11: Mecanismos de Genética Microbiana
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En 1954, el científico francés y futuro premio Nobel Jacques Monod (1910—1976) dijo con fama: “Lo que es cierto en E. coli es cierto en el elefante”, sugiriendo que la bioquímica de la vida se mantuvo a lo largo de la evolución y se comparte en todas las formas de vida conocidas. Desde la famosa declaración de Monod, hemos aprendido mucho sobre los mecanismos de regulación, expresión y replicación de genes en las células vivas. Todas las células utilizan ADN para el almacenamiento de información, comparten el mismo código genético y utilizan mecanismos similares para replicarlo y expresarlo. Aunque muchos aspectos de la genética son universalmente compartidos, existen variaciones entre los sistemas genéticos contemporáneos. Ahora sabemos que dentro del tema general compartido del mecanismo genético, existen diferencias significativas entre los tres dominios de la vida: Eukarya, Archaea y Bacteria. Adicionalmente, los virus, parásitos celulares pero no ellos mismos células vivas, muestran una variación dramática en su material genético y los procesos de replicación y expresión génica. Algunas de estas diferencias nos han permitido diseñar herramientas clínicas como antibióticos y medicamentos antivirales que inhiben específicamente la reproducción de patógenos pero son inofensivos para sus huéspedes.
- 11.1: ¿Qué son los genes?
- Un gen está compuesto por ADN que es “leído” o transcrito para producir una molécula de ARN durante el proceso de transcripción. Un tipo importante de molécula de ARN, llamado ARN mensajero (ARNm), proporciona la información para que el ribosoma catalice la síntesis de proteínas en un proceso llamado traducción. Los procesos de transcripción y traducción se denominan colectivamente expresión génica.
- 11.2: Replicación de ADN
- El proceso de replicación del ADN es semiconservativo, lo que da como resultado dos moléculas de ADN, cada una con una hebra parental de ADN y una hebra recién sintetizada. En bacterias, el inicio de la replicación ocurre en el origen de la replicación, donde el ADN superenrollado es desenrollado por la ADN girasa, hecho monocatenario por helicasa y unido por proteína de unión monocatenaria para mantener su estado monocatenario.
- 11.3: Transcripción de ARN
- Durante el proceso de transcripción, la información codificada dentro de la secuencia de ADN de uno o más genes se transcribe en una cadena de ARN, también llamada transcripción de ARN. La molécula de ARN monocatenario resultante, compuesta por ribonucleótidos que contienen las bases adenina, citosina, guanina y uracilo, actúa como una copia molecular móvil de la secuencia de ADN original. La transcripción en procariotas y en eucariotas requiere que la doble hélice de ADN se desenrolle parcialmente en la región de la síntesis de ARN.
- 11.4: Síntesis de Proteínas (Traducción)
- La síntesis de proteínas consume más energía de una célula que cualquier otro proceso metabólico. A su vez, las proteínas representan más masa que cualquier otra macromolécula de organismos vivos. Realizan prácticamente todas las funciones de una célula, sirviendo como elementos funcionales (e.g., enzimas) y estructurales. El proceso de traducción, o síntesis de proteínas, la segunda parte de la expresión génica, implica la decodificación por un ribosoma de un mensaje de ARNm en un producto polipeptídico.
- 11.5: Mutaciones
- Una mutación es un cambio heredable en la secuencia de ADN de un organismo. El organismo resultante, llamado mutante, puede tener un cambio reconocible en el fenotipo en comparación con el tipo silvestre, que es el fenotipo más comúnmente observado en la naturaleza. Un cambio en la secuencia de ADN se confiere al ARNm a través de la transcripción, y puede conducir a una secuencia de aminoácidos alterada en una proteína en la traducción.
- 11.6: Cómo los procariotas asexuales logran la diversidad genética
- ¿Cómo crean diversidad genética los organismos cuyo modo reproductivo dominante es asexual? En procariotas, la transferencia génica horizontal (HGT), la introducción de material genético de un organismo a otro organismo dentro de una misma generación, es una forma importante de introducir la diversidad genética. El HGT permite que incluso especies distantemente relacionadas compartan genes, influyendo en sus fenotipos.
- 11.7: Regulación Génica - Teoría de Operones
- El ADN genómico contiene tanto genes estructurales, que codifican productos que sirven como estructuras celulares o enzimas, como genes reguladores, que codifican productos que regulan la expresión génica. La expresión de un gen es un proceso altamente regulado. Mientras que la regulación de la expresión génica en organismos multicelulares permite la diferenciación celular, en organismos unicelulares como los procariotas, asegura que los recursos de una célula no se desperdicien produciendo proteínas que la célula no necesita en ese momento.
Miniatura: ADN Doble Hélice. (Dominio público; Apers0n).