REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

Estructura del ADN

Para repasar la estructura del ADN recordemos que es un ácido desoxirribonucleico y está formado por dos cadenas enrolladas entre sí a modo de hélice . Cada cadena está formada por un eje azúcar fosfato, entre las desoxirribosas y un grupo fosfato y hacia el interior cada desoxirribosa está unida a una base nitrogenada (adenina / citocina / timina y guanina)

ADN (ácido desoxirribonucleico)

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la molécula que contiene la información genética de todos los seres vivos, incluso algunos virus.  Esto es como un libro de recetas, que llevan todas las instrucciones necesarias para saber como hacer proteínas, todas las proteínas de nuestro cuerpo, desde las que forman la piel hasta el hígado y no solo las de la estructura de las células sino también las que cumplen funciones de degradación de ciertos compuestos, o síntesis de lípidos o respiración de las células en las mitocondrias, todas ellas en la información dada por el ADN

El nombre viene de su estructura. El ADN tiene una parte central con un azúcar y un fosfato, a la que se enlazan unas moléculas llamadas bases. La desoxirribosa se refiere al azúcar, y el nucleico es el ácido formado por el fosfato y la base nitrogenada. Estas bases pueden ser de 4 tipos: Adenina, citosina, timina y guanina, nombradas normalmente como A, C, T, G. Y el orden en que se combinen una después de la otra, es lo que codifica la información genética.

El ADN se organiza estructuralmente en cromosomas. A nivel funcional se organiza en genes, que son piezas de ADN que generan características físicas específicas, como el color de la piel o el pelo, forma de las orejas, talla, peso, etc.

Estas características no vienen directamente del propio ADN, sino de una molécula llamada ARN, formada a partir del ADN, y codifica una proteína. Esto es lo que se llama el dogma central de la biología molecular: en el ADN hay genes que generan ARNs mensajeros, y estos generan proteínas. Y esto es lo que da las diferentes características físicas que observamos en individuos, como el color de ojos, o la altura.

Estructura:

Los Ácidos Nucleicos entonces:

“Almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria.”

Los ácidos nucleicos están formados por:

  1. Bases nitrogenadas. Citosina, timina, guanina, adenina, uracilo.
  2. Grupo fosfato.
  3. Azucares

Tipos de ácidos nucleicos

ADN (ácidos desoxirribonucleico)

Su estructura entonces es como la de una escalera torcida en espiral, donde los ejes de la escalera serían los azúcares (desoxirribosa) unidos al fosfato y los peldaños son las bases nitrogenadas (A, C, G y T) unidas entre sí por puentes de hidrogeno.

Si miramos solo un lado de la cadena, sería una serie sucesiva de bases que van en un sentido y si miramos el otro lado de la escalera es igual, pero en sentido inverso, de esta forma se pueden unir las bases nitrogenadas entre si por esos puentes de hidrógeno de manera complementaria. Así siempre la Adenina (A) se puede aparear de manera complementaria con la Timina (T), y lo mismo ocurre con la citocina (C) y la guanina (G). Esta norma es fundamental, no pueden aparearse de otra forma, por ejemplo la G con A.

Entre la A y la T se forman dos puentes de hidrógeno, pero entre la C y la G se forman tres puentes de hidrógeno

ARN (ácido ribonucleico)

Es monocatenario, es decir, de una sola cadena, expresa la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas de un individuo. La pentosa del ARN es ribosa y sus bases nitrogenadas son: Adenina, citosina, guanina y uracilo. 

Algunos tipos de ARN

ARN mensajero (ARNm) Se sintetiza en el “Núcleo de la célula” y sus secuencias de bases es complementaria de un fragmento de una de las cadenas del ADN. Traslada la información desde el núcleo de la célula hasta el citoplasma donde se asocia al ribosoma. Una vez cumplida su misión se destruye.

Otros tipos de ARN son el ARNr ribosomal que se asocia a proteínas para formar los ribosomas (fábricas de proteínas) y los ARNt de transferencia, que es quien trae a cada uno de los aminoácidos que formarán parte de la proteína o polipéptido.

Durante la replicación del ADN, el ADN se desenrolla para que pueda ser copiado. En otros puntos del ciclo celular, secciones puntuales del ADN también se desenrollan cuando es necesario para que distintos juegos de instrucciones se usen en la fabricación de proteínas y para otros procesos biológicos. Pero, durante la división celular, el ADN se encuentra en su forma compacta de cromosoma para hacer posible la transferencia a nuevas células.

