1. El ADN Contiene El Mensaje Genético

La molécula portadora de la información genética

Hoy en dia sabemos que la molécula portadora de la información que determina las características del individuo es el ADN. Esto se ha podido demostrar gracias al trabajo realizado por numerosos científicos durante la primera mitad del siglo XX


En un principio se pensaba que eran las proteínas y no el ADN, las moléculas portadoras de la información genética. La primera evidencia de que es el ADN la molécula portadora de la información genética fue obtenida en 1928 por Frederick Griffith en el curso de unos experimentos realizados con la bacteria causante de la neumonía (Streptococcus pneumoniae). Descubrió que existían dos tipos de cepas distintas de bacterias: La cepa S que están provistas de cápsula y son las causantes de la enfermedad, y la cepa R que no poseen cápsulas y son inocuas. 

Comprobó lo siguiente:

• Si se inoculan bacterias S a un ratón le producen la enfermedad y muere
• Si se inoculan bacterias R no le producen la enfermedad
• Si se inoculan bacterias S muertas por el calor el ratón no contrae la enfermedad
• Si se inoculan una mezcla de bacterias S muertas por el calor y bacterias R inocuas el ratón adquiere la enfermedad y muere

Esto le permitió concluir que las bacterias S muertas poseían algo, a lo que denominó "principio transforman" que era captado por las bacterias R no virulentas y las transformaba en bacterias capturadas y virulentas.

En 1944 Avery y sus colaboradores demostraron que el principio transforman que convertía a las bacterias R en virulentas era el ADN, puesto que esta capacidad desaparece cuando se agregan enzimas capaces de destruir el ADN. Con ello se demostró que el ADN es el material genético de las bacterias.

En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase gracias a diversos experimentos realizados con el bacteriófago T2, demostraron de forma concluyente que es el ADN y no las proteínas el material genético de todos los organismos.

2. La Replización Del ADN

La replicación del ADN

Es la capacidad que tiene la molécula de ADN de hacer copias exactas de si misma. Esto permite que la información genética pase completa de la célula progenitora a las células hijas cuando ésta se divide; por ello todas las células de un invididuo tienen la misma información genética.

Se han propuesto tras hipótesis para explicar la replicación del ADN:

*La Hipótesis conservativa. propone que cada hebra de la molécula de ADN original (parental) sirve de molde para sintetizar una hebra hija complementaria. Después que las dos hebras hijas se han sintetizado, estas se unen entre si y forman la nueva molécula de doble hélice, y se guarda la original.

*La Hipótesis Dispersiva. propone que cada cadena de la molécula de ADN se duplica en forma mixta, y al final las hebras resultantes son una mezcla de fragmentos resultantes de la molécula de ADN y nuevos framentos que se sintetizaron en el proceso.

*La Hipótesis Semiconservativa. propone que cada hebra de la molecula parental sirve de molde para la síntesis de una cadena complementearia hija. Durante el proceso las hebras nuevas quedan unidas a las hebras parentales y se forman dos moléculas de ADN idénticas, cada una con un hebra parental hija.

Experimento de Meselson y Stahl

Meselson y Stahl prueban que el modelo semiconservativo de la replicación del ADN es correcto.

3. La Transcripción

La transcripción

Es el proceso mediante el cual se copia la informacion de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en el ARN. Por consiguiente mediante la transcripción se va a sintetizar una molécula de ARN. 

En este proceso interviene unas enzimas llamadas ARN-polimerasas, que utilizan como molde una de las cadenas de ADN, la van leyendo en sentido 3'-->5' y van uniendo ribonucleotidos complementarios en sentido 5'-->3'.

La cadena de ARN sintetizada será complementaria a la cadena que se tomó como molde, e idéntica a la otra que no se transcribió.

En eucariotas se diferencian cuatro etapas: 

• Iniciación: La ARN polimerasa se une fuertemente cuando entra en contacto con una secuencia específica de ADN, llamada promotor. En el promotor se encuentran dos cortas secuencias situadas entre -35 y -10 nucleótidos del inicio de la transcripción. La misión de las secuencias promotoras es indicar dónde se inicia la transcripción, en cuál de las dos hebras del ADN y en qué lugar

• Elongación: Después de unirse al promotor, la ARN polimerasa abre una región localizada de la doble hélice, de forma que expone los nucleótidos de ambas cadenas de una pequeña zona del ADN. Una de las dos cadenas expuestas del ADN actúa como patrón para el apareamiento de las bases complementarias y se inicia la formación de una cadena de ARN. De esta forma, la cadena de ARN va creciendo nucleótido a nucleótido en dirección 5’ a 3’ . El proceso de elongación de la cadena continúa hasta que la enzima encuentra una segunda secuencia especial del ADN, la señal de terminación.

