Replicación, Transcripción y Traducción del ADN: Fundamentos Moleculares

Fichas de vocabulario que cubren la replicación, transcripción y traducción genética, incluyendo bases químicas, complejos enzimáticos, procesamiento del ARNm y código genético.

Esquema general de la replicación del ADN

Representación secuencial de la replicación celular: apertura de la horquilla (topoisomerasa, helicasa, SSB), síntesis de cebadores (primasa), síntesis de hebras continua y discontinua en dirección $5' \rightarrow 3'$, remoción de cebadores y unión covalente por ligasa.

Esquema general de la transcripción del ADN

Representación de la síntesis de ARN a partir de ADN: reconocimiento del promotor por factores basales (TFII), apertura de la burbuja, elongación en dirección $5' \rightarrow 3'$, liberación del transcrito primario y etapas de maduración eucariota (caperuza $5'$, splicing y cola poli-A).

Esquema general de la traducción del ARNm

Representación de la síntesis polipeptídica en el ribosoma: iniciación en el codón AUG, interacción con los sitios A, P y E, formación del enlace peptídico por la peptidil transferasa, translocación con gasto de GTP y liberación mediada por factores de liberación ante codones de término.

ADN (Ácido desoxirribonucleico)

Molécula biológica formada por nucleótidos que almacena, transmite y permite la expresión de la información genética de los seres vivos; se localiza en el núcleo celular, cloroplastos y mitocondrias.

Nucleótido

Unidad monomérica fundamental de los ácidos nucleicos compuesta por un grupo fosfato, un azúcar pentosa (desoxirribosa o ribosa) y una base nitrogenada.

Nucleósido

Estructura molecular precursora conformada exclusivamente por la unión covalente de una base nitrogenada y una molécula de pentosa, sin grupo fosfato.

Enlace N-glucosídico

Enlace covalente que une una base nitrogenada al carbono $1'$ de la pentosa; se establece entre el nitrógeno $N1$ de las pirimidinas o el nitrógeno $N9$ de las purinas y la pentosa.

Enlace fosfodiéster

Enlace covalente que une el grupo fosfato del carbono $5'$ de un nucleótido con el grupo hidroxilo ($-\text{OH}$) del carbono $3'$ del nucleótido contiguo, conformando el esqueleto azúcar-fosfato.

Cadenas antiparalelas

Disposición geométrica de la doble hélice de ADN en la cual las dos cadenas polinucleotídicas poseen orientaciones químicas opuestas: una corre en sentido $5' \rightarrow 3'$ y la otra en sentido $3' \rightarrow 5'$.

Desoxirribosa

Azúcar pentosa de $5$ carbonos componente de los nucleótidos de ADN que se caracteriza químicamente por carecer de un grupo hidroxilo ($-\text{OH}$) en el carbono $2'$.

Ribosa

Azúcar pentosa presente en la estructura del ARN que cuenta con un grupo hidroxilo ($-\text{OH}$) unido en la posición de su carbono $2'$.

Replicación semiconservativa

Modalidad de replicación del ADN en la cual cada molécula dúplex hija resultante conserva una hebra original que sirvió de molde y una hebra nueva recién sintetizada.

Replicación bidireccional

Proceso replicativo en el cual, a partir de cada origen de replicación, se establecen dos horquillas de replicación que progresan simultáneamente en sentidos opuestos.

Replicación semidiscontinua

Naturaleza de la síntesis de ADN donde una de las hebras se sintetiza de manera continua (cadena líder) y la complementaria se sintetiza de forma fragmentada o discontinua (cadena rezagada).

Etapa S del ciclo celular

Fase del ciclo celular en la que ocurre la duplicación del material genético para asegurar que cada célula reciba una dotación completa e idéntica de ADN previa a la división celular.

Topoisomerasa (girasa)

Enzima que elimina y alivia la tensión generada por el superenrollamiento del ADN por delante del avance de la horquilla de replicación.

Helicasa

Enzima que cataliza la ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas utilizando energía de ATP para abrir y separar la doble hélice de ADN.

Proteínas SSB

Proteínas de unión a cadena simple que se adhieren al ADN monocatenario para estabilizarlo y prevenir que las cadenas complementarias se reasocien durante la replicación.

Primasa

ARN polimerasa especializada encargada de sintetizar secuencias cortas de ARN (cebadores) para proveer un grupo $3'\text{-OH}$ libre que permita el inicio de la síntesis de ADN.

Cebador de ARN (Primer)

Segmento corto de ribonucleótidos sintetizado por la primasa que proporciona el extremo $3'\text{-OH}$ libre indispensable para que la ADN polimerasa comience a añadir nucleótidos.

ADN polimerasa III

Complejo enzimático principal de procariotas responsable de catalizar la elongación de las nuevas hebras de ADN exclusivamente en dirección $5' \rightarrow 3'$.

Cadena líder

Hebra de ADN sintetizada de manera continua en dirección $5' \rightarrow 3'$, en el mismo sentido hacia el cual avanza la horquilla de replicación.

Cadena rezagada

Hebra de ADN sintetizada de modo discontinuo en fragmentos en dirección $5' \rightarrow 3'$, en sentido opuesto al desplazamiento de la horquilla de replicación.

Fragmentos de Okazaki

Segmentos de nucleótidos de ADN sintetizados de forma discontinua a lo largo de la hebra rezagada durante la replicación genómica.

ADN polimerasa I

Enzima procariota que degrada y elimina los cebadores de ARN a través de su actividad exonucleasa $5' \rightarrow 3'$ y rellena los huecos resultantes incorporando ADN.

RNasa H y FEN1

Sistemas enzimáticos eucariotas responsables de la escisión y remoción de los cebadores de ARN durante la replicación del ADN.

