La expresión de la información génica o también conocido como el DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR es el proceso de síntesis de proteínas a partir de la información genética de la célula o, lo que es lo mismo, el flujo de información desde el ADN al ARN y a las proteínas.
Después
de diferentes estudios se llegó a la conclusión de que el ADN no se traducía directamente
a la secuencia de aminoácidos de las proteínas, por lo que se estableció que el
ARN (en concreto el ARN mensajero – ARNm) era el intermediario entre los genes del
núcleo y los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas.
Una vez aceptad la hipótesis del ARNm, Francis Crick en 1958 enunció el siguiente modelo:
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| https://dimedinet.com/biologia-molecular/analisis-el-dogma-central-de-la-biologia-molecular/ |
Este modelo nos dice que el ADN se va a replicar ante división celular
y, cuando sea necesario producir una proteína, el gen de ADN, que tiene la
información para crear esta proteína, va a transcribirse a ARN para que salga
del núcleo hacia el citoplasma (lugar en el que están los ribosomas que es donde
ocurre la síntesis de proteínas), donde el gen se traduce y se lleva a cabo la
síntesis de la proteína.
Esta
propuesta tuvo varias críticas cuando fue anunciada, esto hizo que fuera
revisada en 1970 y fue modificada por diversas causas:
1.- El
término dogma no es compatible con la ciencia al significar creencia no
cuestionada. Crick, aceptó su equivocación al utilizar este término.
2.- El
descubrimiento de algunos virus como el virus del sida o del covid-19 tienen de
material genético una cadena simple de ARN. Estos, pueden sintetizar el ADN
usando como molde su ARN, este proceso se llama transcripción inversa.
3.- Otra
modificación fue cuando Stanley Prusiner descubrió los priones en 1982. Los
priones son proteínas capaces de crearse sin la ayuda del ADN.
4.- La
última modificación se hizo cuando Thomas Cech y Sidney Altman descubrieron las
ribozimas en 1982. Estos, son moléculas de ARN capaces de autoduplicarse. Este
descubrimiento fortaleció la teoría del ARN.
Tras
estas modificaciones, el modelo de Crick ha quedado formulado como hipótesis de
la siguiente forma:
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| Biología y Geología. 4ª ESO. Oxford, 2016 |
Las etapas que
permiten que se exprese el mensaje genético del ADN a la proteína son la
transcripción (paso de ADN a ARN) y la traducción (síntesis de proteínas a
partir de ARN).
TRANSCRIPCIÓN
La transcripción es el primer proceso necesario para crear un producto funcional (en este caso una proteína) en el que parte del mensaje genético se copia desde el ADN al ARN.
Este proceso tiene
lugar en los núcleos de las células eucariotas y en el citoplasma de las
células procariotas. Su finalidad es sintetizar cadenas de
ARN para sintetizar las proteínas necesarias.
Hay tres etapas en el proceso de transcripción en
eucariotas y procariotas:
1.- Iniciación: La cadena de ADN se abre, de las 2 cadenas de ADN solo una se transcribirá actuando como cadena molde. La enzima ARN polimerasa será la que reconocerá las señales que indican la iniciación llamadas promotores y se unirá a la cadena molde gracias a la secuencia cortas de bases nitrogenadas (promotores).
En las procariotas
solo actúa en el proceso una ARN de polimerasa que reconoce y se une a su
promotor directamente mientras, en las eucariotas actuaran 3 tipos de ARN de
polimerasa (I, II y III) por lo que necesitan factores de trascripción para
unirse al promotor.
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| http://www.dspace.espol.edu.ec/xmlui/bitstream/handle/123456789/6545/TRANSCRIPCION%20ARN.gif?sequence=5&isAllowed=y |
En las células
eucariotas el ARNm saldrá del núcleo a través de los poros de la membrana
nuclear al citoplasma, pero antes de esto sufre una modificación llamada
maduración.
Los procariotas
realizan la transcripción y traducción de manera simultánea uniéndose los
ribosomas al ARNm cuando todavía se está transcribiendo.
