1Replicación del DNA
La replicación copia el DNA completo antes de cada división celular, de forma semiconservativa: cada molécula de DNA hija conserva una cadena original (molde) y sintetiza una cadena nueva complementaria — el mecanismo directamente predicho por el apareamiento de bases complementarias del capítulo II.1.
| Paso | Evento |
|---|---|
| Apertura de la doble hélice | La helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas, formando una "horquilla de replicación"; las proteínas de unión a cadena simple (SSB) estabilizan las cadenas ya separadas |
| Síntesis de la cadena nueva | La DNA polimerasa añade nucleótidos complementarios a la cadena molde, siempre en sentido 5'→3' — y siempre requiere un cebador (primer) de RNA corto, sintetizado por la primasa, porque la DNA polimerasa no puede iniciar una cadena de la nada |
| Cadena líder vs. rezagada | Como las dos cadenas molde son antiparalelas y la síntesis solo avanza 5'→3', una cadena hija (líder) se sintetiza de forma continua siguiendo a la horquilla; la otra (rezagada) se sintetiza en fragmentos discontinuos (fragmentos de Okazaki) que luego se unen mediante la DNA ligasa |
Las diferencias entre procariotas y eucariotas son principalmente de escala y complejidad: los eucariotas tienen múltiples orígenes de replicación por cromosoma (necesarios por el tamaño mucho mayor del genoma), y enfrentan el problema adicional de los telómeros —los extremos del cromosoma lineal no pueden replicarse completamente por el mecanismo estándar, y se acortan progresivamente con cada división, salvo que la enzima telomerasa (activa en células germinales, madre y muchas células tumorales, pero no en la mayoría de las células somáticas adultas) los extienda—.
2Transcripción: síntesis de RNA a partir de DNA
La transcripción copia un segmento específico del DNA (un gen) en una molécula de RNA complementaria, catalizada por la RNA polimerasa —que, a diferencia de la DNA polimerasa, no requiere cebador—:
| Tipo de RNA | Función |
|---|---|
| RNA mensajero (RNAm) | Lleva la información codificante desde el DNA hasta el ribosoma para la traducción |
| RNA ribosómico (RNAr) | Componente estructural y catalítico del ribosoma |
| RNA de transferencia (RNAt) | Adaptador que lleva el aminoácido correspondiente a cada codón durante la traducción |
En procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente en el mismo compartimiento (sin núcleo que las separe). En eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo y genera un transcripto primario que requiere procesamiento (maduración) antes de salir al citoplasma:
- Adición de caperuza (cap) 5': protege el extremo 5' del RNAm de la degradación y participa en el inicio de la traducción.
- Poliadenilación 3': adición de una cola de múltiples adeninas (poli-A), que estabiliza el mensajero y regula su vida media.
- Splicing (empalme): remoción de los intrones (secuencias no codificantes) y unión de los exones (secuencias codificantes) — el splicing alternativo (combinar exones de distinta manera según el tejido o el momento) permite que un solo gen genere múltiples proteínas distintas, un mecanismo clave de diversidad proteica sin necesidad de más genes.
La membrana nuclear de la célula eucariota es funcionalmente indispensable en este proceso: separa físicamente la transcripción (nuclear) de la traducción (citoplasmática), garantizando que solo el RNAm ya completamente procesado y maduro llegue al ribosoma — a diferencia de la célula procariota, donde ambos procesos ocurren acoplados sin ese control de calidad espacial.
3Traducción: síntesis de proteínas
La traducción decodifica la secuencia de nucleótidos del RNAm en una secuencia de aminoácidos, según el código genético: grupos de tres nucleótidos consecutivos (codones) especifican cada aminoácido (o una señal de "stop"). El código genético es degenerado (varios codones distintos pueden especificar el mismo aminoácido) pero no ambiguo (cada codón especifica un único aminoácido).
| Componente | Función |
|---|---|
| Ribosoma (subunidad mayor + menor, compuesto de RNAr + proteínas) | Sitio físico donde ocurre la traducción; cataliza la formación del enlace peptídico entre aminoácidos sucesivos — un complejo supramolecular proteína-ácido nucleico |
| RNAt | Cada RNAt lleva, en un extremo, un anticodón complementario a un codón específico del RNAm, y en el otro, el aminoácido correspondiente — el "adaptador" que traduce el lenguaje de nucleótidos al de aminoácidos |
| Factores de iniciación, elongación y terminación | Proteínas accesorias que coordinan el inicio (reconocimiento del codón AUG de inicio), la elongación (avance codón por codón) y la terminación (reconocimiento de un codón stop) de la síntesis proteica |
Los ribosomas procariotas (70S) y eucariotas (80S) difieren en tamaño y composición, una diferencia explotada terapéuticamente por varios antibióticos que inhiben selectivamente la síntesis proteica bacteriana sin afectar a la del huésped humano.
4Modificaciones postraduccionales
Una proteína recién sintetizada rara vez es funcionalmente madura de inmediato: suele requerir modificaciones postraduccionales —fosforilación, glicosilación, hidroxilación, formación de puentes disulfuro, corte proteolítico de un péptido señal o de un zimógeno (ver Manual de Fisiología, capítulo IV.2)— antes de alcanzar su conformación y localización final. Las proteínas destinadas al exterior de la célula o a organelas específicas (extracelulares) siguen rutas de tráfico intracelular distintas de las que permanecen en el citosol (intracelulares), determinadas por secuencias señal codificadas en su propia estructura primaria.
5Trampas de examen
| Trampa | Por qué confunde | Aclaración |
|---|---|---|
| Pensar que la DNA polimerasa puede iniciar una cadena nueva sin ayuda | Es "la enzima de la replicación" | Requiere siempre un cebador (primer) de RNA preexistente, sintetizado por la primasa — no puede unir los dos primeros nucleótidos de una cadena nueva por sí sola |
| Confundir intrones con exones | Ambos son parte del transcripto primario | Los exones son las secuencias codificantes que permanecen en el RNAm maduro; los intrones son removidos durante el splicing — recordar "intrón = intermedio, se va" |
| Pensar que transcripción y traducción ocurren simultáneamente en eucariotas, como en procariotas | Es así en bacterias | La membrana nuclear eucariota las separa espacial y temporalmente — la traducción solo comienza una vez que el RNAm procesado sale al citoplasma |
| Pensar que "degenerado" significa que el código genético es ambiguo | Ambos términos suenan a "impreciso" | Degenerado significa que varios codones pueden codificar el mismo aminoácido (redundancia); no ambiguo significa que cada codón individual especifica siempre un único aminoácido — son propiedades compatibles, no contradictorias |
6Puntos clave
- La replicación es semiconservativa, requiere cebador de RNA, y genera una cadena líder continua y una rezagada discontinua (fragmentos de Okazaki).
- La transcripción genera RNAm, RNAr y RNAt; en eucariotas el transcripto primario requiere procesamiento (cap 5', poli-A 3', splicing de intrones) antes de salir del núcleo.
- La traducción decodifica codones del RNAm (código degenerado pero no ambiguo) en aminoácidos, con el RNAt como adaptador y el ribosoma como sitio catalítico.
- Las modificaciones postraduccionales (fosforilación, glicosilación, corte proteolítico) suelen ser necesarias para la función madura de una proteína.