El interior de una célula viva (The Inner Life of a Cell)

Disfruta con este video de Biovisions y ve siguiendo el texto de abajo para entender con todo detalle los procesos que se están dando a cabo.

[00:00] El viaje comienza en un vaso sanguíneo, en el que vemos varias células, glóbulos blancos rodando por la pared del vaso, seguramente en busca de heridas o células dañadas. Los glóbulos rojos circulan a gran velocidad por el torrente sanguíneo. La cámara se acerca a una de los glóbulos blancos. [00:16] Las proteínas filamentosas que aparecen en primer plano, parecen proteínas de contacto entre dos células. [00:23] La membrana celular con apariencia de mar, aparece ante nosotros (modelo de Singer) con su capa de lípidos surcada por grupos de proteínas bien localizadas.

[00:31] Atravesamos la membrana para ver los microfilamentos de actina que hay justo debajo. [00:48] Después, tenemos una vista general de la estructura del citoesqueleto, encargado de dar forma a la célula.

[00:53] A continuación vemos la fabricación de microfilamentos de actina a partir de sus monómeros. Además de dar forma a la célula, se encargan de su movimiento. [01:04] Una proteína llega y corta la fibra de actina.

[01:07] Y la asociación de tubulina en microtúbulos, un proceso dinámico y regulado. Los microtúbulos son proteínas tubulares más grandes que los microfilamentos, estas fibras sirven para organizar los orgánulos y otros productos dentro de la célula.

[01:15] Aquí llega la parte más impresionante del vídeo: una kinesina cargado con lo que parece un glóbulo lipídico, lo transporta hacia su destino en la célula por un microtúbulo. Un ejemplo muy gráfico del funcionamiento de las proteínas motoras de la célula. [01:28] A continuación tenemos una vista del centriolo, orgánulo donde se organiza el citoesqueleto.

[01:34] Vamos hacia el núcleo y vemos cómo las hebras de ARNm salen disparadas a través de sus poros. - Estas moléculas son producidas a partir del ADN y contienen el código para fabricar una proteína concreta- . [01:41] Los ARNm forman bucles, y en cuanto un ribosoma llega (en verde), comienza la síntesis de la proteína (en amarillo). [01:47] El ribosoma recorre el ARNm y una proteína empieza a formarse a partir del final. Podemos ver otros ribosomas flotando en el retículo endoplásmico, produciendo más proteína. [02:02] Esta es expulsada del RE (a través de un poro), y formará parte de las vesículas que serán dirigidas a la membrana celular o al medio extracelular.

[02:13] Aquí aparece de nuevo nuestro "caminante". [02:14] En este momento varias vesículas van a fusionarse con el aparato de Golgi, una pila de membranas que constituye la maquinaria de modificación de las proteínas .

[02:21] Salimos de nuevo de la célula, donde vemos cómo varias de estas proteínas son [02:24] expulsadas de la misma por exocitosis. [02:32] Otras proteínas, las integrinas (proteínas que ponen en contacto a las células) quedan unidas a la superficie (en amarillo), van a determinar que la célula se adhiera a la membrana basal. 10 segundos después, [02:40] todas las integrinas se "ponen de pie": se colocan en su forma activa, es decir, la que permite la interacción de nuestra célula con otra.

[02:46] Finalmente aparece de nuevo nuestro vaso sanguíneo y la célula que estaba rodando a lo largo de la pared del vaso. [02:50] El glóbulo blanco se va a aplanar para atravesar esta pared pasando entre dos células. Para, finalmente, desaparecer de nuestra vista. Aquí te dejo una versión mucho más larga y comentada en castellano

Si quieres ver el vídeo original y comentado en inglés, haz click aquí

Acerca de la mitocondria también podéis ver un trabajo excelente:

Ciclo celular

La vida de una célula, desde que aparece por la división de una célula madre hasta que se divide o muere, pasa por una serie de períodos que constituyen su ciclo vital.

Pero... ¿cuál es su duración?, ¿qué ocurre en cada período?, ¿cómo se regula el ciclo celular?..

Para comenzar, hay que matizar que cada ciclo celular, es una secuencia regular repetitiva de crecimiento y división celular que comprende cuatro fases:

La fase M que corresponde a un breve período denominado mitosis (representa el 10%) y las fases G1, S y G2, constituyen la interfase o intervalo comprendido entre dos divisiones mitóticas sucesivas . Abarca, aproximadamente el 90% del tiempo del ciclo celular en el cual la célula se prepara para la división.

