Capitulo 7 B- Naturaleza molecular del gen y del genoma

Vista previa del material en texto

Resumen de Biología – Cuadernillos Negros
Capítulo 12 – Naturaleza molecular del gen y del genoma
EL CONCEPTO DE GEN
El genoma es el conjunto de genes de una especie. En principio, un gen es una unidad informativa discreta, responsable de una característica transmisible. Hoy identificamos a dicha unidad de información con un fragmento de ADN localizado en determinado lugar de un cromosoma. 
Una segunda concepción del gen surgió cuando se demostró que los genes especifican la estructura de las proteínas individuales. Un gen es, entonces, una secuencia de ADN con la información necesaria para la síntesis de una proteína particular. El ADN dirige la síntesis de proteínas y éstas determinan las características físicas y químicas de la célula.
Las instrucciones genéticas contenidas en el ADN se expresan en dos pasos. El primero de ellos, la transcripción, consiste en la síntesis de ARN a partir del ADN. El ARN contiene toda la información de la secuencia de bases del ADN de la que ha sido copiado. El segundo paso de la expresión genética es la traducción, donde el ARN ejecuta las instrucciones recibidas cristalizándolas en la síntesis de una proteína específica.
Existen diversos tipos de ARN: el ARNm (mensajero), el ARNr (ribosómico), el ARNt (de transferencia) y los ARN pequeños. 
Hoy se acepta que un gen es una secuencia de ADN transcripta que genera un producto con función celular específica.
Existen regiones reguladoras de los genes, que no se transcriben, y otras regiones (llamadas intrones) que se transcriben pero se eliminan sin cumplir ninguna función aparente.
LA ORGANIZACIÓN DEL GENOMA
Diferencias significativas del genoma en procariontes y eucariontes.
· En primer lugar, el ADN procarionte se presenta como una única molécula circular, en tanto el ADN eucarionte es de estructura lineal. Además las células eucariotas poseen usualmente más de una molécula de ADN en sus núcleos. Cada molécula corresponde a un cromosoma, cuyo número es constante para todas las células de una misma especie (con excepción de las gametas).
· El ADN eucarionte se halla asociado íntimamente a diferentes proteínas, entre las cuales las histonas son las más importantes. Esta asociación a histonas no se verifica en el ADN procarionte, por lo cual se lo ha denominado “ADN desnudo”. 
· En las células eucariotas los cromosomas están confinados en el compartimiento nuclear, donde tiene lugar la transcripción; la traducción se localiza en el citoplasma; ambos procesos se encuentran separados espacial y temporalmente. En las células procariotas, donde no existe la envoltura nuclear, el ADN está en contacto directo con el citosol, y los procesos de transcripción y traducción no se hallan separados en espacio ni en tiempo. 
· Los eucariontes tienen genomas mucho más grandes que los procariontes. Aunque el valor C (cantidad haploide de ADN de una especie) es muy variable entre los eucariontes, es siempre mayor que el de los procariontes. 
· En los procariontes se da una máxima economía de información: cada cromosoma contiene una sola copia de cualquier gen particular, y prácticamente se expresa todo el ADN. En cambio, en toda célula eucariota parecería haber un gran exceso de ADN.
Complejidad del genoma eucariota
En el ADN del genoma eucariota se distinguen tres tipos de secuencias:
1. Altamente repetidas
Son secuencias cortas y se repiten en tándem (en forma consecutiva y sin interrupción). Se hallan en la heterocromatina y aparentemente no se expresan. Hay diferentes categorías:
· ADN Satélite: secuencias cortas de 5 a 100 pares de bases. 
· ADN minisatélite: secuencias de alrededor de 15 pares de bases en grupos de 1000 a 3000 repeticiones.
· ADN microsatélite: repeticiones de 2 a 5 pares de bases, en grupos de alrededor de 100 copias dispersos por el genoma.
2. Medianamente repetidas
Comprenden secuencias de cientos de bases de longitud y hay entre 50 y 100000 copias de cada secuencia.
· secuencias con función codificadora: incluyen las secuencias que codifican los ARNt y ARNr y los genes de histonas, cuyas secuencias que los codifican se ubican en serie.
· secuencias sin función codificadora: la mayor parte del ADN medianamente repetidos. Hay de dos tipos: ECIN (elementos cortos interpuestos) y ELIN (elementos largos interpuestos). De aproximadamente 500 y 1000 pares de bases. 
3. No repetidas o de copia única
Comprenden las secuencias de nucleótidos que codifican proteínas. 
EL CÓDIGO GENÉTICO
¿Cómo un ARNm lleva escrita la información para construir una proteína? La información reside en la secuencia de bases y está “escrita” en un código genético.