• Terminación: Existen diversas señales de terminación en el ADN molde que son secuencias que desencadenan la separación de la enzima ARN polimerasa de la cadena molde y del ARN transcrito

• Maduracion:

• En procariotas el ARN mensajero, antes de terminar el proceso de transcripción empieza a ser traducido, por lo tanto no necesita de maduración, habitualmente son policistrónicos. Los ARNr y de transferencia se forman a partir de transcritos primarios. La maduración consiste en modificaciones tales como rupturas de la cadena y añadidos de nucleótidos (-CCA) en el extremo terminal 3’. Un solo tipo de ARN polimerasa permite transcribir todos los tipos de ARN y es distinta a las observadas en eucariotas.

• En eucariotas cada gen eucariota se transcribe separadamente (monocistrónico), con un control transcripcional independiente para cada uno. Las células eucariotas poseen tres tipos distintos de ARN polimerasas cada una de los cuales es responsanble de la transcripción de los diferentes tipos de ARN

4. El Código Genético

El código Genético

La información que lleva el ADN está determinada por la secuencia de nucleótidos. esta secuencia determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. La informacion del ADN se transcribe al ARNm y éste determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. Por lo tanto existe una relación entre los nucleótidos del ARNm y los aminoácidos de la proteína, esa relación constituye el código genético. El código genético permite transformar la información genética que está codificada en un lenguaje de 4 letras (A,G,C,U) a un lenguaje de 20 letras distintas ( los aminoácidos )

El código genético está formado por triplete de nucleótidos a los que se denomina codones, cada uno de los cuales codifica un aminoácido.

El código genético podemos definirlo como el conjunto de triplete de nucleótidos del ARNm, denominados codones que codifican todos los aminoácidos. Presenta las siguientes características:

• El código es universal, es decir es igual en todos los seres vivos.

• El código esta degenerado, es decir hay mas codones que aminoácidos, lo que significa que un mismo aminoácido está determinado por mas de un codón

• Hay codones sin sentido o mudos, determinan el final de la sintesis, y hay un codon (AUG) que codifica la metionina y determinan el inicio

• El código es continuo, los codones se disponen uno a continuación de otro y se leen en sentido 3'-->5'

• El codigo genetico es doble, no hay relación directa entre el ARNm y los aas de las proteínas.

5. La Traducción

La Traducción

Es el proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm, es decir la secuencia de codones del ARNm se traduce en una determinada secuencia de aminoácidos, es decir una determinada proteína. En este proceso interviene el ARNt que se encarga de transportar los aminoácidos, que estan libres en el citoplasma, los ribosomas y el ARNm.

Los ARNt en el brazo inferior tienen un triplete de bases denominadas anticodón que es complementario con el codón del ARNm. El anticodón es el que determina que aminoácido se une a  cada ARNt por el extremo 3'.

La traducción es similar en eucariotas y en procariotas. Se diferencian varias etapas:

• Activación de los aminoácidos

Esta es una etapa previa a la traduccion que ocurre en el citoplasma. En este proceso los aminoácidos que van a formar las proteínas se unen con los correspondientes ARNt por su brazo aceptor, formandose los complejos aminoacil-ARNt. Esta etapa requiere energía que se obtienen de la hidrólisis del ATP y esta canalizada por una enzima especifica para cada aminoácido llamada aminoacil-ARNt-sintetasa

• Inicio de la síntesis

Para que comience la sintesis de proteínas hacen falta dos señales de iniciación: La caperuza de metal guanosina del ARNm y el triplete iniciados AUG, que codifica el primer aminoácido. La traducción comienza por el triplete AUG mas próximo a la caperuza.

• Fase de elongación de la cadena peptídica

Esta fase consiste en el alargamiento de la cadena peptídica por la unión de sucesivos aminoácidos. Se puede considerar como un proceso cíclico que se repite hasta que termina la traducción. En cada uno de estos ciclos de elongacion se diferencian tres fases:

-Primera Fase: Llega el siguiente aminoacil-ARNt cuyo anticodón es complementario al siguiente codón del ARNm y se coloca en el sitio A del ribosoma. En esta etapa se necesita energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP e interviene un factor de elongación (FE-1)

-Segunda Fase: Se rompe el enlace entre el aminoácido y el ARNt que está situado en el sitio P, y se forma un enlace peptídico entre este aa y el que se encuentra en el sitio A. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidil transferasa. El resultado es la formación de un dipeptido unido a un ARNt que se aloja en el sitio A, mientras que en el sitio P queda un ARNt sin aminoácido.

