1)   transcripcionsíntesis de ARN

La transcripción es la síntesis de una cadena de cualquier tipo de ARN (ribosómico, mensajero, transferente) que tiene la secuencia complementaria de una cadena de ADN, que actúa como molde. De esta forma, es un proceso fundamental para la vida al permitir la expresión de la información genética. Su finalidad es la síntesis de los diferentes ARNs necesarios para la síntesis de proteínas. Tiene lugar en el núcleo de las células eucarióticas, en el citoplasma de las células procariotas.

–Descripción y etapas de la transcripción en procariotas y eucariotas

• Iniciación.

De las dos cadenas de ADN, sólo una de ellas se transcribirá (cadena molde) mientras que la otra no lo hará (cadena informativa o codificante). La gran protagonista de este proceso es la enzima ARN polimerasa, la cual reconoce en la cadena molde unas señales de iniciación, denominadas promotores, que son secuencias cortas de bases nitrogenadas a las que se une la ya citada ARN polimerasa.

En los procariotas el proceso está catalizado por una sola ARN polimerasa mientras que los eucarióticos la llevan a cabo tres tipos de ARN polimerasas (I, II y III)

Elongación

La ARN polimerasa recorre la cadena molde de ADN, leyéndola en el sentido 3’→5’ mientras sintetiza ARN en el sentido 5’→3’. De esta forma, la ARN polimerasa selecciona el ribonucleótido trifosfato cuya base (A, G, C, U) es complementaria con la de la cadena molde de ADN y lo une al siguiente nucleótido:

Recuerda: en el ARN NO hay timina.)

Durante la elongación en los eucarióticos y tras la uníón de los 30 primeros ribonucleótidos, se modifica el extremo 5’ añadiéndole una «caperuza» encargada de proteger este extremo de la degradación así como de unir y alinear el ARNm sobre el ribosoma en la traducción.

• Terminación. 

La ARN polimerasa reconoce en el ADN señales de terminación que indican el final de la transcripción. Se cierra la burbuja de transcripción formada en el ADN y se separa la ARN polimerasa del ARN mensajero transcrito.

Los procariotas, al no tener núcleo definido, realizan transcripción y traducción de manera simultánea (los ribosomas se unen al ARN mensajero cuando aún se está transcribiendo).

En eucariotas, la transcripción se realiza en el núcleo y una vez separado el ARN, se modifica el extremo 3’ mediante poliadenilación (incorporación de una cadena de nucleótidos de adenina llamada cola poli-A) que estabiliza el ARNm y regulará la traducción fuera del núcleo.

Este ARN sintetizado, llamado ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) se exportará al citoplasma a través de los poros nucleares para iniciar la traducción pero antes de ello requiere una modificación conocida como maduración:

La maduración del ARNm transcrito consiste en la eliminación de intrones (partes de un gen que no determinan una secuencia de aminoácidos) y uníón de exones (partes que sí lo hacen) mediante un mecanismo conocido como splicing, es decir, “corte y empalme”.

2) Traducción: síntesis de proteínas

La traducción es la síntesis de una secuencia de aminoácidos (polipéptido) con la información proporcionada y dirigida por la secuencia de bases de la molécula del ARNm.

Su finalidad es, por tanto, la síntesis de proteínas. Tiene lugar en el citoplasma tanto de células eucarióticas como de células procariotas.

En la traducción intervienen todos los tipos de ARN y los ribosomas:

• ARN ribosómico:
Se encuentra asociado a proteínas formando la estructura de los ribosomas, constituyendo así la base física para la síntesis de proteínas.

• ARN mensajero: Contiene y transporta el mensaje genético proporcionando la secuencia de bases que será traducida a secuencia de aminoácidos en la síntesis de proteínas.

• Codón: Grupo de tres bases consecutivas (triplete) del ARN mensajero que codifica un aminoácido.

• ARN transferente: Interviene en el proceso de traducción transportando los aminoácidos al ribosoma de forma específica para la síntesis de proteínas en función de su anticodón.

Partes del ARNt:

• Anticodón: Regíón del ARNt que reconoce el codón complementario del ARNm.

• Extremo aceptor (3’): Se une al aminoácido. El ARNt unido a su aminoácido se llama aminoacil-ARNt.

Etapas de la traducción

• Iniciación

Los factores de iniciación permiten el acoplamiento del ARNm al ribosoma.

Se reconoce el codón de inicio AUG y se forma el complejo de iniciación.

Elongación

Se alarga la cadena proteica leyendo el ARNm en sentido 5’→3’.

Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos formados por la peptidil transferasa.

El ribosoma avanza por translocación.

El ARNt del sitio E sale, el peptidil-ARNt pasa al sitio P y el sitio A queda libre para otro aminoacil-ARNt.

 Terminación

La síntesis finaliza cuando aparece un codón de terminación (UAA, UAG, UGA).

