Transcripción

➽ ¿Qué es la transcripción?

La transcripción es el proceso en el cual se obtiene una molécula de ARN mediante una molécula de ADN.

➼ Requisitos

• Una cadena de ADN que actúe como molde: de las dos cadenas, sólo una puede servir como complementaria al ARN una, es decir, que esta actuará como molde.
• Enzimas: ARN-polimerasa. En procariotas hay 1, mientras que, en eucariotas 3.
• Ribonucleótidos (A, U, G, C): sustituir Timina por Uracilo.

➼ En procariotas

Fases

• Inciación

Etapa más compleja. Primero, el ARN-pol debe de analizar y reconocer la región de ADN (centro promotor), estas son secuencias cortas de bases nitrogenadas. El ARN-pol desenrolla una vuelta de hélice del ADN, formando una burbuja que permite que los nucleótidos estén expuestos para la incorporación de los nuevos que se van a unir. La burbuja se va desplazando junto con el ARN-pol.

Hay dos centros promotores, que se situan entre unos 10-35 nucleótidos antes del punto de iniciación. Usualmente comienzan por TTGACA y TATAAT.

• Elongación

El ARN-pol va dirección 3'→5', no obstante, la adición de ribonucleótidos en sentido 5'→3'. Se van insertando los ribonucleótidos siguiendo las reglas de complementariedad.

• Terminación

El ARN-pol sigue hasta que halla una señal de terminación en el ADN (región palindrómica). El ARN se para. El ARN forma una horquilla separando esta cadena del ADN e interrumpiendo la síntesis de la primera.

• Maduración del ARN

Se llama transcrito primario a la molécula de ARN que resulta directamente del proceso de transcripción, sin embargo, el ARNm carece de ello, por lo que, permite su empleo de inmediato para la traducción.

➼ En eucariotas

Con la intervención del ARN-pol (I-II-III).

• Inciación

ADN con centros promotores, llamado compartimiento TATA, o TATA box, unos 20 nucleótidos antes de la iniciación. Para reconocer el compartimiento es necesario la intervención del TF, proteínas que son factores de inicio para la unión al ADN. Son necesarios la unión al ARN-pol II para que se comience la transcripción.

• Elongación

Genes discontinuos interrumpidos por intrones. Se transcriben tanto intrones como exones, y, una vez que se han unido unos 30 nucleótidos, se une en el extremo 5' una caperuza formada por metilguanosina trifosfato. Esto sirve como señal de inicio para la transcripción.

• Terminación

Replicación

➤ ¿Qué es la replicación?

La replicación es el proceso por el que, a través de una molécula de ADN progenitora, se sintetizan dos moléculas hijas con la misma secuencia genética que el ADN original.

➻ Hipótesis

• Hipótesis conservativa: cada hebra de ADN sirve de molde para sintetizar las hebras hijas complementarias, uniéndose entre sí y formando la nueva molécula de ADN, guardando la original.
• Hipótesis dispersiva: fragmentación de la molécula original de ADN, haciendo que, cada hebra se replique y, más tardíamente, uniéndose, formando dos moléculas de ADN que tendrán fragmentos nuevos y otros de la molécula original.
• Hipótesis semiconservativa: separación de las cadenas de ADN y cada una sirve de molde para la creación de una nueva. Esta es la propuesta por Watson y Crick y la demostrada.

➻ En procariotas

Tipos de proteínas:

• Proteína de iniciación: se une al origen y separa las cadenas de ADN para iniciar la replicación.
• Proteínas de unión a cadena sencilla: se une al ADN de cadena sencilla y evita la renaturalización.
• ADN-polimerasas: catalizan los enlaces fosfodiéster en sentido 5'→3'. Hay 3 tipos conocidos de polimerasas que puedan sintetizar en crecimiento: 

          → pol I: relleno de pequeños fragmentos durante los procesos de replicación y reparación.
          → pol II: no está claro, pero, se sabe que, repara alternativamente a la pol I cuando éste está                 dañado por mutación.
          → pol III: polimerasa activo durante la replicación del ADN. Alarga una nueva cadena de                   nucleótidos a partir del grupo 3'-OH para la unión de los nucleótidos de ADN.

• Helicasas: abren doble helice rompiendo los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias.
• Topoisomerasas: enrollamiento de la doble hélice del ADN (ADN-girasa).
• Primasa: síntensis de cebadores (comienzan replicación).
• Proteínas SSB: unión de las cadenas de ADN y evitan que se enrolle de nuevo.
• ADN-ligasa: unión de los fragmentos de Okazaki por medio del sellado de los huecos de la estructura azúcar-fosfato del ADN recién sintetizado.

↱ Replicación continua y discontinua

Está comprobado experimentalmente que ambas cadenas son replicadas simultáneamente. Todas dos empiezan a ser replicadas en un mismo punto (Origen de la Replicación), a partir de aquí, las dos cadenas se van separando. y se copian las dos cadenas a la vez, en ambos sentidos (bidireccional).

El problema está en que las dos cadenas transcurren en sentido opuesto, es decir, una va en sentido 3'→5' mientras que la paralela, va en sentido 5'→3'. Todas las enzimas polimerasas transcurren en sentido 5'→3', por lo que, esto produce que la replicación continua sólo sea posible en la cadena molde (3'→5'), no obstante, la cadena complementaria producirá la replicación de manera discontinua, uniendo pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki).