Podemos pensar al código genético como un idioma. Los idiomas utilizan una cierta cantidad de letras, éstas se combinan para formar palabras, y cada palabra tiene un significado, designa a un objeto particular. En el código genético están presentes todos estos elementos: las letras son las 4 bases que forman las cadenas de ARN (A, U, C, G); las palabras son siempre agrupaciones de 3 letras o tripletes de bases, llamadas codones en la molécula del ARNm, y los objetos designados por dichas palabras son cada uno de los 20 aminoácidos que componen las proteínas.
64 codones son más que suficientes para nombrar a los 20 aminoácidos. Así como en cada idioma existen palabras distintas con un mismo significado, la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de 1 codón: existen codones sinónimos. Esta flexibilidad del código no debe confundirse con ambigüedad: el código no es ambiguo, en tanto cada codón especifica sólo a un aminoácido. 
Los codones que codifican aminoácidos suman en total 61. Los 3 codones que no especifican ningún aminoácido, UGA, UAG y UAA, codones de terminación o stop, actúan como señales de terminación en la traducción o síntesis de proteínas. El código genético es universal, lo cual da prueba de que todos los organismos comparten un mismo origen. 
El marco de lectura
Los ARNm portan un codón, el AUG que es interpretado por los ribosomas como codón de iniciación. En adelante, el ribosoma se desplazará a lo largo del ARNm en bloques consecutivos de tres bases, garantizando la lectura de los codones apropiados.
Las mutaciones que implican ganancia o pérdida de un nucleótido resultan más destructivas que las sustituciones, pues alteran por completo el mensaje. Por último, el código es leído sin solapamiento, cada nucleótido del mensaje es utilizado como componente de un solo codón.
Características del Código Genético
· Consta de 64 codones. 61 codifican aminoácidos. 3 codones funcionan como señales de stop.
· El código no es ambiguo, pues cada codón especifica a un solo aminoácido.
· Un aminoácido puede estar codificado por diferentes codones.
· Es universal, sus mensajes son interpretados de la misma forma por todos los organismos.
· Utiliza un marco de lectura establecido al inicio de la traducción y no lo modifica.
· No se produce solapamiento de codones.
EL PROCESO DE LA TRANSCRIPCIÓN
La transcripción consiste en la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN. Involucra la participación de una enzima ARN polimerasa. Ésta sintetiza una cadena de ARN cuyos inicio, terminación y secuencia de bases vienen determinados por el propio gen.
El primer paso de la transcripción es la unión de la enzima ARN polimerasa a una región del gen llamada promotor, una secuencia específica de bases con alta afinidad por la enzima, por lo que proporciona a la misma su sitio de unión al ADN. Es asimismo una señal que indica cuál cadena de las dos se ha de transcribir. 
La transcripción es asimétrica, pues sólo se transcribe una de las dos cadenas que forman cada gen. La cadena que actúa como plantilla es la cadena molde, negativa o no codificante; la hebra no transcripta, se denomina antimolde, positiva o codificante. 
La ARN polimerasa se desplaza sobre la cadena molde, recorriéndola en dirección 3’ => 5’ o “río abajo” y transcribiéndola a partir del nucleótido que el promotor señala como punto de inicio de la transcripción. Este nucleótidose nombra +1 y los siguientes siguen la numeración correlativa. Partiendo desde el punto de inicio en la dirección contraria, es decir “río arriba”, los nucleótidos se numeran –1, -2, etc.
La ARN polimerasa sólo puede desplazarse y transcribir si previamente la doble hélice sufre un desenrollamiento y fusión (separación de las cadenas). La misma enzima cataliza ambos procesos, generando hacia el extremo 3´ una burbuja de transcripción, en la cual las cadenas permanecen desapareadas. A medida que progresa la fusión por delante de ella, la doble hélice se recompone por detrás. La formación de la burbuja causa una supertorsión o superenrollamiento de la doble hélice en los sectores ubicados hacia el extremo 5’ del molde, que es luego corregido por la acción de una enzima topoisomerasa I.
Cuando el molde ya ha sido desapareado en la burbuja de transcripción y expone sus bases, éstas son reconocidas por la ARN polimerasa. A medida que la enzima “lee” la plantilla, coloca junto a cada base de la misma el ribonucleótido trifosfato portador de la base complementaria. A los desoxiribonucleotidos de A, T, C y G se le aparean los ribonucleótidos de U (recordemos que el ARN no contiene T), A, G y C mediante puentes de hidrógeno. Son los mismos sustratos los que, por estar trifosfatados, aportan la energía necesaria para su polimerización. 
La dirección de la síntesis del ARN es 5´ => 3´. Conforme el polímero se alarga por su extremo 3’, el extremo 5’ se separa del molde, el cual vuelve a emparejarse con su hebra de ADN complementaria.