A veces, las células permanecen indefinidamente sin dividirse en un estado de reposo, conocido como G0.

Los diferentes tipos celulares se caracterizan por la distinta duración de su ciclo. También, cada fase tiene una duración relativa variable, generalmente la fase M es muy corta.

Fase G1:

Comienza inmediatamente después del nacimiento de la célula, al finalizar la mitosis anterior. Es la primera fase de crecimiento y se caracteriza por una intensa actividad biosintética, ya que los genes se transcriben y se traducen para sintetizar las proteínas necesarias para el crecimiento celular. Es en este período cuando la célula decide el momento en que entrará en división; en un punto del final de G1, llamado punto de restricción R o de arranque, la célula evalúa su capacidad para completar el ciclo celular y producir dos células hijas.

Si la evaluación resulta negativa, la célula detiene su ciclo celular, deja de dividirse y entra en un estado de reposo o fase de G0.

Las células especializadas, como las neuronas, permanecen indefinidamente en esta fase porque han perdido su capacidad mitótica. En cambio, otros tipos celulares estimulados por determinados factores mitógenos, pueden retornar desde la fase G0 o la fase G1, cruzar el punto R y comenzar de nuevo a dividirse.

Si la evaluación resulta positiva, la célula está autorizada para replicar el ADN y entrar en división celular. Una vez que se ha dado la señal “siga”, la célula no puede regresar a la fase G1.

Fase S:

Una vez que la célula ha doblado su tamaño, se inicia la síntesis de ADN y la replicación de los cromosomas, con el fin de que cada una de las células hijas contenga una copia idéntica del genoma.

Fase G2:

En esta etapa se dan los últimos preparativos para la división celular.

Es la segunda fase de crecimiento, en la que se transcriben y se traducen ciertos genes para sintetizar determinadas proteínas necesarias para la división de la célula.

Los cromosomas ya duplicados, dispersos en el núcleo en forma de filamentos de cromatina, empiezan a condensarse en estructuras más compactas.

Fase M:

Es la última etapa del ciclo, en la que los cromosomas y el contenido citoplasmático, se distribuye equitativamente entre las células hijas ( mitosis y citocinesis ).

Durante esta fase se detienen todos los procesos de biosíntesis.

Regulación del ciclo celular
El ciclo celular está sometido a un preciso control. Ninguna célula sigue este ciclo indefinidamente.

Las células tienen la capacidad de interrumpir su ciclo de crecimiento y permanecer indefinidamente en fase G0 cuando actúan sobre ellas diversos factores, como puede ser el apiñamiento celular. Pero pueden salir de su reposo y volver de nuevo a la fase G1 cuando actúan sobre ellas diversos estímulos.

Se ha observado que las células necesitan acumular una determinada cantidad mínima de una proteína de disparo para comenzar la síntesis de ADN y la mitosis.

El ciclo presenta, por tanto, dos puntos de transición estrechamente regulados, el punto R de restricción o arranque, en el que la célula decide sobre la replicación de su ADN, y el punto en el que la célula decide cuándo iniciar la mitosis.

Hay que añadir además, que tras una cantidad limitada de divisiones ( y para mantener el número de células de nuestro cuerpo dentro de unos límites, así como un buen funcionamiento del organismo), las células, llegado un determinado momento, se suicidan.

Esta muerte celular programada se llama apoptosis e implica una serie de cambios celulares. Entre ellos, podemos citar la fabricación de proteínas letales que se activan cuando la célula es infectada, cuando se vuelve maligna o cuando amenaza la salud del organismo.

Como conclusión, recordar que los organismos unicelulares y algunos tipos de células vegetales y animales (células madre de los glóbulos rojos) pasan por consecutivos ciclos celulares a lo largo su vida.



Quinasas dependientes de ciclinas (CDK) y ciclinas. Las ciclinas tienen función de regulación sobre la actividad de las quinasas. La unión de las ciclinas a las quinasas desencadenan la entrada a fase S (síntesis de ADN) y a Mitosis.

Algunas células especializadas pierden la capacidad de dividirse cuando se hacen adultas.

Otros tipos celulares adultos, aunque tienen capacidad para dividirse, sólo lo hacen en circunstancias especiales (cicatrización, regeneración...).