Los investigadores llaman ADN nuclear al ADN encontrado en el núcleo de la célula. El conjunto completo de ADN nuclear de un organismo se conoce como su genoma.

Además del ADN ubicado en el núcleo, los seres humanos y otros organismos complejos también tienen una pequeña cantidad de ADN en otras estructuras celulares adicionales conocidas como mitocondria. Las mitocondrias son las factorías de las células, generando la energía que la célula necesita para funcionar correctamente.

En la reproducción sexual, los organismos heredan la mitad de su ADN nuclear del padre y la mitad de la madre. No obstante, los organismos heredan todo su ADN mitocondrial de la madre. Esto ocurre porque sólo los óvulos, y no los espermatozoides, conservan su mitocondria durante la fecundación.

Genoma

En el caso de los seres humanos, la colección completa de ADN, o el genoma humano, consta de 3 mil millones de bases organizados en 23 pares de cromosomas, y conteniendo alrededor de 20,000 genes.

Una secuencia discreta de ADN que contiene las instrucciones para elaborar una proteína se conoce como gen. El tamaño de un gen puede variar enormemente, desde aproximadamente 1,000 bases hasta 1 millón de bases en los seres humanos. Los genes sólo forman aproximadamente el 1 por ciento de la secuencia de ADN. Otras secuencias reguladoras de ADN dictan cuándo, cómo y en qué cantidad se elabora cada proteína. La mayoría de las secuencias del genoma humano no tienen una función conocida.

Duplicación del ADN

Estructura básica del ADN las cadenas se unen a través de lasa bases que son complementarias, Citocina con Guanina: a través de tres puentes de hidrógeno, y Adenina con Timina a través de dos. FUENTE: AQUI

La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula de ADN. La replicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación a la siguiente y, por ende, es la base de la herencia. El mecanismo consiste esencialmente en la separación de las dos hebras de la doble hélice, las cuales sirven de molde para la posterior síntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que llevará por nombre ARNm. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original. Este tipo de replicación se denomina semiconservativa debido a que cada una de las dos moléculas resultantes de la duplicación presenta una cadena procedente de la molécula “madre” y otra recién sintetizada

Como podemos observar en las imágenes, para que el ADN se duplique ambas cadenas son separadas por un enzima llamada Helicasa

La enzima que sintetiza ADN uniendo a los nucleótidos complementarios a la cadena molde, es la ADN polimerasa

Una contra que tiene esta enzima es que no puede iniciar la síntesis, porque no puede unir dos nucleótidos libres, por eso necesita que haya una pequeña fracción ya sintetizada conocida como primer o cebador. Esto lo sintetiza la ARN polimerasa, que hace un pequeño fragmento de ARN. Ese fragmento lo hace la ARN polimerasa o primasa.  Luego es removido y reemplazado por ADN.

Desnaturalización del ADN

La doble hélice puede desespiralizarse in vitro mediante calor, pH extremos y otras condiciones (urea, hidróxido de sodio, etc.) en un proceso denominado fusión (melting). Oscila entre 45 y 70 grados. Se puede calcular su punto de fusión, que es característico y dependiente de la proporción A/T versus G/C, debido al hecho que hay sólo dos puentes de hidrógeno en la unión A/T, y tres en la G/C, unión más estable.

Esta característica será de importancia a la hora de querer separar las cadenas de ADN, esto se logra con calor, sometiendo a la muestra a 90 grados, por ejemplo.

Esta característica será útil a la hora de realizar una PCR, ya que para que se sintetice ADN necesitamos las cadenas separadas para que cada una sirva de molde para sintetizar una nueva y/o para usar una sonda marcada, por ejemplo

¿De donde sacamos ADN? ¿Como se obtiene?

El ADN al estar en todos los núcleos de las células, excepto los glóbulos rojos, se puede obtener de todos los tejidos, piel, uñas, pelo, sangre, saliva, semen, etc.

Hay varios métodos para extraer ADN de esos tejidos, algunos muy complejo y otros mas simples, pero en los laboratorios de diagnóstico se usan Kits de extracción con los pasos y soluciones necesarias para realizarlo. Mínimamente se necesitará un centrifuga tubos y pipetas y las soluciones que vienen preparadas en el Kit

Así se ve el ADN ese pequeño pellet casi transparente que al disolverse en el buffer ya es imposible verlo.

¿Entonces como los vemos?