-Tercera Fase: Interviene un segundo factor de elongación (FE-2) y a la energía del GTP. El ribosoma se desplaza 3 nucleotidos a lo largo del ARNm en sentido 5'-3'. Este desplazamiento provoca la salida del ARNt libre situado en el sitio P y la translocacion del complejo preptido-ARNt del sitio A al P, con lo cual el sitio A queda vacío y dispuesto a recibir otro amioacil-ARNt cuyo anticodón sea complementario del siguiente codon. El proceso se vuelve a repetir.

Terminacion

La sintesis termina cuando después de la última traslocación aparece en el sitio A uno de los codones de terminación  (UAA,UAG o UGA) ya que no hay ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario con estos codones.

6. La Regulación De La Expresión Génica

La regulación de la expresión génica

La síntesis proteica no tiene lugar de forma continua, sino que las células solo sintetizan las proteínas que necesitan en cada momento, por ello debe de existir un control en la expresión génica. La regulación de la expresión génica se realiza principalmente en el proceso de transcripción. 

La regulación en procariotas

La regulación de la expresión génica en los procariotas sigue el modelo del Operón, que fue descrito por Jacob y Monod a principios de los 60.

Un Operón es un conjunto de genes que codifican proteínas diferentes, todas ellas implicadas en procesos bioquímicos relacionados. Consta de los siguientes elementos:

• Genes estructurales (E1,E2,E3...). Son los que codifican la síntesis de las proteínas (enzimas) que intervienen en un mismo proceso metabólico. Se transcriben sin interrupción, de manera que el ARNm resultante lleva información para varias proteínas y se denomina ARNm policistrónico.

• Gen regulador. Se puede localizar en cualquier lugar del cromosoma. Codifica la proteína represora (R). Cuando ésta se une al operador impide que la ARN-polimerasa se pueda unir al ADN y con ello imposibilita la transcripción, cuando se separa la transcripción es posible.

• Promotor (P). Es la secuencia de nucleotidos del ADN a la que se une la ARN-polimerasa para iniciar la transcripción. Está próximo a los genes estructurales.

• Gen operador (O). Es la secuencia de nucleótidos del ADN a la que se une la proteína represora (R) activa. Se sitúa entre el promotor y los genes estructurales. Cuando el O se bloquea con la proteína represora, impide el avance de la ARN pol y la transcripción se interrumpe y se origina la represión génica. Cuando la bacteria necesita sintetizar proteínas debe separar la proteína represora del O y utiliza dos tácticas: La inducción enzimática o la represión enzimática.

• Induccion Enzimática

Regula la síntesis de tres enzimas implicadas en la degradación de la lactosa. El gen regulador codifica una proteína represora activa que se pega al operador e impide que la ARN polimerasa transcriba los genes estructurales.

Cuando hay lactosa en el medio, ésta funciona como inductor. Se pega a la proteína represora y la inactiva. Se libera del operador y la ARN pol puede transcribir los genes estructurales.

• Represión Enzimática

Regula la síntesis de nueve enzimas encargados de la síntesis del aminoácido histamina. El gen regulador codifica para una proteína represora inactiva.
La ARN polimerasa transcribe los genes estructurales y cuando la concentración de histamina es elevada se pega a la proteína represora activándola. Cuando esto ocurre se inhibe la transcripción de los genes estructurales.

La regulación en eucariotas

La regulación en los organismos eucariotas, especialmente en los pluricelulares es más compleja y peor conocida.

La regulación se realiza al inicio de la transcripción. Hay mecanismos que actúan sobre la actividad de la ARN-polimerasa.

Destacan dos mecanismos:

     1.  La organización del ADN- El grado de condensación del ADN en el cromosoma juega un papel fundamental en la regulación de la expresión génica. Hay dos tipos de cromatina:

• Heterocromatica: Muy condensada 

• Eucromatina: Regiones más laxas

En la eucromatina puede entrar la ADN polimerasa y llevar a cabo la transcripción pero la heterocromatina no puede transcribirse.



    2.  Mecanismo de regulación hormonal- Hay hormonas de naturaleza lipídica y proteica que           utilizando el AMPc se unen a un receptor, formando el complejo "Encima-Receptor", y actúan sobre zonas del ADN activando la transcripción.