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| https://microbacterium.es/como-funciona-la-transcripcion-del-adn |
TRADUCCIÓN
La traducción es el
proceso de síntesis de proteínas a partir de la información proporcionada y
dirigida por la secuencia de bases de la molécula del ARNm formado en el
proceso de la transcripción. Este proceso ocurre por la acción de los
ribosomas. La traducción empieza cuando el ARNm sale del núcleo al citoplasma.
En la traducción es
muy importante que no haya fallos a la hora de incorporar aminoácidos para
crear la proteína ya que si los hubiese, podría dar lugar a una mutación que afectaría a su
funcionalidad.
La traducción tiene
lugar en el citoplasma tanto en las células eucariotas como procariotas e
intervienen todos los tipos de ARN, los ribosomas y los aminoácidos:
1.- ARN mensajero (ARNm): su función es contener y
transportar el material genético facilitando la secuencia de bases a traducir
en secuencia de aminoácidos en el proceso de síntesis de proteínas. Este ARNm
se ha originado de la transcripción de un fragmento de ADN.
2.- ARN de transferencia (ARNt): son moléculas de ARN que transportan los aminoácidos hasta los ribosomas para crear la proteína. Cada aminoácido es transportado por un determinado tipo de ARNt. Este transporte se realiza de forma específica en función de su anticodón (es una zona ubicada en el extremo del ARNt que tiene un triplete de bases que reconoce y se une específicamente a su codón complementario del ARNm).
3.- ARN ribosómico (ARNr): está asociado a proteínas formando así la estructura de los ribosomas y su base para sintetizar las proteínas.
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| https://www.lifeder.com/arn-ribosomal/ |
Están compuestos por una
subunidad grande, una pequeña y también, tienen 3 sitios de unión para el ARNt:
sitio P, sitio A y sitio E.
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| https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation |
El proceso traducción se inicia ante necesidad de una proteína concreta por parte de una célula. Para acelerar el proceso de síntesis, este se ejecuta simultáneamente en distintos puntos de la molécula de ARNm.
1.- Iniciación: empieza cuando el ARNm se ubica sobre la
subunidad pequeña del ribosoma. Dirigido por los factores de iniciación, el
aminoacil-ARNt (llamado metionil-ARNt para las células eucariotas o
formilmetionil-ARNt para las células procariotas), se une al sitio P formando,
este conjunto, el complejo de iniciación. Este recorre y va leyendo el ARNm
hasta llegar al codón iniciador (AUG). Este codón, liberará los factores de
iniciación y producirá la unión con la subunidad grande del ribosoma.
2.- Elongación: Esta parte consiste en ir completando la
cadena de aminoácidos, según la secuencia de bases nitrogenadas, mediante la
formación de enlaces peptídicos.
La lectura de la
secuencia de nucleótidos del ARNm es en el sentido 5´ – 3´ mientras que los
aminoácidos que forman las proteínas se van uniendo en el sentido contrario.
El proceso de
elongación es el siguiente:
/ El segundo
aminoacil-ARNt (que corresponde al siguiente triplete del ARNm de la fase de
iniciación) entra en el sitio A del ribosoma formando un enlace peptídico con
el aminoácido que está en el sitio P.
/ El ribosoma se
desplaza a lo largo del ARNm en sentido 5´-3´. A este proceso se le conoce como
translocación. Es un desplazamiento de tres bases, lo que quiere decir que el
primer ARNt se libera por el sitio E, el peptidil-ARNt ocupa el sitio P y deja
espacio libre en el sitio A para que la proteína se pueda seguir sintetizando.
/ El proceso se sigue
repitiendo a medida que se leen los nuevos codones y se añaden los nuevos
aminoácidos a la cadena.
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| Osorio Lupiañez, Pablo. Una Biología para todos. Granada: Gami, 2021 |
3.- Terminación: en esta etapa tiene lugar la última translocación del ribosoma cuando aparece uno de los tres codones de terminación del ARNm (UAA, UGA, UAG), que, al no corresponder a ningún aminoácido, son la señal de que la síntesis de proteínas finaliza. La proteína formada se libera del ribosoma así como el ARNm y el ARNt.
El ribosoma se fragmenta en sus subunidades quedando preparado para iniciar un nuevo proceso.
