Expresión génica: transcripción y traducción en procariotas y eucariotas

La expresión génica

La expresión génica es el proceso por el cual la información genética contenida en el ADN permite la síntesis de las proteínas celulares. Consta de dos etapas:

• A) Transcripción: la información genética contenida en un fragmento de ADN (gen) es copiada a una molécula de ARNm. En la célula eucariota se produce en el núcleo.
• B) Traducción: la información genética contenida en un ARNm dirige la síntesis de una proteína celular. Tiene lugar en los ribosomas del citoplasma.

Transcripción en procariotas

En procariotas transcurre en tres etapas:

A) Iniciación:

• La ARN polimerasa (ARNpol) se une al promotor, una pequeña secuencia de bases nitrogenadas (B.N) sobre el gen que indica dónde empieza este y cuál de las dos hebras será transcrita.
• La ADN polimerasa (ADNpol) desenrolla un pequeño fragmento de ADN en el promotor y desaparean las dos hebras.

B) Elongación:

• La ARNpol se desplaza sobre la hebra transcrita que actúa como molde, sintetizando de forma simultánea una molécula de ARNm en sentido 5´-3´.
• Puesto que la ARNpol respeta la complementariedad de las bases, el ARNm sintetizado tendrá una secuencia de B.N que será complementaria a la de la hebra transcrita e idéntica a la de la hebra no transcrita salvo por uracilo (U) en vez de timina (T).
• A medida que el ARN mensajero (ARNm) se sintetiza, se desprende, permitiendo así que el ADN ya transcrito recupere su estructura original.

C) Finalización:

• Al alcanzar la señal de término, la ARNpol se desprende, la molécula de ARNm queda libre en el citoplasma (células procariotas) o en el nucleoplasma (células eucariotas). El ADN recupera su estructura original.

Transcripción en eucariotas

En células eucariotas existen dos etapas adicionales:

1) Maduración: convierte al ARNm transcrito primario (inmaduro) en una molécula de ARNm maduro. Esto se debe al hecho de que los genes eucariotas son discontinuos, es decir, poseen secuencias codificantes (exones) y secuencias no codificantes (intrones). Los intrones no contienen información para la síntesis de la proteína. La maduración del ARNm inmaduro consiste en la eliminación de los intrones, realizado por un complejo multienzimático llamado espliceosoma.

2) Adición de señales químicas que diferencian a los extremos 5´y 3´:

• Marcas químicas:
  • Extremo 5´: "cap" o caperuza, permite la unión del ARN al ribosoma.
  • Extremo 3´: cola poli adenina. Ralentiza el proceso de degradación del ARNm en el citoplasma.

Traducción

Durante la traducción, la información genética codificada en el ARNm dirige la síntesis de la proteína en el ribosoma. La secuencia de B.N da lugar a una secuencia de aminoácidos (aa) en la proteína. Se llama código genético a la relación que existe entre ambas partes del código genético.

• Está constituido por secuencias de 3 B.N en el ARNm (tripletes o codones) y codifica cada una a un aminoácido.
• La mayoría de los aminoácidos está codificado por más de un codón. El código está degenerado pero no es ambiguo.
• Cuando un aminoácido está codificado por más de un codón, normalmente solo cambia la tercera base.
• Existen 3 codones "sin sentido" (no codifican aminoácidos) o codones de paro (señalizan el final de la traducción): UAG, UGA, UAA.
• El codón AUG es el codón de inicio, donde empieza la traducción.
• El código genético es universal.

Etapas de la traducción

A) Activación de los aminoácidos: síntesis del complejo "aminoacil ARNt" por la unión de un aminoácido con un ARN de transferencia (ARNt) específico. Cada aminoácido debe unirse a un ARNt cuyo anticodón sea complementario al codón que codifica ese aminoácido.

• El proceso es catalizado por la enzima "aminoacil ARNt sintetasa".
• El proceso consume ATP.

A

B

B) Iniciación:

• El ARNm se une a la subunidad menor del ribosoma a través de la "caperuza" (5´).
• Una molécula aminoacil ARNt, portadora de metionina, se une al codón AUG (de inicio) más próximo al extremo 3´.
• Por último, se une la subunidad grande del ribosoma de tal modo que el aminoacil ARNt queda situado en su centro P.

C) Elongación: Se añaden nuevos aminoácidos al polipéptido en crecimiento. Por cada aminoácido añadido se realizan 3 pasos que se repiten tantas veces como codones existen entre el codón de inicio y el codón de paro.

1. Reconocimiento del nuevo codón: un nuevo aminoacil ARNt se une al codón que se localiza en el centro A.
2. Establecimiento del enlace peptídico: el aminoácido que se encuentra en el centro P se desprende de su ARNt y se une con un enlace peptídico al aminoácido que se encuentra en el centro A.
3. Traslocación ribosomal: el ribosoma se desplaza sobre el ARNm 3 B.N (un codón) en sentido 5´-3´. El centro A queda vacío, el centro P ocupado por el ARNt unido al péptido en crecimiento, el centro E queda vacío.

D) Finalización: Tras la última traslocación aparece un codón de paro en el centro A y los factores de liberación (RF) se unen provocando la liberación de la proteína, la separación de las dos subunidades del ribosoma y el desprendimiento del ARNm.

C

D