Recién podremos verlo al hacer geles de agarosa y teñirlo con un colorante como el bromuro de etidio que es fluorescente bajo luz UV

ADN en un microtubo se ve como una maraña en medio del agua y gel de agarosa con bromuro de etidio en foro blanco y negro.

El ADN migrará y se separa en fragmentos porque tiene carga negativa migrando al polo positivo en un electroforesis

ADN estructura

y otro sobre Watson y Crick y la historia del descubrimiento del ADN:

¿Cómo se duplica al ADN y para qué?

Duplicación del ADN Imagen original de Brooks Cole 2001 modificada por Gabriela Iglesias
Duplicación del ADN Imagen original de Brooks Cole 2001 modificada por Gabriela Iglesias

El ADN debe duplicarse en cada ciclo celular para que cada célula hija mantenga la misma cantidad y cualidad de información. Esta replicación se produce durante la fase S del ciclo celular, es decir que cada célula antes de dividirse a través del proceso conocido como mitosis, debe duplicarse para que cada célula hija tenga exactamente la misma cantidad de ADN que la célula madre y ademas debe tener el ADN intacto es decir no haber sufrido mutaciones para que ambas células hijas sean iguales. El ADN para poder duplicarse, cada una de las hebras de la doble hélices sirve de molde para la síntesis de una nueva. Al final de este proceso cada una de las dos nuevas cadenas de ADN tiene una cadena o hebra de nueva y la que le sirvió de molde (vieja). El Proceso de replicación es complejo y en el intervienen una serie de enzimas. Existen sitios específicos donde comienza la replicación denominados orígenes de replicación. Cuando comienza se forma una burbuja de replicación que contiene dos horquillas. Un breve resumen de las enzimas que participan y como lo hacen se representa en una animación donde se pueden ver las enzimas ADN polimerasa encargada de la adición de nucleótidos por complementariedad, la helicasa que abre la horquilla, la ARN polimerasa que es quien comienza la replicación ya que puede unir dos nucleótidos libres y forma un pequeño fragmento de ARN, que luego es removido por una exonucleasa y la ADN polimerasa lo reemplaza por ADN, sellando el eje azúcar fosfato mediante la ligasa. Una buena fuente didáctica para verlo está aquí

En el caso de los eucariotas como el ADN es tan extenso, estirado llega a medir 2m, es necesario que se formen muchas horquillas de replicación en varias partes al mismo tiempo, eso se denominan burbujas de replicación. Cada burbuja tiene dos horquillas de replicación en dirección opuesta

Burbuja de replicación
Burbuja de replicación. Fuente Chemis 2000

Para más detalles sobre las ADN polimerasas tanto en bacterias como en eucariotas ver aquí

¿Qué es la transcripción?

La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza un ARN usando como molde al ADN. Muchos tipos de ARN pueden ser sintetizados asì por la enzima ARN polimerasa, el ARN ribosomal el de transferencia, los pequeños ARN nucleares o citoplasmáticos y por supuesto los ARN mensajeros, que serán luego traducidos a una cadena polipeptídica. El proceso de la transcripción de los mensajeros es diferente en procariotas y eucariotas. Esto es debido a las diferencias propias entre los genes de las bacterias y los de las celulas de animales superiores.

Factores de transcripción que estimulan la ARN polimerasa a transcribir sintetizando el ARN mensajero. Crédito Francisco Navarro de Scientific American INC.
Factores de transcripción que estimulan la ARN polimerasa a transcribir sintetizando el ARN mensajero. Crédito Francisco Navarro de Scientific American INC.
Factores de transcripción y ARN polimerasa comenzando la transcripción de Home scarlet be
Factores de transcripción y ARN polimerasa comenzando la transcripción de Home scarlet be

En los organismos superiores se describe el proceso en el siguiente video.

Los genes eucariotas son complejos y discontinuos es decir que poseen regiones codificantes (que formarán parte de la proteína) y otros que son no codificantes y se remueven rápidamente antes que el ARN salga al citoplasma a ser traducido. Las regiones codificantes se llaman EXONES y las no codificantes se llaman INTRONES.

La transcripción comienza en el punto 0 (cero)  muy cerca del promotor y termina en las bacterias en una secuencia llamada terminadora. La polimerasa al copiar esa región de ADN, se enlentece y se desprende del molde. En algunos casos hay una proteína que ayuda en ese proceso denominada Rho.

