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1.3: Brevemente, Genética

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    Algunos Términos Básicos

    El ADN es un polímero de ácido nucleico bicatenario que es el principal material hereditario en la mayoría de los organismos vivos. Cada cadena de ADN está compuesta por nucleótidos unidos covalentemente. Cada nucleótido está compuesto por un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada. El enlace covalente entre los nucleótidos ocurre entre el azúcar de un nucleótido y el fosfato del siguiente. En el ADN, hay un solo tipo de azúcar pero 4 tipos de bases. Estas bases -adenina, timina, citosina y guanina- dan a cada nucleótido su nombre (abreviado A, T, C y G).

    Las dos cadenas de ADN están unidas entre sí por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas. Cada base nitrogenada tiene una base “complementaria”. A se empareja con T, y C se empareja con G. Si pensamos en una cadena de ADN que tiene una orientación de azúcar-fosfato-azúcar-fosfato-azúcar-fosfato entonces la segunda hebra de la molécula tiene una orientación de fosfato-azúcar-fosfato-azúcar-fosfato-azúcar. A este tipo de orientación le llamamos antiparalelo y nos referimos a las dos hebras como complementos inversos. La complementariedad inversa se refiere tanto a su orientación opuesta (inversa) como al patrón de unión A=T G=C (complemento).

    El ARN tiene una estructura similar, aunque normalmente se encuentra como una sola hebra. Es capaz de formar cadenas dobles (o incluso estructuras más complejas, por ejemplo ARNt) a través de enlaces de hidrógeno con secuencias de complemento inversas. Puede enlazar hidrógeno consigo mismo o con otras moléculas de ARN.

    El dogma central de la biología molecular

    En su mayor parte cuando pensamos en Genética Molecular estamos pensando en hacer proteínas funcionales a partir de un gen codificado en el ADN, aunque algo de ARN es funcional por sí solo.

    La producción de proteína a partir de un código de ADN ocurre a través de dos procesos altamente regulados: La transcripción usa ARN polimerasa para hacer una molécula de ARNm monocatenario a partir de una cadena de una molécula de ADN bicatenario. La traducción utiliza un ribosoma para elaborar un péptido (parte o la totalidad de una proteína) a partir del ARNm (Figura 1).

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    Figura 1: El dogma central de la biología molecular por Kristina Vu y Ajna Rivera. Un archivo svg editable de esta figura se puede descargar aquí: https://scholarlycommons.pacific.edu/open-images/5/

    Nota al margen rápida porque muchas personas están confundidas por algunos de los términos que usamos en genética, evolución y desarrollo. Un gen se refiere a una pieza de ADN que codifica ARN. Este ARN es a menudo un ARNm pero también puede ser un ARNt, ARNr, ARNmc, miARN o un tipo diferente de ARN “no codificante”. El ARNm es ARN que codifica para proteínas. “La mayoría de las veces “" expresión génica "” se refiere a la producción de ARNm y/o las proteínas para las que codifican.” La expresión génica es el proceso de usar ADN para hacer un producto funcional. Como probablemente sabrás, la mayoría de las células de tu cuerpo son genéticamente idénticas (más o menos); “comparten un genoma”. Sin embargo, tus celdas tienen funciones muy diferentes. Estas diferentes funciones son impulsadas por diferentes entornos y diferentes perfiles de expresión génica, es decir, las células expresan diferentes genes. Por ejemplo, podríamos esperar encontrar mucha proteína Miosina en las células musculares pero mucha proteína Aquaporina en las células renales.

