9.8: Respuesta a la Señal Celular - Señalización Celular y Expresión Génica

Objetivos de aprendizaje

• Describir la regulación de la expresión génica

Expresión Génica

Para que una célula funcione correctamente, las proteínas necesarias deben sintetizarse en el momento adecuado. Todas las células controlan o regulan la síntesis de proteínas a partir de información codificada en su ADN. El proceso de activar un gen para producir ARN y proteína se denomina expresión génica.

Ya sea en un organismo unicelular simple o en un organismo multicelular complejo, cada célula controla cuándo y cómo se expresan sus genes. Para que esto ocurra, debe existir un mecanismo para controlar cuándo se expresa un gen para producir ARN y proteína; cuánto de la proteína se hace; y cuándo es el momento de dejar de producir esa proteína porque ya no es necesaria. 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 enrollada para transcribir y traducir el ADN. Las células tendrían que ser enormes si cada proteína se expresara en cada célula todo el tiempo. El control de la expresión génica es extremadamente complejo. Las disfunciones en este proceso son perjudiciales para la célula y pueden conducir al desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer.

Expresión génica procariota versus eucariota

Para entender cómo se regula la expresión génica, primero debemos entender cómo un gen codifica para una proteína funcional en una célula. El proceso ocurre tanto en células procariotas como eucariotas, solo de maneras ligeramente diferentes. Los organismos procariotas son organismos unicelulares que carecen de núcleo celular; su ADN flota libremente en el citoplasma celular. Para sintetizar una proteína, los procesos de transcripción y traducción ocurren casi simultáneamente. Cuando la proteína resultante ya no es necesaria, la transcripción se detiene. Como resultado, el método primario para controlar qué tipo de proteína y qué cantidad de cada proteína se expresa en una célula procariota es la regulación de la transcripción del ADN. Todos los pasos posteriores ocurren automáticamente. Cuando se requiere más proteína, se produce más transcripción. Por lo tanto, en las células procariotas, el control de la expresión génica es principalmente a nivel transcripcional.

Figura\(\PageIndex{1}\): Expresión génica procariota y eucariota: La transcripción y traducción procariota ocurren simultáneamente en el citoplasma; la regulación ocurre a nivel transcripcional. La expresión de genes eucariotas se regula durante la transcripción y el procesamiento del ARN, que tienen lugar en el núcleo, y durante la traducción de proteínas, que tiene lugar en el citoplasma. La regulación adicional puede ocurrir a través de modificaciones postraduccionales de proteínas.

Las células eucariotas, en contraste, tienen orgánulos intracelulares que se suman a su complejidad. En las células eucariotas, el ADN está contenido dentro del núcleo de la célula donde se transcribe en ARN. El ARN recién sintetizado es luego transportado fuera del núcleo al citoplasma donde los ribosomas traducen el ARN en proteína. Los procesos de transcripción y traducción están físicamente separados por la membrana nuclear: la transcripción ocurre solo dentro del núcleo, y la traducción ocurre solo fuera del núcleo en el citoplasma. La regulación de la expresión génica puede ocurrir en todas las etapas del proceso. La regulación puede ocurrir cuando el ADN se desenrolla y se afloja de los nucleosomas para unirse a factores de transcripción (nivel epigenético); cuando el ARN se transcribe (nivel transcripcional); cuando el ARN se procesa y exporta al citoplasma después de ser transcrito (nivel postranscripcional); cuando el ARN es traducido a proteína (nivel de traducción); o después de que la proteína se haya hecho (nivel postraduccional).

Puntos Clave

• Cada célula controla cuándo y cómo se expresan sus genes.
• Las disfunciones en el control de la expresión génica son perjudiciales para la célula y pueden conducir al desarrollo de muchas enfermedades, como el cáncer.
• En las células procariotas, el control de la expresión génica es principalmente a nivel transcripcional.
• En las células eucariotas, el control de la expresión génica está en los niveles epigenético, transcripcional, postranscripcional, traduccional y postraduccional.

Términos Clave

• traducción: un proceso que ocurre en el ribosoma en el que una cadena de ARN mensajero (ARNm) guía el ensamblaje de una secuencia de aminoácidos para hacer una proteína
• expresión génica: la transcripción y traducción de un gen en ARN mensajero y, por lo tanto, en una proteína
• transcripción: la síntesis de ARN bajo la dirección del ADN