Expresión génica: transcripción y traducción del ADN a las proteínas

Introducción a la Información Genética

• El ADN es la fuente de información genética y hereditaria. En todas las células, esta información es leída e interpretada, y una de sus funciones principales es la creación de polipéptidos.
• La síntesis de los polipéptidos es realizada en los ribosomas.
• Una proteína puede estar compuesta por 50 o más aminoácidos, formando una cadena polipeptídica funcional.

El Experimento de Pulso y Carga

• Este experimento implica hacer crecer células y agregar moléculas de ARN previamente marcadas con uracilo radiactivo.
• El ARN se produce en el núcleo celular y puede trasladarse hacia el citoplasma, siendo protagonista del traspaso de información para la síntesis de proteínas.

ADN y ARN: Los Pilares de la Vida

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

• Estructura: Doble cadena de nucleótidos.
• Bases nitrogenadas: Citosina (C), Guanina (G), Adenina (A), Timina (T).
• Azúcar: Desoxirribosa.
• Localización: Principalmente en los cromosomas del núcleo celular y en las mitocondrias.
• Funciones clave: Reproducción y herencia.

Ácido Ribonucleico (ARN)

• Estructura: Una sola cadena de nucleótidos.
• Bases nitrogenadas: Citosina (C), Guanina (G), Adenina (A), Uracilo (U).
• Azúcar: Ribosa.
• Localización: Principalmente en el citoplasma y los ribosomas.
• Función clave: Síntesis de proteínas.

Reglas de Apareamiento de Bases

• En ADN: Guanina (G) se aparea con Citosina (C); Adenina (A) se aparea con Timina (T).
• En ARN (o entre ADN y ARN): Guanina (G) se aparea con Citosina (C); Adenina (A) se aparea con Uracilo (U); Timina (T) se aparea con Adenina (A); Citosina (C) se aparea con Guanina (G).

El Código Genético

• El genoma contiene toda la información genética de los individuos.
• El código genético son las instrucciones que indican cómo sintetizar una proteína específica.
• Los genes se leen en unidades de tres letras, denominadas codones.
• Existen 64 codones en total:
  • 61 codifican para aminoácidos.
  • 3 son codones de terminación de lectura (UAA, UAG, UGA).
• El código genético es degenerado, lo que significa que varios codones pueden especificar el mismo aminoácido.

Transcripción: Del ADN al ARN

• La transcripción es el proceso de síntesis de ARN a partir de una cadena molde de ADN. Es el primer paso en la síntesis de proteínas.
• La hebra de ARN naciente se sintetiza en dirección 5' a 3', mientras que la hebra molde de ADN se lee en dirección 3' a 5'.
• Este proceso ocurre en el núcleo celular (en eucariotas) y requiere:
  • Una cadena de ADN molde.
  • La enzima ARN polimerasa.
  • Nucleótidos libres (Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo).

Fases de la Transcripción

• Iniciación: La ARN polimerasa se une a una región promotora del ADN, a menudo identificando la "caja TATA".
• Elongación: La ARN polimerasa sintetiza la cadena de ARN, que es complementaria a la hebra molde de ADN (siguiendo las reglas de complementariedad de bases).
• Terminación: La ARN polimerasa se separa del ARN transcrito y del ADN molde.
• Maduración (en eucariotas): Proceso post-transcripcional donde se eliminan los intrones (secuencias no codificantes) y se unen los exones (secuencias codificantes) mediante un proceso llamado splicing.

Tipos de ARN

• ARN Mensajero (ARNm): Copia la información genética del ADN nuclear y la transporta hasta los ribosomas. Es sintetizado principalmente por la ARN polimerasa II.
• ARN Ribosómico (ARNr): Forma parte estructural y funcional de los ribosomas, asociándose a proteínas. Es sintetizado principalmente por la ARN polimerasa I.
• ARN de Transferencia (ARNt): Se une a aminoácidos específicos y los transporta hasta el ribosoma para la formación de proteínas. Es sintetizado principalmente por la ARN polimerasa III.
• ARN Mitocondrial (ARNmt): Participa en la síntesis de proteínas dentro de las mitocondrias.

Regulación de la Transcripción

El genoma, a través de la expresión diferencial de genes, da lugar a distintos fenotipos. Esto se logra mediante un grupo de diversos polipéptidos (conocidos como factores de transcripción) que activan o inhiben la transcripción de genes específicos, controlando así la producción de proteínas.

Traducción: Del ARN a las Proteínas

La traducción se lleva a cabo tanto en organismos procariotas como eucariotas, y consiste en leer el mensaje codificado en el ARNm para sintetizar una cadena polipeptídica.

• El ribosoma está formado por dos subunidades (en eucariotas, 60S y 40S) que se unen al acoplarse al ARNm.
• Una ribozima es una molécula de ARN con capacidad catalítica, como el ARNr en el ribosoma.

ARN de Transferencia (ARNt)

El ARNt es crucial para la traducción, ya que traduce el mensaje genético y alinea los aminoácidos (AA) según la secuencia de codones del ARNm.

Proceso de Traducción

• Iniciación: La subunidad menor del ribosoma, junto con el ARNt iniciador (que transporta metionina), escanea el ARNm en busca de la secuencia de inicio (codón AUG). Una vez encontrado, la subunidad mayor se une.
• Elongación: El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm, uniendo secuencialmente los aminoácidos transportados por los ARNt correspondientes a cada codón. Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos, formando la cadena polipeptídica.
• Terminación: El ribosoma encuentra uno de los codones de terminación (UAA, UAG, UGA). No hay ARNt que reconozcan estos codones. En su lugar, proteínas de liberación (factores de terminación) se unen al ribosoma y estimulan la hidrólisis del enlace entre el último ARNt y la cadena polipeptídica, lo que resulta en la liberación de la proteína sintetizada y la disociación del ribosoma.

Diferencias Clave en la Expresión Génica: Eucariotas vs. Procariotas