Tipos de ARN y sus Funciones
Existen tres tipos principales de ARN, cada uno con un rol crucial en la expresión genética:
- ARN mensajero (ARN-m): Transporta la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas para la síntesis de proteínas.
- ARN ribosómico (ARN-r): Componente esencial de las subunidades ribosómicas.
- ARN transferente (ARN-t): Transporta aminoácidos a los ribosomas en el orden correcto dictado por la información genética para formar proteínas específicas.
El ARN de Transferencia (ARN-t)
Los ARN-t son cadenas cortas de ribonucleótidos plegadas espacialmente mediante el apareamiento de bases complementarias. Esta estructura forma un patrón de «hoja de trébol» con cuatro brazos o bucles de ARN no apareado, cada uno con funciones específicas:
- Brazo Aceptor: Formado por los extremos 5′ y 3′ de la cadena. El extremo 5′ es donde se une el aminoácido a transportar.
- Brazo Aminoacil ARN-t Sintetasa o TFIC: Interactúa con la enzima que une el ARN-t a su aminoácido específico.
- Brazo Anticodón: Es el más importante, ya que permite la unión del ARN-t a un aminoácido específico según la secuencia del codón del ARN-m. El anticodón es una secuencia de tres bases complementaria a un codón del ARN-m. La tercera base del anticodón a menudo es una base modificada (como pseudouridina, metil guanosina, dihidrouridina, etc.).
Elementos Clave en la Traducción
La traducción, el proceso de síntesis de proteínas, involucra los siguientes componentes:
- ARN-m y ARN-t
- Ribosomas
- Aminoacil ARN-t sintetasa, translocasas, peptidasas
- GTP, factores de iniciación y terminación
- Aminoácidos
Mecanismo de la Traducción
1. Activación de Aminoácidos
Cada ARN-t se une a su aminoácido específico mediante la acción de la enzima aminoacil ARN-t sintetasa. Esta enzima cataliza la unión del aminoácido al brazo aceptor del ARN-t, consumiendo una molécula de ATP. Numerosos ARN-t se encuentran unidos a sus aminoácidos antes de que comience la traducción.
2. Iniciación
El ARN-m se une a la subunidad mayor del ribosoma, seguida por la unión de la subunidad menor. Los ribosomas poseen dos sitios para la unión de ARN-t: el Sitio P (peptidil) y el Sitio A (aminoacil). El ARN-m se posiciona de manera que el primer codón (generalmente AUG, que codifica para Metionina) se ubica en el Sitio P. Un ARN-t con Metionina se une al Sitio P, y otro ARN-t con el siguiente aminoácido se une al Sitio A. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos, y el complejo se desplaza, colocando el dipéptido en el Sitio P y liberando el Sitio A.
3. Elongación
Con el Sitio A libre, un nuevo ARN-t, correspondiente al siguiente codón, se une y trae consigo otro aminoácido. Se forma un nuevo enlace peptídico, y el complejo se desplaza nuevamente. Este ciclo se repite mientras el codón en el Sitio A sea significativo.
4. Terminación de la Cadena Polipeptídica
La traducción finaliza cuando aparece un codón de terminación en el Sitio A. En este punto, no se une ningún ARN-t nuevo, el péptido se desprende del ARN-t y se libera al citoplasma. Los ribosomas quedan listos para iniciar una nueva ronda de traducción.
La cadena polipeptídica recién sintetizada comienza a adquirir su estructura secundaria y terciaria mientras se forma. Algunas proteínas requieren procesamiento adicional, como modificaciones o la unión a otros péptidos para formar estructuras cuaternarias, para ser funcionales.
Regulación de la Expresión Génica: El Operón
Cada organismo posee una gran cantidad de genes, pero no todos se expresan simultáneamente ni a lo largo de su vida. La regulación de la expresión génica asegura que los genes se transcriban solo cuando la célula los necesita o después de la diferenciación celular.
Aspectos de la Regulación Génica:
- Diferenciación celular: Proceso por el cual una célula totipotente se especializa. Ciertas partes del genoma se bloquean irreversiblemente en cada linaje celular. La reversibilidad de este proceso ocurre en el cáncer, donde una célula diferenciada recupera su totipotencia.
- Respuesta a factores ambientales: La regulación génica también responde a estímulos ambientales que generan necesidades celulares.
El mecanismo de regulación génica en organismos superiores aún no se comprende completamente. Sin embargo, el modelo del operón, propuesto por F. Jacob y J. L. Monod para procariotas, ha sido fundamental para entender la regulación génica en bacterias.
El Modelo del Operón
Este modelo postula la existencia de:
- Región Promotora (Promotor): Sitio de unión para la enzima ARN polimerasa, necesaria para la transcripción del gen.
- Región Operadora (Operador): Ubicada cerca del promotor, a la cual puede unirse una proteína represora.
- Gen Regulador: Codifica para la proteína represora.
- Inductores: Sustancias químicas que bloquean al represor, liberando el operador y permitiendo la transcripción.
Para que la transcripción ocurra, se deben cumplir dos condiciones:
- La ARN polimerasa debe unirse al promotor.
- El operador debe estar libre (el represor no debe estar unido a él).
Si alguna de estas condiciones no se cumple, la transcripción se detiene. Las células regulan la transcripción modificando la unión del represor al operador o alterando la forma del promotor, controlando así la síntesis de proteínas y la expresión génica.
Aunque los operones como tales no parecen existir en organismos complejos, es probable que cada gen posea sistemas individuales de promotores y operadores. Los intrones y las secuencias repetidas también podrían desempeñar un papel en la regulación génica en eucariotas.