Flujo de la Información Genética

Flujo de la Información Genética

• Definición molecular del gen: Es una unidad de herencia que regula un rasgo particular, un segmento de ADN que contiene información para un polipéptido o una molécula de ARN (incluyendo regiones transcritas y no codificantes). También se puede definir como una secuencia completa de ADN (exones, intrones y regiones de control de transcripción) necesaria para la producción de un polipéptido funcional o ARN. Por último, también es considerado la unidad fundamental de la herencia, localizada en un sitio específico en el cromosoma, codificando un solo polipéptido.

• Flujo unidireccional de información genética: La información codificada en un gen es transcrita a una molécula intermediaria de ARN y luego traducida a una secuencia de aminoácidos.

  • En eucariotas, el ARN mensajero (ARNm) no se utiliza directamente para la traducción. Se debe procesar a través del "splicing".

Transcripción

• Es el proceso por el cual una secuencia de nucleótidos de una cadena de ADN se transcribe a una molécula de ARN (ARN mensajero, ARNm).
• La hélice de ADN se abre por un conjunto de proteínas, la cadena de ADN con dirección 3' a 5' (cadena molde) sirve como plantilla para la transcripción de ADN a ARN.
• Esta reacción es catalizada por la ARN polimerasa, sintetizando ARN en la dirección 5' a 3'.

Tipos de ARN producidos por las células

• ARN mensajero (ARNm): Lleva la información genética desde el ADN en el núcleo al ribosoma en el citoplasma para la síntesis de proteínas.
• ARN ribosómico (ARNr): Se une a proteínas para formar ribosomas, los complejos macromoleculares encargados de la traducción de ARNm a proteínas.
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta aminoácidos específicos a los ribosomas durante la traducción.
• ARN pequeño (ARNp): Regulan la expresión genética a través de diversos mecanismos, como la interferencia con el ARNm.

Transcripción en procariotas y eucariotas

• Procariotas: Poseen una sola ARN polimerasa que cataliza la transcripción.
• Eucariotas: Poseen tres ARN polimerasas (I, II, III) con funciones específicas:
  • La ARN polimerasa II transcribe los genes que codifican proteínas.
  • La ARN polimerasa III transcribe los genes que codifican los ARNt y el ARNr 5S.
• Frecuencia de transcripción: La frecuencia con la que se transcribe un gen está regulada de manera estricta y puede variar dependiendo del gen y de la situación.
• Edición: Las ARN polimerasas tienen una función correctora conocida como "edición".

Transcripción y procesamiento del ARNm en eucariotas

• La transcripción en eucariotas necesita de una gran variedad de proteínas llamadas "factores de transcripción".
  • Estos factores pueden ser generales (necesarios para el inicio de la síntesis de ARN en todos los promotores) o específicos (sintetizados o activados en tejidos específicos o en momentos específicos).
• Caja TATA: Es una secuencia consenso que participa en la unión de una proteína de unión a caja TATA (TBP) en el proceso de transcripción.
• Complejo de preinicio: Se forma en el promotor del ADN, incluye la ARN polimerasa II y los factores de transcripción.
• Inicio de la transcripción: La ARN polimerasa II inicia la transcripción del ADN a ARN, creando un transcrito primario de ARN.

Características de un ARNm maduro: beta-globina humana

• Casquete de 7-metilguanosina: Se une al extremo 5´ del ARNm.
  • Protege el extremo 5´ de la degradación por exonucleasas.
  • Dirige el transporte del ARNm del núcleo al citoplasma.
  • Es importante en el inicio de la traducción.
• Empalme de exones: Los exones son las regiones codificantes del ARNm que se unen para formar la secuencia final.
  • El proceso es realizado por un complejo macromolecular llamado "spliceosoma", permitiendo la formación de diferentes proteínas a partir del mismo gen.
• Cola poli-A: Una secuencia de residuos de adenina (Poli A) en el extremo 3´ del ARNm.
  • Sirve como señal para que el ARNm sea procesado y se exporte del núcleo.
• Código genético casi universal y degenerado: Permite que diferentes codones codifiquen el mismo aminoácido.

Estructura del ARNt

• Estructura: El ARNt presenta una estructura en forma de hoja de trébol con un sitio de unión al aminoácido y un anticodón que reconoce el codón del ARNm.
• Número de genes: Se estima que hay 1300 genes para ARNt en humanos.
• Función: Transportan aminoácidos específicos a los ribosomas durante la traducción.
• Transcripción: La ARN polimerasa III transcribe los ARNt y el ARNr 5S.
• Modificaciones: Pueden presentar ribonucleótidos con bases nitrogenadas poco frecuentes.

Estructura del ARNr

• Función: Forma la estructura principal de los ribosomas.
• Transcrito primario: El transcrito primario del ARNr sufre procesamiento y maduración.
• Nucleolo: Los nucleolos funcionan como organelos productores de ribosomas.
• Estructura: Contiene una sola hebra de ARN con numerosas regiones helicoidales resultante de emparejamientos intracatenarios de bases.

Traducción: Estructura del ribosoma

• El ribosoma se compone de dos subunidades (subunidad pequeña y subunidad grande) y tres sitios:
  • Sitio A: Centro aminoacilo, donde se une el aminoacil-ARNt para la siguiente adición de aminoácidos.
  • Sitio P: Centro peptidilo, donde se encuentra el polipéptido en crecimiento.
  • Sitio E: Centro de salida, donde el ARNt deja el complejo traduccional luego de haber liberado el aminoácido.

Traducción: Fases

• Iniciación: Comprende la unión del ARNm, el ribosoma y el primer ARNt al sitio P del ribosoma. Requiere factores de iniciación (IF1, IF2, IF3).
• Elongación: Se añaden aminoácidos a la cadena polipeptídica en crecimiento mediante la formación de enlaces peptídicos. Requiere factores de elongación.
• Terminación: Se alcanza un codón de terminación en el ARNm, lo que provoca la terminación de la traducción y la liberación del polipéptido.