Adición de la cola poly A por Melisa Chazarreta
Adición de la cola poly A por Melisa Chazarreta

Un esquema del ARN transcripto de esa región terminadora se pliega en el espacio formando una horquilla, ya  que el ARN es de cadena simple.

sec terminadora procariota
sec terminadora procariota

La secuencia de la transcripción en eucariotas en cambio no se conoce ya que antes está la secuencia de polyadenilación, que se relata más abajo.

Ademas el ARN m sufre modificaciones luego de ser transcrito como la adición del Cap y la cola poly A como se ve el siguiente

 

El proceso en el cual se eliminan los intrones y empalman los exones se denomina SPLICING que se ve en el siguiente video:

Organización de un gen eucariota simple (Unidad de Transcripción simple)

Secuencias de importancia en la transcripción y luego para la traducción de proteínas. Por Gabriela Iglesias
Secuencias de importancia en la transcripción y luego para la traducción de proteínas. Por Gabriela Iglesias

A su vez los genes eucariotas suelen organizarse como Unidades de Transcripción complejas, es decir que un gen no es tan simple como se creía antes sino que puede poseer más de un sitio para iniciar la transcripción que será reconocido en distintos tejidos segun la proteína específica para ese tejido y/o poseer mas de una señal de polyadenilación o sufrir splicing alternativo. Es decir que en algunos tejidos puede ser eliminado junto a intrones un exón que sin embargo es necesario en otros. Por ello se denomina alternativo, puede ser distinto en diferentes tipos celulares.

En cambio en las bacterias (procariotas) los genes se transcriben juntos en un mismo ARNm denominado policistrónico. Esto es porque el genoma es mucho más pequeño y así los genes que codifican proteínas relacionadas en una misma vía metabólica se transcriben todos al mismo tiempo para luego traducirse juntos también.

Operón lac Fuente: usal es web educativo biblioteca
Operón lac Fuente: usal es web educativo biblioteca

En eucariotas los genes pueden organizarse como unidades de transcripción simple o compleja. La simple se expresa igual en cualquier tejido, en cambio la compleja puede originar pequeñas diferencias en las proteínas según el tejido celular y su función

Un ejemplo de un gen eucariota y sus secuencias de transcripción y traducción se los dejo abajo

Un esquema de las Unidades de transcripción compleja:

Esquema gráfico de una unidad de transcripción compleja. Por Gabriela Iglesias
Esquema gráfico de una unidad de transcripción compleja. Por Gabriela Iglesias

Además de los conocimientos que hemos mencionado han aparecido los micro RNA que cumplen diversas funciones, incluso interferir en la traducción de un mensajero.

Todo el proceso completo de Transcripción y luego su traducción a una proteína se resume en el siguiente video.

micro ARNs

Si quieren hacer una autoevaluación con preguntas de tipo de opción múltiple, les dejo el link a la entrada con dos de ellas aqui en la entrada de autoevaluación

192 comentarios sobre “REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

  1. Hola Gabriela, gracias por la enorme ayuda que brindás a través de este block. Quisiera hacerte una consulta, es sobre un esquema : Replicación- ADN ARN Transcripción- Transcripción inversa- Producción Proteínas. La pregunta es que representa este esquema, qué significa la doble flecha entre el ARN Y ADN y dar ejemplos. Muchas gracias por tu tiempo. Saludos

    Me gusta

    1. Hola Silvia, gracias por tu comentario sobre el Blog. En cuanto a tu pregunta, el esquema sugiere un flujo que se creyó unidireccional en un primer momento, esto es que el ADn (que contiene los genes, que son las recetas para fabricar proteínas) primero se copian o transcriben a un ARN mensajero, y luego este sirve para que se sintetice una proteína, cuando al mensajero interactúa con otros elementos como el ARNr (ribosomal), que está en los ribosomas y con los ARN de transferencia (ARNt) para que se produzca la síntesis de cadenas polipeptídicas (partes de una proteína). Todo ese procesos se hacía en una única dirección De ADN se obtenía ARN y del ARN proteínas pero NO en sentido inverso. Con el descubirmiento de la Transcriptasa reversa del HIV se supo que se puede sintetizar ADN a partir de ARN.
      Por otra parte, el circulo en el ADN representa que el ADN debe autoreplicarse o duplicarse cada vez que las células se dividen en dos
      Espero te haya servido
      Saludos
      GAby

