TRADUCCIÓN Y TRANSCRIPCIÓN

GNÉTICA MOLECULAR. SÍNTESIS DE ARN (TRANSCRIPCIÓN)
-Genes y proteínas
Los genes están formados por ADN. Sin embargo, las funciones vitales son hechas por proteínas. Un gen es un fragmento de ADN que contiene la información para sintetizar una cadena peptídica: la información fluye del ADN al ARNm y a la proteína.

-Expresión de los genes
Paso de ADN a proteína. Transcurre en dos etapas sucesivas: transcripción (síntesis de ADN, en ella una cadena de ADN actúa como molde para la síntesis de ARN complementario y solo los solo los genes con información para fabricar una cadena peptídica serán transcritos a ARNm y traducidos a proteínas. Hay genes que se transcriben pero no se traducen. También hay secuencias génicas reguladoras) y traducción (biosíntesis de proteínas. La información del ARN m transcrito será traducido a una cadena peptídica por los ribosomas según el código genético).

-Expresión génica en procariotas y eucariotas:
    -Genes: en procariotas son continuos y en eucariotas fragmentados.
    -ADN: en procariotas proteínas no histónicas y poco empaquetado y en eucariotas proteínas        histónicas y densamente empaquetado.

    -ARN polimerasa: en procariotas solo hay una y en eucariotas tres.

    -Localización: en procariotas la transcripción y la tradición en el citoplasma y en eucariotas la transcripción se da en el núcleo y la traducción en el citoplasma.

    -Tipos: en procariotas son policistrónicos y en eucariotas monocistrónicos.

    -Maduración: en procariotas solo madura el ARN transcrito primario que da lugar a ARNt y ARNr y en eucariotas maduran los ARN transcritos primarios de todos los tipos de ARN.

-Transcripción en eucariotas
Es la primera fase de la expresión génica y transfiere la información del ADN hasta el ARN. Todos Los ARN se sintetizan en el núcleo luego salen al citoplasma, se unen a los ribosomas y contribuyen a la traducción. Mitocondrias y cloroplastos también realizan transcripción y traducción. Pero la mayor parte de la transcripción consiste en la síntesis de moléculas de ARNm y se necesita: una cadena de ADN molde, ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U, y la enzima ARN polimerasa II. El proceso consta de tres etapas: iniciación, elongación y terminación, seguidas de una maduración postranscripcional del ARNm.

-Elementos que intervienen en la síntesis del ARNm: una cadena de ADN molde (siempre se lee en dirección 3’ -> 5’), ribonucleótidos, ARN polimerasa II o transcriptasa (sintetiza el ARNm complementario de la hebra molde de ADN).

-Etapas de la transcripción del ARNm: la mayoría de genes están fragmentados, por lo que se transcriben tanto los intrones como los exones. La transcripción consta de 3 etapas sucesivas, pero el ARNm obtenido debe pasar una fase de maduración antes de salir del núcleo. La iniciación (existen tres clases de secuencias reguladoras en los genes: el promotor, las secuencias potenciadoras y las secuencias silenciadoras. Todas ellas son activadas mediante factores de transcripción), la elongación (la ARN pol II recorre la hebra molde en dirección 3’  5’, al tiempo que sintetiza ARNm transcrito primario en dirección 5’  3’), terminación (la ARN pol II reconoce la secuencia TTATTT que determina el fin de la transcripción y la separación del pre-ARNm de la cadena molde de ADN.
-Maduración postranscripcional: consiste en modificaciones en los extremos del ARNm, la eliminación de intrones y la alteración de algunas secuencias en ciertos ARNm: adición en 5’ de una “caperuza” de metil-guanosina trifosfato, adición en 3’ de una “cola” de poli-adenina, corte de intrones y pegado de exones (splicing), edición o corrección del pre-ARNm.

-Traducción del ARNm
Paso del mensaje genético del ARNm al de las proteínas. Para poder pasar de un tipo de molécula a otro se precisa un código que relacione los nucleótidos con los aminoácidos, el código genético.
-Código genético: correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos, que permite pasar el mensaje de los genes a las proteínas. En el ARNm, los aminoácidos se codifican mediante los codones. Sin embargo los aa no pueden unirse directamente al ARNm, se necesitan “intérpretes”. Dichos intérpretes son las moléculas de ARNt. El código genético es universal y no es ambiguo; es degenerado o redundante, los aa están codificados por más de un codón; todos los codones tienen sentido; y carece de solapamiento.

