— EXPRESIÓN DEL ADN

1. ADN y gen

• Gen: fragmento de ADN que codifica una proteína y regula su expresión.
• Eucariotas: poseen ADN lineal con intrones (secuencias no codificantes) y exones (secuencias codificantes).
• Procariotas: poseen ADN circular con genes continuos (sin intrones).

Dogma central de la biología molecular: ADN → ARN → proteína.
Retrovirus: ARN → ADN (mediante la enzima transcriptasa inversa).

2. Replicación (ADN → ADN)

Consiste en la copia del ADN antes de la división celular (fase S del ciclo celular). Es un proceso semiconservativo (cada molécula hija conserva una hebra original y una nueva) y ocurre en dirección 5’→3’.

Fases de la replicación:

• Inicio: diversas proteínas reconocen el origen de replicación y abren la doble hélice.
• Apertura: la enzima helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las bases.
• Estabilización: las proteínas SSB evitan que las hebras separadas se vuelvan a unir.
• Desenrollamiento: la topoisomerasa elimina la tensión torsional del ADN.
• Cebador: la primasa sintetiza un pequeño fragmento de ARN necesario para iniciar la síntesis.
• Elongación: la ADN polimerasa añade nucleótidos en dirección 5’→3’.
• Terminación: la ligasa une los fragmentos de ADN recién sintetizados.

Tipos de hebras:

• Hebras conductora: síntesis de forma continua.
• Hebra retardada: síntesis discontinua mediante los fragmentos de Okazaki.

Particularidades en Eucariotas:

• Existen varios orígenes de replicación (lo que hace el proceso más rápido).
• El ADN está asociado a proteínas llamadas histonas.
• Los telómeros se acortan progresivamente con cada ciclo de replicación.

3. Transcripción (ADN → ARN)

Este proceso ocurre en el núcleo celular. Se utiliza la hebra molde (orientación 3’→5’). El ARN resultante es complementario a la hebra molde e idéntico a la hebra codificante (sustituyendo la Timina por Uracilo).

Fases de la transcripción:

• Inicio: la ARN polimerasa se une a una región específica llamada promotor (con ayuda de factores de transcripción en eucariotas).
• Elongación: síntesis de la cadena de ARN en dirección 5’→3’.
• Terminación: una secuencia de terminación provoca la liberación del ARN recién formado.

Maduración en Eucariotas:

• Splicing: eliminación de intrones y unión de los exones.
• Capucha 5’ (Cap 5’): necesaria para la protección y el reconocimiento por parte del ribosoma.
• Cola poli-A: proporciona estabilidad al ARN mensajero.

4. Traducción (ARN → proteína)

Este proceso ocurre en los ribosomas situados en el citoplasma.

El Código Genético:

• Triplete: cada grupo de 3 bases constituye un codón que equivale a 1 aminoácido.
• Universal: es compartido por casi todos los seres vivos.
• Degenerado: existen varios codones que pueden codificar un mismo aminoácido.
• No solapado: cada base pertenece exclusivamente a un solo codón.
• Sin comas: la lectura se realiza de forma continua.

Codones fundamentales:
– AUG: codón de inicio (codifica para metionina).
– UAA, UAG, UGA: codones de parada o stop.

Fases de la traducción:

Iniciación:

1. La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm.
2. Se localiza el codón de inicio AUG.
3. Entra el ARNt cargado con el aminoácido metionina.
4. Se acopla la subunidad grande del ribosoma.

Elongación:

1. Entra un nuevo ARNt al sitio A con el anticodón complementario.
2. Se forma el enlace peptídico entre los aminoácidos.
3. El ribosoma avanza un codón (proceso de translocación).
4. El ARNt vacío sale y la cadena peptídica pasa del sitio A al sitio P.
5. La proteína crece en dirección N → C (amino a carboxilo).

Terminación:

1. Se alcanza un codón de stop.
2. Entra un factor de liberación en lugar de un ARNt.
3. Se rompe el enlace y se libera la proteína terminada.
4. El complejo del ribosoma se disocia.

