Fases de la Transcripción

Iniciación

Es la etapa más compleja de la transcripción. Antes de que comience, la enzima ARN-polimerasa cambia su configuración y desarrolla una vuelta de hélice del ADN; esto crea una burbuja de transcripción que permite que la secuencia de bases del ADN quede expuesta y se puedan incorporar los ribonucleótidos que se van a unir. Esta burbuja, posteriormente durante la elongación, se desplaza a lo largo del ADN junto con la ARN-polimerasa.

Elongación

La enzima ARN-polimerasa lee el ADN en la dirección 3->5, por lo tanto, la adición de ribonucleótidos se realiza en sentido 5-3. Los ribonucleótidos se van añadiendo de acuerdo a las reglas de complementariedad (C, G, A, U, en el ARN se emparejan con G, C, T, A y en el ADN, respectivamente). En los organismos eucariotas, se transcriben exones (regiones codificadas) e intrones (regiones no codificadas).

Terminación

La ARN-polimerasa continúa la transcripción hasta que encuentra una señal de parada o secuencia terminadora en el ADN. El ARN se separa. En los organismos eucariotas, cuando se produce la separación del ARN, una enzima une en el extremo final 3 una secuencia de 200 nucleótidos de adenina (poli-A).

Maduración del ARN

La transcripción del ADN es un proceso esencialmente semejante en procariotas y eucariotas. Sin embargo, hay diferencias importantes entre estos tipos de células cuando se considera la formación del ARN funcional. Se llama transcrito primario o precursor del ARN a la molécula de ARN que resulta directamente del proceso de transcripción. En los organismos procariotas hay transcritos primarios para el ARN de transferencia y ribosómicos, pero el ARNm carece de precursores, lo que permite su empleo inmediato para la traducción. En los organismos eucariotas, los precursores de los 3 tipos de ARN formados en el núcleo eucariótico no pueden desempeñar directamente su función, sino que tienen que sufrir un proceso (maduración del ARN) que tiene lugar en el núcleo; solo cuando se ha completado este proceso, las moléculas de ARN maduro pueden ser transportadas al citoplasma, donde ejercen su función, a través de los poros celulares. La mayor parte de los genes que codifican las proteínas están fragmentados. Cada gen consta de varios fragmentos de intrones y exones intercalados. Los intrones son regiones no codificantes situadas en el interior de un gen que se transcriben pero no se traducen. Los exones son regiones que se encuentran entre los intrones y que se conservan en el ARN maduro. En general, son la parte codificante. Los intrones se eliminan durante la maduración en un proceso llamado corte y empalme, durante el cual se eliminan los intrones del transcrito y se juntan los exones para formar una secuencia continua que especifica un polipéptido funcional.

El Código Genético

Es la relación de correspondencia entre las bases nitrogenadas del ARN y los aminoácidos que codifica. En condiciones normales, solo hay 20 aminoácidos en las proteínas, por lo tanto, debe haber al menos 20 palabras codificadas en una cadena lineal simple de ADN. El número mínimo de nucleótidos necesario para codificar al menos esas 20 palabras es 3, ya que si la unidad de información fuera un nucleótido, el número de combinaciones posibles sería 4; si fueran 2 nucleótidos, las combinaciones posibles serían superiores a 20. Está comprobado que la codificación de los 20 aminoácidos viene especificada por secuencias de 3 nucleótidos (y no más de 3) que son los tripletes o codones.

Características del Código Genético

• Degeneración: Un aminoácido puede estar codificado por más de un codón.
• Universalidad: El código genético es casi universal, debido a que la correspondencia entre codones y aminoácidos es la misma, independientemente del organismo estudiado.
• Los codones de inicio: El codón AUG es el único que codifica metionina.
• El codón con sentido: Solo 61 codones dirigen la incorporación de aminoácidos a las proteínas.
• Los codones de terminación o stop: Son los codones UGA, UAG y UAA que participan en la terminación.

Traducción

Para que la información contenida en la secuencia de bases del ARNm sea traducida a una secuencia de aminoácidos de una proteína, debe haber una molécula intermedia que solucione 2 problemas. Esta molécula intermedia es el ARNt y su funcionamiento durante la traducción se debe, fundamentalmente, a su estructura secundaria en forma de hoja de trébol. El brazo que no tiene bucle presenta en su cadena más larga siempre el triplete CCA, que es el que sujeta el aminoácido precisamente por la A. El bucle del brazo opuesto tiene un triplete de anclaje que es complementario de un triplete del ARNm. Este triplete de ARNm se llama codón y el correspondiente del ARNt, anticodón. Cada molécula de ARNt es específica de cada aminoácido: según el anticodón de anclaje que tenga, sujeta por el triplete CCA a uno u otro aminoácido de los que hay libres en el citoplasma de la célula.

Fase Previa a la Traducción

La activación de un aminoácido (fijación al triplete CCA del ARNt) exige la presencia de una molécula de ATP (que proporciona energía) y de una enzima, aminoacil-ARNt-sintetasa específico para cada aminoácido.