    La regulación de la expresión génica (epigenética)

    La expresión génica se regula en tres niveles principales (que se pueden subdividir en muchos muchos subniveles). La transcripción misma puede ser regulada (a menudo nos referimos a esto como activar o desactivar un gen). La regulación de la transcripción es el trabajo de los factores de transcripción, también conocidos como factores de “acción trans”. Se trata de moléculas difusibles, a menudo proteínas, que actúan de muchas maneras diferentes para subir o bajar la velocidad de transcripción de un gen en particular. Algunos factores de transcripción se unen directamente a secuencias cis-reguladoras, trozos de ADN generalmente cerca de la región codificante de un gen, e influyen en la capacidad de la ARN polimerasa para unirse al promotor del gen. Pueden hacerlo interactuando directamente con proteínas involucradas en el reclutamiento de ARN polimerasa (por ejemplo, TFIID y Mediador), o cambiando la accesibilidad del promotor (por ejemplo, bloqueando físicamente el promotor, agregando o eliminando grupos metilo, o interactuando con histonas y unión a histonas proteínas). Algunos factores de transcripción se unen a otros factores de transcripción y afectan su capacidad para unirse al ADN.

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    Figura 2: Regulación transcripcional. Un archivo svg editable de esta figura se puede descargar aquí: https://scholarlycommons.pacific.edu/open-images/7/

    El segundo nivel principal de regulación de la expresión génica es la regulación traduccional. Esto incluye cualquier tipo de reguladores que afecten la cantidad de proteína/péptido producido por una sola molécula de ARNm. Hay dos formas muy bien estudiadas de que esto suceda. El primero es a través de la interferencia de ARN (ARNi), de la que quizás hayas oído hablar. La ARNi utiliza fragmentos cortos de ARN no codificante que son exactos o muy cercanos a complementos inversos a parte de una secuencia de ARNm. Esto se dirige al ARNm para su destrucción o bloquea la traducción. 1 La segunda forma bien estudiada de regular la traducción es a través de proteínas de unión a ARN. Estas proteínas a menudo se unirán a secuencias específicas que se encuentran fuera de la región codificante de proteínas en los ARNm. Estas regiones se llaman las regiones no traducidas o “UTR”. Las proteínas que se unen aquí pueden

    1. Desestabilizar el ARNm, disminuyendo los niveles de traducción.
    2. Estabilizar el ARNm, elevando los niveles de traducción.
    3. Localizar el ARN a una parte específica de la célula.
    4. Bloquear o inhibir la unión de factores de traducción, disminuyendo los niveles de traducción.
    5. Reclutar factores de traducción, elevar los niveles de traducción. 2
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    Figura 3: Regulación traslacional. Un archivo svg editable de esta figura se puede descargar aquí: https://scholarlycommons.pacific.edu/open-images/8/

    El tercer y último nivel principal de regulación de la expresión génica es el nivel postraduccional. Este nivel abarca la mayor parte de lo que pensamos como vías de transducción de señales, o las interacciones proteína-proteína y proteína-molécula pequeña que afectan la estabilidad y función de las proteínas. Esto puede incluir tanto la modificación covalente de la proteína (por ejemplo, fosforilación, desfosforilación, glicosilación o escisión proteolítica) como la modificación no covalente (por ejemplo, inhibición o activación alostérica, formación de homo y heterodímeros). 3 Si no estás seguro de lo que significan estos términos en este momento, está bien, la mayoría de ellos no cubriremos y los que cubrimos son más fáciles de entender en contexto a medida que aprendes sobre las vías de transducción de señales.

    Referencias

    1. “Mecanismos de silenciamiento génico por ARN bicatenario”, 2004, Nature, Gunter Meister & Thomas Tuschl, doi:10.1038/naturaleza02873
    2. “Un nuevo mundo valiente de proteínas de unión a ARN”, 2018, Nature Reviews: Molecular Cell Biology, Matthias W. Hentze, Alfredo Castello, Thomas Schwarzl & Thomas Preiss doi:10.1038/nrm.2017.130
    3. “Tres hábitos de vías de señalización altamente efectivas: principios de control transcripcional por señalización celular del desarrollo”, 2002, Genes y Desarrollo, Scott Barolo y James W. Posakony, 10.1101/gad.976502

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