Pero existen células que han conseguido escapar a muchos de los controles que regulan su ciclo vital y se vuelven peligrosas para el organismo al que pertenecen.

Estas células, que se dividen de forma incontrolada, amontonándose unas sobre otras hasta que provocan la muerte del organismo, son las células cancerosas. Además han perdido la capacidad de autodestruirse porque, o bien sintetizan desmesuradamente una proteína que inhibe la apoptosis, o bien tienen inactivado el gen que codifica la proteína que pone en marcha la maquinaria apoptósica.

Replicación del ADN

Se produce siempre en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN. Esto plantea un problema, y es que las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser sintetizada en dirección 3' → 5'.

Este problema lo resolvieron los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en la década de 1960, al descubrir que una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que, en su honor, se denominan fragmentos de Okazaki. Su longitud suele variar entre 1000 y 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 y 400 nucleótidos en eucariontes.

La cadena que se sintetiza en el mismo sentido que avanza la horquilla de replicación se denomina hebra adelantada (en inglés, leading strand, que a veces se traduce por líder o conductora) y se sintetiza de forma continua por la ADN polimerasa, mientras que la que se sintetiza en sentido contrario al avance se denomina hebra rezagada o retrasada (en inglés, lagging strand), cuya síntesis se realiza de forma discontinua teniendo que esperar a que la horquilla de replicación avance para disponer de una cierta longitud de ADN molde.

La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice permitiendo el avance de la horquilla de replicación.

La topoisomerasa impide que el ADN se enrede debido al superenrollamiento producido por la separación de la doble hélice.

Las proteínas SSB se unen la hebra discontínua de ADN, impidiendo que ésta se una consigo misma.

La ADN polimerasa III sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada.

La ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada.
La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki.
El cebador: son pequeñas unidades de RNA que se unen a los fragmentos para que la ADN polimerasa reconozca donde debe unirse.

INICIACIÓN

los cebadores los quita la ADN polimerasa I y coloca bases a la cadena en crecimiento por la ligasa mediante consumo de ATP en dirección a la horquilla de replicación, es decir, en dirección 5' → 3' en la hebra rezagada y 3' → 5' en la hebra adelantada, rompiendo los puentes de hidrógeno que mantienen unida la doble hélice.[3] El siguiente conjunto de proteínas reclutadas son las denominadas proteínas SSB (single-stranded DNA binding proteins, proteínas ligantes de DNA monocatenario) encargadas de la estabilización del ADN monocatenario generado por la acción de las helicasas, impidiendo así que el ADN se renaturalice o forme de nuevo la doble hélice, de manera que pueda servir de molde. Estas proteínas se unen de forma cooperativa, por lo que su unión al DNA conforme avanza la helicasa es rápida. Por otro lado, conforme las helicasas van avanzando se van generando superenrollamientos en la doble cadena de ADN por delante de la horquilla y si éstos no fueran eliminados, llegado a un punto el replisoma ya no podría seguir avanzando. Las topoisomerasas son las enzimas encargadas de eliminar los superenrollamientos cortando una o las dos cadenas de ADN y pasándolas a través de la rotura realizada, sellando a continuación la brecha

ELONGACIÓN

Enzimas que participan en la replicación de E. coli: helicasa, proteínas SSB, topoisomerasa, ARN primasa, Holoenzima ADN Pol IIIEn el siguiente paso, la holoenzima ADN Pol III cataliza la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada origen, con dos horquillas de replicación que avanzan en sentido opuesto. Cuando el avance de dos horquillas adyacentes las lleva a encontrarse, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan, y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado.

Puesto que la holoenzima ADN Pol III necesita de un extremo 3'-OH libre, es necesario que una ARN primasa catalice la formación de un fragmento corto específico de ARN llamado cebador, que determinará el punto por donde la ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos. Así, durante la síntesis, en cada horquilla de replicación se van formando dos copias nuevas a partir del cebador sintetizado en cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en la fase de iniciación, pero debido a la unidireccionalidad de la actividad polimerasa de la ADN Pol III, que sólo es capaz de sintetizar en sentido 5´ → 3', la replicación sólo puede ser continua en la hebra adelantada; en la hebra rezagada es discontinua, dando lugar a los fragmentos de Okazaki.