La cadena con replicación continua se llamará cadena adelantada mientras que, la complementaria será la cadena retardada.

Requisitos para la replicación discontinua:

• Síntesis de cebador y elongación: el cebador comienza la replicación discontinua, y, este es un fragmento de la doble cadena formado por un molde y un oligonucleótido. Para cada fragmento de Okazaki se forma un nuevo cebador. El cebador es sintetizado por el ARN-polimerasa o más frecuentemente, la primasa. 

          El cebador proporciona el grupo 3'-OH que el ADN-polimerasa III necesita para sintetizar el               fragmento de Okazaki. El enzima pol III continúa hasta que alcanza el ARN cebador del                     fragmento de Okazaki sintetizado previamente. En este punto termina y abandona el ADN.

• Eliminación del cebador y rellenado del hueco: primero, se debe de completar el fragmento de Okazaki, y para ello actúa Pol I que puede actuar añadiendo nucleótidos (polimerasa) y también puede quitar nucleótidos (exonucleasa). Pol I utilizará esas cualidades. Mediante el ARN cebador anterior y lo sustituye por nuclótidos del ADN. Cuando Pol I haya completado sus actividades el fragmento de Okazaki estará casi listo. Sólo le queda formar un enlace fosfodiéster.
• Ligación: ADN-pol no puede enlazar los fragmentos de Okazaki. El ADN-ligasa, unirá los fragmentos mediante enlaces fosfodiéster.

En definitiva, con las dos cadenas:

Creador del cebador, y separación de las cadenas, gracias a la helicasa, rompiendo los puentes de hidrógeno. Esto provoca la superenrollación de las cadenas, y, para destensarlas, actúan las girasas.

Las cadenas se mantienen separadas gracias a las proteínas SSB. Se forman las nuevas hebras, y, en microscopio electrónico se puede observar una burbuja en la replicación. En los extremos de ésta, las cadenas forman una estructura en forma de Y (horquilla de replicación), hasta acabar la replicación, que, las nuevas hebras serán unidas por las ligasas.

➻ En eucariotas

Muy similar a la de procariotas.

• Replicones: puntos simultáneos en los que se comienza la replicación. Las cadenas de ADN de eucariotas son muy largas.
• Cinco tipo de ADN-polimerasas (α ß γ ε σ): se reparten las tareas de elongación y correción de errores.
• ADN asociado a histonas, proteínas que se duplican en la replicación.
• Se completa la replicación hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. La hebra retardada queda incompleta, cuando se elimina el último ARN, ningún Pol puede completar el hueco, por tanto, el hecho de que el telómero se vaya acortando, tendrá que ver con el envejecimiento celular y lisis.

¿Qué es el ADN?

El ADN (ácido desoxirribonucleico) sobre la década de 1940 se pensaba que era una proteína portadora del material genético, no obstante, en 1944, aprobado por Oswald Avery, repitieron el experimento de Griffith deduciendo que el ADN es simple material genético.

➢ ¿Qué conforma el ADN?

El gen. El 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, y como la entidad capaz de sufrir recombinación. Los genes transmiten, conservan, almacenan, expresan y regulan la información genética.
El gen contiene dos tipos de secuencias diferentes, una estructural y la otra reguladora de la expresión y, dentro de la secuencia, se encuentran las regiones codificantes:

• Exones: regiones condificantes
• Intrones: regiones no codificantes.                                               

➫ Estructura genética procariotas

Un cromosoma circular con información continua

➫ Estructura genética eucariotas

ADN en el núcleo. Muchos genes contienen exones interrumpidos periódicamente por intrones.

Experimento de Griffith

El experimento de Griffith comenzó como la búsqueda de una vacuna contra la neumonía, acabando inesperadamente como el principio de transformación en la bacteria neumococo. Este experimento demostró que las bacterias son capaces de transmitir información mediante la transformación (proceso que estudiaremos más adelante).

El experimento consta de dos cepas distintas de la bacteria Streptococcus pneumoniae.

• Cepa R: colonias rugosas cuyo efecto sobre el ratón era nulo.
• Cepa S: colonias lisas cuyo efecto sobre el ratón producía la muerte.

Al introducir la Cepa S, se comprobó por primera vez que el ratón moría al instante, siendo intoxicado por neumonía, mientras que, al inyectar la Cepa R el efecto producido era ninguno. Siguió experimentando y, decidió esterilizar las células S, dando como producto al ser inyectadas, un ratón vivo. Siendo así los resultados, Griffith decidió introducir ambas cepas y comprobar qué efectos surgían. Si las cepas S eran las que producían la lisis, y las cepas R no provocaban ningún efecto, ¿qué pasaría si matamos las S y las R las dejamos vivias? Y así fue como, inyectando ambas cepas en estas condiciones, el ratón murió. ¿La lógica de esto?

Se encontró que, cuando los extractos de las bacterias encapsuladas muertas se agregaban a los cultivos de las bacterias vivas inocuas, podían convertir a estas últimas en el tipo virulento, dotándolas de la capacidad para producir cápsulas. Además, una vez transformadas, podían transmitir esa característica a la progenie. Este fenómeno se conoció como "transformación" y lo que causaba la conversión se llamó "factor transformador".