6. La regulación de la expresión génica

6.1. La regulación en procariotas

Un operón es un conjunto de genes que codifican proteínas diferentes implicadas en procesos bioquímicos muy relacionados.

La regulación de los genes puede ser inducibles (la expresión de los genes está bloqueada salvo que en el medio esté presente una molécula determinada, llamada inductor, que la activa) o represibles (los genes se expresan salvo que una proteína represora, llamada represor, inhiba la transcripción.

Elementos que componen el modelo del operón:

• Los genes estructurales (Gen 1, Gen 2...)
• El gen regulador (R)
• El promotor (P)
• El operador (O)
• El inductor

El operón lactosa

La regulación tiene lugar de la manera siguiente:

• Si en el medio no hay lactosa (sin inductor). Los genes no se transcriben.
• Si en el medio hay lactosa (con inductor). Los genes se transcriben.

6.2. La regulación en eucariotas

El principal punto de regulación es el inicio de la transcripción.

Las diferencias entre la regulación en los eucariotas con respecto a la regulación en los procariotas son:

• La activación de la transcripción en eucariotas está asociada con múltiples cambios en la estructura de la cromatina de la región que se va a transcribir.
• Predomina la regulación positiva
• Hay una separación física entre la transcripción y la traducción, que se lleva a cabo en el citoplasma.

5. La traducción

La traducción consiste en transformar la información contenida en la secuencia de bases del ARNm en una secuencia de aminoácidos de una proteína. En este proceso interviene el ARNt.

El ARN transferente

5.1. La fase previa a la traducción

La fase de activación de los aminoácidos en forma de aminoacil-ARNt, consiste en la unión de un aminoácido a una molécula de ARNt con la presencia de una molécula de ATP(que proporciona energía) y  de un enzima específico para cada aminoácido (aminoacil-ARNt-sintetasa).

5.2. Las fases de la traducción

Hay tres fases en las cuales intervienen complejos formados por el ARNt, los ribosomas y el ARNm:

• Fase de iniciación: transcurre de igual manera en procariotas y eucariotas. La traducción comienza por el triplete AUG más próximo a la caperuza. Con la energía que produce la hidrólisis del metil-GTP, la subunidad menor del ribosoma se une al ARNm y forma el complejo de iniciación. A continuación, se coloca el ARNt iniciador y presenta el anticodón complementario al AUG. Al final de esta fase, la subunidad mayor del ribosoma se acopla con el complejo de iniciación para formar un ribosoma completo dotado de dos hendiduras o sitios de fijación (sitio P y sitio A).
• La elongación de la cadena polipeptídica: consiste en la adición de aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena. Este proceso consta de diferentes fases:

Primera fase

En el sitio A se introduce otro ARNt cargado con su correspondiente aminoácido, cuyo anticodón es complementario al triplete siguiente al AUG.

Segunda fase

La metionina, que está unida por su grupo carboxilo al ARNt, rompe este enlace y se une, mediante enlace peptídico, al grupo amino del siguiente aminoácido. El resultado es la formación de un dipéptido alojado en el sitio A.

Tercera fase

El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm exactamente tres nucleótidos en sentido 5'→3', lo que provoca la expulsión del ARNt de la metionina del sitio P. El proceso es catalizado por los factores de elongación (FE) y requiere gasto de GTP.

• La terminación de la síntesis de proteínas: la síntesis de la cadena polipeptídica se detiene cuando aparece en el sitio A uno de los tres codones de terminación en el ARNm. En este momento, el factor proteico se une al codón de terminación, e impide que algún complejo de transferencia se aloje en el sitio A. Estos factores provocan la separación de la cadena polipeptídica del ARNt, se libera y termina su síntesis.

4. El código genético

4.1. El establecimiento del código genético

El código genético es la relación de correspondencia entre las bases nitrogenadas del ARNm y los aminoácidos que codifica.

En condiciones normales, solo hay veinte aminoácidos en las proteínas.

La codificación de los veinte aminoácidos viene especificada por secuencias de tres nucleótidos, que reciben el nombre de tripletes o codones.

4.2. Características del código genético

• La universalidad: el código genético no es del todo universal, ya que decían que la correspondencia entre codones y aminoácidos es la misma, pero se sabe que esto no es del todo cierto.
• La degeneración: es el hecho de que un aminoácido esté codificado por más de un codón.
• Código no solapado: la lectura del código se ha de tres en tres bases.
• El codón de inicio: el codón AUG es el que codifica la metionina.
• El codón con sentido: 61 codones codifican aminoácidos.
• Los codones de terminación o codones sin sentido: son los codones UGA, UAG, UAA, que participan en la terminación.

3. La transcripción

3.1. Requisitos para la transcripción

La transcripción es el proceso por el cual se pasa de una secuencia de bases nitrogenadas de un gen a una secuencia de bases nitrogenadas complementarias al ARN.