ADN ligasa

Enzima que sella la continuidad del esqueleto de ADN uniendo los fragmentos de Okazaki mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo $3'\text{-OH}$ y el $5'\text{-fosfato}$.

Actividad exonucleasa $3' \rightarrow 5'$

Capacidad enzimática de corrección de pruebas presente en las ADN polimerasas que detecta y escinde nucleótidos erróneamente apareados en el extremo $3'$.

Transcripción del ADN

Proceso molecular por el cual la información genética contenida en una secuencia de ADN se transfiere hacia una molécula complementaria de ARN (ARNm, ARNt o ARNr).

Promotor (Caja TATA)

Secuencia reguladora en el ADN rica en pares adenina-timina (fórmula consensuada $\text{TATAAA}$) que señala el sitio de ensamble de la maquinaria transcripcional cerca del punto de inicio ($+1$).

Factores de transcripción generales (TFII)

Conjunto de proteínas auxiliares basales (incluyendo TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE y TFIIH) que identifican el promotor y reclutan a la ARN polimerasa II.

TFIID

Factor de transcripción general del complejo de preiniciación que reconoce y se asocia de forma directa y específica con la caja TATA del promotor.

TFIIH

Factor basal de transcripción dotado de actividad enzimática de desenrollamiento que abre la doble hebra de ADN para permitir el inicio de la síntesis del ARN.

Burbuja de transcripción

Región de ADN desenrollada de aproximadamente $12$ a $17$ nucleótidos generada durante la transcripción donde queda expuesta la hebra molde para ser copiada.

Hebra molde

Cadena de ADN orientada en dirección $3' \rightarrow 5'$ que es leída por la ARN polimerasa y determina la secuencia de bases complementarias del ARN sintetizado.

Hebra codificante

Cadena de ADN no transcrita cuya secuencia nucleotídica es idéntica a la del ARN sintetizado, con la excepción de contener timina (T) en lugar de uracilo (U).

ARN polimerasa I

Enzima eucariota localizada en el nucléolo cuya función primordial consiste en sintetizar los ARN ribosomales principales ($18\text{S}$, $5.8\text{S}$ y $28\text{S}$).

ARN polimerasa II

Enzima eucariota del nucleoplasma responsable de transcribir el pre-ARNm, además de sintetizar algunos snRNA y miRNA.

ARN polimerasa III

Enzima eucariota ubicada en el nucleoplasma encargada de la transcripción del ARNt, el ARNr $5\text{S}$ y determinados snRNA.

Caperuza $5'$ (7-metilguanosina)

Modificación añadida por guanililtransferasa y metiltransferasa al extremo $5'$ del pre-ARNm para evitar su ataque por exonucleasas y facilitar el reconocimiento por el ribosoma.

Cola poli-A

Secuencia de nucleótidos de adenina polimerizada en el extremo $3'$ del ARN por la poli(A) polimerasa que proporciona estabilidad y favorece la exportación hacia el citosol.

Splicing

Mecanismo de corte y empalme ejecutado por las ribonucleoproteínas snRNP en el que se eliminan los intrones del transcrito primario y se ligan secuencialmente los exones.

Intrón

Segmento no codificante presente en el ARN transcrito inmaduro que se remueve durante el procesamiento y no forma parte del ARNm maduro.

Exón

Región de la molécula de ARN que permanece en el ARNm maduro tras el splicing y contiene la información que codifica la secuencia aminoacídica de la proteína.

Traducción del ARNm

Proceso citoplasmático ribosomal donde la secuencia de tripletes del ARNm dirige el orden de incorporación de los aminoácidos para constituir una cadena polipeptídica funcional.

Codón

Unidad de lectura compuesta por un triplete de ribonucleótidos contiguos en el ARNm que codifica un aminoácido determinado o una señal de terminación.

Anticodón

Triplete de nucleótidos localizado en el ARNt dispuesto de forma complementaria y antiparalela respecto al codón correspondiente del ARNm.

ARN de transferencia (ARNt)

Molécula adaptadora que porta covalentemente un aminoácido específico en un extremo y exhibe un bucle con un anticodón para aparearse con el ARNm.

Sitio A (Aminoacil)

Espacio de unión ribosomal donde ingresa e interactúa el nuevo ARNt cargado con su aminoácido correspondiente según el codón expuesto.

Sitio P (Peptidil)

Región del ribosoma que aloja al ARNt que contiene unida la cadena polipeptídica en crecimiento.

Sitio E (Exit)

Lugar ribosomal transitorio desde el cual el ARNt desacilado o vacío se desliga y es expulsado del ribosoma.

Peptidil transferasa

Actividad catalítica ribozímica intrínseca del ARNr de la subunidad ribosomal mayor que sintetiza el enlace peptídico transfiriendo el péptido del sitio P al aminoácido del sitio A.

Translocación ribosomal

Movimiento sincronizado del ribosoma de exactamente un codón sobre el ARNm en dirección $5' \rightarrow 3'$, dependiente de factores de elongación y del consumo de GTP.

Codón de inicio (AUG)

Triplete en el ARNm que fija el marco de lectura e inicia la traducción; determina la inserción del aminoácido metionina (Met).

Codones de término (Stop)

Tripletes de nucleótidos ($\text{UAA}$, $\text{UAG}$ y $\text{UGA}$) que actúan como señales de alto al no codificar aminoácidos y reclutar factores de liberación proteica.

Factor de liberación (eRF)

Proteína que se acopla al sitio A del ribosoma al llegar a un codón de término, catalizando la hidrólisis del enlace éster entre la cadena peptídica y el último ARNt para liberar la proteína terminada.