Tipos de Genomas

El genoma es el conjunto de toda la información genética contenida en un virus, en una célula procariota o en una eucariota.

Genomas Víricos

Los genomas víricos están formados por ADN o ARN (lineal o circular, monocatenario o bicatenario) que incluye un pequeño número de genes.

Genoma en Procariotas

El genoma en las procariotas está formado por un cromosoma circular que tiene entre 1000 y 12000 genes, sin intrones. La mayor parte de las bacterias pueden tener además un número variable de plásmidos, que son moléculas circulares de ADN extracromosómico mucho más pequeñas que el cromosoma y que contienen genes que son esenciales para el crecimiento y la reproducción de la célula. Estas moléculas pueden replicarse indefinidamente de forma independiente e incluir sus copias en las células hijas o integrarse en el cromosoma bacteriano y volver a independizarse de nuevo.

Genoma en Eucariotas

El genoma de eucariotas se localiza en la mayor parte en el núcleo y en menor cantidad en mitocondrias y cloroplastos. En las mitocondrias y cloroplastos poseen moléculas de ADN circular muy similares a las de las bacterias.

El Operón

El operón es un conjunto de genes que codifican proteínas diferentes implicadas en procesos bioquímicos estrechamente relacionados (por ejemplo, el conjunto de enzimas que intervienen en la síntesis o degradación de un compuesto determinado).

Los componentes del modelo del operón son:

• Genes estructurales: Son los que codifican las proteínas estructurales y las proteínas enzimáticas.
• Gen regulador: Codifica la proteína reguladora, que controla la actividad de los genes estructurales. Estas proteínas se denominan represores y controlan la expresión.
• Gen promotor: Es la zona donde se fija el enzima ARN-polimerasa y comienza el inicio de la transcripción.
• Gen operador: Es el lugar donde se fija el represor, bloqueándolo e impidiendo la transcripción de los genes estructurales. Así impide el avance de la ARN-polimerasa.
• Inductor: Sustrato cuya presencia induce a la expresión de los genes.

La Traducción

La traducción requiere la interacción coordinada de varios tipos de moléculas. Hay tres tipos de ARN que participan en la síntesis proteica: en los ribosomas (ARNr) se va leyendo el ARNm de 5’ a 3’, incorporando a la cadena polipeptídica los aminoácidos correspondientes a cada codón a través de los ARNt, desde el codón de inicio (AUG) hasta llegar hasta el codón de stop (UAG, UAA y UGA) donde finaliza la síntesis de la proteína.

Por tanto, los tipos de ARN que intervienen en la traducción son:

• ARNt: Antes de la traducción, los ARNt deben activarse uniéndose al aminoácido específico marcado por su anticodón, formándose los aminoacil-ARNt. Para ello, una enzima llamada aminoacil-ARNt-sintetasa une el aminoácido a través de su grupo ácido (-COOH) al grupo -OH del extremo 3’ del ARNt. Este proceso de activación de cada ARNt requiere energía en forma de ATP.
• ARNm: Que lleva la información genética transcrita y actúa como molde.
• Ribosomas (ARNr): Son los orgánulos responsables del proceso de traducción. En el complejo ribosomal, existen 3 lugares en los cuales se unen los aminoacil-ARNt:

– Centro P: Centro peptidil donde al principio se une el 1º aminoacil-ARNt y posteriormente el aminoacil-ARNt que lleva la cadena polipeptídica que está sintetizando.

– Centro A: Centro aceptor o aminoacil, donde se ubica el aminoacil-ARNt que lleva el siguiente aminoácido que se va a añadir a la cadena.

– Centro E: Centro de salida donde se sitúa el ARNt vacío que acaba de dar su aminoácido y que está a punto de salir del ribosoma.

El Código Genético

El código genético es la relación entre los tripletes de nucleótidos del ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas. Cada triplete de nucleótidos del ARNm se denomina codón. En el ARN de transferencia, al triplete de nucleótidos del ARNt complementario al codón del ARNm, se le llama anticodón. Cada ARNt tiene unido un determinado aminoácido en su extremo 3′ asociado a los tres nucleótidos de su anticodón y, por tanto, cada uno se corresponde a un codón del ARNm.

Las Células Madre

Las células madre son células no especializadas que pueden dividirse y diferenciarse en células especializadas en realizar distintas funciones. Según su capacidad para diferenciarse, se distinguen varios tipos de células madre.

Fases de la Traducción

Iniciación

La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder (región inicial del ARNm que en eucariotas lleva la caperuza de 7-metil-guanosina trifosfato). El ARNm se va desplazando hasta llegar al codón de iniciación AUG. Se les une el complejo formado por el ARNt-Metionina. La unión se da entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta el aminoácido. Por último, se une la subunidad mayor completando el complejo ribosomal. Por tanto, es importante destacar que las subunidades del ribosoma se ensamblan una vez llega el ARNm, en el citosol.

Elongación

El siguiente aminoacil-ARNt se sitúa frente al codón correspondiente y se une al centro aceptor o aminoacil (centro A). Se forma el enlace peptídico y la metionina se une al segundo aminoácido. El ARNm se traslada como una cinta transportadora y el aminoacil-ARNt que lleva la cadena con la metionina inicial unida al segundo aminoácido queda situado en el centro peptidil (centro P) del ribosoma. El centro aceptor queda libre entonces para la entrada del siguiente aminoacil-ARNt con el tercer aminoácido. Mientras tanto, el ARNt vacío que antes llevaba la metionina, ha pasado al centro de salida (centro E) y se libera del complejo. De este mismo modo, van a ir añadiendo sucesivamente el resto de los aminoácidos que constituyen la cadena polipeptídica hasta llegar al codón de finalización (STOP).

Finalización

Cuando el ribosoma llega al codón de finalización (uno de los codones STOP o codones sin sentido: UAA, UAG o UGA), no hay ningún aminoacil-ARNt cuyo anticodón le sea complementario. Se une entonces un factor proteico de liberación en el centro A, provocando que la proteína se libere y las subunidades del ribosoma se disocian y se separen del ARNm. A partir de aquí, algunas proteínas ya sintetizadas pueden sufrir modificaciones posteriores como la maduración o plegamiento post-traduccionales.

Comparación del Proceso de Traducción entre Eucariotas y Procariotas

Aunque los procesos de traducción son muy similares en procariotas y eucariotas, presentan alguna diferencia:

• En eucariotas, la membrana nuclear separa el lugar donde se desarrolla la transcripción (núcleo celular) y el de traducción (ribosomas citoplasmáticos).
• Los ARNm de las eucariotas son monocistrónicos, cada uno de ellos sólo contiene información para una proteína. Los ARNm de las procariotas suelen ser policistrónicos.
• El extremo 5′ de los ARNm eucariótico tiene metilguanosina trifosfato para que pueda ser identificado por los ribosomas.
• Los ribosomas están formados por ARNr diferentes y su coeficiente de sedimentación es ligeramente distinto (80 S en células eucariotas y 70 S en procariotas).
• En eucariotas, el primer ARNt no lleva unido formilmetionina, sino metionina.
• Los factores de iniciación y de elongación difieren de los de los procariotas.

Algunos virus como retrovirus o el virus de la hepatitis B y bacterias como Helicobacter pylori pueden realizar su acción al llevar en su genoma fragmentos de ADN tomados de la célula infectada, que se incorporarán a la célula parasitada. El efecto sería similar al causado por los transposones (segmentos móviles de ADN) en el caso de mutaciones espontáneas, aumentando la frecuencia de mutaciones génicas.