El Genoma: Replicación, Transcripción y Código Genético

El genoma es la totalidad de la información genética que posee un organismo en particular. Por lo general, al hablar de genoma en los seres eucarióticos nos referimos sólo al ADN contenido en el núcleo, organizado en cromosomas. Pero no debemos olvidar que también la mitocondria contiene genes (véase genoma mitocondrial).

Replicación del ADN

La replicación comienza con la separación de las dobles hebras de ADN por la enzima helicasa, usando ATP. Esto es necesario para que ambas cadenas sean utilizadas como molde de la síntesis. También la topoisomerasa desenrolla la doble hélice (antes que la helicasa). Las SSBP (proteínas de unión a la cadena simple de ADN) evitan que las hebras se vuelvan a enrollar. En la cadena molde de dirección 3′ a 5′, la ADN polimerasa puede agregar nucleótidos de la cadena 5′ a 3′ sin inconvenientes. Sin embargo, la hebra doble de 5′ a 3′ no puede replicarse de forma continua, por eso se le llama retardada. Esto es porque la polimerasa sintetiza en sentido contrario (5′ a 3′). Es necesario que se abra la horquilla a través de los primers que sintetiza una primasa. A partir de ellos, la ADN polimerasa III sintetiza fragmentos denominados Okazaki hasta encontrarse con el primer de ARN siguiente. Luego, la ADN polimerasa I remueve el primer de ARN. La misma ADN polimerasa I, con su capacidad de polimerizar de 5′ a 3′, restituye los nucleótidos y agrega ADN. El eje de azúcar-fosfato es luego sellado por la ligasa, que une los extremos 5’P y 3’OH.

El código genético es degenerado. Por difracción se pudo saber que el ADN era helicoidal y también es semiconservativa. Existen 3 tipos de replicaciones: Theta, Círculo Rodante, Lineal. El ADN para replicarse se organiza en unidades llamadas replicones (secuencias de origen y de término). En E. coli se han identificado 3 ADN polimerasas (5′ a 3′) que también pueden degradar a través de otra actividad como exonucleasas.

• ADN Pol I: polimeriza 5′ a 3′, también es exonucleasa 3′ a 5′ y de 5′ a 3′.
• ADN Pol II: polimerización 5′ a 3′ y exonucleasa de 3′ a 5′.
• ADN Pol III: polimeriza 5′ a 3′ y exonucleasa 3′ a 5′.

Para que ocurra la síntesis de ADN tienen que estar los 4 dNTP y Mg+2. El ADN contiene información cuaternaria en secuencias unidimensionales de monómeros de ATGC y es bidireccional en eucariotas.

Sitios TER: sirven para que la replicación no llegue más allá de lo estipulado.

Problemas con replicones lineales:

1. Convertir la molécula lineal a circular o bien a molécula multimérica.
2. Crear estructuras inusuales al final, por lo tanto no existen extremos libres (ej: horquillas).
3. Extremos podrían ser variables.

Orden de las enzimas: Topoisomerasa (rompe los enlaces fosfodiéster rompiendo la tensión), Topo II (desenrolla 2 hebras), Helicasa, SSB, Primasa, Pol III, Pol I, Pol II y Topoisomerasa.

13-mer y 9-mer: secuencias consenso ricas en AT en distintas especies. Ahí las proteínas helicasas se unen a la doble hebra. Al unirse la helicasa al 13-mer ancla el ADN a la membrana. Luego de la replicación, la hebra queda hemimetilada, esto inhibe otra ronda de replicaciones.

Transcripción

Silenciadores: bajan la velocidad de transcripción. La cadena templado se usa como base para la complementaria. La transcripción es un proceso enzimático no autocorrector de síntesis de ARN a partir de la información contenida en el ADN. Ocurre con polaridad 5′ a 3′ y los precursores son los 4 NTP. Para que un gen pueda transcribir, la secuencia codificadora debe incluir una secuencia reguladora conocida como promotor y una señal de término de la transcripción. Sólo una hebra actúa como templado (transcripción asimétrica). El producto que se obtiene después se llama transcripto primario.

Transcripción en Procariotas

Existe la holoenzima (factor sigma) que tiene 5 subunidades (2α, β, β’ y σ) y reconoce los promotores, y la apoenzima sin el factor sigma que se encarga de la elongación y el término. Los promotores tienen una secuencia -35 (complejo binario cerrado) y -10 (TATA box, complejo binario abierto).

Inicio: el ARN formado permanece unido por complementariedad de bases y de manera antiparalela a la hebra de ADN que actúa de templado.

Elongación: la apoenzima se encarga de la elongación. A medida que va avanzando a lo largo del ADN, éste se separa de esa manera la enzima puede incorporar bases complementarias al templado. Cuando alcanza la enzima, se renatura la secuencia de ADN.

Término:

• Rho dependiente.
• Rho independiente: al final de cada gen existe una secuencia palindrómica que antecede a una secuencia de A en la hebra templado. Al transcribirse estas secuencias, el producto de ARN queda unido al ADN a través de un heteroduplex poli (U y A), el que precede a una estructura tipo horquilla en el mismo ARN (complejo inestable).

3 clases de RNAr: 5s, 16s, 23s necesarias para la construcción del ribosoma (1:1:1)

Transcripción en Eucariotas

Se han identificado 3 ARN polimerasas. Son enzimas más complejas que la ARN polimerasa de procariontes, formada por 2 subunidades grandes (10 y -15).

• ARN Pol I: pre RNAr 45s que contiene la información para los RNA ribosomales 5,8s, 18s y 29s.
• ARN Pol II: pre RNAm.
• ARN Pol III: pre RNAt y RNAr 5s.

Estos productos transcripcionales son procesados dentro del núcleo y cuando maduran salen al citoplasma. Al salir, elimina secuencias extra de ARN presente en el transcripto primario. El ARN pol de eucariontes requiere factores transcripcionales para unirse a los promotores.

Cis actuantes: elementos regulatorios están localizados en la misma hebra que está regulando. Caja TATA box -25. Caja CCAAT ubicada entre el -50 y -500. Su delección incide en una drástica disminución de la transcripción.

Insificadores: regiones de ADN en localidad variable modulan la transcripción. Son esenciales para un inicio eficiente de la transcripción.

Los cis actuantes facilitan la unión de la polimerasa al templado. Son los factores de transcripción. Son esenciales porque el RNAPOLII no puede unirse directamente al promotor. Algunos se unen a la caja TATA, se llama TBP.

Tipos de ARN

• mRNA: Lleva la información desde los genes a los ribosomas. Templado para la traducción, síntesis de proteínas.
• tRNA: Lleva los aminoácidos al ribosoma.
• rRNA: Componentes estructurales y catalíticos de los ribosomas.
• snRNA (small nuclear RNA): Se encuentran en el spliceosoma y en otros componentes nucleares.

Esplisoma: complejo de 5 ribonucleoproteínas nucleares pequeñas capaces de eliminar intrones de mRNA (splicing RNA).