Expresión de la información genética, qué es y cómo se realiza

Todas las células que conforman los organismos pluricelulares e incluso los individuos unicelulares de una misma especie, comparten los mismos ácidos nucleicos a modo de ADN, constituyendo genes y cromosomas, conformando así un genoma único entre ellos. Si esto es así, ¿cómo es posible que en las células de los pluricelulares se evidencien características fenotípicas y fisiológicas distintas o qué organismos unicelulares respondan de distintas maneras a un estímulo externo?, la explicación de este fenómeno se ha logrado gracias al mecanismo de expresión de la información genética, que utilizando los procesos de transcripción, traducción y otros sistemas de regulación permiten las características variables de cada ser vivo.

Expresión de la información genética ¿Qué es?

La expresión genética se define como el proceso a través del cual la información que se encuentra en los genes codificada en la molécula de ADN, se utiliza para construir o formar moléculas funcionales, en específico las proteínas. De manera que se pueda dotar a las células que conforman los diversos organismos con estructuras y funciones propias en diferentes aspectos, destacando entre ellos la activación de procesos fisiológicos, reguladores de los mismos, reparación de daños estructurales e incluso elaboración de moléculas químicas para la defensa, tales como venenos y toxinas.

La expresión de la información genética es de vital importancia, ya que de ella depende el correcto funcionamiento de todos los seres vivos, de este proceso deriva que cada uno de ellos puedan crecer y desarrollarse con características propias, así como dividirse en el caso de los organismos procariotas y reproducirse tanto sexual como asexualmente los seres eucariotas.

¿Cómo se realiza la expresión de la información genética?

Para su estudio es importante conocer surgimiento del código genético.

Surgimiento del código genético

Como ya lo hemos mencionado la expresión de la información genética necesita conformar polipéptidos para producir proteínas, quienes en principio proceden de la lectura y el descifrado del código genético que se obtiene del ADN.

El surgimiento y posterior transformación del código genético a proteínas comienza con la transcripción, etapa donde al ARNm es el protagonista, siendo el encargado de llevar la información a los ribosomas para ser traducido y conformar los polipéptidos, quienes se formaran de manera secuencial y ordenada mediante la agregación de aminoácidos específicos.

Todo este proceso de la expresión de la información genética, se lleva a cabo de manera controlada, activando o suprimiendo genes específicos en el momento que la célula lo requiera, atendiendo bien sea a la especificidad temporal o funcional de estos. Para lograr esta tarea, todas las células tanto procariotas como eucariotas poseen una maquinaria especializada para tal fin.

Para que el ARNm se descodifique en los ribosomas, la molécula se lee en tripletes de las bases nitrogenadas también llamados codones. A partir del cual se añadirán aminoácidos específicos para la formación del polipéptido.

Es importante destacar que este sistema de creación de ARN y proteínas a partir de ADN, fue considerado por un largo periodo como el dogma central de la biología. Hecho que después ha entrado en controversia por la confirmación de que algunos entes pueden utilizar ARN para sintetizar ADN.

Fases para la expresión de la información genética

La expresión de la información genética depende la producción de proteínas, por lo que su elaboración ha sido un mecanismo bien estudiado, dividiendo a dicho mecanismo en dos pasos o fases principales llamados procesos de transcripción y proceso de traducción. Siendo estos procedimientos delicados y complejos que también han sido divididos en varias fases para mayor comprensión.

Proceso de transcripción para la expresión de la información genética

El proceso de transcripción marca el inicio para la síntesis de un polipéptido proteico y de la expresión de la información genética, en esta primera fase un gen que se encuentra activo, permite que su secuencia sea leída y posteriormente transcrita o copiada en una hebra de ARNm, mediante el uso de enzimas (ARN polimerasas). El producto de la transcripción se le conoce como transcrito primario.

El proceso completo de la transcripción se ha dividido en tres partes, denominadas como iniciación, elongación y terminación.

A pesar de que la transcripción en procariotas y eucariotas tienen el mismo objetivo, se logra evidenciar algunas diferencias, en las células eucariotas todo el proceso ocurre en el núcleo, mientras que en las procariotas se da a nivel citoplasmático. Una vez obtenido el ARN o transcrito primario en los procariotas, sirve de inmediato como ARN mensajero, pero en los eucariotas debe pasar por eventos secundarios que hace que este transcrito primario madure y se convierta en ARN mensajero y pueda ser transportado a los ribosomas para el siguiente paso.

Proceso de traducción, segunda fase para la expresión de la información genética

Una vez que el ARN mensajero llega hasta los ribosomas, comienza el procedo de traducción, que al igual que el paso anterior se divide en tres etapas que son iniciación, elongación y terminación. Es en esta fase donde el código genético se logra descifrar y traducir para conformar proteínas con funciones específicas.

El proceso de traducción ocurre en el citoplasma, específicamente en los ribosomas, y necesitas de otras moléculas asociadas denominadas como ARN de transferencias (ARNt) para lograr su objetivo.

A medida de que los ribosomas pasan de codón en codón se van añadiendo los aminoácidos específicos por cada lectura; una vez que se termina con el proceso, el polipéptido que se ha formado se pliega y mediante eventos secundarios se convierte en la proteína que dependiendo de su función será dirigida al sitio específico, bien sea dentro de la célula o alguna parte del organismos del que hacen parte.

Mecanismos de regulación en la expresión de la información genética: Activación o supresión de genes

Los pasos anteriormente descritos son de gran importancia en la expresión de la información genética, pero estos no sería posible sin los procesos regulativos mediante la activación o supresión de los genes. Para ello, las células tanto eucariotas como procariotas cuentan con diversos mecanismos de regulación, que abarcan desde aspectos ambientales (estudiados por la epigenética), hasta complejos sistemas químicos que involucran a enzimas y proteínas asociadas. Dicha regulación es esencial para que puedan expresarse las diversas características de un ser vivo.

Son varios los mecanismos de regulación genética que hacen vida a nivel celular, entre ellos podemos nombrar los siguientes:

Factores de transcripción, estos pueden ser de tipo basal, de activación o de supresión. En donde los basales permiten que se inicie el proceso de transcripción en los eucariotas, los factores activadores permiten que el gen se exprese mientras que los de supresión evitan que se dé el paso de la transcripción.

Otros procesos de regulación importantes son las RNA no codificantes que puede actuar sobre el proceso de transcripción, de traducción e incluso sobre al ARNm, también están los procesos de acetilación de histonas y metilación de bases. Existen también mecanismos de regulación transcripcional, postranscripcional y postraduccional que se dan por diferentes vías.

Referencias

– Blasco-Morneo, B.; Campos-Mata, L.; Bottcher, R.; García-Martínez, J.; Jungfleisch, J.; Nedialkova, D.; Chattopadhyay, S.; Gas, M.; Oliva, B.; Pérez-Ortín, J.; Leidel, S.; Choder, M.; Díez, J. (2019). https://www.nature.com/articles/s41467-019-09199-6

– Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C.; Krieger, M.; Scott, M.; Zipursky, S.; Darnell, J. (2006).

– Mateos, D. (2006).

– Recillas, F. (2002).