La transcripción concluye cuando la ARN polimerasa alcanza una señal de terminación. El ARN transcripto primario obtenido, resulta una copia complementaria y antiparalela de una región del gen comprendida entre el punto de inicio y la señal de terminación.
El transcripto primario repite la dirección y la secuencia (excepto porque lleva U en vez de T) de la hebra no copiada o antimolde, por eso es una hebra positiva o codificante. Es la cadena convencionalmente elegida para representar un gen.
Las principales diferencias en la transcripción en células procariotas y eucariotas:
· Existe una sola ARN polimerasa procariota y tres ARN polimerasas eucariotas.
· La ARN polimerasa procariota no requiere factores de transcripción. Las eucariotas requieren la presencia de factores de transcripción basales y su actividad es regulada por factores de transcripción específicos.
· Las secuencias señalizadoras son diferentes.
LA MAQUINARIA TRADUCCIONAL
Una vez transcriptos cada ARN sufre una serie de modificaciones cuyas características difieren según hablemos de células procariotas y eucariotas. 
ARNm (mensajero)
Los ARNm son moléculas lineales de cadena simple en donde residen las instrucciones para la elaboración de un producto proteico.
Los ARNm eucariotas y procariotas son iguales en el sentido que presentan una secuencia continua de codones que se extienden desde el principio al fin del mensaje genético dictando con exactitud la secuencia lineal de aminoácidos de una cadena polipeptídica en particular. 
Además de la región codificadora presenta sectores extra en los extremos 5' y 3' del mensajero denominados secuencias directora y seguidora respectivamente. Estas regiones no se traducen en proteína.
ARNm eucariota
1- Presentan la secuencia del mensaje interrumpida, existen sectores que codifican para la proteína, EXONES, con secuencias sin información denominadas INTRONES.
2- Los ARNm transcriptos primarios sufren una serie de modificaciones antes de salir al citoplasma como ARNm maduro.
Algunos cambios consisten en el agregado de moléculas en los extremos 5' y 3' llamados capping y poliadenilación.
Capping: Proceso por el cual se adiciona en el extremo delantero (5’) del ARNm una molécula que se conoce como cap, que se agrega al ARNm naciente cuando éste alcanza aprox. los 30 nucleótidos de longitud. Es simultánea a la transcripción; se la considera co-transcripcional. La cap impide la degradación del ARNm inmaduro por nucleasas y fosfatasas nucleares y participa en la remoción de intrones y en el inicio de la traducción.
Poliadenilación: Este proceso consiste en el agregado de una cola poli A (de adenosinas), en el extremo final (3') del ARNm. El ARNm presenta una secuencia de nucleótidos específica AAUAAA conocida como señal de poliadenilación. Una nucleasa corta al pre-ARNm a unos 20 nucleótidos después de la señal. Una vez liberado el pre-ARNm, la enzima poliA-polimerasa le agrega las adenosinas. Por otra parte la ARN pol II continúa transcribiendo un tramo más del molde, para finalmente disociarse del gen. Las funciones de la cola poli A son: proteger el extremo 3' de la degradación y ayudar a los ARNm a salir del núcleo. Carecen de cola poli A los ARNm de histonas porque no presentan la señal de poliadenilación. 
Empalme o Splicing: la secuencia codificadora sufre un acortamiento por la eliminación de los intrones, quedando como producto final los exones empalmados en secuencia continúa. Para que se lleve a cabo este tipo de maduración del pre-ARNm se necesita una batería de ribonucleoproteínas nucleares: las RNPpn. Estas partículas se denominan U1, U2, U4, U5, U6 y se combinan de a una por vez en los extremos de cada intrón (lindantes a sendos exones). El complejo resultante del ensamblado de las distintas RPNpn se denomina espliceosoma. La presencia del cap en el extremo 5' es requerida para que las RNPpn trabajen, no así la cola poli A.
Mecanismo molecular del splicing
El corte de intrones y el empalme de exones deben ser muy exactos. Los intrones son clivados del transcripto primario por las RNPpn que reconocen cortas secuencias conservadas dentro del intrón y en los límites con los exones. Estas secuencias son:
· Secuencia GU en el extremo 5' o sitio dador
· Secuencia AG en el extremo 3' del intrón o sitio aceptor
· Secuencias conocida como sitio de ramificación que se localiza en el interior del intrón
Estas secuencias participan en las reacciones de clivado y empalme que ocurren en dos etapas:
En la primera etapa, una RNPpn reconoce al sitio dador y otra se enlaza al sitio de ramificación. El extremo 5' es clivado y ligado a un nucleótido(A) del sitio de ramificación.
En la segunda etapa, se da el reconocimiento del extremo 3’ por parte de otra RNPpn y se produce el corte en el extremo 3' del intrón, seguido por el empalme de los dos exones. Así se libera el ARNm maduro del espliceosoma. El intrón queda eliminado en forma de lazo y será degradado posteriormente en el núcleo. 
