Transcripción y Traducción Genética

Transcripción

La expresión génica requiere, en primer lugar, el paso de la información contenida en el ADN a una molécula de ARNm, mediante el proceso de transcripción. Posteriormente, mediante la traducción, se utiliza la información contenida en la secuencia de nucleótidos de este ARNm para sintetizar una cadena polipeptídica, cuyos aminoácidos son transportados por ARNt. En función de la secuencia de aminoácidos, la proteína adquiere una forma tridimensional que determina su función.

La transcripción es la formación de una molécula de ARN, utilizando como molde una de ADN. Se forma por complementariedad de bases con una de las hebras del ADN, pero como el ARN carece de Timina, enfrente de la Adenina se pone el Uracilo. El ARN que se forma puede ser ARNm, ARNr o ARNt. La hebra que se transcribe es la que tiene la dirección 3’ 5’, a la que se le llama hebra patrón. Esta síntesis ocurre en el núcleo de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.

Fases de la transcripción

Iniciación

El ADN patrón tiene en zonas concretas los llamados centros promotores, constituidos por una determinada secuencia, que indica el lugar de unión de la ARN-polimerasa, la cual cambia su configuración y desenrolla una vuelta de hélice de ADN formando una burbuja de transcripción, de manera que se podrán incorporar los ribonucleótidos que se van a unir. La fase de iniciación acaba una vez que se ha colocado el primer nucleótido. La burbuja de replicación se desplaza a lo largo del ADN, junto a la ARN-polimerasa. (procariotas ttattt y ttgaca 10 y 35 antes punto iniciación y eucariotas TATA, unos 25 nucleótidos)

Elongación

La ARN-polimerasa separa las hebras de ADN y la burbuja de transcripción lo recorre en la dirección de lectura de la hebra patrón (3’ 5’). La dirección de síntesis del ARN es 5’ 3’. La incorporación de nucleótidos a la hebra de ARN en formación se produce gracias a la energía que aporta la hidrólisis de los enlaces fosfato y siguiendo el principio de complementariedad de bases. En los organismos eucariotas se transcriben tanto los exones (regiones que codifican) como intrones (regiones que no codifican nada).

Una vez que se han unido los 30 primeros nucleótidos, en el extremo 5’ se une la caperuza de metilguanosina trifosfato invertida, que servirá de inicio en el proceso de traducción.

Terminación

Existen señales de terminación en el ADN molde que son reconocidas por la ARN-polimerasa y que desencadenan la separación del enzima, del ADN y del ARN transcrito. En los organismos procariotas, la señal de parada es una región palindrómica (se lee igual de derecha a izquierda que de izquierda a derecha) que origina una horquilla en el ARN, que hace que se separe del ADN, interrumpiéndose la síntesis. En los organismos eucariotas se forma una horquilla en el ARN similar a la de procariotas, pero la señal de corte es la secuencia TTATTT. Cuando se separa el ARN, un enzima une en el extremo 3’ la cola de poli-A. Se forma así un pre-ARN o ARN heterogéneo nuclear.

Maduración

El ARN formado tras la transcripción se llama transcrito primario o precursor del ARN. En los organismos procariotas, el ARN sintetizado es ya ARNm que será traducido en la síntesis de proteínas. Los ARNr y transferentes se forman a partir de la maduración de transcritos primarios que consiste en diversas modificaciones producidas por nucleasas específicas. A los transcritos que originan los ARNt se les añaden los nucleótidos del extremo terminal (–CCA).

En los organismos eucariotas, para el caso del ARNm, diremos que los genes están fragmentados en exones e intrones. Se transcriben todos pero en el proceso de maduración se eliminan los intrones, por un proceso de corte y empalme. (A+G=C+T)

Con tres nucleótidos por aminoácido hay 64 posibilidades.

Traducción

Unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos, según la secuencia determinada por el ARNm y según las reglas que establece el código genético.

