14.1: ¿Qué es la expresión genética?

Descripción general

La expresión génica es el proceso en el que el ADN dirige la síntesis de productos funcionales, es decir, proteínas. Las células pueden regular la expresión genética en varias etapas. Permite a los organismos generar diferentes tipos de células y permite que las células se adapten a factores internos y externos.

La información genética fluye del ADN al ARN y a la proteína

Un gen es un tramo de ADN que sirve como modelo para el ARN y las proteínas funcionales. Dado que el ADN está formado por nucleótidos y las proteínas por aminoácidos, se requiere un mediador para convertir la información codificada en el ADN en proteínas. Este mediador es el ARN mensajero (ARNm). El ARNm copia el modelo del ADN mediante un proceso llamado transcripción. En los eucariotas, la transcripción se lleva a cabo en el núcleo mediante emparejamiento de bases complementarias con el molde de ADN. Luego, el ARNm se procesa y se transporta al citoplasma, donde sirve como plantilla para la síntesis de proteínas durante la traducción. En los procariotas, que carecen de núcleo, los procesos de transcripción y traducción ocurren en el mismo lugar y casi simultáneamente, ya que el ARNm recién formado es susceptible a una rápida degradación.

La expresión genética se puede regular en cualquier etapa durante la transcripción

Cada célula de un organismo contiene el mismo ADN y, en consecuencia, el mismo conjunto de genes. Sin embargo, no todos los genes de una célula se “activan” ni se utilizan para sintetizar proteínas. Se dice que un gen está "expresado" cuando la proteína que codifica es producida por la célula. La expresión genética está regulada para garantizar la generación adecuada de proteínas en células específicas en momentos específicos. Varios mecanismos intrínsecos y extrínsecos regulan la expresión genética antes y durante la transcripción.

La estructura de la cromatina,ADN compactado y sus proteínas histonas asociadas, se puede modificar químicamente para que esté abierta o cerrada. Tales modificaciones permiten o restringen el acceso de la maquinaria transcripcional al ADN. La modificación de la cromatina es un mecanismo intrínseco empleado durante el desarrollo para formar diferentes tipos de células (por ejemplo, neuronas versus células musculares) a partir del mismo genoma.

Las proteínas de unión al ADN, llamadas factores de transcripción, regulan la transcripción uniéndose a secuencias de ADN específicas cerca o dentro de las regiones codificantes de los genes. Los factores de transcripción que promueven el inicio de la transcripción se denominan activadores. Las proteínas que impiden que la maquinaria de transcripción se una al sitio de inicio de la transcripción se denominan represores. Los activadores o represores transcripcionales responden a estímulos externos como moléculas de señalización, deficiencias nutricionales, temperatura y oxígeno.

La expresión genética puede regularse postranscripcionalmente y postraduccionalmente

La expresión génica puede regularse mediante el procesamiento postranscripcional del ARNm. En eucariotas, el ARNm transcrito sufre empalmes y otras modificaciones que protegen los extremos de la cadena de ARN de la degradación. El empalme elimina los intrones, segmentos que no codifican proteínas, y une las regiones codificantes de proteínas llamadas exones. El empalme alternativo permite la expresión de proteínas funcionalmente diversas del mismo gen. La regulación de la expresión genética mediante empalme alternativo juega un papel importante en el desarrollo de órganos, la supervivencia y proliferación celular y la adaptación a factores ambientales.

La expresión genética también puede alterarse regulando la traducción del ARNm en proteínas. La traducción puede regularse mediante microARN,ARN pequeños no codificantes, que se unen a una secuencia de ARNm específica y bloquean el inicio de la traducción o degradan el ARNm transcrito. Además, las proteínas llamadas represores de la traducción pueden unirse al ARN e interferir con el inicio de la traducción.

Los polipéptidos traducidos se procesan para formar proteínas funcionales. La adición o eliminación de grupos químicos puede alterar la actividad, estabilidad y localización de proteínas en una célula. Por ejemplo, la adición o eliminación de grupos fosforilo (–PO₃^2-) puede activar o inactivar proteínas. De manera similar, la adición de grupos de ubiquitina provoca la degradación de proteínas. Por tanto, las modificaciones de proteínas postraduccionales son la etapa final de la regulación genética.

- [Instructor] Casi todas las células del cuerpo

contienen el genoma completo, pero en realidad sólo algunos

genes

se expresan en proteínas,

y éstas difieren entre las células.

Por ejemplo, las neuronas y las células musculares

expresan diferentes genes, lo que les permite tener

diferentes funciones especializadas.

El proceso de expresión génica comienza con la

transcripción,

cuando el ADN actúa como modelo para la síntesis de ARN.

La transcripción del ARN se somete entonces a un empalme,

la eliminación de secuencias de intrones no codificantes,

dejando los exones codificadores.

El resultado final es ARN mensajero, ARNm,

que luego viaja al ribosoma en células eucariotas.

Aquí, la transferencia de ARN, moléculas de ARNt,

traducir los tres codones de nucleótidos en el ARNm,

en una secuencia de aminoácidos.

La cadena de polipéptidos resultante de los aminoácidos

se somete normalmente a un procesamiento posterior para

convertirse en

una proteína funcional.

La expresión génica puede ser regulada en cualquier momento

de este proceso.

Por ejemplo, las modificaciones epigenéticas que alteran

la estructura de la molécula de ADN,

sin cambiar su secuencia,

pueden inhibir o promover la transcripción de ciertos genes.

Además, una vez que se transcribe un gen,

la traducción puede ser inhibida, por ejemplo,

por pequeños ARNs reguladores, impidiendo que el gen se

exprese en proteínas.