3- Los ARNm maduros son monocistrónicos: el sector codificador dicta la secuencia para una sola cadena polipeptídica.
ARNm procariota
1- Los ARNm procariotas tienen secuencias codificadoras continuas; carecen de intrones.
2- No sufren modificaciones post-transcripcionales.
3- Muchos ARNm procariotas son policistrónicos: una sola molécula de ARNm contiene información para varias proteínas. Este ARNm contiene codones para la terminación y para la iniciación de la traducción entre las secciones codificadoras de proteínas, de modo que se traduce como varias moléculas de proteína distintas.
ARNt (transferencia)
Los ARNt son moléculas "adaptadoras"; interactúan por un lado con la cadena polinucleotídica (ARNm) y por el otro con los aminoácidos que formarán parte de la cadena polipeptídica, así alinean a los aminoácidos siguiendo el orden de los codones del ARNm.
Cada ARNt es una molécula de 70 a 93 ribonucléotidos. Enlaces puente hidrógeno entre sus bases repliegan la molécula dando origen a una disposición espacial en forma de trébol. Cada brazo presenta una zona de doble cadena y un asa o bucle de cadena simple sin apareamiento de bases. Interacciones posteriores doblan la estructura de trébol formando una "ele".
Todos los ARNt presentan un porcentaje significativo de bases poco frecuentes que surgen por modificación post-transcripcional de los cuatro ribonucleótidos estándar A, G, C y U.
En esta molécula se distinguen básicamente dos extremos:En el extremo 3' o extremo aceptor de la molécula se encuentra CCA que representa el sitio de unión donde se liga el aminoácido. Esta unión es catalizada por una enzima aminoacil ARNt sintetasa específica y apropiada para cada uno de los 20 aminoácidos.
En el otro extremo de la "ele" se localiza un triplete de nucleótidos conocido como anticodón, cuya secuencia varía en cada tipo de ARNt. Cada anticodón es complementario de un codón del ARNm, aunque podría acoplarse a más de un codón (sinónimo).
Propiedades específicas:
· Debe ser reconocido por una aminoacil ARNt sintetasa que lo una al aminoácido correcto.
· Debe tener una región que actúe como sitio de unión para el aminoácido.
· Debe tener una secuencia complementaria (anticodón) específica para el codón del ARNm correcto.
Las modificaciones que sufren los pre-ARNt son semejantes en procariotas y en eucariotas; en ambos se producen escisiones y modificaciones químicas. 
ARNr (ribosómico)
Los ARNr, junto a proteínas, son los componentes de los RIBOSOMAS. Los ribosomas y los ARNt intervienen en la traducción de la información codificada en el ARNm, por lo cual los ribosomas son considerados fábricas de proteínas. Cada ribosoma consta de dos subunidades: la subunidad MAYOR y la subunidad MENOR.
La subunidad mayor contiene una depresión en una de sus superficies, en la cual se ajusta la subunidad menor. El ARNm se inserta en el surco formado entre las superficies de contacto de las subunidades. Dentro de cada ribosoma hay dos huecos llamados sitios A (AMINOACÍDICO) y P (PEPTIDÍLICO), para el ingreso de los ARNt unidos a sus correspondientes aminoácidos.
Las subunidades ribosómicas trabajan conjuntamente para la síntesis proteica. La subunidad menor aloja al ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt para que puedan unirse los aminoácidos que transportan. La subunidad mayor cataliza la unión peptídica de los aminoácidos gracias a la acción de la peptidil transferasa (enzima que forma parte de la estructura de esta subunidad). 
Si bien cumplen idéntica función, los ribosomas procariotas y eucariotas se diferencian en su tamaño, coeficiente de sedimentación, y en el tipo y número de moléculas de ARNr y proteínas que los forman:
Todos los ARNr procariotas y eucariotas sufren modificaciones post-transcripción.
En eucariotas los ARNr 18S; 5,8S y 28S son transcriptos de un mismo gen que codifica para un pre-ARNr 45S. La síntesis de este transcripto primario se realiza en la zona fibrilar del nucléolo a partir de la ARN pol I. Una vez obtenido el transcripto primario, se eliminan las secuencias espaciadoras (tramos de ARN inútiles para integrar la estructura ribosómica), las que serán degradadas por enzimas. Las secuencias resultantes utilizables de ARNr (28S, 18S y 5,8S) son metiladas y junto con ARNr 5S extranucleolar, se ensamblan a proteínas importadas del citoplasma para conformar la subunidades ribosómicas. Las subunidades ribosómicas en distintos estadios de ensamblaje, se localizan en la periferia del nucléolo, conformando la zona granular del mismo.
