Genética Molecular

1.1 Replicación en Anillos (Procariotas)

Es un proceso más simple y no hay telomerasas. La replicación va sucediendo conforme la bacteria va creciendo. Al separarse los anillos, las cuerdas se van apretando y el giro es permitido por la girasa, que corta una hebra, permite el giro y la vuelve a soldar. Las topoisomerasas II están formadas por plásmidos y cromosomas. En la replicación normal, los anillos se separan; para ello son necesarias las topoisomerasas II, que desencadenan los anillos.

1.2. Replicación en Eucariotas

Diferencias con las procariotas:

• Hay varios cromosomas y son mucho más largos.
• Es más lenta, ya que no se usan exactamente los mismos enzimas.
• Los cromosomas lineales son más largos y tienen varias asas de replicación.
• El ADN eucariota está enrollado en histonas, por eso, cuando se hace la replicación, también habrá que sintetizarlas; por eso es más lenta.

En los telómeros, la enzima capaz de alargarlos es la telomerasa, y es una transcriptasa inversa, ya que con el patrón del ARN sintetiza ADN. La telomerasa lleva incorporada ARN con la secuencia que hay en el telómero, y esta secuencia se copia en la hebra de ADN más larga, de forma que esta se alarga. Después, la hebra corta se alarga usando el patrón de la hebra larga. Esto en las células unicelulares no tiene sentido, ya que las telomerasas están activas. En las pluricelulares tiene sentido en las células somáticas, no en las sexuales, en las que las telomerasas están activas (germinales y las tumorales).

1.3. Precisión de la Replicación

El proceso se produce a grandes velocidades en un entorno químico activo, lo que puede producir errores (tasas de error son de 1 en 10⁴ – 10⁵), es decir, tienen una precisión enorme. Sin embargo, las polimerasas tienen más errores, pero hay dos mecanismos para disminuir esta tasa de error, que son:

1. La corrección de pruebas.
2. La reparación de errores.

En ambas interviene la polimerasa I, que es una enzima mucho más lenta que la polimerasa III.

Transcripción

Solo se copia una parte de las hebras de ADN, y solo ocurre en dirección 5’→3′. Los nucleótidos (ribonucleótidos) son los propulsores porque la hidrólisis de fosfatos da la energía suficiente. Las asas más pequeñas se abren por un lado mientras se cierran por el otro, no intervienen las girasas y se separa rápidamente, por eso es un proceso más sencillo. Las ARN polimerasas son homólogas a las de ADN polimerasas y se transcriben en zonas determinadas y solo en determinados momentos, por eso hay lugares específicos de unión y mecanismos de regulación. Los procesos son diferentes en eucariotas y procariotas, y son muy importantes, ya que suponen el primer nivel de control de la expresión genética:

Procariotas: ADN mucho más corto y pequeño, tienen menos genes que los eucariotas, además tienen una organización distinta, mucho más compacta y sencilla que los eucariotas.

2.1 Regulación de la Expresión Genética de los Procariotas: Modelo Operón Lac

Descubierto por Jacob y Monod, que utilizaron un análogo no metabolizable de la lactosa para realizar ensayos de complementación con ayuda del factor F’, que acarreaba la región cromosómica lac. Gracias a esto descubrieron los genes de la regulación del metabolismo de la lactosa, que tenía 3 proteínas, por tanto, 3 genes: lacZ, lacY y lacA consecutivos, y los tres se forman a partir de ARNm. A estos genes se les llama genes estructurales, y estos genes están asociados a otras secuencias más cortas que ni se transcriben ni se traducen, son los genes reguladores. Estos genes no codifican directamente proteínas.

OPERÓN: Se define como una unidad genética funcional formada por un grupo o complejo de genes que codifican la regulación de su expresión por medio de la interacción de proteínas codificadas por sus genes. Los genes de la utilización de la lactosa como fuente de carbono se encuentran agrupados y codifican para enzimas que participan en la misma vía metabólica.

COMPOSICIÓN:

1. Genes estructurales: están en tándem:
   • Lac Z codifica β-galactosidasa.
   • Gen lacY codifica la permeasa del galactósido.
   • Gen lacA codifica la acetiltransferasa de tiogalactósido.
   Se transcriben desde el promotor común en un RNAm policistrónico y es traducido.
2. Promotor: Lugar de unión de la ARN polimerasa al ADN antes del inicio de la transcripción.
3. Operador: Lugar de unión del represor, que es una proteína reguladora de genes que impide la transcripción de genes estructurales, ya que reconoce una secuencia específica en el ADN y se une a esta con más afinidad. El regulador es un gen que codifica al represor.

Pero hay una serie de genes colineales relacionados con los otros en su regulación:

• Si no hay represor, la finalidad se producen 3 proteinas y cuando hay lactosa esta se une al represor que cambia su conformación y pierde afinidad y por tanto se suelta, por lo que los genes pueden producir esas proteínas y asi utilizar la lactosa.
• Si no hay represor impide la transcripción y de esta forma se regula la expresión genética.
• El ARN sintetizado en este proceso es ARNm policistrónico.
• Cuando la célula tiene lactosa, aunque no haga falta porque tiene glucosa, se produce una segunda regulación secundaria, y entonces hay una doble regulación, ya que cuando hay lactosa sí que se transcribe, pero cuando hay más glucosa no se transcribe, aunque hay lactosa y no se produce AMPc.
• La regulación genética se regula en función del medio ambiente.

OPERÓN TRP: regulan genes estructurales relacionados con los triptófanos, que son genes capaces de regular enzimas L, E, D, C, B, A. Si hay triptófanos, se reprime la expresión de los genes, ya que bloquea al promotor y no se produce la ruta metabólica, y es al revés en el Operón Lac, porque el triptófano es el producto y no el sustrato.