La Transcripción

La transcripción es el proceso mediante el cual la información genética contenida en el ADN se copia en forma de ARN. Este proceso está catalizado por la enzima ARN polimerasa, que sintetiza una cadena de ARN complementaria a una de las hebras de ADN, que actúa como hebra molde. Durante la transcripción:

• El ADN se desenrolla para permitir la lectura de la información genética.
• Se incorporan ribonucleótidos trifosfato.
• La síntesis de ARN ocurre en dirección 5’→3’.
• La hebra de ADN molde se lee en dirección 3’→5’.
• En el ARN, la timina (T) se sustituye por uracilo (U).

El producto inicial es un ARN transcrito primario, que en muchos casos deberá madurar para convertirse en ARN funcional.

1.1 Transcripción en procariotas

En organismos procariotas (bacterias), la transcripción ocurre en el citoplasma y se divide en tres fases principales: iniciación, elongación y terminación. Una característica importante es que la transcripción y la traducción pueden ocurrir simultáneamente, ya que las bacterias no poseen núcleo.

1.1.1 Iniciación

La transcripción comienza en regiones específicas de ADN llamadas promotores, que indican:

• Dónde comienza la transcripción.
• Qué hebra se utilizará como molde.
• La dirección de la síntesis.

En bacterias existen dos regiones promotoras importantes:

• Región −10: También llamada caja de Pribnow, con la secuencia: TATAAT.
• Región −35: Con la secuencia: TTGACA.

Estas regiones se encuentran 10 y 35 nucleótidos antes del punto de inicio de la transcripción. El primer nucleótido transcrito se denomina posición +1 y suele ser una purina (A o G). La ARN polimerasa reconoce estas secuencias gracias a una subunidad específica (factor sigma) que le permite localizar el promotor y unirse a él.

1.1.2 Elongación

Una vez que la ARN polimerasa se une al promotor, se separan las dos hebras de ADN, se forma una burbuja de transcripción y la enzima avanza a lo largo del ADN molde. Durante este proceso, se añaden ribonucleótidos complementarios y la cadena de ARN crece en dirección 5’→3’. La velocidad de transcripción depende de la composición de nucleótidos, especialmente del contenido de G y C, ya que estos presentan tres enlaces de hidrógeno, lo que dificulta la separación de las hebras.

1.1.3 Terminación

La transcripción termina cuando la ARN polimerasa encuentra secuencias de terminación. Existen dos mecanismos:

• Terminación rho-dependiente: Interviene una proteína llamada factor rho (ρ) que se une al ARN, se desplaza hacia la polimerasa y separa el ARN del ADN.
• Terminación rho-independiente: Se produce cuando el ARN recién sintetizado contiene una región rica en bases G y C que se pliega formando una estructura en horquilla, provocando la detención de la ARN polimerasa.

El ARN producido en procariotas es un transcrito primario funcional que no necesita maduración.

1.2 Transcripción en eucariotas

En organismos eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo celular (también en mitocondrias y cloroplastos). Es un proceso más complejo debido a la organización del ADN y la regulación génica. Existen tres tipos principales de ARN polimerasas:

• ARN polimerasa I: Transcribe ARN ribosómico (ARNr).
• ARN polimerasa II: Transcribe ARN mensajero (ARNm) y algunos ARN pequeños nucleares.
• ARN polimerasa III: Transcribe ARN transferente (ARNt) y ARN ribosómico 5S.

1.2.1 Iniciación

Los genes eucariotas presentan promotores con secuencias específicas, siendo la más importante la caja TATA. A diferencia de las bacterias, la ARN polimerasa necesita proteínas llamadas factores generales de transcripción para unirse al ADN y formar el complejo de iniciación.

1.2.2 Elongación y maduración

Durante la elongación, el ARN se sintetiza en dirección 5’→3’. El ARN recién formado contiene exones (regiones codificantes) e intrones (regiones no codificantes). Además, se añade al extremo 5’ una caperuza llamada CAP, que protege el ARN y facilita su reconocimiento por los ribosomas.

1.2.4 Maduración de ARN

El ARNm eucariota debe sufrir modificaciones antes de salir del núcleo:

• Splicing: Proceso mediante el cual se eliminan intrones y se unen exones.
• Caperuza 5′ (CAP): Se añade metilguanosina trifosfato para protección y traducción.
• Cola poli-A: Se añade una secuencia de adeninas en el extremo 3’ para aumentar la estabilidad y facilitar el transporte fuera del núcleo.

1.3 Transcripción inversa

La transcripción inversa es el proceso mediante el cual se sintetiza ADN a partir de ARN, mediado por la enzima transcriptasa inversa. Es común en retrovirus (como el VIH) y constituye una excepción al dogma central de la biología molecular.

2. La Traducción

La traducción es el proceso mediante el cual la información del ARNm se utiliza para sintetizar proteínas en los ribosomas. Intervienen el ARNm, el ARNt (transporta aminoácidos) y el ARNr (cataliza la síntesis).

2.1 El código genético

Establece la correspondencia entre tripletes de nucleótidos (codones) y aminoácidos. Sus características principales son:

• Es universal, conservado y no solapado.
• Es degenerado (varios codones para un mismo aminoácido).
• Tiene un codón de inicio (AUG) y tres de terminación (UAA, UAG, UGA).

2.3 Fases de la traducción

• Iniciación: Se forma el complejo de iniciación con la subunidad pequeña del ribosoma, el ARNm y el ARNt con metionina.
• Elongación: Se añaden aminoácidos a la cadena polipeptídica. El ribosoma posee tres sitios: A (entrada de ARNt), P (cadena polipeptídica) y E (salida de ARNt).
• Terminación: Finaliza cuando el ribosoma encuentra un codón de parada, liberando la proteína.

3. Regulación de la expresión génica

Permite a las células producir proteínas solo cuando son necesarias. En procariotas, se organiza mediante operones (ej. operón lac). En eucariotas, es más compleja e involucra la estructura de la cromatina (heterocromatina inactiva vs. eucromatina activa).

4. Las Mutaciones

Son cambios en el material genético, fuente principal de variabilidad. Se clasifican según su efecto, causa, célula afectada o cantidad de ADN alterado (génicas, cromosómicas o genómicas).

• Mutaciones génicas: Sustituciones, inserciones o deleciones que pueden causar corrimientos del marco de lectura.
• Mutaciones cromosómicas: Deleción, duplicación, inversión o translocación.
• Mutaciones genómicas: Afectan al número de cromosomas (euploidías o aneuploidías, como el síndrome de Down).

Las células poseen mecanismos de reparación, como la acción de enzimas que eliminan bases erróneas o reparan roturas mediante recombinación.