16: Expresión génica
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Mientras que cada célula comparte el mismo genoma y secuencia de ADN, cada célula no enciende, ni expresa, el mismo conjunto de genes. Cada tipo de célula necesita un conjunto diferente de proteínas para realizar su función. Por lo tanto, solo un pequeño subconjunto de proteínas se expresa en una célula. Para que las proteínas se expresen, el ADN debe transcribirse en ARN y el ARN debe traducirse en proteína. En un tipo de célula dado, no todos los genes codificados en el ADN se transcriben en ARN o se traducen en proteína porque las células específicas de nuestro cuerpo tienen funciones específicas. Las proteínas especializadas que componen el ojo (iris, cristalino y córnea) solo se expresan en el ojo, mientras que las proteínas especializadas en el corazón (células de marcapasos, músculo cardíaco y válvulas) solo se expresan en el corazón. En un momento dado, sólo un subconjunto de todos los genes codificados por nuestro ADN son expresados y traducidos en proteínas. La expresión de genes específicos es un proceso altamente regulado con muchos niveles y etapas de control. Esta complejidad asegura la expresión adecuada en la célula adecuada en el momento adecuado.
- 16.0: Preludio a la expresión génica
- Cada célula somática en el cuerpo generalmente contiene el mismo ADN. Algunas excepciones incluyen los glóbulos rojos, que no contienen ADN en su estado maduro, y algunas células del sistema inmunitario que reordenan su ADN mientras producen anticuerpos. En general, sin embargo, los genes que determinan si tienes ojos verdes, cabello castaño, y qué tan rápido metabolizas los alimentos son los mismos en las células de tus ojos y tu hígado, a pesar de que estos órganos funcionan de manera bastante diferente.
- 16.1: Regulación de la Expresión Génica
- La regulación de la expresión génica conserva la energía y el espacio. Se requeriría una cantidad significativa de energía para que un organismo exprese cada gen en todo momento, por lo que es más eficiente energéticamente encender los genes sólo cuando se requieren. Además, solo expresar un subconjunto de genes en cada célula ahorra espacio porque el ADN debe desenrollarse de su estructura fuertemente enrollada para transcribir y traducir el ADN.
- 16.2: Regulación de genes procariotas
- El ADN de los procariotas se organiza en un cromosoma circular superenrollado en la región nucleoide del citoplasma celular. Las proteínas que son necesarias para una función específica, o que están involucradas en la misma vía bioquímica, se codifican juntas en bloques llamados operones. Por ejemplo, todos los genes necesarios para usar lactosa como fuente de energía se codifican uno al lado del otro en el operón de lactosa (o lac).
- 16.3: Regulación de genes epigenéticos eucariotas
- La expresión génica eucariota es más compleja que la expresión génica procariota porque los procesos de transcripción y traducción están físicamente separados. A diferencia de las células procariotas, las células eucariotas pueden regular la expresión génica en muchos niveles diferentes. La expresión de genes eucariotas comienza con el control del acceso al ADN. Esta forma de regulación, llamada regulación epigenética, ocurre incluso antes de que se inicie la transcripción.
- 16.4: Regulación de genes de transcripción eucariota
- Al igual que las células procariotas, la transcripción de genes en eucariotas requiere de las acciones de una ARN polimerasa para unirse a una secuencia aguas arriba de un gen para iniciar la transcripción. Sin embargo, a diferencia de las células procariotas, la ARN polimerasa eucariota requiere otras proteínas, o factores de transcripción, para facilitar el inicio de la transcripción. Los factores de transcripción son proteínas que se unen a la secuencia promotora y otras secuencias reguladoras para controlar la transcripción del gen diana.
- 16.5: Regulación génica postranscripcional eucariota
- El ARN se transcribe, pero debe procesarse en una forma madura antes de que pueda comenzar la traducción. Este procesamiento después de que se haya transcrito una molécula de ARN, pero antes de que se traduzca en una proteína, se denomina modificación postranscripcional. Al igual que con las etapas epigenética y transcripcional del procesamiento, esta etapa postranscripcional también se puede regular para controlar la expresión génica en la célula. Si el ARN no se procesa, se traslada o se traduce, entonces no se sintetizará ninguna proteína.
- 16.6: Regulación génica traslacional y postraduccional eucariota
- Después de que el ARN ha sido transportado al citoplasma, se traduce en proteína. El control de este proceso depende en gran medida de la molécula de ARN. Como se discutió anteriormente, la estabilidad del ARN tendrá un gran impacto en su traducción en una proteína. A medida que cambia la estabilidad, también cambia la cantidad de tiempo que está disponible para la traducción.
- 16.7: Cáncer y Regulación Génica
- El cáncer no es una sola enfermedad sino que incluye muchas enfermedades diferentes. En las células cancerosas, las mutaciones modifican el control del ciclo celular y las células no dejan de crecer como lo harían normalmente. Las mutaciones también pueden alterar la tasa de crecimiento o la progresión de la célula a través del ciclo celular. Un ejemplo de una modificación génica que altera la tasa de crecimiento es el aumento de la fosforilación de la ciclina B, una proteína que controla la progresión de una célula a través del ciclo celular y sirve como proteína de punto de control del ciclo celular.
Miniatura: Nucleosomas espaciados para que el ADN quede expuesto. Los factores de transcripción pueden unirse, permitiendo que se produzca la expresión génica. (CC BY 4.0/modificado del original; OpenStax).