No existe ningún ARNt que lo reconozca.

El polipéptido se libera y el ribosoma se disocia en sus subunidades.

«Finalmente la cadena polipeptídica formada se libera del ribosoma, que se disocia en sus dos subunidades hasta el momento en el que se inicia una nueva síntesis.

Interesante!: Un ARNm si es lo suficientemente largo puede ser leído simultáneamente por varios ribosomas, espaciados entre ellos, formando un polirribosoma o polisoma.»

6. Catabolismo. β-oxidación de los ácidos grasos

La β-oxidación es el conjunto de reacciones metabólicas de los ácidos grasos mediante las cuales se degradan eliminando dos átomos de carbono sucesivamente por un proceso de oxidación.

La oxidación de los ácidos grasos (β-oxidación) tiene lugar en la matriz mitocondrial de las células animales y en los peroxisomas de células vegetales.

Localización:

Matriz mitocondrial.

Moléculas iniciales: Ácidos grasos.

Moléculas finales: Acetil-CoA (entra en el ciclo de Krebs).

Cada vuelta del ciclo de β-oxidación elimina un fragmento de Acetil-CoA (2C).

Por ejemplo, por cada ácido palmítico (C16) se obtienen 8 acetil-CoA.

Fase no dependiente de la luz (oscura) o ciclo de Calvin-Benson:

Localización. Estroma del cloroplasto.

Resumen. Es la etapa de asimilación del CO₂ que puede realizarse en presencia o ausencia de luz. Se utiliza la energía obtenida en la fase dependiente de la luz, o ATP y el NADPH+H⁺, para reducir el CO₂ hasta formar un glúcido (hexosa). Se compone de las siguientes fases:

Fase de carboxilación. El ciclo comienza con 3 moléculas de CO₂ atmosférico que se condensan con 3 moléculas de un glúcido, la ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP), dando lugar a un intermediario que inmediatamente es escindido en 6 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico (PGA) por la enzima más abundante de la biosfera: la enzima Rubisco.

Fase de reducción. En los pasos siguientes se utiliza el NADPH+H⁺ y el ATP de la fase luminosa que conducirán a la formación de 6 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (GAP), de las cuales tan solo 1 se utilizará para la síntesis de glúcidos más complejos como glucosa, fructosa, sacarosa o almidón.

El GAP viaja al citosol para ser transformado en glucosa y fructosa, que dará lugar finalmente a la sacarosa. También puede ser transformado en glucosa en el interior del cloroplasto, que finalmente polimerizará para dar lugar a almidón. ¡¡Recuerda!! El almidón es el polisacárido de reserva de las plantas y está compuesto por monómeros de glucosa.

Fase de regeneración. Los otros 5 GAP restantes se convierten en 3 moléculas de RuBP que de nuevo aceptarán a otras 3 moléculas de CO₂ atmosférico para iniciar de nuevo el ciclo.

La síntesis de glúcidos es un proceso metabólico muy costoso. La fijación de 3 moléculas de CO₂ con producción de 1 molécula de GAP requiere el gasto de 9 moléculas de ATP y 6 NADPH. Como se necesitan dos vueltas de ciclo para regenerar un mol de hexosa, la reacción será:

6 CO₂ + 12 NADPH + 12H⁺ + 18 ATP → 1 Hexosa + 12 NADP⁺ + 18 ADP + 18 P

¡¡Fíjate!! En el ciclo de Calvin se consume ATP mientras que en el ciclo de Krebs se produce ATP o equivalente. Realmente son totalmente diferentes, lo único que podríamos asemejar es que en ambos se regenera el compuesto inicial en cada vuelta.

La interfase es el conjunto de fases que transcurren entre dos mitosis consecutivas. Fases:

Fase G1. Se sintetizan las proteínas necesarias para que la célula aumente de tamaño y al mismo tiempo se incrementa el número de orgánulos citoplasmáticos. Si no existen factores de crecimiento en la fase G1, la célula entra en la llamada fase GO, un periodo de reposo en el que podría permanecer más o menos tiempo e incluso el resto de su vida.

Fase S. Se produce la replicación (duplicación) del ADN y la síntesis de las proteínas asociadas al ADN (histonas). Como resultado, cada cromosoma estará formado por dos cromátidas hermanas idénticas unidas por el centromero y visible en la fase de división.

Fase G2. Se produce la duplicación de los centriolos (centrosomas) y la célula se prepara para Iniciar la fase M de división celular (mitosis).

La fase M es la etapa donde se produce la división celular. Es muy importante para la proliferación de la célula, mantenimiento de su información, reparación de tejidos, crecimiento y reproducción celular. Fases:

Mitosis. Se produce el reparto del material hereditario ya duplicado durante la fase 5.

Citocinesis. Se produce la división del citoplasma para dar lugar a dos células hijas.