      Me gusta

  2. Buenas noches.. Aparte de felicitarte por tan excelente Blog, creo que igual hay un par de preguntas del quiz II se tiene que corregir en la pregunta de “La enzima encargada de la síntesis de los primers o cebadores para la replicación del ADN es: Ninguna de las anteriores, la RNA polimerasa que es la “correcta” realmente sintetiza todos los RNA (m,t,r) excepto el primer primer de la replicacion, esta funcion la realiza la enzima demoniada: PRIMASA. 🙂

    la segunda creo que en la pregunta “El ARN mensajero eucariota maduro posee las siguientes secuencias que no se traducen:
    ✓Los intrones
    Los intrones y el extremo 5’ anterior al codón de incio
    Los intrones, el extremo 5’ anterior al codón de incio y la secuencia posterior al codón de stop
    El extremo 5’ anterior al codón de incio, y la secuencia posterior al codón de stop

    LA VERDADERA respuesta seria el extremo 5′ anterior al codon de inicio (AUG) & la secuencia posterios al coden de Stop extremo 3′ ya que son regiones denominada UTR del ingles (untranslated region) adem
    ás estas preguntando por ARNmensajero maduro Eucariota osea que ya realizo el proceso de maduracion Splicing donde se removieron los intrones, osea ya es una region netamente codificante osea exones, si es verdad que no se traducen pero es una secuencia del preRNAm no del RNAm maduro.

    MUCHAS GRACIAS POR AYUDARME PARA ESTUDIAR EL PARCIAL, DE VERDAD APRECIO ESTE TIPO DE BLOG, MARCAN LA DIFERENCIA, Saludos de un Estudiante del Alma Mater, UdeA.

    Me gusta

    1. Sebas mil gracias por el aporte. En cuanto a lo de la primasa es cierto pero sigue siendo una RNA polimerasa de todas formas. En la segunda tiene razón, debería quitar el ARN maduro de la pregunta y dejar solo el ARN transcrito eucariota. Ni bien retome luego de unos días de licencia me pongo a corregir
      Gracias a vos por tu aporte!! saludos

      Me gusta

  3. Me gusto mucho tu blog, me ayudo a entender bien muchas cosas, te felicito, pero tengo una pequeña duda, ¿el proceso de replicación del ADN y la transcripción suceden al mismo tiempo? es que un profesor me dijo que no pero le pregunte a otro y me dijo que si y me quede con la duda.

    Me gusta

    1. Hola muchas gracias por tus palabras. en verdad es raro que ocurran al mismo tiempo, porque la replicación sucede en fase S del ciclo celular, y la transcripción y traducción en G1 y G2. Espero eso te oriente. Saludos

      Me gusta

      1. Buenas noches.. Aparte de felicitarte por tan excelente Blog, creo que igual hay un par de preguntas del quiz II se tiene que corregir en la pregunta de “La enzima encargada de la síntesis de los primers o cebadores para la replicación del ADN es: Ninguna de las anteriores, la RNA polimerasa que es la “correcta” realmente sintetiza todos los RNA (m,t,r) excepto el primer primer de la replicacion, esta funcion la realiza la enzima demoniada: PRIMASA. 🙂

        la segunda creo que en la pregunta “El ARN mensajero eucariota maduro posee las siguientes secuencias que no se traducen:
        ✓Los intrones
        Los intrones y el extremo 5’ anterior al codón de incio
        Los intrones, el extremo 5’ anterior al codón de incio y la secuencia posterior al codón de stop
        El extremo 5’ anterior al codón de incio, y la secuencia posterior al codón de stop

        LA VERDADERA respuesta seria el extremo 5′ anterior al codon de inicio (AUG) & la secuencia posterios al coden de Stop extremo 3′ ya que son regiones denominada UTR del ingles (untranslated region) adem
        ás estas preguntando por ARNmensajero maduro Eucariota osea que ya realizo el proceso de maduracion Splicing donde se removieron los intrones, osea ya es una region netamente codificante osea exones, si es verdad que no se traducen pero es una secuencia del preRNAm no del RNAm maduro.

        MUCHAS GRACIAS POR AYUDARME PARA ESTUDIAR EL PARCIAL, DE VERDAD APRECIO ESTE TIPO DE BLOG, MARCAN LA DIFERENCIA, Saludos de un Estudiante del Alma Mater, UdeA.

        Me gusta

Gracias por tu comentario, en cuanto pueda te contesto

Por favor, inicia sesión con uno de estos métodos para publicar tu comentario:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios .