Procesos Fundamentales: Transcripción y Traducción del Material Genético

Transcripción y Traducción: Del ADN a la Proteína

Tipos Principales de ARN

Existen varios tipos de Ácido Ribonucleico (ARN), cada uno con funciones específicas en la célula:

• ARN ribosómico (ARNr): Componente estructural fundamental de los ribosomas, la maquinaria celular para la síntesis de proteínas.
• ARN mensajero (ARNm): Transporta el mensaje genético desde el ADN hasta los ribosomas, dictando la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) de las proteínas.
• ARN de transferencia (ARNt): Actúa como adaptador molecular, reconociendo codones específicos en el ARNm y transfiriendo los aminoácidos correspondientes a la cadena polipeptídica en crecimiento durante la síntesis proteica.

Todos estos tipos de ARN se sintetizan inicialmente como moléculas precursoras más grandes llamadas pre-ARN, que luego sufren procesos de maduración.

Además, existen otros tipos de ARN con funciones diversas, incluyendo algunos con actividad catalítica (ribozimas), como los ARNsn (ARN nuclear pequeño, implicados en el splicing) y ARNsc (ARN citoplasmático pequeño).

Transcripción: Síntesis de ARN a partir de ADN

Transcripción en Procariontes

• Los procariontes (bacterias y arqueas) poseen una sola enzima principal para la transcripción de todos sus tipos de ARN: la ARN polimerasa.
• Esta enzima cataliza la polimerización de ribonucleótidos utilizando una hebra de ADN como molde, sintetizando ARN únicamente en dirección 5' → 3'.
• La ARN polimerasa procariota es una enzima compleja (holoenzima) compuesta por varias subunidades: típicamente dos α (alfa), una β (beta), una β' (beta prima) y una σ (sigma).
• La subunidad σ (sigma) es crucial para el reconocimiento y unión específica al sitio de inicio de la transcripción, denominado sitio promotor en el ADN.
• El sitio promotor en procariontes típicamente contiene secuencias consenso ubicadas aproximadamente a -10 (Caja Pribnow) y -35 pares de bases corriente arriba (hacia la izquierda) del nucleótido de inicio de la transcripción (+1).
• La unión inicial de la ARN polimerasa al promotor, con la doble hélice de ADN todavía cerrada, forma el complejo promotor cerrado.
• Posteriormente, la polimerasa desenrolla aproximadamente 15 pares de bases en la región del promotor, formando el complejo promotor abierto, lo que permite que una de las hebras de ADN sirva como molde.
• Conforme la ARN polimerasa avanza a lo largo del molde de ADN, desenrolla la doble hélice por delante y la vuelve a enrollar por detrás.
• La transcripción finaliza cuando la polimerasa encuentra una señal de terminación en el ADN. Un tipo común en procariontes (terminación intrínseca o independiente de Rho) implica una secuencia palindrómica rica en G-C en el ARN transcrito, que forma una horquilla, seguida por una secuencia de uracilos.

Transcripción en Eucariontes

• En eucariontes, existen tres tipos principales de ARN polimerasas (Pol I, Pol II y Pol III), cada una responsable de transcribir diferentes tipos de genes (ARNr, ARNm/ARNsn, y ARNt/ARNr 5S respectivamente). Son enzimas complejas, compuestas por 8 a 14 subunidades distintas.
• A diferencia de la polimerasa procariota, las ARN polimerasas eucariotas requieren la presencia de múltiples factores generales de transcripción (proteínas auxiliares) que no forman parte intrínseca de la enzima, pero que son esenciales para unirse a las secuencias promotoras del ADN e iniciar la transcripción correctamente.
• Los promotores para la ARN polimerasa II (que transcribe los genes codificantes de proteínas) en eucariontes a menudo contienen una secuencia consenso llamada Caja TATA, ubicada aproximadamente a -25 o -30 pares de bases del sitio de inicio de la transcripción.
• La formación del complejo de preiniciación en los promotores con Caja TATA comienza con la unión del factor general de transcripción TFIID a dicha secuencia.
• TFIID es un complejo multiproteico que se compone de la proteína de unión a TATA (TBP) y varios factores asociados a TBP (TAFs) (aproximadamente 10-12 polipéptidos diferentes).

Maduración del ARNm Eucariota

El ARN mensajero (ARNm) primario (o pre-ARNm) sintetizado por la ARN Pol II en el núcleo de las células eucariotas debe sufrir un proceso de maduración o procesamiento antes de ser exportado al citoplasma para la traducción. Este proceso incluye varios pasos clave:

• Splicing (Corte y Empalme): El pre-ARNm contiene secuencias no codificantes llamadas intrones, intercaladas entre las secuencias codificantes, los exones. Los intrones son eliminados mediante el proceso de splicing, catalizado por un complejo ribonucleoproteico denominado espliceosoma. El espliceosoma está compuesto por ARNsn (U1, U2, U4/U6, U5) y numerosas proteínas asociadas.
• Unión de Exones: Tras la eliminación de los intrones, los exones se unen consecutivamente para formar la secuencia codificante continua del ARNm maduro.
• Adición de la Capucha 5' (Capping): Se añade una estructura de 7-metilguanosina al extremo 5' del pre-ARNm poco después del inicio de la transcripción. Esta capucha 5' protege al ARNm de la degradación y es crucial para el inicio de la traducción.
• Adición de la Cola de Poli-A (Poliadenilación): Se añade una secuencia de 50-250 residuos de adenina (la cola de poli-A) al extremo 3' del pre-ARNm tras la señal de poliadenilación. Esta cola contribuye a la estabilidad del ARNm y a su exportación del núcleo.

Traducción: Síntesis de Proteínas

• La traducción es el proceso de síntesis de proteínas en el cual la secuencia de nucleótidos del ARNm maduro se decodifica para determinar la secuencia específica de aminoácidos de una cadena polipeptídica.
• Este proceso ocurre en los ribosomas localizados en el citoplasma (libres o asociados al retículo endoplasmático) y consta de tres etapas principales: iniciación, elongación y terminación.
• Los componentes esenciales que intervienen en la traducción son:
  • El ARNm (que actúa como molde con la información codificada en codones).
  • Los ribosomas (la maquinaria molecular que cataliza la formación de enlaces peptídicos).
  • Los ARNt (que actúan como adaptadores, reconociendo codones en el ARNm y transportando los aminoácidos específicos correspondientes).
  • Los aminoácidos (los monómeros que formarán la proteína).
  • Diversas enzimas (como las aminoacil-ARNt sintetasas, que unen los aminoácidos correctos a sus ARNt correspondientes).
  • Factores proteicos (factores de iniciación, elongación y terminación que regulan las distintas etapas del proceso).