Fases de la Traducción

Tanto en los organismos procariotas como eucariotas, el mecanismo de la síntesis de proteínas se puede considerar dividido en 3 etapas sucesivas en las que intervienen complejos formados por 3 moléculas principales: el ARNt, los ribosomas y el ARNm, además de otros factores proteicos.

Iniciación de la Síntesis de Proteínas

Esta fase es parecida en procariotas y eucariotas. La traducción comienza con el triplete AUG, por lo tanto, la metionina es siempre el primer aminoácido de la cadena polipéptidica y normalmente se elimina al final del proceso. Con la energía que produce la hidrólisis del metil-GTP, la subunidad menor del ribosoma se une al ARNm y forma el complejo de iniciación. A continuación, se coloca el anticodón complementario al AUG. Al final de esta etapa de iniciación, la subunidad mayor del ribosoma se acopla con el complejo de iniciación para formar un ribosoma completo dotado de 2 sitios de fijación: el P, que queda ocupado por el ARNt-Met, y el sitio A, que está libre para recibir a un segundo ARNt cargado con su correspondiente aminoácido. Todos estos procesos están catalizados por los llamados factores de iniciación, que son siempre proteínas.

Elongación de la Cadena Polipeptídica

La elongación es el crecimiento de la cadena polipeptídica y se puede considerar como la repetición de ciclos de elongación, cada uno de los cuales consiste en añadir un nuevo aminoácido a la cadena. Cada ciclo consta de 3 fases:

1. La fase 1: El sitio P está ocupado inicialmente por el ARNt-Met y en el sitio A, que está vacío, se introduce otro ARNt cargado con su correspondiente aminoácido, cuyo anticodón es complementario al triplete AUG.
2. La fase 2: La metionina rompe este enlace y se une mediante enlace peptídico al grupo siguiente de un aminoácido que a su vez está enlazado a su ARNt. El resultado es la formación de un dipeptido alojado en el sitio A. La unión entre los aminoácidos está catalizada por la enzima peptidil-transferasa. El centro P queda ocupado por un ARNt sin aminoácido.
3. La fase 3: El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm exactamente 3 nucleótidos en sentido 5->3, lo que provoca la expulsión del ARNt de la metionina del sitio P. El dipeptidil-ARNt pasa del sitio A al sitio P y se inicia otro ciclo de elongación. El proceso es catalizado por los factores de elongación y requiere de gasto de GTP.

Terminación de la Síntesis de Proteínas

La síntesis de la cadena polipeptídica se detiene cuando aparece en el sitio A uno de los 3 codones de terminación en el ARNm (UAA, UAG o UGA). En este momento, el factor proteico de terminación se une al codón de terminación, con lo que al desplazarse el ribosoma queda libre el extremo. Si un ARNm es suficientemente largo, puede estar siendo leído a la vez por varios ribosomas. Cuando esto ocurre, se forma una estructura conocida como polisoma o polirribosoma. Esto permite una mayor efectividad y un ahorro de tiempo en la síntesis de varias copias de una misma proteína.

Mutaciones

Son cambios en la secuencia del ADN de una célula que se transmiten a otras células que se originan a partir de ella. Junto con la recombinación meiótica, son la principal fuente de variabilidad genética.

Clasificación de las Mutaciones

Según el tipo de célula:

• Germinales: Son heredables y se originan en alguna de las divisiones meióticas durante la gametogénesis.
• Somáticas: Solo se transmiten a aquellas células que se originan a partir de ellas por mitosis. Son mutaciones mayoritarias, ya que las células somáticas son las que se dividen.

Según la magnitud:

• Puntuales o génicas: Son las más representativas. Suelen implicar un cambio en un solo par de bases nucleótidas.
• Cromosómicas: Provocan cambios en la estructura de los cromosomas.
• Genómicas: Producen un cambio en el número de cromosomas. Las 2 últimas son alteraciones de baja frecuencia y no suelen perpetuarse, ya que son incompatibles con la supervivencia y la reproducción.

Mutaciones Génicas o Puntuales

Pueden ser por:

• Sustitución de bases: Las mutaciones por sustitución de bases implican el cambio de una base del ADN por otra. Pueden no alterar la secuencia de la proteína, debido a la degeneración del código genético (varios tripletes o codones codifican a un mismo aminoácido). Se dice entonces que la mutación es silenciosa.
• Cambios en la pauta de lectura: Las mutaciones por cambios en la pauta de lectura se producen por inserción o adición y por eliminación o deleción de uno o dos pares de nucleótidos.

Mutaciones Cromosómicas

Las mutaciones cromosómicas son cambios en la estructura de los cromosomas, sin alterar su número. Normalmente se deben a la rotura de un cromosoma que posteriormente se une de manera anormal.

Tipos:

• Deleciones: Pérdida de un fragmento de cromosoma.
• Translocaciones: Un segmento cromosómico cambia de situación. Puede ser transposición si un fragmento cambia de posición uniéndose a otro cromosoma.
• Inversiones: Un fragmento de cromosoma cambia de sentido.
• Duplicaciones: Se repite un fragmento de cromosoma.