La mitad del dímero de la holoenzima ADN Pol III sintetiza la hebra adelantada y la otra mitad la hebra rezagada.

En la hebra rezagada, cuando la ADN Pol III hace contacto con el extremo de otro fragmento de Okazaki contiguo, el cebador de ARN de éste es eliminado y los dos fragmentos de Okazaki de ADN recién sintetizado son unidos. Una vez se han juntado todos se completa la doble hélice de ADN. La eliminación de cebadores también se da en la hebra conductora, de síntesis continua, pero debido a que en ésta hay un solo cebador es un proceso que sólo tiene lugar una vez, mientras que en la hebra rezagada se dará tantas veces como fragmentos de Okazaki haya. Para ello intervienen una serie de enzimas: la enzima RNasa H elimina el cebador a excepción del ribonucleótido directamente unido al ADN; la ADN Pol I elimina este ribonucleótido gracias a su actividad exonucleasa 5' → 3' y rellena el hueco con ADN quedando una molécula completa a excepción de una rotura (o "mella") entre el extremo 3'-OH libre y el fosfato 5' de la cadena reparada; por último, la ADN ligasa sella esa rotura catalizando la reacción de condensación entre el grupo fosfato y el OH de la desoxirribosa del nucleótido contiguo, completando el enlace fosfodiéster; para ello, es preciso hidrolizar una molécula de ATP.

Replicación del ADN

Síntesis de proteínas: Traducción del ARN-m

La traducción es el paso de la información transportada por el ARN-m a proteína.

La especificidad funcional de los polipéptidos reside en su secuencia lineal de aminoácidos que determina su estructura primaria, secundaria y terciaria. De manera, que los aminoácidos libres que hay en el citoplasma tienen que unirse para formar los polipéptidos y la secuencia lineal de aminoácidos de un polipéptido depende de la secuencia lineal de ribonucleótidos en el ARN que a su vez está determinada por la secuencia lineal de bases nitrogenadas en el ADN.

Los elementos que intervienen en el proceso de traducción son fundamentalmente: los aminoácidos, los ARN-t (ARN transferentes), los ribosomas, ARN-r (ARN ribosómico y proteínas ribosomales), el ARN-m (ARN mensajero), enzimas, factores proteicos y nucleótidos trifosfato (ATP, GTP).

El primer paso que tiene que producirse es la activación de los aminoácidos y formación de los complejos de transferencia. Los aminoácidos por sí solos no son capaces de reconocer los tripletes del ARN-m de manera que necesitan unirse a un ARN de pequeño tamaño (constante de sedimentación 4S) llamado ARN adaptador, ARN soluble o ARN transferente.  Crick (1958) postuló la necesidad de la existencia de un adaptador que acoplará cada aminoácido a su correspondiente codón.

ESTRUCTURA DE LOS ARN TRANSFERENTES (ARN-t)

Los primeros estudios sobre la estructura de los ARN-t se realizaron por R. W. Holley y col. (1965) trabajando con el ARN-t de alanina de levaduras.  A partir de sus trabajos se estableció el modelo general de estructura de los ARN-t y por estas investigaciones recibió el Premio Nobel en (1968). Las moléculas encargadas de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma y de reconocer los codones del ARN mensajero durante el proceso de traducción son los ARN transferentes (ARN-t). Los ARN-t tienen una estructura en forma de hoja de trébol  con varios sitios funcionales:

• Extremo 3': lugar de unión al aminoácido (contiene siempre la secuencia ACC).
• Lazo dihidrouracilo (DHU): lugar de unión a la aminoacil ARN-t sintetasa o enzimas encargadas de unir un aminoácido a su correspondiente ARN-t.
• Lazo de T ψ C: lugar de enlace al ribosoma.
• Lazo del anticodón: lugar de reconocimiento de los codones del mensajero.

Normalmente el ARN-t adopta una estructura de hoja de trébol plegada en forma de L o forma de boomerang.

El que realiza el reconocimiento del codón correspondiente del ARN-m es el anticodón del ARN-t y no el aminoácido.

LOS RIBOSOMAS (ARN RIBOSÓMICO Y PROTEÍNAS RIBOSOMALES)

El reconocimiento entre los tripletes del mensajero y los anticodones de los ARN-t cargados con su correspondiente aminoácido, así como el establecimiento de los enlaces peptídicos entre dos aminoácidos sucesivos tiene lugar en los ribosomas.

