Introducción a la genética molecular
La información del ADN está codificada en la secuencia de sus bases nitrogenadas. Esta información fluye y se transmite en dos sentidos diferentes:
Replicación
La replicación es el proceso mediante el cual el ADN se copia antes de que una célula se divida.
Ocurre en el núcleo (en células eucariotas) y asegura que cada célula hija reciba una copia exacta del ADN.
Es un proceso semiconservativo, lo que significa que cada nueva molécula de ADN tiene una hebra original y una nueva.
Trascripción
En biología, la transcripción es el proceso por el cual se copia la información del ADN en una molécula de ARN para luego producir proteínas.
Para ampliar tus conocimientos explora las siguientes diapositivas
El dogma central de la biología molecular
Francis Crick
El dogma central de la biología molecular. publicado en 1970 por Crick ha sido la base de los grandes avances en el conocimiento de la genética molecular que se han realizado desde entonces. Este dogma central ha sido ampliado posteriormente con dos puntos referentes a los virus:
Transcripción inversa
La replicación del ARN viral
Flujo de información a partir del ADN en la célula eucariota
• Dentro del núcleo celular se produce la replicación del ADN y la transcripción para obtener moléculas de ARNm a partir del ADN.
• La traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Una vez sintetizadas, las proteínas inician su actividad dentro de la célula.
• La replicación, la transcripción y la traducción están controladas por un conjunto de enzimas muy específicas que llevan a cabo una función extraordinariamente precisa
La replicación del ADN
Mediante la replicación, se obtienen dos copias idénticas a partir de una doble cadena inicial de ADN.
Francis Crick y James Watson al mismo tiempo que dedujeron la estructura del ADN. Propusieron un mecanismo para la replicación de esta molécula. Teniendo en cuenta la importancia de la conservación de la secuencia de bases original, consideraron posible que las dos cadenas dela doble hélice se separasen y cada una sirviese de molde parala síntesis de otra complementaria.
De este modo, se obtendrían dos dobles hélices, cada una con una cadena vieja, o parental, y otra cadena nueva, o hija. Los trabajos experimentales posteriores confirmaron esta hipótesis, denominada semiconservativa.
En la replicación del ADN intervienen las siguientes enzimas:
ADN polimerasas
sintetizar nuevas cadenas de
ADN a partir de una cadena
molde, añadiendo nucleótidos
uno por uno.
ARN polimerasas:
Enzimas que catalizan la formación de cadenas de ARN
Topoisomerasas y girasas: Enzimas que adaptan la estructura espacial de la doble hélice a las necesidades del proceso de síntesis.
Ligasas:
Sellan las uniones entre fragmentos de cadenas.
La transcripción del ADN
La transcripción es el proceso por el que se sintetizan moléculas de ARN complementarias a una de las dos cadenas de una doble hélice de ADN. Durante la transcripción, la secuencia de bases del ADN determina la incorporación de los ribonucleótidos.
Los ribonucleótidos que intervienen enla reacción son los correspondientes a las bases adenina, citosina, guanina y uracilo.
La adenina del ADN es complementaria de la base uracilo, en el ARN.
La principal enzima responsable de la transcripción es la ARN polimerasa (ARNpol), que participa en dos procesos diferentes:
• La separación de las dos cadenas de la doble hélice.
• La incorporación de ribonucleótidos en sentido 5’ 3’.
La transcripción en procariotas
En procariotas, la transcripción se lleva a cabo bajo el control de una sola ARN pol. En este proceso suelen distinguirse tres fases:
Inicio
Elongación
Terminación.
Inicio
En la cadena de ADN hay unas secuencias especiales quereciben el nombre de secuencias promotoras o promotores.
Elongación
A partir de la unión correcta de la ARN pol, esta enzima inicia la síntesis con la incorporación del primer ribonucleótido, según la norma de complementariedad de bases. La síntesis progresa en sentido 5’ 3’ y el ARN se mantiene unido al ADN en un pequeño fragmento de unos veinte a treinta nucleótidos a partir del extremo en crecimiento
Terminación
Es posible que existan diversos mecanismos para indicar el fin de la transcripción. Algunos de estos mecanismos se relacionan con la formación de bucles en la molécula de ARN que impiden el progreso de la ARN pol y provocan el desprendimiento del ADN.
La transcripción en eucariotas
Durante el proceso, podemos distinguir las mismas fases que en procariotas, pero con algunas particularidades.:
Inicio
Elongación
Terminación.
Inicio
En eucariotas, las secuencias promotoras o promotores se sitúan, aproximadamente, en la posición –25, o sea, a unos veinticinco nucleótidos del lugar de inicio de la síntesis de ARN. Esta secuencia ha sido identificada para numerosos genes y en numerosas especies, y observamos una elevada coincidencia en la secuencia TATA; por este motivo, la llamamos caja TATA (TATA box)
En las células eucariotas, hay tres clases de ARN polimerasas especializadas en la síntesis de diferentes tipos de ARN:
• La ARN pol interviene en la síntesis de las subunidades grandes de los ribosomas.
• La ARN pol II es la responsable de la síntesis de los precursores de los ARN mensajeros(ARNm), que se traducirán a proteínas.
• La ARN pol III controla la síntesis de los ARN de transferencia (ARNt) y de las subunidades pequeñas de los ribosomas.
