Expresión génica y diferenciación celular
Las células de un organismo multicelular realizan diferentes funciones gracias a la expresión génica diferencial. En distintas etapas de la ontogenia y en diferentes partes del embrión, se activan regiones de ADN estrictamente específicas.
La cadena de expresión funciona de la siguiente manera: la activación de un gen estructural conduce a la síntesis de un ARNm específico, sobre cuya base se ensambla una proteína única. Precisamente esta proteína determina la especialización celular y la formación de un rasgo concreto. La célula controla estrictamente este proceso en varios niveles: durante la transcripción (seleccionando qué transcribir), en la etapa de traducción y durante las modificaciones postraduccionales.
Transcripción y maduración del ARN
Transcripción: es la copia del código genético del ADN al ARN. El proceso es llevado a cabo por las enzimas ARN polimerasas. En los eucariotas hay tres tipos, cada uno responsable de un tipo específico de ARN (por ejemplo, la polimerasa I sintetiza el ARNr, la II el ARNm y la III el ARNt).
La síntesis consta de tres etapas:
- Iniciación: unión de la enzima al sitio de inicio (promotor).
- Elongación: alargamiento secuencial de la cadena de ARN.
- Terminación: detención del ensamblaje en una región específica (terminador).
En los eucariotas, el pre-ARNm resultante no está listo para funcionar y experimenta un procesamiento (maduración):
- Adición de la caperuza (capping): se añade 7-metilguanosina al extremo 5' para proteger la molécula e iniciar el futuro ensamblaje de la proteína.
- Poliadenilación: se fija una cola de poli-A al extremo 3', lo que confiere estabilidad a la molécula.
- Splicing: las enzimas escinden las regiones no codificantes (intrones) y unen las codificantes (exones).
Traducción: de nucleótidos a aminoácidos
Traducción: ocurre en el citoplasma. Aquí, la secuencia de nucleótidos del ARNm se traduce en una secuencia de aminoácidos. Para este proceso se requiere ARNm maduro, subunidades ribosomal menor y mayor, ARN de transferencia (que portan un aminoácido y un anticodón), enzimas aminoacil-tRNA sintetasas, así como energía en forma de ATP y GTP.
Etapas de la traducción:
- Iniciación: el ribosoma se ensambla en el codón de inicio AUG.
- Elongación: adición cíclica de nuevos aminoácidos con la formación de enlaces peptídicos.
- Terminación: uno de los codones de parada (UAA, UAG o UGA) entra en el sitio A del ribosoma, tras lo cual se libera el polipéptido terminado y el complejo se disocia.
Características de la replicación viral
Los virus sintetizan sus componentes de manera disyuntiva (desacoplada): los ácidos nucleicos y las proteínas se fabrican en diferentes estructuras celulares. La estrategia depende del tipo de genoma:
- Virus ADN: vía clásica de ADN a ARNm y proteína. La transcripción y la replicación ocurren en el núcleo, y el ADN hijo sale al citoplasma por gemación. La excepción es el virus de la viruela, cuya transcripción ocurre en el citoplasma utilizando su propia polimerasa.
- Virus ARN de sentido positivo: su ARN funciona inmediatamente como ARNm listo. La traducción produce un largo polipéptido que es escindido por proteasas en las proteínas necesarias.
- Virus ARN de sentido negativo: primero, utilizando la polimerasa-transcriptasa del virión, se sintetizan ARNm cortos y ARN de sentido positivo completos, y solo a partir de ellos se lee la proteína o se replica el genoma.
- Retrovirus: utilizan la enzima transcriptasa inversa para la transcripción inversa (ARN → ADN). El ADN resultante se integra en el genoma celular, tras lo cual la ARN polimerasa de la célula sintetiza por sí misma los ARNm virales.
Las tres etapas de la biosíntesis son fáciles de recordar por la sigla IET: Iniciación (inicio), Elongación (alargamiento), Terminación (fin). Estos nombres son absolutamente idénticos tanto para la transcripción como para la traducción.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la principal diferencia en la biosíntesis de proteínas entre procariotas y eucariotas?
En los procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente en el citoplasma, y los genes son continuos. En los eucariotas, los procesos están espacialmente separados (núcleo y citoplasma), los genes tienen una estructura en mosaico (exones e intrones), por lo que se requiere el procesamiento del ARN.
¿Cómo actúa la hormona calcitriol a nivel genético?
Al unirse al receptor intracelular, el complejo interactúa con la cromatina y altera la velocidad de transcripción. Como resultado, en las células diana (enterocitos) se sintetizan proteínas que aseguran la absorción de calcio y fosfatos.
¿Qué es el splicing alternativo?
Es el proceso de combinación diferencial y empalme de exones tras la escisión de los intrones. Permite al organismo sintetizar varias proteínas específicas diferentes a partir de la información de un solo gen estructural.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de regulación de la transcripción: el papel de los promotores y terminadores
- Modificación postraduccional de proteínas (expresión)
- Funcionamiento de las aminoacil-tRNA sintetasas y balance energético de la traducción
- Características de la replicación y transcripción en retrovirus (función de la transcriptasa inversa)
- Mecanismos de gemación de los virus ADN a través de la membrana nuclear
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