Procesos Fundamentales de la Genética: Replicación, Transcripción y Traducción

Genética:

Las células necesitan heredar características genéticas a su descendencia y asegurar la mantención de las mismas.

El material genético mantiene la información de las características genéticas de la célula, traducidas como determinadas proteínas codificadas en el genoma celular.

Genes ADN → Duplicación → Transcripción → ARNm → Traducción → Síntesis proteica

Duplicación del ADN

Este proceso es semiconservativo, es decir, las nuevas moléculas contienen una hebra nueva y otra antigua.

Mecanismos de Duplicación en Procariotas:

1) Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto "ori-C", participando un conjunto de enzimas y proteínas llamado replisoma:

• a) Helicasas: facilitan el desenrrollamiento.
• b) Girasas y topoisomerasas: eliminan la tensión generada por torsión en el desenrrollamiento.
• c) Proteínas SSBP: se unen a la hebra molde para que no se vuelva a enrollar.

2) Síntesis de dos nuevas hebras de ADN: actúan las ADN polimerasas que sintetizan una nueva hebra en el sentido 5'→3'

• a) ADN pol I y III: replican y corrigen los errores, principalmente la III.
• b) La cadena 3'→5' es leída sin problema, pero la 5'→3' debe ser leída a partir de fragmentos de Okazaki (hebra retardada) y luego ambas se unen.
• c) La ADN pol III no puede iniciar la síntesis por sí sola, necesita un cebador de ARN que es sintetizado por una ARN pol (primasa). Este cebador luego es eliminado.

3) Corrección de errores: actúan principalmente la ADN polimerasa III y también otras enzimas:

• a) Endonucleasas: cortan los segmentos erróneos.
• b) ADN pol I: rellena exactamente el hueco.
• c) ADN ligasa: une los extremos corregidos.

Duplicación en Eucariotas

También es semiconservativa y bidireccional.

Existen una hebra conductora y una hebra retardada (fragmentos de Okazaki). Se inicia en las burbujas de replicación (puede haber unas 100 a la vez).

Intervienen, además de las mismas enzimas que para los procariotas, otras enzimas que deben duplicar las histonas que forman parte del nucleosoma. Las histonas viejas permanecen en la hebra conductora.

Transcripción

La información mantenida en la secuencia de nucleótidos del ADN se encuentra en el núcleo y las proteínas en el citoplasma. Por lo tanto, se requiere de una molécula intermediaria que permita el transporte de la información: el ARNm.

En Procariotas:

• A) Iniciación: la ARN pol se une a un cofactor que permite su unión a una región del ADN llamada "región promotora", que posee una secuencia de bases TATAAT o TTGACA.
• B) Elongación: la ARN pol recorre la hebra de ADN hacia su extremo 5' sintetizando una hebra de ARNm en dirección 5'→3'.
• C) Finalización: puede ser de dos tipos: en uno interviene un cofactor ρ y en la otra no. El proceso finaliza cuando, al llegar a una secuencia rica en G y en C (zona llamada "operador"), el ADN vuelve a su forma normal y el ARNm queda libre.
• D) Maduración: si lo que se forma es un ARNm, no hay maduración, pero si se forman un ARNr o un ARNt, hay procesos de corte y empalme.

En Eucariotas:

Existen 3 tipos de ARN pol: I, II y III. Además, los genes están fragmentados en zonas sin sentido o intrones y en zonas con sentido o exones. Antes de la maduración, se deben eliminar los intrones. Además, se debe producir un desempaquetamiento de histonas para iniciar este proceso.

4 Fases:

• A) Iniciación: la ARN pol II se une a una zona del ADN llamada promotora (posee secuencias CAAT y TATA).
• B) Elongación: la síntesis continúa 5'-3'. Luego se añade una caperuza de metil guanosinfosfato en el extremo 5'.
• C) Finalización: al parecer, estaría relacionado con la secuencia TTATTT. Ahora interviene una poli A polimerasa que añade una cola A (adenina) al pre-ARNm (ARNhn).
• D) Maduración: ocurre en el núcleo y la realiza RNPpn, que elimina los intrones (I) formados. Posteriormente, las ARN ligasas empalman los exones (e) y forman el ARNm.

Traducción

Ocurre en los ribosomas, de forma muy similar en eucariotas y procariotas. Consta de 3 etapas:

• A) Iniciación: comienza por el triplete iniciador del ARNm AUG, que está próximo a la caperuza 5'. Este triplete va precedido por la secuencia AGGAGG (de Shine-Dalgarno), que es la zona de unión con el ribosoma. Se le forma el complejo de iniciación con los factores de iniciación y la energía suministrada por el GTP. La subunidad menor del ribosoma reconoce la caperuza y se une al ARNm en la zona próxima al triplete o codón iniciador. La caperuza aporta el ARNt iniciador, que a su vez aporta el aminoácido metionina (Met). Este ARNt contiene un triplete complementario al AUG, es decir, UAC, llamado anticodón (la proteína sintetizada contiene en su extremo metionina). Una vez encajado el ARNt-Met, se liberan los factores de iniciación y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma, formándose así el ribosoma completo y funcional. En él hay 2 sitios claves:
  • Sitio P: sitio peptidil, ocupado por el ARNt-Met.
  • Sitio A: aminoacil, que está libre para conseguir un 2° ARNt, solo aquel cuyo anticodón coincida con el codón del ARNm, cargado de un nuevo aminoácido.
• B) Elongación de la cadena peptídica: está catalizada por la peptidil transferasa que, mediante enlaces peptídicos, va uniendo los aminoácidos a la cadena. Cada vez que llega un aminoácido, ocurre un proceso de elongación.
• C) Fin de la síntesis: ocurre cuando aparece uno de los codones de término UAA, UAG, UGA. En ese momento, un factor proteico de terminación (RF) se une al codón de terminación e impide que algún ARNt con algún otro aminoácido (ARNt-aminoacil) se aloje en el sitio A. En ese momento, se produce la hidrólisis de la cadena peptídica y se separan las dos subunidades del ribosoma.