DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

1. REPLICACIÓN DEL ADN.

El mecanismo de la replicación es un proceso que ocurre una sola vez en cada generación celular, durante la fase S del ciclo celular.

El principio de la replicación según el cual cada cadena de la doble hélice de ADN sirve como molde para la formación de una nueva cadena, es relativamente simple; sin embargo, el proceso real es considerablemente complejo. Para su estudio se pueden diferenciar las siguientes etapas:

La iniciación siempre comienza con una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de la replicación; requiere enzimas llamadas helicasas, las cuales rompen los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias, abriendo así la doble hélice.

La separación de las cadenas provoca superenrollamientos en las zonas vecinas, por lo que existen otras enzimas, las topoisomerasas o girasas que rebajan la tensión.

Una vez separadas las dos cadenas, unas proteínas de unión a cadena simple (proteínas ssb) se unen a las hebras individuales, manteniéndolas separadas y evitando que se retuerzan.

Ahora bien, para que se forme una nueva cadena no es suficiente que esté presente la cadena vieja que sirve de molde, sino que debe estar presente el inicio de la nueva cadena; este inicio lo proporciona un fragmento de ARN llamado cebador (sintetizado por una ARN primasa, acoplado mediante una ARN-polimerasa y retirado por una ADN polimerasa), los cuales son reconocidos por las ADN polimerasas que se ponen a sintetizar la nueva cadena de ADN.

La síntesis real de las nuevas cadenas es catalizada por un grupo de enzimas conocidas como ADN polimerasas (en procariotas son 3 y en eucariotas 5), que van añadiendo los nucleótidos uno a uno. La zona donde ocurre la replicación se observa al microscopio electrónico como un ojo o burbuja de replicación; estos segmentos de ADN en replicación se denominan replicones (en procariotas se forma sólo uno mientras en eucariotas se constituyen entre 500 en levaduras y 60.000 en los mamíferos). En los extremos de la burbuja las cadenas forman una estructura en Y conocida como horquilla de replicación.

El proceso de replicación es bidireccional y siempre en el sentido de la cadena de nucleótidos 5’→3’, pues las polimerasas sólo colocan y unen nucleótidos en ese sentido. Como la replicación sólo ocurre en un sentido y las dos cadenas de ADN son antiparalelas, se planteaba un problema sobre cómo se efectuaría la replicación en los dos brazos de la horquilla. La solución la halló Reiji Okazaki, al encontrar que una cadena (la 5’→3’) se sintetiza continuamente como una sola unidad, es la cadena adelantada o conductora, mientras que la otra cadena (la 3’→5’) se forma de manera discontinua, como una serie de fragmentos de Okazaki, sintetizados cada uno en el sentido 5’→3’, que después terminan uniéndose, formándose la llamada cadena retrasada o retardada.

Por último, hay otra enzima, la ADN ligasa que conecta los fragmentos de ADN recién formados con la cadena de ADN en crecimiento.

Concepto moderno de gen: Un gen es la unidad básica de la herencia, y porta la información genética necesaria para la síntesis de un polipéptido (genes codificantes) o de un ARN no codificante (genes de ARN). Está formado por una secuencia promotora, que regula su expresión, y una secuencia que se transcribe, compuesta a su vez por: secuencias UTR (regiones flanqueantes no traducidas), necesarias para la traducción y la estabilidad del ARNm, exones (codificantes) e intrones, que son secuencias de ADN no traducidas situadas entre dos exones que serán eliminadas en el proceso de maduración o splicing del ARNm.

2. TRANSCRIPCIÓN

De los tres tipos de ARN, el candidato para hacer de mensajero entre el ADN nuclear y los ribosomas citoplasmáticos era el que fue llamado ARN mensajero (ARNm). El ARNm es una copia de una secuencia de ADN con una sola cadena de nucleótidos que se sintetiza según el principio de complementariedad de bases entre ADN y ARN.

La síntesis de ARN tiene lugar en el sentido 5’→3’, por lo tanto, los ribonucleótidos se van añadiendo de uno en uno en el extremo 3’ de la cadena en crecimiento; este proceso es catalizado por la enzima ARN polimerasa II.

