La expresión del mensaje genético

I D E A S La expresión
C L A R A S del mensaje genético
El dogma central de la biología molecular
El ADN copia una parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARN mensajero (transcripción), que es la información
utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína (traducción).
Transcripción
Consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a otra (ARN) que se pueda utilizar
directamente para la síntesis de proteínas específicas. Lo realiza la enzima ARN polimerasa ADN dependiente,
que presenta las siguientes características:
쐌 Une nucleótidos en sentido 5’ 3’.
쐌 Utiliza nucleótidos trifosfato.
쐌 Necesita una molécula de ADN como molde o patrón para poder establecer la secuencia específica de bases del ARN
que se va a sintetizar.
쐌 Se fija a regiones específicas del ADN (regiones o genes promotores).
Transcripción
en células
procariotas
Existe una única ARN polimerasa constituida por varias subunidades. Para poder reconocer la región
promotora del ADN, es necesario que la ARN polimerasa se una al llamado factor sigma (␴).
La formación de la cadena de ARN finaliza cuando la polimerasa llega a una zona del ADN
denominada señal de terminación. En esta fase interviene el factor rho (␳). El ARNm sintetizado
se puede utilizar directamente para la síntesis proteica.
Transcripción
en células
eucariotas
Es más compleja que en las células procariotas, pues intervienen diversos factores proteicos
y hay tres ARN polimerasas diferentes. Es preciso un proceso de maduración posterior del ARNm
para eliminar los intrones.
El código genético
Es la relación que existe entre la secuencia de nucleótidos (o, más concretamente, de bases nitrogenadas presentes
en ellos) del ARNm y la secuencia de aminoácidos que constituye una proteína. El código genético tiene las siguientes
características:
쐌 Está formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas.
쐌 Entre los sucesivos codones no hay espacios ni separaciones de ningún tipo.
쐌 Tiene carácter universal, ya que es el mismo código para todas las células.
쐌 Es degenerado en el sentido matemático del término, es decir, que el número de señales codificadoras en el ARN
no coincide con el de aminoácidos que van a ser codificados.
Traducción
Consiste en la unión, mediante enlaces peptídicos, de los aminoácidos. La secuencia de aminoácidos que son unidos
guarda relación con la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm correspondiente. Se lleva a cabo en los ribosomas.
Antes de que se inicie el proceso es preciso que los aminoácidos que van a ser unidos se activen. Para ello, cada
aminoácido se une a una molécula de ARNt específica con la ayuda de las enzimas aminoacil-ARNt sintetasas,
para lo que es imprescindible el aporte energético obtenido por la hidrólisis de ATP. Las fases en las que se divide
el proceso son las siguientes:
쐌 Iniciación. En primer lugar, el ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma. Luego se produce
la fijación del primer aminoacil-ARNt, que se realiza en el sitio P. Por último, se produce el acoplamiento
de la subunidad mayor.
쐌 Elongación o alargamiento. Se van uniendo los aminoácidos. El proceso es el siguiente:
쐌 Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A.
쐌 Formación del enlace peptídico entre este aminoácido y el situado en el sitio P, con la ayuda de la enzima
peptidiltransferasa, localizada en la subunidad mayor del ribosoma.
Al unirse el primer aminoácido al segundo, aquel se desprende de su ARNt, el cual se separa del ribosoma. Se forma
así un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt, situado en el sitio A.
쐌 Translocación del dipéptido al sitio P. Se produce el desplazamiento del ribosoma sobre el ARNm en sentido 5’ 3’.
Mientras el ribosoma recorre el ARNm, los aminoacil-ARNt van fijándose sucesivamente al sitio A e incorporando,
al mismo tiempo, su aminoácido correspondiente a la cadena peptídica en formación. En la fijación de cada ARNt
se utiliza la energía suministrada por la hidrólisis del GTP.
쐌 Terminación. Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación, no se sitúa ningún aminoacil-ARNt en el sitio A
y la cadena peptídica se acaba.
La traducción
en células
eucariotas
Existen algunas diferencias con respecto a la traducción en células procariotas:
쐌 Entre el lugar de transcripción (núcleo celular) y el de traducción (ribosomas citoplasmáticos)
existe una separación (membrana nuclear).
쐌 Los ARNm son más estables que los ARNm de los procariotas.
쐌 Los ARNm son monocistrónicos, es decir, cada uno de ellos solo contiene información
para una proteína. Los procarióticos suelen ser policistrónicos.
쐌 Los ribosomas tienen ARNr diferentes y su coeficiente de sedimentación es ligeramente
distinto (80 S en células eucariotas y 70 S en procariotas).
쐌 El primer ARNt se une antes a la subunidad ribosómica menor que al ARNm.
Regulación de la expresión génica
La regulación de la expresión génica se realiza fundamentalmente en el proceso de transcripción.
Jacob y Monod propusieron el denominado modelo del operón. Según este, existen genes
Regulación
en procariotas estructurales, gen promotor, gen operador y gen regulador.
Según se trate de una ruta catabólica o anabólica, se diferencian dos tipos de sistemas de regulación
de la expresión génica: inducible y represible. En el primero, que se da en rutas catabólicas, la proteína
sintetizada directamente por el gen regulador es un represor activo. En el segundo, propio de rutas
anabólicas, esta proteína es inactiva.
Regulación
en eucariotas
La regulación en células eucariotas es mucho más compleja y puede tener lugar, además
de en la transcripción, en diferentes puntos del proceso. Las histonas y las hormonas desempeñan
un papel fundamental en la regulación de la expresión génica.