Herencia Genética: Replicación, Transcripción, Traducción y Mutaciones

Genética

Es la rama de la biología que estudia la herencia biológica, es decir, cómo se transmiten los caracteres de generación en generación.

Conservación de la Información Genética (Replicación)

El ADN debe transmitirse fielmente a cada célula hija obtenida tras la división celular. Es imprescindible que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para disponer de dos copias iguales. Este proceso, conocido como replicación o autoduplicación, resulta fundamental para asegurar que todas las células de un organismo pluricelular mantengan la misma identidad.

El mecanismo para llevar a cabo la replicación del ADN es el siguiente:

• Separación de las cadenas.
• Síntesis de la cadena complementaria de cada una de ellas.

Las hipótesis iniciales proponían tres posibles formas de replicación:

• Conservativa: La doble cadena original se mantiene y se sintetiza otra completamente nueva.
• Semiconservativa: Una hebra de cada doble hélice procede de la original, mientras que la otra se sintetiza de novo. Es la propuesta por Watson y Crick.
• Dispersiva: En cada doble hélice existen fragmentos de la original y fragmentos nuevos.

Transcripción del ADN en Eucariotas

Existen 3 ARN polimerasas diferentes:

• ARN polimerasa I: Transcribe la información correspondiente a los ARN ribosómicos.
• ARN polimerasa II: Se encarga de la transcripción de los genes origen de los ARN mensajeros.
• ARN polimerasa III: Es responsable de la producción de los ARN de transferencia, del ARN ribosómico 5s y realiza la transcripción de los genes que portan información para las histonas.

Cuando se han unido los primeros 30 ribonucleótidos, se añade al extremo 5’ una “caperucita” formada por 7-metilguanosina trifosfato, que permitirá la identificación de este extremo en el proceso de traducción posterior. La secuencia de ADN (TTA TTT) indica el final de la transcripción. Sobre el extremo 3’ del ARN se añaden unos 200 ribonucleótidos de adenina por acción de la enzima poli-A polimerasa.

Maduración del ARN

Hay que eliminar los intrones que han sido transcritos. En este proceso, intervienen las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn). Se trata de enzimas constituidas por una parte proteica y por ARN. Este último posee secuencias de bases nitrogenadas complementarias de las que se encuentran en ambos extremos de los intrones, lo que provoca su extracción. A continuación, los exones se unen por la acción de enzimas ligasas y se obtiene el ARNm definitivo que se traduce en una proteína.

En cuanto a los ARNt sintetizados por la ARN polimerasa III, se produce la modificación de algunas bases nitrogenadas para formar las que son características de estas moléculas. La formación de los ARNr es compleja. La región del ADN que codifica para estos ARNr recibe la denominación de organizador nuclear. Por acción de la ARN polimerasa I se sintetiza el ARN nucleolar.

Código Genético

Relación entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos de una proteína. Permite la traducción del mensaje genético. Sus características son:

• Formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas, sin espacios ni separaciones entre los codones.
• Es universal (igual para todas las especies).
• El ribosoma traduce cualquier ARNm.
• Es degenerado (hay 64 tripletes para 20 aminoácidos).

Traducción

Iniciación

El proceso necesita moléculas proteicas denominadas factores de iniciación y energía. En primer lugar, el ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma gracias al factor proteico de iniciación IF3. A continuación, se produce la fijación del primer aminoacil-ARNt por la unión de bases complementarias del anticodón de ARNt y las del codón de ARNm. El codón de iniciación siempre es AUG y, por tanto, el anticodón del primer ARNt es UAC. Todas las cadenas peptídicas empiezan por metionina (MET), que luego debe ser eliminada. Por último, se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo cual se precisa otro factor de iniciación diferente y la presencia de iones Mg²⁺. Queda formado así el denominado complejo de iniciación.

Elongación o Alargamiento

En esta etapa, se sintetiza la cadena peptídica por la unión de los sucesivos aminoácidos. Para ello es necesario el desplazamiento del ribosoma a lo largo de la cadena de ARNm. En este proceso se pueden diferenciar tres etapas:

• Unión del aminoacil-ARNt al sitio A.
• Formación del enlace peptídico.
• Translocación del dipéptido al sitio P.

Terminación

Existen tres codones de terminación en el ARNm para los que no hay ARNt con los correspondientes anticodones. Cuando el ribosoma llega a uno de ellos, no se sitúa ningún aminoacil-ARNt en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. En esta fase intervienen unos factores de liberación (ej., RF1). Al situarse en el sitio A, estos factores hacen que la enzima peptidil-transferasa libere el péptido del ARNt al que está unido, al hacer reaccionar el grupo carboxilo del último aminoácido con agua. Se utiliza la energía que proporciona el GTP.

Regulación de la Expresión Génica

La síntesis proteica no tiene lugar continuamente, ya que depende de las necesidades celulares. En los organismos pluricelulares, los genes que se expresan son distintos según el tipo de célula de que se trate. La diferenciación celular se basa en la activación e inhibición permanente de diversos genes. La regulación de la expresión génica se realiza fundamentalmente sobre el proceso de transcripción, ya que si se controla la formación del ARNm se controla también la síntesis de las proteínas correspondientes.

Mutaciones Génicas

Son las mutaciones en sentido estricto. Resulta imposible observarlas al microscopio. Afectan tanto a los genes estructurales como a los genes reguladores. Aparecen fundamentalmente por dos causas:

• Errores no corregidos producidos durante la replicación del ADN.
• La acción de determinados agentes físicos o químicos.

Se distinguen varios tipos:

• Mutaciones por sustitución de una base por otra distinta:
  • Transiciones: Cuando una base púrica es sustituida por otra base púrica o una base pirimidínica es reemplazada por otra base pirimidínica.
  • Transversiones: Si se produce la sustitución de una base púrica por una base pirimidínica o viceversa.
• Mutaciones por pérdida o por inserción de bases: Todos los tripletes de bases en adelante estarán cambiados.
• Mutaciones por variaciones de lugar de algunos segmentos del ADN: Debido al desplazamiento de secuencias de la cadena nucleotídica, aparecen nuevos tripletes, lo que modificará el mensaje genético.

Mutaciones y Evolución

.Los cambios producidos en el material genético constituyen el motor de la evolución de las espeies/Los principales agentes de la variabilidad de las poblaciones son la recombinación genética y las mutaciones./La recombinadio genética consite en una reordenación de los genes ya existentes en la población, que pede traducirse en la aparición de nuevos genotipos.Lasmutaciones permiten la aparición de enes que antes existían/La importancia de las mutaciones se pone de manifiesto en particular durante la adaptación de una población a un entorno nuevo.Mutaciones y cáncer.El cáncer es causado por un proceso de división celular sin control que provoca la destrucción del tejido afectado e,incluso, a la invasión de otros órganos/Los cambios en el material genético y la aparición de células cancerosas produce cáncer/En este proceso intervienen dos tipos de genes:oncogenes(Ptovocan señales que estimulan la división celular.Proceden de prooncogenes)genes supresores de tumores(Estimla un aumento del ritmo reproductor de las células./Los agentes mutagenicos podrían actuar en ambos sentidos y es probable que para que se desarrolle un tumor sean necesarias varias mutaciones en diversos genes.