Elongación
La ARN pol II va recorriendo la doble hélice y utiliza como molde una de las dos cadenas. Esta cadena se va leyendo desde el extremo 3’ hacia el 5’.
Al mismo tiempo, se van uniendo los ribonucleótidos, uno tras otro, y la cadena va creciendo en sentido 5’ 3’. Los ribonucleótidos se sitúan según la ley de complementariedad de bases, teniendo en cuenta que el ribonucleótido complementario de la adenina del ADN es el uracilo en el ARN.
A medida que se va desprendiendo la cadena de ARNm precursor acabada de sintetizar, el ADN recupera su estructura espacial normal.
Terminación
La terminación se produce de modo similar al mecanismo que hemos descrito para las células procariotas. Al ARNm precursor resultante la llamamos transcrito .
Modificaciones postranscripcionales del ARN
Las principales modificaciones en el transcrito primario tras su síntesis son:
• Incorporación de una capucha: Por el extremo 5’, el transcrito primario incorpora un nucleótido de guanina metilado, que actúa como protección para evitar que el ARN sea degradado por enzimas especializadas en la destrucción de estas moléculas. Esta capucha se añade poco después de la síntesis del extremo 5’ y mucho antes de finalizar la transcripción.
• Incorporación de una cola: En el extremo 3’ se añade una cadena de entre cien y doscientos nucleótidos de adenina, que llamamos cola de poli-A
Eliminación de los intrones: Los genes eucariotas para ARN contienen dos tipos de secuencias:
— Exones: Secuencias codificadoras que darán lugar a la incorporación de aminoácidos durante la síntesis de proteínas.
— Intrones: Secuencias no codificadoras que no llegan a traducirse en aminoácidos.
La existencia de intrones y exones permite a las células la síntesis de más de una proteína a partir de una única secuencia de ADN. Este fenómeno es conocido como splicing alternativo.
La traducción del ADN
Es el proceso mediante el cual a partir del ARNm se sintetiza una proteína. Tiene lugar de manera similar en procariotas y en eucariotas. Describiremos la traducción tomando como ejemplo una célula eucariota. El proceso se inicia a partir de:
• Un ARNm procedente de la maduración del transcrito primario.
• Ribosomas libres en el citoplasma con su configuración correcta.
• ARNt unidos a los diferentes aminoácidos. Este proceso se considera una verdadera traducción, ya que el mensaje, contenido en el ARNm a partir de una copia del ADN, se traduce en una secuencia de aminoácidos.
El código genético es la clave que permite interpretar el mensaje.
El código genético
El código genético es la correspondencia que se establece entre cada grupo de tres nucleótidos consecutivos de la cadena de ARNm y un aminoácido. A estos grupos de tres nucleótidos o tripletes, los llamamos codones.
El código genético es universal; es decir, en todos los seres vivos, cada triplete codifica para el mismo aminoácido. En esta tabla podemos ver las correspondencias entre codones y aminoácidos.
Da clic en la imagen para ir a explorar el código genético
Traducción y síntesis de una proteína a partir del ARNm correspondiente.
Unión de los aminoácidos a los ARNt
. En esta estructura, distinguimos una región especial que contiene un triplete llamado anticodón. Esta secuencia es específica para cada aminoácido y determina la unión entre cada ARNt y un aminoácido, para formar un aminoacil-ARNt
Ensamblaje del complejo de iniciación
El complejo de iniciación está formado por un ribosoma, el aminoacil-ARNt correspondiente al primer aminoácido, y el ARNm que se tiene que traducir. La unión de los diferentes componentes tiene lugar de este modo:
— El ARNt que transporta el aminoácido metionina se une a la subunidad pequeña del ribosoma.
— El extremo 5’ del ARNm que contiene el codón correspondiente a metionina (AUG) se une también a la subunidad pequeña del ribosoma.
El ARNm se «leerá» en sentido 5’ 3’. —En esta posición quedan enfrentados el anticodón del aminoacil-ARNt y el codón del ARNm. Para que el proceso se inicie correctamente, los dos tripletes tienen que ser complementarios: UAC en el anticodón del ARNt y AUG en el codón del ARNm.
Elongación de la cadena de aminoácidos
A partir de la formación del complejo de iniciación, distinguimos en el ribosoma dos sitios activos:
—El sitio P, o sitio de unión del peptidil-ARNt (el ARNt unido al péptido en crecimiento).
—El sitio A, o sitio de unión del aminoacil-ARNt. Al inicio de la síntesis, el sitio P (sitio peptidil) está ocupado por el primer aminoacil-ARNt y el primer codón del ARNm; aquí se produce la unión entre las bases complementarias de ambas moléculas. A continuación, en el sitio A se sitúa el siguiente aminoacil-ARNt y, en esta posición, su anticodón queda situado delante del segundo codón del ARNm.
Terminación de la síntesis
Cuando el sitio A del ribosoma se sitúa frente a un codón de terminación (UAA, UGA, UAG), no se encuentra ningún ARNt específico para este codón. En este momento se produce la unión de proteínas específicas que favorecen la disociación del complejo de iniciación:
—La proteína recién sintetizada se separa del último ARNt.
—El ARNm se desprende del ribosoma.
—Las dos subunidades del ribosoma se separan.
