CoA + FADH₂. Deshidrogenación.
5. Enoil-CoA hidratasa: trans-enoil-CoA + H₂O → L-3-hidroxiacil-CoA. Hidratación.
6. 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa: L-3-hidroxiacil-CoA + NAD⁺ → 3-cetoacil-CoA + NADH. Deshidrogenación.
7. Tiolasa: 3-cetoacil-CoA + CoA-SH → acil-CoA acortado + acetil-CoA.

Regulación de la glucólisis

• Hexoquinasa (HK): regulada por glucosa-6-fosfato, que la inhibe. También se inhibe por ATP, lo que indica que la célula tiene energía suficiente. Controla la cantidad de glucosa utilizada por la célula.
• Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1): activada por fructosa-2,6-bisfosfato y AMP (indican baja producción de energía); inhibida por citrato, ATP y H⁺ (protones). Este control evita el daño celular por aumento de ácido láctico.
• PFK-2: enzima controlada por insulina y glucagón. La insulina favorece la glucólisis y disminuye la glucosa en sangre; el glucagón la inhibe. Si el nivel energético es bajo, aumenta la glucólisis.
• Piruvato quinasa: inhibida por ATP, acetil-CoA o alanina; activada por AMP y fructosa-1,6-bisfosfato, lo que permite transmitir información que regula el paso de la PFK. También se regula por modificación covalente mediante fosforilación y desfosforilación controlada por glucagón. Cuando el glucagón es alto, se activa la proteína quinasa A, que fosforila e inactiva la piruvato quinasa.

Destino del piruvato

• Fermentación: ocurre en el citoplasma.
• Fermentación láctica (homoláctica): el piruvato se reduce a lactato en presencia de NADH + H⁺, regenerando NAD⁺ para que la glucólisis continúe. Ocurre cuando el O₂ es limitado, como en células musculares. Está presente en la leche y el queso.
• Fermentación alcohólica: realizada por levaduras y bacterias. El piruvato es descarboxilado por la piruvato descarboxilasa, y el producto se reduce a etanol por la alcohol deshidrogenasa.