En las células eucariotas la transcripción es casi igual a la de los procariotas; comienza con la unión de una enzima especial, la ARN polimerasa II a una secuencia de nucleótidos del ADN llamada promotor. Los promotores en eucariotas son de dos clases: la llamada caja TATA (TATAbox o caja de Hogness) y la caja CAAT (CAATbox).

Durante y después de la transcripción, los ARNm deben sufrir algunos cambios para ser totalmente funcionales. Cuando el ARNm tiene unos 20-30 nucleótidos se pega al extremo 5’ un nucleótido raro (7-metil guanosina) a modo de caperuza o casquete, el cual es necesario para su unión al ribosoma.

Después que la transcripción ha terminado y la molécula de ARN se ha desprendido del molde de ADN, enzimas especiales adicionan unos 200 nucleótidos de adenina llamada cola poli-A. Por último, antes de que abandone el núcleo tiene lugar el proceso de maduración o splicing, mediante el cual se eliminan los intrones y se empalman los exones, lo cual es promovido por un complejo de proteínas y ARN (son cinco ribonucleoproteínas nucleares pequeñas o snRNP) denominado espliceosoma.

Splicing alternativo: Es importante mencionar que un mismo gen puede producir diferentes proteínas gracias a un splicing alternativo. Mediante este proceso, algunos exones pueden ser eliminados junto con los ingtrones que los flanquean. De esta manera se crean diferentes versiones de ARNm que son traducidas a su vez en diferentes proteínas. Este splicing alternativo no es un proceso aleatorio sino que ha evolucionado de modo que las diferentes proteínas así creadas son todas funcionales. Ello lleva a considerar que con muchos menos genes de los previstos se pueden obtener numerosas proteínas distintas.

Diferencias entre procariotas y eucariotas respecto de la ARN polimerasa: Entre las diferencias que existen entre eucariotas y procariotas respecto de la

transcripción, una destacable es que en los procariotas una sola ARN polimerasa cataliza la biosíntesis de los tres tipos de ARN, mientras que en los eucariotas existen tres ARN polimerasas: para el ARNm , la ARN polimerasa II; para el ARNt, la polimerasa III; y para el ARNr, la polimerasa I.

3. RETROTRANSCRIPCIÓN O TRANSCRIPCIÓN INVERSA.

El dogma central de la biología considera que el flujo de información genética discurre desde el ADN hasta el ARN y desde esta hasta las proteínas, con un bucle ADN-ADN correspondiente a la replicación. Se creía que este esquema era inviolable, pero en la actualidad se han tenido que añadir os nuevas rutas, una correspondiente a la transcripción inversa y la otra a la autorreplicación del ARN.

Se descubrió que todos los virus con ARN que producen tumores, como el virus del SIDA, pueden producir ADN polimerasa dependiente de ARN: esta enzima se conoce con el nombre de transcriptasa inversa o retrotranscriptasa, y es capaz de sintetizar una cadena de ADN complementaria del ARN vírico. Esta enzima es importante porque está implicada en el proceso de infección de una célula por un virus tumorígeno y en la transformación de la célula infectada en célula cancerosa.

Otra modificación al dogma central lo constituyó el descubrimiento de la autorreplicación o autoduplicación del ARN, según la cual un ARN puede actuar de molde y sintetizar otra molécula idéntica a él. Este proceso fue observado en un pequeño número de virus bacteriófagos. Estos fagos de ARN son los fagos más simples que se conocen; uno de ellos, el MS2, sólo dispone de información genética para tres proteínas: la proteína de la cubierta, una proteína de anclaje necesaria para adherirse a la célula que infecta y una parte de la enzima ARN replicasa responsable de la autoduplicación de su ARN.

2

1 ADN ARN PROTEÍNAS 3 5

4

1. Bucle de autorreplicación (replicación)2. Transcripción. 3. Transcripción inversa (retrotranscripción)4. Bucle de autorreplicación (autorreplicación o autoduplicación del

ARN)5. Traducción.