Estructura del ARNt

• Forma de trébol
• Presenta un extremo 3’ y un extremo 5’
• El aminoácido se une al extremo 3’ previa activación.
• En el brazo que hay justo enfrente hay tres nucleótidos, conocidos como anticodon. Son complementarios del codon y son los que diferencian los 61 tipos de ARNt que existen. Los ribosomas los distinguen por su anticodon.

Fases de la traducción

Activación de los aminoácidos

Existe al menos una enzima específica para la activación de cada uno de los 20 aminoácidos, llamada aminoacil ARNt sintetasa. Hay también por lo menos un ARNt específico. Por medio de gasto de ATP el aminoácido se une al ARNt formando un complejo activo.

Inicio de la síntesis

Todas las moléculas de ARNm maduras tienen la misma estructura: Una cola añadida durante el proceso de maduración y un codon AUG, correspondiente a la metionina presente en todos los ARNm y que hace de cabeza de la sección codificadora. Cuando la subunidad pequeña del ribosoma se encuentra con el codon AUG se une a ella un ARNt, que lleva el aminoácido metionina. Es el primer aminoácido de todas las proteínas que será eliminado en el proceso de maduración.

Alargamiento o elongación de la cadena

En el lugar aminoacilo se situará un ARNt activado, cuyo anticodon será complementario del codon que hay a continuación del AUG; es decir, del segundo codon del ARNm. La metionina (situada ahora en el lugar P) se unirá, mediante enlace peptídico, al aminoácido recién entrado. El ARNt de la metionina es expulsado y el arm avanza un lugar y este queda libre para la incorporación de un nuevo ARNt activado que repite el proceso.

Terminación

El proceso continúa hasta que se llega a un codon mudo. Existen factores de terminación lo que provoca la separación de la cadena polipeptídica recién formada y la disociación del ribosoma en sus dos unidades. Un ARNm es leído por varios ribosomas a la vez (polisoma).

Diferencias entre la traducción en procariotas y eucariotas

En eucariotas las cosas suceden de manera semejante con estas diferencias:

• Entre el lugar de la transcripción y traducción existe una separación física (membrana nuclear).
• Los ARN mensajeros de eucariotas son más estables.
• Los ARN mensajeros de eucariotas son monocistrónicos (información para 1 proteína) los de procariotas son policistrónicos.
• Los ribosomas son ligeramente diferentes en ambos grupos.
• Los factores de iniciación y de elongación son diferentes.

Teoría un gen una enzima

Tatum y Beadle. Mediante radiación, provocaron mutaciones en el ADN, originando mutantes incapaces de sintetizar arginina, por lo que había que añadirla al medio para que sobrevivieran. Otros necesitaban arginina o citrulina, otros arginina o citrulina u ornitina. Sustrato- Ornitina- Citrulina- Arginina. Análisis bioquímicos posteriores confirmaron que los mutantes carecían de determinadas enzimas y que, en cada uno, aumentaba mucho uno de los componentes de la vía de la arginina, es decir, la falta de una enzima bloquea la vía metabólica en la sustancia sobre la que actúa. Esto explica que si le añadimos al medio la sustancia que no podían sintetizar sobrevivían. Esto demostraba que la alteración del ADN, es decir, de un gen provocaba la deficiencia de una enzima.

Tipos de hormonas

• Hormonas lipídicas: se unen a receptores del citoplasma y se fijan a determinadas zonas del ADN e inducen la transcripción de determinados genes.
• Hormonas proteicas: se unen a receptores de la membrana provocando la formación de AMPc (segundo mensajero). El AMPc se dirige al núcleo y activa las proteínas reguladoras de la transcripción.

Alteraciones del Material Genético

Son alteraciones al azar que se producen en el material genético (ADN o ARN). En algunas ocasiones pueden ser letales, otras pueden permanecer ocultas al ser recesivas, o pueden ser positivas ya que aportan variabilidad a la especie, permitiendo por tanto la evolución. Existen dos tipos:

• Mutaciones somáticas: si se producen en las células somáticas. Estas mutaciones, excepto las que convierten a las células en cancerosas, no son importantes ya que si la célula no es viable, puede ser sustituida por otra, y si son viables, por mitosis dará un clon de células mutantes iguales a la primera sin más complicaciones.
• Mutaciones germinales: se dan en células reproductoras, y por tanto aparecerán en todas las células del organismo.

