Reparación del ADN y regulación génica en procariotas y eucariotas

Mecanismos de Reparación del ADN

La corrección de errores es un proceso fundamental para asegurar la fidelidad de la replicación del ADN. Aunque la ADN polimerasa III posee una alta precisión, pueden producirse errores. El ADN tiene la capacidad de repararse a sí mismo y corregir estos posibles errores mediante la acción de diversas enzimas, principalmente las nucleasas.

El número de errores durante la replicación es intrínsecamente muy bajo; sin embargo, no es despreciable, dado el gran número de nucleótidos en una cadena de ADN. Para este proceso de reparación, intervienen diversas enzimas:

• Endonucleasas: Son responsables de detectar los errores y cortar la cadena de ADN errónea en puntos internos.
• Exonucleasas: Se encargan de eliminar el fragmento de ADN que contiene el error, actuando desde los extremos del corte.
• ADN Polimerasas: Sintetizan el fragmento de ADN correcto, utilizando la cadena complementaria como molde.
• ADN Ligasas: Unen el nuevo segmento de ADN reparado a la cadena original, sellando las muescas.

Para distinguir la cadena antigua de la nueva durante la reparación, se utiliza la metilación de adeninas en la cadena parental. Aunque la duplicación del ADN no es 100% infalible, los mecanismos de reparación aseguran que la mayoría de los errores no generen consecuencias perjudiciales, manteniendo la integridad del genoma.

Regulación Génica en Procariotas

La regulación de la expresión génica en procariotas es un proceso eficiente que permite a las bacterias adaptarse rápidamente a los cambios en su entorno. Jacob y Monod propusieron el modelo del operón, un concepto clave para entender cómo las proteínas reguladoras controlan la transcripción de los genes que codifican para las enzimas implicadas en una ruta metabólica específica.

El Modelo del Operón

En el modelo del operón, se distinguen cuatro tipos de genes o secuencias de ADN:

• Genes Estructurales: Contienen la información necesaria para sintetizar las enzimas de la ruta metabólica.
• Promotor: Es la secuencia de ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción de los genes estructurales.
• Operador: Es el lugar del ADN donde puede unirse una proteína reguladora, controlando así el acceso de la ARN polimerasa al promotor.
• Gen Regulador: Sintetiza la proteína reguladora (represor o activador) que interactúa con el operador.

Tipos de Sistemas de Regulación

Existen dos tipos principales de sistemas de regulación en procariotas:

1. Regulación Inducible

Este tipo de regulación se observa comúnmente en procesos de catabolismo (degradación de moléculas). En ausencia del sustrato que debe ser metabolizado, se sintetiza un represor activo que se une al operador, impidiendo la acción de la ARN polimerasa sobre los genes estructurales y, por lo tanto, la transcripción. Cuando el sustrato está presente, este actúa como un inductor, uniéndose al represor, inactivándolo y liberando el operador. Esto permite que la ARN polimerasa actúe y se inicie la transcripción de los genes necesarios para metabolizar el sustrato.

2. Regulación Represible

La regulación represible es característica de procesos anabólicos (síntesis de moléculas). En este caso, el represor es inicialmente inactivo, lo que permite la acción de la ARN polimerasa y la transcripción de los genes de la ruta anabólica. Sin embargo, cuando el producto final de la ruta anabólica alcanza una concentración suficiente, este actúa como un correpresor, uniéndose al represor inactivo y activándolo. El represor activado se une entonces al operador, lo que detiene la transcripción de los genes implicados en su propia síntesis, un ejemplo de retroalimentación negativa.

Regulación Génica en Eucariotas

La regulación de la expresión génica en eucariotas es considerablemente más compleja que en procariotas, debido a la mayor complejidad de su genoma y organización celular. Puede ocurrir en múltiples niveles:

• En la transcripción (el nivel más común y efectivo).
• Durante la maduración del ARNm (splicing alternativo, adición de caperuza y cola poli-A).
• En el transporte del ARNm desde el núcleo al citoplasma.
• En la traducción del ARNm a proteínas.
• A nivel post-traduccional (modificaciones de proteínas).

La regulación más habitual y efectiva ocurre en la etapa de transcripción. Aquí, la actividad de la ARN polimerasa depende de varios factores, incluyendo la separación de las histonas asociadas al ADN (remodelación de la cromatina) y la presencia de factores activadores o represores que responden a señales intra y extracelulares (como las hormonas). Esta regulación es de vital importancia, ya que desequilibrios en ella pueden provocar enfermedades graves, incluyendo diversos tipos de cánceres. Los oncogenes, por ejemplo, desempeñan un papel crucial en la regulación del ciclo celular y la proliferación.

Además, existen ejemplos específicos de regulación transcripcional, como la acción del fármaco abortivo RU486, que actúa como un antagonista de receptores hormonales, o el fitocromo en plantas, que regula la expresión génica en respuesta a la luz.