REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

Estructura del ADN

Para comprender los detalles de la replicación y transcripción del ADN es esencial tener claro que es el ADN y el ARN, así como su estructura y función. Un breve repaso sobre ácidos nucleicos y su función general en palabras muy simples, para refrescar la memoria puede encontrase aquí

Para mostrarles algo que de seguro saben pero viene bien refrescar, les dejo un vídeo en inglés pero con subtítulos sobre la estructura del ADN que es fundamental para comprender la replicación y transcripción 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 desoxiribosas y un grupo fosfato y hacia el interior cada desoxiribosa está unida a una base nitrogenada (adenina / citocisna / timina y guanina)

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

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

Autoevaluación Replicación y transcripción I:

En la siguiente página, les dejo dos autoevaluaciones para que tengan en cuenta si han aprendido los conocimientos e interpretación de los mismos.

Pueden contestarlo aqui y para ver los resultados, deben hacer click en el botón que dice FINISH QUIZ.

Autoevaluación Replicación y transcripción II:

191 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

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    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

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  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.

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    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

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  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.

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    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

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      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.

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