¿Cómo se expresa un gen para producir una proteína?

La expresión génica es un proceso celular mediante el cual la información codificada en un gen particular se utiliza para producir una proteína funcional o una molécula de ARN. Ocurre en todas las formas de vida conocidas, incluyendo eucariotas, procariotas y virus. La transcripción de un gen en una molécula de ARNm y la traducción del ARNm en una cadena de polinucleótidos de una proteína funcional se conocen como el dogma central de la biología molecular. La expresión génica se puede regular en varios pasos del proceso, como la transcripción, las modificaciones post-transcripcionales, la traducción y las modificaciones post-traduccionales. La expresión diferencial de los genes permite que la célula produzca la cantidad necesaria de proteínas para el funcionamiento de la célula..

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué es la expresión génica?
     - Definición, Transcripción, Traducción
2. ¿Cómo se regula la expresión génica?
     - Definición, regulación en eucariotas y procariotas.

Términos clave: eucariotas, expresión génica, ARNm, procariotas, proteínas, transcripción, traducción

¿Qué es la expresión génica?

La expresión génica es el proceso mediante el cual se utilizan instrucciones genéticas para sintetizar productos genéticos. En general, la información fluye desde el ADN al ARNm a la proteína. Los dos pasos principales de la expresión génica son la transcripción y la traducción. El dogma central de la biología molecular se muestra en Figura 1.

Figura 1: Dogma central de la biología molecular.

Transcripción

La transcripción se refiere al proceso de copiar la información de un gen en una nueva molécula de ARN. Es el primer paso de la expresión génica tanto en eucariotas como en procariotas. La ARN polimerasa es la enzima involucrada en la transcripción. Se producen tres tipos diferentes de ARN durante la transcripción: ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr). El ARNm transporta la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. El ARNt es un ARN adaptador que sirve como enlace físico entre el ARNm y los aminoácidos. El ARNr forma las partes integrales del ribosoma. El proceso de transcripción se muestra en Figura 2.

Figura 2: Transcripción

Sin embargo, en algunos virus, el material genético es un ARN de sentido negativo. Aquí, la ARN polimerasa dependiente de ARN transcribe el ARN de sentido negativo en un ARNm.  

Modificaciones post-transcripcionales

Las modificaciones postranscripcionales se refieren al proceso de conversión del transcrito de ARN primario en una molécula de ARNm madura. Se producen principalmente en la expresión génica eucariótica. La molécula de ARNm producida por la transcripción se conoce como la transcripción del ARN primario o pre-ARNm. Se procesa para producir la molécula de ARNm madura durante cuatro pasos: recubrimiento de 5 ', poliadenilación y corte y empalme alternativo. los Taponamiento de 5 ' es la adición de un GTP al extremo 5 'de la molécula pre-ARNm. Poliadenilación es la adición de una cola poli-A al extremo 3 'de la molécula pre-ARNm. Tanto la tapa 5 'como la cola poli-A evitan la degradación de la molécula de ARNm. Los genes eucariotas consisten en intrones y exones. Sólo los intrones están codificados para la secuencia de aminoácidos de un gen. Por lo tanto, los exones se eliminan durante el empalme de ARN. Splicing alternativo es la producción de secuencias codificantes de varias cadenas polipeptídicas mediante la combinación de diferentes patrones de intrones. La modificación postranscripcional en ARNm eucariota se muestra en figura 3.

Figura 3: Modificaciones Post-transcripcionales

La mayoría de los genes procarióticos se producen en grupos conocidos como operones. Los operones consisten en varios genes relacionados funcionalmente regulados por un solo promotor. Se transcriben para producir una molécula de ARNm policistrónica que sintetiza varias proteínas relacionadas funcionalmente..

Traducción

La traducción se refiere al proceso donde el código genético transportado por una molécula de ARNm se decodifica, produciendo una cadena polipeptídica de una proteína particular. Se produce en el citoplasma por los ribosomas. Un sistema de tres aminoácidos está involucrado en la determinación de cada aminoácido en la cadena polipeptídica. Los tres nucleótidos en el ARNm que representan un aminoácido se conocen como un codón. El sistema completo de codones se conoce como el código genético. Las diferentes moléculas de ARNt contienen anticodones que se fijan con cada codón en el ARNm. Por lo tanto, llevan el correspondiente aminoácido para la síntesis de la cadena polipeptídica. La traducción se muestra en Figura 4.

Figura 4: Traducción

Modificaciones post-traduccionales

Las modificaciones postraduccionales son la modificación covalente y enzimática de la cadena polipeptídica de una proteína funcional. Se añaden diferentes polisacáridos, lípidos o grupos inorgánicos para producir una proteína funcional. Estas modificaciones se conocen como glicosilación, fosforilación, sulfatación, etc. También se pueden agregar diferentes cofactores para regular la función de la proteína. Las modificaciones postraduccionales de la proteína de insulina se muestran en Figura 5.

Figura 5: Modificaciones post-traduccionales

¿Cómo se regula la expresión génica?

La célula regula la expresión del gen para aumentar o disminuir la cantidad de proteínas producidas dentro de la célula. En eucariotas, se puede lograr a través de los diversos pasos de la expresión génica, como la transcripción, las modificaciones postranscripcionales, la traducción y las modificaciones postraduccionales. Sin embargo, en procariotas, la regulación de la expresión génica se logra durante el inicio de la expresión génica..

Conclusión

La producción de proteínas funcionales dentro de la célula se logra a través de la expresión de genes en el genoma. Los dos pasos principales de la expresión génica son la transcripción y la traducción en todo tipo de organismos vivos, incluidos los eucariotas, procariotas y virus. La transcripción es la producción de una molécula de ARNm basada en la secuencia de nucleótidos del gen. La traducción es la producción de una cadena polipeptídica basada en la secuencia de codones de la molécula de ARNm. En los eucariotas, la expresión génica puede regularse en los niveles de transcripción y traducción. Sin embargo, la expresión génica en procariotas se regula durante el inicio de la transcripción..

Referencia:

1. “10.3.1 Expresión génica y síntesis de proteínas”. Plantas en accion, Disponible aquí.

Imagen de cortesía:

1. "El dogma central de la bioquímica molecular con enzimas" por Dhorspool en es.wikipedia (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
2. "Proceso de transcripción (13080846733)" Por Genomics Education Program - Proceso de transcripción (CC BY 2.0) a través de Commons Wikimedia
3. “Figura 15 03 02" por CNX OpenStax - (CC BY 4.0) a través de Commons Wikimedia
4. “0324 traducción de ADN y codones” por OpenStax - (CC BY 4.0) a través de Commons Wikimedia
5. "Ruta de la insulina" Subido por Fred the Oyster (CC BY-SA 4.0) a través de Commons Wikimedia