Los ribosomas son unas estructuras o partículas citoplásmicas formadas por ribonucleoproteínas (unión de ARN ribosómicos con proteínas ribosomales). Los ribosomas en las células eucarióticas se encuentran en la membrana del retículo endoplasmático. La estructura general de los ribosomas procarióticos y eucarióticos consta de una subunidad pequeña, una subunidad grande y dos sedes, la sede aminoacídica (Sede A) lugar de entrada de los ARN-t cargados con un aminoácido (aminoacil-ARN-t) y la sede peptídica (Sede P) lugar en el que se encuentran los ARN-t cargados con un péptido (peptidil-ARN-t).

ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Y FORMACIÓN DE LOS COMPLEJOS DE TRANSFERENCIA

La activación de los aminoácidos para formar los complejos de transferencia es el paso previo necesario para que pueda comenzar la traducción, y consiste en la unión de cada aminoácido a su ARN-t específico mediante la intervención de un enzima, la aminoacil-ARN-t sintetasa y el aporte de energía del ATP.

aa1 + ARN-t1 + ATP → ARN-t1-aa1 + AMP + PPi

La unión del aminoácido al ARN-t tiene lugar por el extremo 3' del ARN-t. Todos los ARN-t en su extremo 3' contienen la secuencia 3' ACC 5'. Las aminoacil-ARN-t-sintetasas tienen tres sedes distintas, una para el reconocimiento del aminoácido, otra para el ARN-t y otra para el ATP. Debe existir al menos una aminoacil-ARN-t-sintetasa diferente por cada ARN-t distinto. El ARN-t se une a la aminoacil-ARN-t-sintetasa a través del lazo dihirouracilo (DHU).
Por último, la especificidad de reconocimiento de las aminoacil-ARN-t-sintetasas y el correspondiente aminoácido no reside en el anticodón del ARN-t. Esta especificidad es lo que se ha llamado el Segundo Código Genético. Esta especificidad reside en el par de bases G y U que ocupan las posiciones 3 y 70, respectivamente del ARN-t. La ausencia de este par impide que se una la alanina a su ARN-t y la introducción de dicho par en la misma posición en los ARN-t-cys y ARN-t-phe les confiere la capacidad de unirse al aminoácido alanina.


INCORPORACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS A LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Una vez activados los aminoácidos y formados los complejos de transferencia (ARN-t cargados con el aminoácido correspondiente) ya puede comenzar la síntesis de la cadena polipeptídica y la incorporación de los aminoácidos. En este proceso se pueden distinguir tres fases diferentes:

Iniciación de la cadena polipeptídica.
Elongación de la cadena polipeptídica.
Terminación de la cadena polipeptídica.

Iniciación

El proceso de iniciación de la traducción en las procariotas.La iniciación de la traducción en las procariotas supone ensamblar los componentes del sistema de traducción, que son: las dos subunidades ribosomales, el ARNm a traducir, el primer aminoacil-ARNt (el ARNt cargado con el primer aminoácido), GTP (como fuente de energía) y factores de iniciación que ayudan a ensamblar el sistema de iniciación. La iniciación procariótica es el resultado de la asociación de las subunidades pequeña y grande del ribosoma y el acoplamiento del primer aminoacil-ARNt (fmet-ARNt) con el codón de iniciación mediante el emparejamiento de bases anticodón-codón.

El ribosoma consta de tres sitios: el sitio A (aminoacil), el sitio P (peptidil) y el sitio E (exit). El sitio A es el punto de entrada para el aminoacil-ARNt (excepto para el primer aminoacil-ARNt, fmet-ARNt, que entra en el sitio P). El sitio P es donde se forma el peptidil-ARNt. Y el sitio E es el sitio de salida del ARNt una vez descargado tras ofrecer su aminoácido a la cadena peptídica en crecimiento. La iniciación termina cuando la subunidad ribosómica grande se une al sistema provocando el desacoplamiento de los factores de iniciación. Hay que tener en cuenta que las procariotas pueden distinguir entre un codón normal AUG (que codifica la metionina) y un codón de iniciación AUG (que codifica la formilmetionina e indica el comienzo de un nuevo proceso de traducción).

Elongación

La elongación de la cadena polipeptídica consiste en la adición de aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena.