Finalmente, las subunidades ribosómicas por separado y antes de completar sus respectivos ensambles, son exportadas al citoplasma a través del complejo del poro, concluyendo el procesamiento de cada subunidad en el citosol. Respecto del ARNr 5S no transcripto en el nucléolo, una vez sintetizado se incorpora al resto de los componentes para conformar la subunidad mayor del ribosoma.
LOS ARN PEQUEÑOS
Los ARN pequeños forman complejos con proteínas específicas formando partículas ribonucleoproteicas (RNP).
Las RNP localizadas en el núcleo se denominan RNPpn. Varios RNPpn conocidos como U1 a U6 participan en el procesamiento de los ARNm.
Las RNP localizadas en citoplasma se denominan RNPpc. La función más conocida es la que desempeña el complejo ARN /proteínas que componen la partícula de reconocimiento de la señal o SRP. 
EL PROCESO DE LA TRADUCCIÓN O SÍNTESIS PROTEICA
La síntesis proteica consiste en la traducción de la información de la secuencia de nucleótidos del ARNm, en la secuencia correspondiente de aminoácidos en una cadena polipeptídica. La síntesis proteica se lleva a cabo en los RIBOSOMAS.
La síntesis proteica incluye las siguientes etapas:
1. Activación de los aminoácidos
Antes de la traducción, cada ARNt se engancha a su aminoácido específico. Esta reacción es catalizada por las enzimas aminoacil ARNt sintetasas. Existen 20 tipos distintos de enzimas, una para cada aminoácido.
El proceso de aminoacilación ocurre en dos etapas:
a- En la primera fase se utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para unir cada aminoácido a un AMP. Esta reacción da origen a un aminoacil- AMP:
b- Sin abandonar la enzima, se transfiere el aminoácido del complejo aminoacil-AMP al ARNt específico, con lo cual se origina la molécula final: AMINOACIL –ARNt
En resumen, la aminoacilación tiene dos funciones:
1- proporcionar el primer paso en la traducción del mensaje genético a una secuencia de aminoácidos;
2- activar al aminoácido antes de incorporarlo a la proteína. El enlace entre el ARNt y el aminoácido libera al hidrolizarse la energía necesaria para propulsar la formación del enlace peptídico durante la traducción.
2. Traducción
El mecanismo por el cual se traduce el mensaje del ARNm puede describirse en tres etapas:
· Iniciación
· Elongación
· Terminación
En todas las fases se requiere la presencia de un sistema de proteínas citoplasmáticas conocidas como factores de iniciación, factores de elongación y factores de terminación respectivamente. 
Iniciación de la TRADUCCIÓN
En esta etapa se reúnen los componentes que constituyen el complejo de iniciación, disparador de la síntesis proteica. El complejo está compuesto por una molécula de ARNm, una subunidad mayor, una subunidad menor, el ARNt iniciador y factores proteicos de iniciación (IF).
Dicho complejo comienza a formarse cuando se acoplan a la subunidad menor, el ARNm y el aminoacil ~ARNt iniciador. La posible secuencia de acontecimientos durante la iniciación de la traducción en eucariotas es:
1. El aminoacil~ARNt iniciador se une a la subunidad menor, con gasto de GTP.
2. El ARNm se acopla a la subunidad menor, para lo cual debe ser previamente reconocida la cap y los nucleótidos contiguos en el extremo 5' del mensaje.
3. La subunidad menor se desliza sobre el ARNm hasta localizar al codón de iniciación AUG.
4. Una vez localizado y acoplado el anticodón al codón AUG del mensaje se establece la pauta de lectura correcta para el resto de los codones que contenga la región codificadora del ARNm.
5. Finalmente se acopla la subunidad mayor, quedando el aminoacil ~ARNt iniciador en el sitio P del ribosoma. 
En conclusión, tres clases de interacciones determinan el inicio de la síntesis proteica:
· Reconocimiento del codón de iniciación AUG en la subunidad menor del ribosoma
· Acoplamiento de bases del codón AUG con el ARNt iniciador
· Acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma cerrando el complejo de iniciación
Elongación de la cadena polipeptídica
El proceso de elongación o crecimiento de la proteína puede resumirse en tres etapas:
6. Una molécula de aminoacil~ARNt ingresa al sitio A vacante del ribosoma (El sitio P está ocupado) acoplándose por complementaridad de bases al segundo codón del ARNm expuesto en ese lugar. Esta reacción requiere la intervención de un factor de elongación y GTP. 
7. El aminoácido iniciador se desacopla del ARNt del sitio P, liberando energía que se utiliza en la formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos alineados. Esta reacción es catalizada por una peptidil transferasa integrante de la subunidad mayor. Como consecuencia de esta reacción el ARNt iniciador del sitio P queda sin aminoácido y el dipéptido resultante queda enganchado al ARNt del sitio A.
