Procesos de expresión génica en procariotas y eucariotas: replicación, transcripción y traducción

Resumen

El documento describe los tres procesos que llevan la información genética desde el ADN hasta las proteínas: replicación, transcripción y traducción. Compara cada uno entre procariotas y eucariotas, detallando las enzimas, los factores y las etapas implicadas. También explica la maduración del pre-ARNm en eucariotas y el funcionamiento del código genético y del ribosoma.

Puntos clave

La replicación es semiconservativa, bidireccional, 5'→3' y semidiscontinua; en procariotas parte de un único origen (OriC) y en eucariotas de múltiples orígenes.
En procariotas la ADN Polimerasa III es la enzima principal y la Ligasa sella las muescas finales; en eucariotas intervienen Pol α, Pol δ, Pol ε y la telomerasa.
La transcripción no necesita cebador; en procariotas la holoenzima reconoce las cajas -35 y -10, y en eucariotas la ARN Polimerasa II reconoce la Caja TATA.
En eucariotas el pre-ARNm madura mediante la adición de caperuza 5', cola Poli-A 3' y splicing, que elimina intrones y une exones.
La traducción se basa en un código genético universal y degenerado; el ribosoma 70S de procariotas inicia con fMet y Shine-Dalgarno, y el 80S de eucariotas con Met y Kozak.
La elongación ocurre en los sitios A, P y E del ribosoma y la terminación se produce al llegar un codón STOP (UAA, UAG o UGA).

Ponte a prueba

1. REPLICACIÓN (ADN → ADN)

La replicación es un proceso semiconservativo, bidireccional, en dirección 5'→3' y semidiscontinuo.

Replicación en Procariotas

Se inicia en un único origen denominado OriC. Durante el proceso:

La proteína DnaA abre la zona DUE.
La Helicasa separa las hebras, mientras que las proteínas SSB las estabilizan.
La Girasa alivia la tensión torsional.
La Primasa coloca el cebador de ARN.
La ADN Polimerasa III es la enzima principal (síntesis 5'→3', creando los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada).
La ADN Polimerasa I elimina el cebador y rellena el espacio con ADN.
La Ligasa sella las muescas finales.
El proceso termina por choque de horquillas o mediante el complejo TUS-TER (donde la Topoisomerasa IV separa los anillos concatenados).

Replicación en Eucariotas

Ocurre en ADN lineal con múltiples orígenes de replicación. El complejo MCM evita que se realicen dobles copias del material genético. En este sistema participan:

Pol α: Inicia la síntesis y actúa como primasa.
Pol δ: Encargada de la hebra rezagada.
Pol ε: Encargada de la hebra líder.
Telomerasa: Alarga los extremos de los cromosomas para evitar su acortamiento.

2. TRANSCRIPCIÓN (ADN → ARN)

Este proceso utiliza un molde en dirección 3'→5' para una síntesis en 5'→3', sin necesidad de cebador.

Transcripción en Procariotas

Se realiza en el citoplasma. La Holoenzima (ARN Polimerasa + factor σ) reconoce las cajas promotoras -35 y -10 (Caja de Pribnow). Durante la elongación se libera el factor σ. La terminación puede ser:

Dependiente de Rho: A través del sitio RUT.
Independiente de Rho: Mediante la formación de una horquilla y una secuencia Poli-U.

Transcripción en Eucariotas

Se lleva a cabo en el núcleo y exige que la cromatina esté descompactada. La ARN Polimerasa II reconoce la Caja TATA (-25) mediante factores basales como TFIID y TFIIH. La terminación se produce por el modelo torpedo (exonucleasa Rat1).

Maduración del Pre-ARNm

El transcrito primario madura mediante:

Cap 5': Adición de una caperuza para protección.
Cola Poli-A 3': Necesaria para la exportación al citoplasma.
Splicing: El espliceosoma elimina los intrones y empalma los exones. El splicing alternativo permite generar diferentes variantes proteicas.

3. TRADUCCIÓN (ARN → Proteína)

Se basa en el código genético, el cual es universal y degenerado (presenta balanceo en la tercera base del codón). Requiere la activación previa del ARNt con su aminoácido mediante gasto de ATP.

Iniciación

Procariotas (ribosoma 70S): Utiliza la secuencia Shine-Dalgarno y el aminoácido fMet.
Eucariotas (ribosoma 80S): Reconoce la Cap 5', escanea hasta la secuencia Kozak (codón AUG) y utiliza Met.

Elongación

El proceso sigue el ciclo en los sitios A-P-E:

Sitio A: Entrada del nuevo ARNt (requiere EF-Tu + GTP).
Sitio P: La peptidil transferasa forma el enlace peptídico.
Sitio E: Ocurre la translocación (el ribosoma avanza 5'→3' con EF-G + GTP) y sale el ARNt vacío.

Terminación

Finaliza cuando un codón STOP (UAA, UAG, UGA) llega al sitio A. En ese momento intervienen los Factores de Liberación, se hidroliza el enlace peptídico y el complejo ribosomal se desensambla.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre la replicación en procariotas y en eucariotas?

En procariotas el ADN es circular y se replica desde un único origen (OriC), mientras que en eucariotas el ADN es lineal y existen múltiples orígenes de replicación. Además, cada tipo usa polimerasas distintas para las hebras líder y rezagada.

¿Para qué sirve el splicing?

El splicing elimina los intrones del pre-ARNm y empalma los exones. El splicing alternativo permite generar diferentes variantes proteicas a partir de un mismo gen.

¿Qué función tiene la telomerasa?

La telomerasa alarga los extremos de los cromosomas, los telómeros, para evitar que se acorten durante la replicación del ADN eucariota.