-Papel intérprete de los ARNt
Los ARNt mantienen la correspondencia entre los tripletes del ARNm y los aa. Esta correspondencia depende de dos tipos de adaptaciones o reconocimientos:
-Primera adaptación: cada ARNt se une a un determinado aa. Para ello precisa de la enzima aminoacil ARNt sintetasa, que cataliza la unión del grupo carboxilo del aa con el hidroxilo del brazo aceptor del ARNt.

-Segunda adaptación: en los ribosomas. Los ARNt reconocen los codones del ARNm y se unen a ellos mediante su anticodón. La unión codón-anticodón es estricta para las dos primeras bases del anticodón del ARNt. La 3ª base puede unirse a diferentes bases y es la causa de la degeneración del código. Se llaman ARNt isoaceptores a los ARNt que aceptan el mismo aa.

-Traducción en eucariotas
Consta de 3 etapas:
-Iniciación: formación del complejo de iniciación 80S, formado por un ribosoma unido al ARNm y al ARNtimet (ARNt iniciador cargado con metionina). Para ello se requieren varias fases. Comienza siempre por el codón AUG del ARNm más cercano a la “caperuza” y, por tanto, inicialmente todas las cadenas peptídicas comienzan por el aa metionina.

-Elongación: proceso por el que se sintetiza la cadena peptídica en el ribosoma, catalizado por la peptidil transferasa. El proceso consta de tres fases sucesivas que se repiten para cada uno de los aa añadidos a la cadena peptídica: entrada del ARNt-aminoácido, formación del enlace peptídico, translocación y repetición de las tres fases.

-Terminación: tiene lugar cuando tras una translocación aparece en el sitio A uno de los tres codones de terminación: UAA, UAG o UGA. Un factor proteico de terminación se une a dicho codón e impide la unión de un aminoacil-ARNt en el sitio A. La enzima peptidil transferasa cataliza la transferencia de la cadena peptídica a una molécula de agua.
-Maduración postraduccional: los polipéptidos recién sintetizados no son funcionales: precisan de ciertas modificaciones que suponen un proceso de maduración postraduccional: plegamiento de las proteínas, adición de grupos prostéticos, modificación de algunos aminoácidos y cortes proteolíticos.

-Regulación de la expresión génica
Una razón de la supervivencia de los organismos es su capacidad para controlar la síntesis proteica. Esta es la clave de la diferenciación celular. Los organismos han de regular su actividad metabólica en función de los estímulos. Esta regulación puede hacerse modificando la actividad enzimática o modificando la concentración de enzimas. La regulación de la expresión génica en eucariotas es mucho más compleja y menos conocida.

-Regulación de la expresión génica en procariotas: el operón lac: tiene lugar en la transcripción. Para ello utilizan proteínas reguladoras codificadas por genes reguladores que pueden actuar como controles negativos, reprimiendo la transcripción o como controles positivos, intensificándola. Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli y establecieron el modelo genético del operón que permite comprender cómo tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Un operón es grupo de genes cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control y genes reguladores. Los principales elementos que constituyen un operón son los genes estructurales, el promotor, el operador, el gen regulador, la proteína reguladora y el inductor.

El operón lactosa es un sistema inducible, de manera que la proteína reguladora es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor (lactosa). Los genes estructurales del operón lactosa codifican para la β-galactosidasa, que cataliza la hidrólisis de la lactosa en glucosa más galactosa; la galactósido permeasa, que transporta galactósidos al interior de la célula bacteriana; y una acetiltransferasa, que impide que se metabolicen otros galactósidos que no sean la lactosa. En ausencia del inductor, la proteína represora, producto del gen i, se encuentra unida a la región operadora e impide la unión de la ARN-polimerasa a la región promotora y, como consecuencia, no se transcriben los genes estructurales. Sin embargo, en presencia del inductor, este se une a la proteína reguladora que cambia su conformación y se suelta de la región operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la región promotora y se transcriban los genes estructurales.

-Regulación de la expresión génica en eucariotas: la regulación es mucho más compleja y menos conocida. Tiene lugar en cinco niveles: estructura de la cromatina, control de la transcripción, control de la maduración postranscripcional, control de la traducción, control del proceso postraduccional.

Fuente: BioGeo, Libro de 2º de Bach. de biología (Editorial Bruño), Aulabiogeotoni.