8. El nuevo peptidil ARNt del lugar A es traslocado al lugar P cuando el ribosoma se desplaza tres nucleótidos a lo largo de la molécula de ARNm. Esta etapa requiere energía y la presencia del un factorde elongación.
Como parte del proceso de traslocación la molécula libre de ARNt que se ha generado en el sitio P se libera del ribosoma, puesto que su lugar pasa a ser ocupado por el peptidil ARNt. Así el sitio A, que se halla desocupado, puede aceptar una nueva molécula de aminoacil~ARNt, con lo cual se vuelven a iniciar los pasos anteriormente analizados.
Resumiendo, el ciclo de elongación de la síntesis se caracteriza por:
 La unión del aminoacil-ARNt (reconocido por el codón)
 La formación del enlace peptídico
 La translocación del ribosoma
Terminación de la síntesis proteica
9. La finalización de la síntesis proteica ocurre ante la llegada, al sitio A del ribosoma, de uno de los tres codones stop: UGA, UAG, UAA. Éstos son reconocidos por un factor de terminación. La asociación del codón stop con dicho factor modifica la actividad de la peptidil transferasa, la que adiciona agua al peptidil - ARNt en lugar de un nuevo aminoácido.
10. Como consecuencia de esta reacción el polipéptido se desacopla del ARNt, liberándose en el citoplasma. El ARNm se desacopla del ribosoma y se disocian las dos subunidades, las cuales podrán volverse a ensamblar sobre otra molécula de ARNm reiniciándose el proceso de traducción.
Los acontecimientos que caracterizan a la terminación de la síntesis son:
· El reconocimiento del codón stop
· La disociación de las subunidades ribosómicas, el ARNm y la cadena polipeptídica.
La síntesis proteica requiere más energía que cualquier otro proceso anabólico. Para formar cada enlace peptídico se consumen tres enlaces de alta energía:
· Uno en la activación del aminoácido;
· Otro en la unión del aminoacil ~ARNt a la subunidad menor del ribosoma;
· El tercero en la translocación del ribosoma.
Polirribosomas
En cuanto un ribosoma ha traducido una secuencia de aminoácidos suficientemente larga como para dejar libre el extremo 5' del ARNm, un nuevo ribosoma puede iniciar la traducción. Al grupo de ribosomas que traducen simultáneamente el mismo mensaje se lo denomina polirribosoma o polisoma. 
Diferencias en la traducción en procariotas y eucariotas
En eucariotas la envoltura nuclear y la maduración que sufren los ARNm impiden su traducción inmediata. El ARNm es "leído" después de que haya abandonado el núcleo a través de los poros nucleares. La traducción es por lo tanto post-transcripcional.
En procariotas la traducción es simultánea a la transcripción, esto es, mientras se está terminando de transcribir el extremo 3', el extremo 5' libre del ARNm se asocia a un ribosoma y al ARNt iniciador comenzando la traducción.
La fidelidad de la traducción
La precisión en la incorporación de los aminoácidos en la secuencia apropiada durante la síntesis proteica, depende básicamente de dos mecanismos:
· La unión del aminoácido a su ARNt correspondiente o aminoacilación. En esta etapa la actividad correctora de las enzimas aminoacil - ARNt sintetasa minimizan los errores en la selección del aminoácido correcto. Muchas enzimas tienen dos sitios activos distintos, uno que lleva a cabo la reacción de carga, y otro que reconoce un aminoácido incorrecto que se haya colocado en el ARNt y lo libera por hidrólisis.
· El apareamiento de bases codón - anticodón. En este punto de control participa un factor de elongación que forma un complejo con el aminoacil ARNt y el GTP. Recién después del correcto apareamiento codón - anticodón, el factor se disocia posibilitando la unión del aminoácido a la cadena polipeptídica. Este retraso en la unión del aminoácido posibilita que se elimine el ARNt incorrecto, antes que el residuo aminoacídico que transporta pueda enlazarse a la proteína en crecimiento.
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Regulación en procariotas: el operón
Las células procariotas pueden regular de varias formas la cantidad de proteínas que van a ser sintetizadas. No obstante se considera que la expresión génica está regulada principalmente a nivel de la transcripción. La capacidad de un organismo para regular la expresión de sus genes incrementa su aptitud para crecer y dejar progenie en cualquier tipo de condiciones ambientales.
En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en una vía metabólica, se agrupan en el cromosoma en un complejo denominado OPERÓN. 
Un operón típico consta de:
· Genes estructurales: genes que codifican para las enzimas de la vía metabólica. Tienen la particularidad de situarse próximos entre sí, de manera tal que son transcriptos en una sola molécula de ARNm policistrónico. Cuando éste se traduce se obtienen las diferentes enzimas de la vía metabólica.
