8.9: Hacerse más complejo: regulación génica en eucariotas
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En este punto, no vamos a tomar mucho tiempo para entrar en cómo la expresión génica en particular, y la síntesis de polipéptidos en general difieren entre procariotas y eucariotas excepto para señalar algunas de las principales diferencias, algunas de las cuales volveremos a, pero la mayoría será relevante sólo en más especializados cursos. La primera y más obvia diferencia es la presencia de un núcleo, un dominio distinto dentro de la célula eucariota que separa el material genético de la célula, su ADN, del citoplasma. La barrera entre el interior nuclear y el citoplasma se conoce como la envoltura nuclear (no existe tal barrera en las células procariotas, el ADN está en contacto directo con el citoplasma). La envoltura nuclear consiste en dos membranas bicapa lipídicas puntuadas por poros nucleares, complejos macromoleculares (máquinas de proteínas). Si bien las moléculas de peso molecular inferior a ~40,000 daltons generalmente pueden pasar a través del poro nuclear, las moléculas más grandes deben ser transportadas activamente, es decir, en un proceso que se acopla a una reacción termodinámicamente favorable, en este caso la hidrólisis de trifosfato de guanosina (GTP) en lugar de ATP. El movimiento de moléculas más grandes dentro y fuera del núcleo a través de los poros nucleares está regulado por lo que se conoce como localización nuclear y secuencias de exportación nuclear, localizadas dentro de polipéptidos. Estos son reconocidos por proteínas (receptores) asociados con el complejo de poros. Una proteína con una secuencia activa de localización nuclear (NLS) se encontrará en el núcleo mientras que una proteína con una secuencia activa de exclusión nuclear (NES) estará en el citoplasma. Al controlar la actividad de NLS y NES, una proteína puede llegar a acumularse de manera regulada ya sea en el núcleo o en el citoplasma. .Como veremos más adelante las averías de la envoltura nuclear ocurren durante la división celular (mitosis) en muchos pero no en todos los eucariotas. También se ha encontrado que las lágrimas en la envoltura nuclear ocurren cuando las células migran tratando de exprimir a través de pequeñas aberturas 243. Una vez restablecida la integridad de la envoltura nuclear, las proteínas con secuencias NLS y NES regresan a su ubicación apropiada dentro de la célula.
Aparte de las que están dentro de las mitocondrias y cloroplastos, las moléculas de ADN de las células eucariotas se encuentran dentro del núcleo. Una diferencia entre los genes eucariotas y bacterianos es que la región transcrita de genes eucariotas a menudo contiene lo que se conoce como secuencias o intrones intermedios; los intrones involucran secuencias que no codifican un polipéptido. Después de sintetizar un ARN, los intrones se eliminan enzimáticamente, dando como resultado un ARNm más corto. Como punto de interés, qué secuencias se eliminan pueden regularse, esto puede producir múltiples ARNm diferentes a partir del mismo gen, ARNm que codifican polipéptidos algo (y a menudo funcionalmente) diferentes. Además de eliminar intrones, el ARNm se modifica (procesa) adicionalmente en sus extremos 5' y 3'. Solo después de que se haya producido el procesamiento del ARN es el ahora “maduro” ARNm exportado fuera del núcleo, a través de un poro nuclear, a los citoplas donde puede interactuar con los ribosomas. Una diferencia adicional con respecto a las bacterias es que la interacción entre un ARNm maduro y la subunidad ribosómica pequeña implica la formación de un complejo en el que los extremos 5' y 3' del ARNm se juntan en un círculo. El punto importante aquí es que a diferencia de la situación en las bacterias, donde el ARNm se sintetiza en el citoplasma y así puede interactuar inmediatamente con los ribosomas y comenzar la traducción (incluso antes de que termine la síntesis del ARN) la transcripción y la traducción son procesos distintos en los eucariotas. Esto hace que el generación de múltiples ARN funcionalmente distintos (a través del procesamiento de ARNm) a partir de un solo gen posible y conduce a una complejidad significativamente mayor a partir de solo un aumento relativamente pequeño en el número de genes.