Transcripción: transcripción del código
La primera etapa de la biosíntesis consiste en la síntesis de una molécula de ARN mensajero inmaduro utilizando el ADN como molde. El principal catalizador es la enzima ARN polimerasa. En los organismos eucariotas, las funciones están divididas: la polimerasa I sintetiza los ARN ribosómicos, la polimerasa II los ARN mensajeros y la polimerasa III los ARN de transferencia.
El proceso comprende tres fases consecutivas:
- Iniciación. La enzima reconoce el sitio de inicio en el ADN —el promotor— y se une firmemente a él.
- Elongación. La doble hélice de ADN se desenrolla localmente. La ARN polimerasa se desplaza en dirección 5' → 3' y alarga la cadena de ARN, seleccionando los nucleótidos estrictamente según el principio de complementariedad.
- Terminación. La síntesis continúa hasta que la enzima alcanza una señal de parada específica. Tras esto, la cadena recién sintetizada se libera.
Procesamiento del ARN en eucariotas
A diferencia de las bacterias, en los organismos con núcleo la transcripción ocurre en el núcleo celular y el ARN resultante es inmaduro, por lo que requiere maduración o procesamiento. Este incluye tres modificaciones clave:
- Adición de caperuza (capping). Se añade 7-metilguanosina al extremo 5' de la molécula. Esta «caperuza» protege al ARN de la degradación y posteriormente ayuda al ribosoma a iniciar correctamente la traducción.
- Poliadenilación. En el extremo 3' se forma una larga cola de poli-A, que confiere estabilidad estructural a la molécula.
- Spliceing (empalme). Dado que los genes eucariotas son discontinuos, complejos especiales (espliceosomas, que incluyen pequeños ARN nucleares) escinden los fragmentos no codificantes (intrones) y empalman los informativos (exones).
El empalme alternativo es de suma importancia: al combinar los exones de diferentes maneras, el organismo puede sintetizar múltiples proteínas distintas a partir de un mismo gen. El ARNm maduro sale al citoplasma a través de los poros nucleares.
Traducción: ensamblaje del polipéptido
La etapa final de la conversión del texto nucleotídico en aminoacídico se lleva a cabo en los ribosomas. Para que funcione, se requieren ARN mensajero, ARN de transferencia (que portan aminoácidos y poseen anticodones), aminoacil-tRNA sintetasas y fuentes de energía (ATP y GTP).
Etapas de la traducción:
- Iniciación. La subunidad menor del ribosoma se une al ARNm. El codón de iniciación AUG se sitúa en el sitio P (peptidil). El ARNt iniciador aporta el primer aminoácido —metionina—, tras lo cual se acopla la subunidad mayor del ribosoma.
- Elongación. Los nuevos ARNt cargados con aminoácidos llegan al sitio A (aminoacil) libre. Se forman enlaces peptídicos entre los aminoácidos adyacentes. El ribosoma avanza un paso y el ciclo se repite múltiples veces.
- Terminación. La síntesis se detiene cuando uno de los codones de parada (UAA, UAG o UGA) entra en el sitio A. El complejo se disocia y libera la proteína terminada.
Regulación de la expresión génica
Los mecanismos de control de la actividad génica dependen del tipo de organización celular.
En los procariotas, la regulación se basa a menudo en el modelo del operón, un grupo de genes controlados por un único promotor y operador.
- Operón lactosa (inducción): en ausencia de lactosa, una proteína represora especial bloquea el operador y la transcripción no se lleva a cabo. La aparición de lactosa (inductor) se une al represor, despejando el camino para la ARN polimerasa.
- Operón triptófano (represión): el exceso del producto final (triptófano) activa por sí mismo al represor, deteniendo la síntesis posterior de enzimas.
En los eucariotas, el control es multinivel: desde la condensación de la cromatina y la influencia de los potenciadores (enhancers) hasta el procesamiento. Un papel fundamental desempeña la epigenética, es decir, los cambios hereditarios en la expresión sin modificar el código del ADN. Estos mecanismos incluyen la metilación del ADN (que suele reprimir los genes), la modificación de histonas (por ejemplo, la acetilación activa la lectura) y la interferencia por ARN.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas aseguran el proceso de replicación del ADN antes de la división celular?
Las principales enzimas responsables de la elongación de la cadena polinucleotídica durante la replicación son las ADN polimerasas.
- ADN polimerasas de eucariotas: se conocen 7 tipos de enzimas ($\alpha, \beta, \gamma, \delta, \epsilon, \zeta, \eta$) que se localizan y actúan en el núcleo, las mitocondrias y los plásmidos.
- ADN polimerasas de procariotas (E. coli): se conocen 5 tipos de polimerasas (I, II, III, IV, V), que participan en diversas combinaciones en la replicación y reparación del ADN.
Este complejo proceso se lleva a cabo según un modelo semiconservativo y requiere la participación de todo un conjunto de enzimas y proteínas específicas.
¿Cómo se produce el proceso de activación de los aminoácidos antes de su unión al ARNt?
El proceso de activación de los aminoácidos es llevado a cabo por enzimas especializadas, las aminoacil-tRNA sintetasas, que catalizan la reacción de unión del aminoácido al ARN de transferencia.
- Aminoacil-tRNA sintetasas: enzimas de activación de aminoácidos que aseguran la etapa de reconocimiento (reconocimiento del aminoácido por la enzima) en la fase pretraduccional.
Por ejemplo, para incorporar la leucina en la biosíntesis de proteínas se requiere la reacción de activación de la leucina con el ARNt-Leu. Este proceso es catalizado por la aminoacil-tRNA sintetasa específica para la leucina. Una vez formado el complejo de aminoácido y ARNt, la molécula se incorpora a la cadena polipeptídica en crecimiento durante la fase de elongación de la traducción.
¿Cuál es el mecanismo exacto de acción del espliceosoma y de los pequeños ARN nucleares en la escisión de los intrones?
El mecanismo preciso de eliminación de los intrones es llevado a cabo por el espliceosoma, cuya actividad catalítica se debe a sus componentes de ARN (ribozimas).
Etapas de la escisión de intrones:
- Iniciación: el pequeño ARN nuclear (snRNA) interactúa con el extremo 5' del intrón. Las secuencias específicas (sitios de corte y empalme: AGGU y GAGG) son reconocidas por complementariedad.
- Ensamblaje del complejo: las ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) forman el espliceosoma, fijan el transcrito primario y forman un bucle en el intrón.
- Formación del lazo («lariat»): se cataliza la ruptura del enlace fosfodiéster 3',5'. El extremo 5' del intrón se corta y se une a una región interna del mismo, formando una estructura en bucle denominada lazo.
- Eliminación y empalme: el extremo 3' del intrón se corta, el intrón se escinde por completo en forma de lazo, el espliceosoma se desensambla y los extremos de los exones se unen (ligan).
Para no confundir los centros del ribosoma durante la traducción, recuerde: el aminoácido llega al sitio A (Aminoácido), mientras que el péptido en crecimiento se retiene en el sitio P (Péptido).
Qué más repasar sobre el tema
- Empalme alternativo y diversidad de proteínas
- Estructura y funciones de los ARN de transferencia
- Mecanismo de acción del espliceosoma y de los pequeños ARN nucleares
- Modelo de regulación del operón triptófano
- Modificaciones de histonas: acetilación y metilación
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