· Promotor: es la secuencia de nucleótidos del ADN en donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
· Operador: es una secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes estructurales, en donde se inserta una proteína represora, que es codificada por el gen regulador, localizado en una región distinta del cromosoma bacteriano, aguas arriba del sitio operador.
Uno de los ejemplos de operón más conocido es el operón lac. Este es un conjunto de genes que intervienen en la utilización de la lactosa, por parte de la bacteria, como fuente de energía. Las tres enzimas que intervienen en la vía de degradación de la lactosa son: la enzima permeasa, la beta galactosidadsa y la transacetilasa.
El operón lac está formado por tres genes estructurales dispuestos en serie (z, y, a). La transcripción de estos genes da origen a una molécula de ARNm que codifica para las tres enzimas que participan de la misma vía metabólica.
En ausencia de lactosa el represor se enlaza al operador e impide a la ARN polimerasa insertarse en el sitio promotor con lo cual se interrumpe la transcripción. El represor ejerce su influencia mediante control negativo, puesto su interacción con el ADN inhibe la expresión del operón.
En presencia de lactosa, este disacárido se une a la proteína represora, provocándole un cambio conformacional e incapacitándola para unirse al ADN del operador. En estas condiciones, se transcriben los genes estructurales, apareciendo en el citosol las enzimas que degradarán a la lactosa. 
El operón lac es un ejemplo de operón inducible, es decir aquel en el cual la presencia de una sustancia específica (en este caso la lactosa) induce la transcripción de los genes estructurales.
El operón lac también se encuentra bajo control positivo. Este efecto se da cuando en el medio hay glucosa, así la bacteria metaboliza este monosacárido ignorando cualquier otra fuente de carbono disponible. Cuanto menor es la concentración de glucosa en el medio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tiene influencia en el "encendido" del operón lac.
El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPc denominada CAP. Cuando la concentración de este complejo es alta (pues el medio contiene poca glucosa), el CAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac, aumentando la afinidad de la región promotora para la ARN polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón.
Por lo expuesto concluimos que:
· Para que se exprese el operón lac deben darse dos condiciones en el medio: que esté presente la lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja.
Existen otros tipos de operones en bacterias, como por ejemplo el operón triptófano, el que se caracteriza por ser un operón reprimible.
El operón triptófano consiste en cinco genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en la biosíntesis del aminoácido triptófano. Dichos genes se agrupan en una unidad de transcripción con un solo promotor y un operador. Un gen regulador se localiza fuera del operón y codifica para la síntesis de una proteína represora.
En ausencia de triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe los genes estructurales en un ARNm policistrónico. Esto es posible pues el represor inactivo no logra unirse por sí solo al operador.
En presencia de triptófano en el medio circundante, el aminoácido (moléculadenominada co-represor) se une a la proteína represora constituyendo el complejo represor/co-represor. Dicho complejo reconoce a la zona operadora a la que se fija, impidiendo a la ARN polimerasa transcribir los genes estructurales.
Con este mecanismo de regulación la bacteria ahorra energía sintetizando triptófano solamente cuando esta sustancia está ausente en el medio ambiente.
Comparación entre el operón lac y el operón triptófano
Regulación en eucariotas
Los organismos eucariotas pluricelulares poseen el mismo genoma en todas sus células, los distintos tipos celulares se diferencian entre sí porque fabrican y acumulan distintos ARNm y distintas proteínas. Cada etapa en el flujo de información puede ser regulada.
Control transcripcional
A) Los factores de transcripción y la expresión genética:
Para la transcripción de un gen eucariota se requiere:
· Una secuencia promotora o promotor
· Secuencias reguladoras: 
· Intensificadoras: estimulan la transcripción; puede estar lejos del promotor.
· Silenciadoras: inhiben la transcripción. También puede estar lejos del promotor.
· Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor, esenciales para la transcripción pero no pueden aumentar o disminuir su ritmo. 
· Factores específicos de la transcripción: complejo de proteínas reguladoras que pueden ser:
· Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen.
· Proteínas represoras: interactúan con las secuencias silenciadoras del gen.
"Si el promotor fuese el encendido de un coche, los intensificadores serían el acelerador y los silenciadores los frenos, así las proteínas activadoras pisarían el acelerador y las represoras pisarían el freno". Entonces, la transcripción de un gen depende de la actividad conjunta de los factores de transcripción unidos a las secuencias reguladoras.
La unión de los factores al sitio promotor provoca un cambio conformacional que pliega al ADN entre las secuencias reguladoras y promotora, formando un asa. Este plegamiento permite contactar a los factores específicos, unidos a las regiones reguladoras con una o más proteínas "blanco" asociadas al complejo de transcripción basal. Cuando esto ocurre, se estimula la transcripción por parte de la ARN polimerasa la que se desplaza copiando la región codificadora del gen.
