El dogma central de la biología molecular describe el flujo de la información genética: el ADN se replica (ADN → ADN), se transcribe a ARN (ADN → ARN) y el ARN mensajero se traduce a proteína (ARN → proteína). Los retrovirus añaden la transcripción inversa (ARN → ADN).
Objetivos
- Explicar la replicación semiconservativa y el papel de cada enzima
- Describir la transcripción y la maduración del ARNm en eucariotas
- Enunciar las características del código genético
- Describir las etapas de la traducción y un ejemplo de regulación génica
1. La replicación del ADN
Replicación semiconservativa: Cada molécula hija conserva una hebra original y otra nueva. Lo demostraron Meselson y Stahl (1958) cultivando bacterias en ¹⁵N y pasándolas a ¹⁴N: tras una generación todo el ADN tenía densidad intermedia.
| Enzima o proteína | Función |
|---|---|
| Helicasa | Separa las dos hebras rompiendo los puentes de hidrógeno (horquilla de replicación) |
| Topoisomerasas (girasa) | Eliminan las tensiones del superenrollamiento |
| Proteínas SSB | Mantienen separadas las hebras sencillas |
| Primasa | Sintetiza un cebador (primer) corto de ARN |
| ADN polimerasa III | Añade desoxirribonucleótidos en sentido 5′→3′ a partir del extremo 3′-OH del cebador |
| ADN polimerasa I | Elimina los cebadores y rellena los huecos con ADN |
| ADN ligasa | Une los fragmentos |
Como la ADN polimerasa solo sintetiza en sentido 5′→3′ y las hebras son antiparalelas, una hebra se copia de forma continua (hebra conductora) y la otra de forma discontinua, en fragmentos de Okazaki (hebra retardada). La replicación es bidireccional: desde cada origen avanzan dos horquillas.
2. La transcripción
- Iniciación: la ARN polimerasa reconoce el promotor del gen y separa las hebras.
- Elongación: lee la hebra molde en sentido 3′→5′ y sintetiza el ARN en sentido 5′→3′, complementario (con U frente a A). No necesita cebador.
- Terminación: al llegar a una secuencia de terminación, se libera el ARN.
Maduración del ARNm (eucariotas): El transcrito primario (pre-ARNm) se modifica en el núcleo: se añade una caperuza de 7-metilguanosina en el extremo 5′, una cola de poli-A en el extremo 3′ y se eliminan los intrones uniendo los exones (splicing o corte y empalme). En procariotas no hay intrones y la traducción empieza antes de terminar la transcripción.
Hebra molde 3′-TACGGATTC-5′
- Se aparea A–U, T–A, G–C, C–G
- ARNm: 5′-AUGCCUAAG-3′
Codones AUG-CCU-AAG ⟹ Met-Pro-Lys
3. El código genético
- Cada aminoácido se codifica por un triplete de nucleótidos del ARNm (codón): hay 4³ = 64 codones.
- 61 codifican aminoácidos y 3 son de terminación (UAA, UAG, UGA). AUG codifica metionina y es el codón de inicio.
- Es degenerado: casi todos los aminoácidos tienen varios codones.
- No solapado y sin comas: se lee de tres en tres, de forma continua, desde un punto fijo.
- Es casi universal: lo comparten casi todos los seres vivos (hay pequeñas excepciones, como en las mitocondrias).
4. La traducción
- Activación de los aminoácidos: la aminoacil-ARNt sintetasa une cada aminoácido a su ARNt (con gasto de ATP).
- Iniciación: la subunidad menor del ribosoma se une al ARNm y localiza el AUG; el ARNt iniciador (Met) se coloca en el sitio P y se une la subunidad mayor.
- Elongación: un nuevo aminoacil-ARNt entra en el sitio A según el codón; se forma el enlace peptídico (lo cataliza el ARNr de la subunidad mayor); el ribosoma avanza un codón (translocación) y el ARNt libre sale por el sitio E.
- Terminación: al llegar a un codón de terminación entra un factor de liberación, se libera la cadena y el ribosoma se separa.
Varios ribosomas pueden traducir a la vez un mismo ARNm formando un polirribosoma (polisoma). El ARNm se lee en sentido 5′→3′ y la proteína crece del extremo N-terminal al C-terminal.
5. Regulación de la expresión génica
Operón lac (Jacob y Monod): En E. coli, los genes para metabolizar la lactosa forman un operón: promotor, operador y genes estructurales. Sin lactosa, la proteína represora se une al operador y bloquea la transcripción. Con lactosa, un derivado de esta (inductor) se une al represor, que se suelta del operador, y los genes se transcriben. Es un sistema inducible.
Recuerda
- Replicación semiconservativa (Meselson y Stahl); ADN polimerasa 5′→3′ a partir de un cebador.
- Hebra conductora continua y hebra retardada en fragmentos de Okazaki.
- Transcripción: la ARN polimerasa lee la hebra molde 3′→5′, sin cebador; maduración con caperuza, poli-A y splicing.
- Código: tripletes, 64 codones (61 + 3 de stop), AUG de inicio, degenerado y casi universal.
- Traducción: ribosoma con sitios A, P y E; ARNm leído 5′→3′.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.