La elongación comienza cuando el fmet-ARNt entra en el sitio P, causando un cambio de conformación que abre el sitio A para que el nuevo aminoacil-ARNt se acople.  Ahora el sitio P contiene el comienzo de la cadena peptídica de la proteína a codificar y el sitio A tiene el siguiente aminoácido que debe añadirse a la cadena peptídica. El polipéptido creciente que está conectado al ARNt en el sitio P se desacopla del ARNt y se forma un enlace peptídico entre el último de los aminoácidos del polipéptido y el aminoácido que está acoplado al ARNt en el sitio A. En este punto, el sitio A ha formado un nuevo péptido, mientras que el sitio P tiene un ARNt descargado (ARNt sin aminoácido). En la fase final de la elongación, la traslación, el ribosoma se mueve 3 nucleótidos hacia el extremo 3' del ARNm. Como los ARNt están enlazados al ARNm mediante el emparejamiento de bases codón-anticodón, los ARNt se mueven respecto al ribosoma recibiendo el polipéptido naciente del sitio A al sitio P y moviendo el ARNt descargado al sitio E de salida. Este proceso está catalizado por un factor de elongación, gastando un GTP.

El ribosoma continúa trasladando los codones restantes del ARNm mientras siguen acoplándose más aminoacil-ARNt al sitio A, hasta que el ribosoma alcanza un codón de parada en el ARNm (UAA, UGA o UAG).

Terminación

La terminación ocurre cuando uno de los tres codones de terminación entra en el sitio A. Estos codones no son reconocidos por ningún ARNt. En cambio, son reconocidos por unas proteínas llamadas factores de liberación. Estos factores disparan la hidrólisis del enlace éster de la peptidil-ARNt y la liberación del ribosoma de la proteína recién sintetizada. O fin de la fase.


Polisomas
La traducción es ejecutada por varios ribosomas al mismo tiempo. Debido al gran tamaño de los ribosomas, solo se pueden acoplar al ARNm a una distancia de 35 nucleótidos unos de otros. El sistema consistente en un ARNm y un cierto número de ribosomas se llama polisoma o poliribosoma.


Efecto de los antibióticos
Hay varios antibióticos que actúan interfiriendo en el proceso de traducción de las bacterias. Explotan las diferencias entre los mecanismos de traducción procariótica y eucariótica para inhibir selectivamente la síntesis de proteínas en las bacterias sin afectar al huésped. Algunos ejemplos incluyen:
La streptomicina provoca una mala lectura del código genético en las bacterias a concentraciones relativamente bajas e inhibe la iniciación a concentraciones mayores, enlazándose a la subunidad ribosómica 30s.
Las tetraciclinas bloquean el sitio A del ribosoma, evitando el acoplamiento de los aminoacil-ARNt.
El cloranfenicol bloquea la fase de la transferencia peptídica de la elongación en la subunidad ribosómica 50s, tanto en las bacterias como en las mitocondrias.

Transcripción del ADN

La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cuál se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN.

1 Etapas de la transcripción en procariotas
   o 1.1 Iniciación
   o 1.2 Elongación
   o 1.3 Terminación

Iniciación
Los promotores tienen secuencias reguladoras definidas, muy conservadas en cada especie, donde las más conocidas son la caja TATA (situada sobre la región -10), con la secuencia consenso TATA(A/T)A(A/T); y la caja TTGACA (situada en el punto -35). La formación del complejo de transcripción se realiza sobre el promotor TATA, allí se forma el núcleo del complejo de iniciación. Sobre la caja TATA se fija una proteína de unión diversos factores de transcripción  entre los que se encuentra una topoisomerasa y una helicasa y al final la ARN polimerasa.

Primero, una Helicasa separa las hebras de ADN en estas denominadas cajas TATA, ya que la adenina y timina poseen un doble enlace, mientras que la citocina y guanina poseen uno triple.  La burbuja de transcripción es una apertura de ADN desnaturalizado de 18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador a partir del nucleótido número 10 del ADN molde de la burbuja de transcripción. La burbuja de transcripción se llama complejo abierto. La ARN polimerasa es una enzima formada por 5 subunidades .  

Elongación

La ARN polimerasa cataliza la elongación de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes. Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde. A esto se le llama elongación, la segunda etapa de la transcripción del ARN.