Así como los factores de transcripción se asocian a las secuencias reguladoras, también se disocian.
B) La estructura de la cromatina y la expresión genética
En cada tipo celular solo se expresan determinados conjuntos de genes mientras el resto del genoma se mantiene "silencioso". 
Existen dos tipos de cromatina: la eucromatina, transcripcionalmente activa, más desplegada y la heterocromatina, transcripcionalmente inactiva, más condensada. Las regiones de cromatina condensada y dispersa varían según la celula, reflejando la síntesis de proteínas diferentes por distintos tipos celulares, por ej: El gen para la hemoglobina estaría en estado heterocromático en la célula epitelial y por lo tanto no disponible para su expresión.
C) El grado de metilación y la expresión genética
En algunos eucariotas la presencia de grupos metilo (CH3) en el gen afecta su expresión. La metilación ocurre en la citosinas localizadas dentro o próximas a la zona reguladora del gen. La mayoría de los genes que no se expresan están metilados, mientras que en otra célula en donde esos genes se expresan se advierte una disminución de sus niveles de metilación.
Control a nivel del procesamiento del ARNm
El mecanismo por el cual puede obtenerse de un mismo gen dos proteínas relacionadas se denomina empalme alternativo. Este proceso consiste en unir covalentemente diferentes combinaciones de exones del pre-ARNm obteniéndose dos ARNm maduros con distinta información y por lo tanto dos productos proteicos que difieren en uno o más tramos de su secuencia aminoacídica.
MECANISMOS DE CONTROL A NIVEL DE LA TRADUCCIÓN
Entre los ejemplos de mecanismos regulatorios de la traducción o síntesis proteica, explicaremos cómo se modifica la tasa de traducción del ARNm que codifica para la proteína ferritina. Esta proteína funciona capturando átomos de hierro del medio intracelular, ya que en estado libre, el hierro es tóxico para la célula. La traducción del ARNm para la ferritina es regulada por una proteína represora, la aconitasa, cuya actividad depende de la concentración de hierro libre en el citosol.
Cuando la concentración intracelular de hierro es baja, la aconitasa se une a una secuencia nucleotídica específica en el ARNm, llamada elemento de respuesta al hierro (ERH), provocando un plegamiento del mensaje a modo de bucle, que bloquea la traducción.
Cuando aumenta la concentración de hierro en el citosol, éste se asocia a la aconitasa, la cual cambia su conformación y pierde afinidad por el ERH. Una vez liberado el ARNm, comienza la síntesis de ferritina y su asociación con el hierro intracelular.
MECANISMOS DE CONTROL DESPUÉS DE LA TRADUCCIÓN
Dos factores son determinantes de la vida media de una proteína citosólica: su correcto plegamiento y la secuencia aminoacídica de su extremo aminoterminal.
Desde el momento que una proteína emerge del ribosoma citosólico, chaperonas moleculares se unen a la cadena en síntesis, para que adquiera su conformación nativa, evitando que las proteínas recién sintetizadas alcancen espontáneamente un estado de agregación irreversible.
Regla del aminoterminal: existen secuencias aminoacídicas estabilizadoras, que asegurarían una vida media prolongada y otras desestabilizadoras, las cuales las conduciría a su degradación. 
Si una proteína adquiere un plegamiento anómalo, o se ha desnaturalizado, o bien su extremo aminoterminal es desestabilizante, entonces ésta pasa a un proceso de ubiquitinización. La ubiquitinización consiste en la adición de varias moléculas de ubiquitina. La vía de la ubiquitina consta de varios pasos mediados por enzimas, que implican gasto de energía (ATP).
Otra vía compite con la ubiquitinización. Las proteínas desnaturalizadas son conducidas por chaperonas moleculares hasta una chaperona oligomérica o chaperonina. Éstas pueden recuperar el plegamiento nativo de la proteína, en tanto se unan a ella en una etapa previa o temprana de la ubiquitinización. En caso contrario, la proteína ubiquitinizada, será captada por un complejo enzimático denominado proteasoma.
Los proteasomas están formados por más de una docena de proteasas, que se organizan en cuatro anillos apilados que delimitan una cámara central. En ambos extremos de este canal, se localizan sendos complejos regulatorios, formados por diferentes ATPasas, y varios sitios de reconocimiento de la ubiquitina.
La proteína ubiquitinizada es reconocida por la partícula regulatoria del proteasoma perdiendo su plegamiento por acción de las ATPasas, con gasto de energía. La proteína desenrollada es translocada dentro de la cámara central, donde las proteasas la degradan. Se producen oligopéptidos de aproximadamente 8 aminoácidos de longitud. La partícula regulatoria libera la ubiquitina para ser nuevamente utilizada.