Para que se produzca la transcripción son necesarios estos requisitos:

• Una cadena de ADN que actúe como molde.
•  Los enzimas.
• Los ribonucleótidos trifosfato de A, C, G, U.

La transcripción en procariotas

Este proceso se lleva a cabo en cuatro fases:

• La iniciación: el enzima ARN-polimerasa cambia su configuración y desenrolla una vuelta de hélice del ADN, esto crea una burbuja que permite que la secuencia de bases del ADN quede expuesta y se puedan incorporar los ribonucleótidos que se van a unir.
• La elongación: el enzima ARN-polimerasa lee el ADN en la dirección 3'→5'. Pero, el crecimiento del ARN y  la adición de ribonucleótidos se realiza en sentido 5'→3'.
• La terminación: el enzima ARN-polimerasa continúa la transcripción hasta que encuentra una señal de parada o secuencia terminadora en el ADN. El ARN se separa.
• La maduración del ARNm: en los organismos procariotas hay transcritos primarios para los ARN de transferencia y ribosómicos, pero el ARNm carece de precursor, lo que permite su empleo inmediato para la traducción.

https://youtu.be/ek_34C0Bk6M

La transcripción en eucariotas

La transcripción ocurre en cuatro fases:

• La iniciación: para reconocer el compartimento TATA, se requiere la unión al ADN de proteínas llamadas factores de inicio de la transcripción (TF).
• La elongación: durante esta fase se transcriben exones e intrones. Una vez que se han unido los 30 primeros nucleótidos, en el extremo 5' del ARN sintetizado se une una caperuza de metilguanosina trifosfato, que sirve como señal de inicio en el proceso de la traducción.
• La terminación: en algunas de estas células, se forma una horquilla en el ARN, similar a la de los procariotas. La señal de corte es la secuencia TTAATTT. Un enzima une el extremo final 3' una secuencia de 200 nucleótidos de adenina llamada poli-A.
• La maduración: los percusores de los tres tipos de ARN tienen que sufrir la maduración del ARN, que tiene lugar en el núcleo; solo cuando se ha completado este proceso, las moléculas de ARN maduro pueden ser transportadas al citoplasma, donde ejercen su función, a través de los poros nucleares.

Diferencias entre la transcripción en organismos procariotas y en eucariotas:

https://youtu.be/RcfE1nmxk_A

1. El ADN contiene el mensaje genético

1.1. El ADN es el material genético

En 1944, Oswald Avery y Colin Macleod y McCarty concluyeron que el ADN era el material genético. 

• La estructura de los genes

Un gen es la unidad elemental de la herencia, la región física y funcional del cromosoma portadora de la información genética de una generación a la siguiente y responsable de conferir rasgos al organismo. 

Tiene dos tipos de secuencias diferentes: una estructural y otra reguladora, en la estructural se hallan exones y intrones. 

La función de un gen supone conservar, almacenar, transmitir, expresar y regular la información genética. 

-La estructura génica de los procariotas

Suelen tener un solo cromosoma circular y la información codificadora suele ser continua.

-La estructura génica de los eucariotas

La mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo y muchos de los genes contienen información codificadora. 

1.2. El flujo de la información genética

• El ADN se duplica, es decir, se hace copias de sí mismo. Este proceso se llama replicación. 
• Debido a que el ADN se encuentra en el núcleo y la síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas, se necesita una molécula intermediaria entre el ADN y los ribosomas (ARNm). Para obtener una molécula de ARNm el proceso que hay que realizar es la transcripción.
• La información que contiene el ARNm debe traducirse, gracias al ARN transferente y al ARN ribosómico, a una secuencia de aminoácidos. Este proceso se denomina traducción.
• El ARN puede servir como molde para la síntesis de ADN. Todos los virus con ARN que producen tumores, pueden producir el enzima transcriptasa inversa o retrotranscriptasa.
• El ARN puede actuar como molde para su propia replicación.

2. La replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso mediante el cual a partir de una molécula de ADN progenitora se sintetizan dos moléculas hija con la misma secuencia que el ADN original.

2.1. Hipótesis sobre la replicación del ADN

• Hipótesis conservativa: cada hebra de la molécula de ADN original sirve de molde para sintetizar una hebra hija complementaria.
• Hipótesis dispersiva: la molécula de ADN original se fragmenta. Cada fragmento se replica y se unen, formándose dos moléculas de ADN.
• Hipótesis semiconservativa: las cadenas de ADN se separan, y cada una sirve de molde para una nueva.

Replicación en procariotas

• Tienen un único origen.
• Hay tres tipos de ADN polimerasas.
• No tienen histonas.
• Cromosoma circular sin telómeros.

Replicación en eucariotas

• Tiene varios orígenes (replicones).
• Hay cinco tipos de ADN-polimerasas.
• Las histonas deben duplicarse durante la replicación.
• En cada división celular, los telómeros se acortan.