Terminación

Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción. La terminación es otra etapa distinta de la transcripción, porque justo cuando el complejo de transcripción se ha ensamblado activamente debe desensamblarse una vez que la elongación se ha completado. La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN. Estas secuencias son ricas en guanina y citosina, situadas en el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas en timina, formando secuencias palindrómicas.

Con este sencillo juego intenta primero escribir las bases correspòndientes a la transcripción del ARNm y posteriormente tradúce esa información a aminoácidos para formar el polipéptido correspondiente.

En esta otra animación se observa cómo se transcribe el ADN en ARNm.

Y para terminar un vídeo en donde podéis ver de manera muy clara todo el proceso de la transcripción:

Dogma central de la biología molecular (actualizado)

La información genética está contenida en los genes, segmentos de ADN que llevan información para fabricar un producto funcional determinado. Nuestro genoma tiene aproximadamente 30.000 genes. Sólo una pequeña parte del genoma es codificante; la mayor parte corresponde a secuencias cortas móviles no codificantes o a secuencias regulatorias.

Para que la información pase de una molécula a otra, primero debe copiarse, en un proceso que se llama replicación y que ocurre en el núcleo. Pero como el ADN se encuentra en el núcleo y las proteínas son sintetizadas en el citoplasma, debe existir una molécula que funcione como intermediaria. Este papel lo cumple el ácido ribonucleico mensajero (ARNm). El ADN se copia en ARNm en el núcleo, en un proceso denominado transcripción. Luego la información contenida en el ARNm es empleada para construir proteínas en el proceso de traducción, que tiene lugar en el citoplasma.

Estos tres procesos secuenciales constituyen el llamado dogma central de la Biología, que establece que la información fluye desde el ADN al ARN y de este a las proteínas. (Además, las proteínas controlan el proceso de replicación del ADN uniéndose a una secuencia específica en el ADN. De esta manera pueden activar o inhibir la transcripción de un gen determinado.)

EXCEPCIONES AL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA (Que ya no lo es tanto...)

Normalmente, el dogma de la biología se cumple en los organismos más diversos, que guardan su información genética en forma de ADN, utilizan el ARN como intermediario y las proteínas como estructuras o maquinaria enzimática. Algunos virus y priones, sin embargo, rompen un poco este esquema.

• Virus
• Proteínas que se autorreplican: priones

Ciertos virus, como el de la inmunodeficiencia humana (VIH), guardan su información genética en forma de ARN y la duplican utilizando ADN (con la ayuda de enzimas denominadas transcriptasas reversas). Cuando estos agentes se introducen en una célula huésped convierten su ARN, de cadena simple, en ADN, de cadena doble, y este segmento se inserta en el genoma de la célula. El ADN modificado es transcripto por enzimas celulares y luego es traducido. Las proteínas generadas junto con el ARN viral, se ensamblan y forman una nueva partícula viral capaz de infectar nuevas células.

El descubrimiento de estas enzimas capaces de sintetizar ADN a partir de ARN ha conducido a cuestionar el dogma central. Este postulado ha sido revisado ya que la información no fluye de manera unidireccional sino de forma bidireccional. Entonces, el dogma actualizado sería el que se muestra a continuación.

Además existen determinados tipos de proteínas que son capaces de “autoperpetuarse”. Estas proteínas, denominadas priones o PrP (Proteína de Prión), cambian de manera anómala su conformación o estructura. No se conoce el motivo por el cual las proteínas adquieren dicha estructura, pero lo cierto es que el cambio les permite no sólo formar cúmulos proteicos sino que pueden “contagiar” a sus pares normales (las proteínas del mismo tipo cuya estructura es correcta) y convertirlas en defectuosas. Por lo tanto, los priones son proteínas anómalas capaces de generar en el huésped otras como ellas, a partir sus pares normales. Esto de alguna manera sería una “replicación” de proteínas, teniendo en cuenta que en realidad lo que se replica es una estructura tridimensional a partir de una proteína normal (sintetizada por los mecanismos conocidos).

La proteína PrP es la responsable del mal de la vaca loca (encefalopatía espongiforme bovina) y de enfermedades similares en humanos y ovejas. Esta proteína se localiza en la membrana de las neuronas, y cuando adquiere la conformación defectuosa “contagia” a otras células propagando la anomalía. Esta proteína con estructura diferente puede “contagiar” a las proteínas de un humano que coma carne procedente de un animal enfermo.