Según su aparición:

• Mutaciones naturales: si aparecen espontáneamente.
• Mutaciones inducidas: si son provocadas artificialmente por radiaciones o por agentes químicos (agentes mutágenos).

Según la extensión del material genético afectado:

• Mutaciones génicas: afecta a la secuencia de nucleótidos de un gen.
• Mutaciones cromosómicas: alteraciones en la secuencia de genes de un cromosoma.
• Mutaciones genómicas: alteraciones en el número de cromosomas.

Mutaciones

Alteraciones del material genético (ADN) de un individuo. Pueden causar grandes cambios o pasar desapercibidas. Pueden ser perjudiciales, beneficiosas o indiferentes.

• Aleatorias. Se producen al azar, suelen producir deficiencias, pueden llegar a ser letales. Por lo general, son recesivas y permanecen ocultas.
• Producen variabilidad → evolución
• Las más importantes son las de los gametos
• Naturales o inducidas

• Génicas o puntuales: Afectan sólo a la secuencia de nucleótidos de un gen.
• Cromosómicas: Afectan a un cromosoma completo, cambiando su estructura. Ni las inversiones ni las translocaciones suelen ser perjudiciales para el individuo, ya que no hay pérdida ni ganancia de material genético, pero sí para la descendencia, dificultan la gametogénesis o se forman gametos con algún cromosoma incompleto o bien con duplicaciones.

Las mutaciones cromosómicas pueden detectarse al microscopio mediante técnicas de bandeo y por la formación de bucles durante el apareamiento de los cromosomas homólogos durante la meiosis.

Deleciones

Es la pérdida de un fragmento del cromosoma. Si el fragmento contiene muchos genes, puede tener consecuencias patológicas o incluso letales. Si la deleción afecta a los dos cromosomas homólogos, generalmente es letal.

Genómicas

Son alteraciones en el número de cromosomas propio de una especie. Se distinguen dos tipos:

• Aneuploidía: Es la alteración en el número normal de ejemplares de uno o más tipos de cromosomas, sin llegar a afectar al juego completo, debido a una segregación errónea durante la meiosis. Pueden ser nulisomías, monosomías, trisomías, tetrasomías, etc., cuando en lugar de dos cromosomas de cada par no hay ninguno, o hay uno, tres, cuatro, etc.
• Euploidía: Es la alteración en el número normal de dotaciones haploides (juegos de cromosomas) de un individuo.

Los Agentes Mutagénicos o Mutágenos

Son aquellos factores ambientales, físicos o químicos que pueden influir directamente sobre el ADN y aumentar la frecuencia de mutación espontánea. Estos factores son:

• Mutágenos físicos: son las radiaciones (no ionizantes: son los rayos ultravioleta, que son absorbidos por el ADN producen lesiones en la piel, la más grave de las cuales es el melanoma o cáncer de piel. y ionizantes: son radiaciones como los rayos X, gamma (γ), los rayos α o β)
• Mutágenos químicos: son sustancias que reaccionan con el ADN, provocando en él distintos tipos de alteraciones.
• Mutágenos biológicos: algunos microorganismos están relacionados con alteraciones en el ADN que pueden provocar la aparición de un cáncer.

Especiación

Definimos especie como el conjunto de seres vivos que tienen unas características comunes y que son capaces de cruzarse entre sí, dando lugar a una descendencia fértil.

• Especiación alopátrica: Las dos especies surgen a partir de poblaciones geográficamente separadas. La barrera que facilita la formación de especies es básicamente geográfica.
• Especiación simpátrica: Las dos especies surgen a partir de poblaciones que habitan la misma localidad geográfica.