1. Replicación del ADN

El ADN se replica y heredamos copias del ADN paterno y materno (el genotipo), en cuyas moléculas se localizan los genes. Estos poseen mensajes codificados y, cuando se expresan (se transcriben y se traducen) se forman las diversas proteínas, que vienen a ser como los peones que ejecutan sus órdenes y ponen de manifiesto los caracteres heredados (el fenotipo).

1.1. Replicación de la doble hélice

Durante la replicación del ADN, cada hebra se separa y actúa como molde o patrón para la síntesis de una nueva cadena que posee una secuencia de bases complementaria. La complementariedad entre las bases (G – C y A – T), al igual que en los demás procesos que transmiten información (transcripción y traducción), hace que la replicación del ADN se ajuste a un modelo semiconservativo, pues en la doble hélice de cada célula hija se conserva una cadena original de la célula madre: la otra cadena se sintetiza de nuevo.

1.2. Replicación del ADN en bacterias

La replicación del cromosoma bacteriano comienza cuando se forma una burbuja de replicación, que se extiende y da lugar a dos horquillas de replicación, en las cuales cada hebra del ADN sirve de molde para que se sintetice una cadena complementaria. Las horquillas se desplazan en sentidos opuestos hasta que se encuentran en el punto de terminación. Finalmente, al cabo de unos 30 minutos, los dos nuevos cromosomas genéticamente idénticos se separan. La separación de las cadenas en Escherichia coli comienza en un punto concreto del cromosoma denominado oriC, rico en secuencias GATC, que marca el origen de replicación.

1.2.1. Apertura y desenrollamiento de la doble hélice

En primer lugar, actúan las enzimas helicasas que facilitan el desenrollamiento de la doble hélice y eliminan las tensiones generadas. Intervienen, además, enzimas girasas y topoisomerasas. Luego, las proteínas SSBP se unen a la hebra molde del ADN para estabilizarlas y que no se enrollen.

Una vez formada la burbuja de replicación, ya pueden actuar las enzimas ADN-polimerasa que leen la secuencia de cada una de las cadenas y elaboran dos copias. En procariotas hay varias enzimas con actividad ADN-polimerasa: la ADN-polimerasa I y la ADN-polimerasa III, que se encarga de la replicación y la corrección de errores, y la ADN-polimerasa II, que solo lleva a cabo la reparación del ADN dañado.

• Hebra conductora: se sintetiza con mayor rapidez debido a que las enzimas primasa y ADN-polimerasa I y III actúan solo una vez, al principio de la réplica.
• Hebra retardada: se sintetiza de forma discontinua, como un pespunte, mediante un proceso que requiere la colaboración de varias enzimas y en el que pueden distinguirse las etapas 1, 2, 3 y 4.

1.2.2. Corrección de los errores

La actividad de las enzimas ADN-polimerasas debe ser exacta, rápida y fiel, pues la vida entera y su continuidad dependen de que la información génica se transmita con fidelidad de generación en generación.

2. Replicación del ADN en células eucariotas

La replicación del genoma eucariota transcurre en la fase S del ciclo celular de modo similar a la de las procariotas: es semiconservativa y bidireccional; la hebra conductora se sintetiza de manera continua y la retardada de manera discontinua, en forma de fragmentos de Okazaki que luego se unen; y también se requiere un ARN cebador para que se inicie la replicación del ADN.

2.1. Telómeros

Los telómeros son como un implacable reloj molecular, que con sus sucesivos acortamientos indican a una célula cuántas divisiones celulares son aún posibles hasta que llegue el momento en que debe cesar toda la actividad.

2.2. La telomerasa

La telomerasa es una ribonucleoproteína que actúa como transcriptasa inversa, ya que contiene una hebra de ARN con la secuencia apropiada para actuar como molde para la síntesis de la secuencia telomérica del ADN, que se añade a los extremos 3′ de cada cromosoma para evitar su acortamiento.

3. La expresión de los genes

La expresión de los genes transcurre en dos etapas: la transcripción de la información genética (síntesis de ARN) es un paso necesario y previo a la traducción (síntesis de proteínas).

3.1. La transcripción

La transcripción es la primera fase de la expresión génica, durante la cual se transfiere la información del ADN al lenguaje del ARN. Este proceso consiste en la síntesis de una molécula de ARN.

3.1.1. Elementos que intervienen en la síntesis de ARNm

• Una cadena de ADN que actúa como molde.
• Ribonucleótidos.
• Una enzima: la ARN-polimerasa II o transcriptasa.

3.1.2. Etapas de la transcripción: síntesis del ARNm

La mayor parte de los genes eucariotas que codifican para proteínas están fragmentados, por lo que se transcriben tanto los intrones como los exones.

• Iniciación: para asegurar que la enzima ARN-polimerasa II transcriba determinados genes en el momento preciso y a una velocidad adecuada.
• Elongación: la enzima ARN-polimerasa II recorre la hebra molde en sentido 3′ -> 5′, mientras que la cadena de ARNm transcrito primario crece en dirección 5′ -> 3′.
• Terminación: la enzima ARN-polimerasa II reconoce la secuencia TTATTT.

3.1.3. Maduración del pre-ARNm

Consiste en un conjunto de modificaciones en ambos extremos de la molécula, en la eliminación de intrones y en la alteración de ciertas secuencias codificantes en algunos ARNm.

3.1.4. Mecanismo de corte de intrones/splicing

Los genes eucariotas se encuentran en su mayor parte fragmentados. Puesto que se transcribe todo el gen, el pre-ARNm tiene la misma longitud que el gen que lo codifica, ya que contiene tanto las secuencias denominadas exones, que serán traducidas porque poseen información para la síntesis de la proteína correspondiente, como las secuencias intercaladas llamadas intrones, que no codifican para la síntesis de proteínas y deben ser eliminadas. Durante el proceso de maduración del pre-ARNm se eliminan los intrones y se unen entre sí los exones.