Polisomas: conjunto de varios ribosomas que traducen la misma molécula de ARNm de forma simultánea para optimizar la producción proteica.

— REGULACIÓN Y MUTACIONES

1. Regulación génica

Aunque todas las células de un organismo contienen el mismo ADN, no todas expresan los mismos genes en un momento dado.

Procariotas (El Operón)

Se define como un conjunto de genes regulados de forma coordinada.

• Estructura:
  • Promotor: sitio de inicio de la transcripción.
  • Operador: región reguladora donde se une el represor.
  • Genes estructurales: aquellos que codifican las proteínas funcionales.
  • Gen regulador: produce la proteína represora.
• Operón lactosa (lac):
  • Sin lactosa: el represor bloquea el operador (estado OFF).
  • Con lactosa: la lactosa inactiva al represor, permitiendo la transcripción (estado ON).
• Tipo: es un sistema inducible (se activa en presencia de una sustancia específica).

Eucariotas (Regulación multinivel)

• Nivel de cromatina:
  • Eucromatina: estado laxo y genéticamente activo.
  • Heterocromatina: estado condensado e inactivo.
• Nivel de transcripción: los factores de transcripción regulan la actividad de la ARN polimerasa.
• Nivel de procesamiento:
  • Splicing alternativo: permite generar proteínas distintas a partir de un mismo gen.
  • La Cap 5’ y la cola poli-A regulan la estabilidad y vida media del ARN.
• Nivel de traducción: mecanismos que controlan si el ARNm se traduce o se degrada.

La regulación en eucariotas es significativamente más compleja y precisa que en procariotas.

2. Mutaciones

Se define como cualquier cambio permanente en la secuencia del ADN.

• Causas: errores durante la replicación o acción de agentes mutágenos (radiación UV, compuestos químicos, virus).
• Efectos: pueden ser neutras, negativas (perjudiciales) o positivas (beneficiosas).

Tipos de mutaciones:

Génicas (a nivel de nucleótidos):

• Sustitución: cambio de una base por otra (transición o transversión). Puede ser una mutación silenciosa si no cambia el aminoácido.
• Inserción o deleción:
  • No múltiplo de 3: provoca un frameshift (cambio en todo el marco de lectura posterior).
  • Múltiplo de 3: añade o elimina aminoácidos completos sin alterar el resto de la secuencia.

Cromosómicas (afectan a la estructura del cromosoma):

• Deleción: pérdida de un fragmento cromosómico.
• Duplicación: repetición de un segmento.
• Inversión: cambio de orientación de un fragmento (180°).
• Translocación: intercambio de fragmentos entre cromosomas no homólogos.

Genómicas (afectan al número de cromosomas):

• Aneuploidías: alteración en el número de un cromosoma específico.
  • Síndrome de Down (trisomía 21).
  • Síndrome de Turner (monosomía X0).
  • Síndrome de Klinefelter (XXY).
• Euploidías: alteración en el número completo de juegos cromosómicos.
  • Poliploidía: muy frecuente y relevante en el reino vegetal.

3. Variabilidad genética

Constituye la base fundamental de la diversidad biológica y el motor de la evolución.

• Fuentes de variabilidad:
  • Mutaciones: origen de nuevos alelos.
  • Meiosis: mediante el crossing-over (recombinación) y la segregación aleatoria de cromosomas.
  • Fecundación: unión aleatoria de gametos masculinos y femeninos.

Resultado: cada individuo es genéticamente único.
Importancia: la variabilidad permite la adaptación y la evolución de las especies mediante la selección natural.

Claves de examen

• El ARN es complementario a la hebra molde e igual a la codificante (cambiando T por U).
• Las mutaciones afectan siempre de forma primaria al ADN.
• Memorizar los codones stop: UAA, UAG, UGA.
• El frameshift es crítico porque altera toda la secuencia de aminoácidos a partir del punto de la mutación.
• La regulación en eucariotas se define como multinivel.

Etiquetas: ADN, ARN, biología, genética molecular, mutaciones, replicación, traducción, transcripción