1. Replicación del ADN
Definición
La replicación del ADN es el proceso por el cual una molécula de ADN se duplica, originando dos moléculas idénticas.
Finalidad
Duplicar el material genético antes de la división celular para que cada célula hija reciba la misma información genética.
Importancia biológica
Es un proceso fundamental para la vida, ya que garantiza la conservación y transmisión de la información genética de una célula a otra y de una generación a la siguiente.
Características clave
- Semiconservativa: cada molécula nueva de ADN está formada por una hebra antigua y una hebra de nueva síntesis.
- Bidireccional: la replicación avanza en los dos sentidos desde el origen de replicación.
- Complementariedad de bases: se basa en la complementariedad de bases (A–T y G–C).
Dónde ocurre
- En el núcleo de las células eucariotas.
- También en mitocondrias y cloroplastos.
- En procariotas, en el citoplasma.
Etapas de la replicación
Iniciación
La doble hélice de ADN se abre gracias a la helicasa, que rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases. La topoisomerasa evita que el ADN se sobreenrolle. Se forman burbujas y horquillas de replicación.
En procariotas hay un solo origen de replicación; en eucariotas hay varios.
Elongación
La ADN polimerasa sintetiza las nuevas hebras añadiendo nucleótidos complementarios en sentido 5′ → 3′.
Como las hebras son antiparalelas:
- La hebra adelantada se sintetiza de forma continua.
- La hebra retardada se sintetiza de forma discontinua formando fragmentos de Okazaki, que después une la ADN ligasa. La ADN polimerasa necesita un cebador de ARN, sintetizado por la primasa.
Terminación
En procariotas la replicación termina en una zona concreta del cromosoma.
En eucariotas, al eliminar el último cebador queda un extremo sin copiar; este problema lo soluciona la telomerasa.
2. Expresión de los genes
Definición
La expresión génica es el conjunto de procesos mediante los cuales la información contenida en el ADN se utiliza para sintetizar proteínas.
Importancia biológica
Permite que la información genética se manifieste en forma de características y funciones celulares.
Dogma central de la biología
ADN → ARN → Proteína
Los procesos principales son la transcripción y la traducción.
3. Transcripción
Definición
La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza una molécula de ARN complementaria a una cadena de ADN que actúa como molde.
Finalidad
Obtener los distintos tipos de ARN necesarios para la síntesis de proteínas.
Dónde ocurre
- En el núcleo de las células eucariotas.
- En el citoplasma de las células procariotas.
Características clave
- Solo se transcribe una de las dos hebras del ADN (cadena molde).
- Interviene la ARN polimerasa.
- En el ARN no hay timina; se sustituye por uracilo.
Etapas de la transcripción
Iniciación
La ARN polimerasa reconoce una región del ADN llamada promotor y se une a ella. Se separan localmente las hebras de ADN.
Elongación
La ARN polimerasa avanza por la cadena molde en sentido 3′ → 5′, sintetizando ARN en sentido 5′ → 3′, añadiendo ribonucleótidos complementarios (A–U, T–A, C–G, G–C).
En eucariotas, tras iniciarse la síntesis, se añade una caperuza en el extremo 5′.
Terminación
La ARN polimerasa reconoce señales de terminación, se separa del ADN y se libera el ARN sintetizado.
Diferencias procariotas / eucariotas
- En procariotas, transcripción y traducción ocurren simultáneamente.
- En eucariotas, el ARN sufre modificaciones antes de salir del núcleo:
- Caperuza 5′.
- Cola poli-A en el extremo 3′.
- Splicing (eliminación de intrones y unión de exones).
4. Traducción
Definición
La traducción es el proceso mediante el cual se sintetiza una proteína a partir de la información contenida en el ARNm.
Finalidad
Formar polipéptidos que constituyen las proteínas celulares.
Dónde ocurre
En el citoplasma, tanto en procariotas como en eucariotas.
Moléculas que intervienen
- ARNm: lleva la información genética.
- ARNt: transporta los aminoácidos.
- ARNr y ribosomas: lugar donde se sintetiza la proteína.
Etapas de la traducción
Iniciación
El ARNm se une al ribosoma y se reconoce el codón de inicio (AUG). Se une el primer ARNt con su aminoácido.
Elongación
Van llegando ARNt con aminoácidos según los codones del ARNm. Se forman enlaces peptídicos entre los aminoácidos y el ribosoma avanza en sentido 5′ → 3′.
Terminación
Cuando el ribosoma llega a un codón de parada (STOP), se libera la cadena polipeptídica y el ribosoma se separa del ARNm.
5. Regulación de la expresión génica
Definición
Es el conjunto de mecanismos que controlan cuándo y en qué cantidad se expresan los genes.
Finalidad
Evitar la síntesis innecesaria de proteínas y adaptar la actividad celular a las necesidades del momento.
En procariotas: operones
Un operón es un conjunto de genes que se transcriben juntos y están controlados por un mismo promotor.
Incluye:
- Promotor
- Operador
- Genes estructurales
- Gen regulador (represor)
Operón de la lactosa:
- Sin lactosa: el represor se une al operador e impide la transcripción.
- Con lactosa: la lactosa (inductor) inactiva al represor y permite la transcripción.
En eucariotas
La regulación es más compleja y puede darse en distintos niveles:
- Antes de la transcripción: estado de la cromatina.
- Durante la transcripción: factores de transcripción.
- Después de la transcripción: splicing alternativo, degradación del ARNm, ARN interferente.