Friedrich Wöhler

Friedrich Wöhler, pedagogo y químico alemán, nació en Eschersheim (hoy parte de Fráncfort sobre el Main) el 31 de julio de 1800 y murió en Gotinga el 23 de septiembre de 1882.

Precursor en el campo de la química orgánica, Wöhler es famoso por su síntesis del compuesto orgánico denominado urea. Mediante su contribución se demostró, en contra del pensamiento científico de la época, que un producto de los procesos vitales se podía obtener en el laboratorio a partir de materia inorgánica. 

Frederick Sanger

Frederick Sanger, (13 de agosto de 1918) es un bioquímico inglés dos veces condecorado con el Premio Nobel de Química. Fue la cuarta persona del mundo en recibir dos premios Nobel (los tres anteriores fueron Marie Curie, Linus Pauling y John Bardeen).

Sanger determinó la secuencia de los aminoácidos de la insulina en 1955. Al hacerlo, demostró que las proteínas tienen estructuras específicas

Proteínas y ácidos nucleicos

Proteínas
Las proteínas son macromoléculas que tienen múltiples funciones en el organismo; controlan las condiciones fisicoquímicas dentro de la célula, forman parte de las estructuras celulares y sobre todo catalizan prácticamente todas las reacciones que tienen lugar en la célula, y en este caso se les denomina Enzimas.
La presencia de una enzima y su concentración en un compartimento biológico dado, determina la capacidad de ese compartimento de llevar a cabo una reacción bioquímica y la velocidad a la cual tiene lugar.
Las proteinas estan estructiradas por anminoacidos. Todas las proteínas están construidas a partir del mismo conjunto de 20 aminoácidos.

- Estructura de un Aminoácido.
Los aminoácidos se unen uno al otro, vía los grupos alfa amino de un aminoácido con el grupo alfa carboxilo de otro aminoácido. A esta unión se le denomina enlace peptídico y al producto se le denomina péptido.

- Enlace Peptídico.
Si se unen dos aminoácidos se le denomina dipéptido, y si son muchos se le llama polipéptido. Las proteínas están formadas por uno o más polipéptidos. En algunas ocasiones los polipéptidos están formados por más de 100 uniones peptídicas, o sea, son largas cadenas integradas por un número relativamente grande de aminoácidos.
A la secuencia en la cual están acomodados los aminoácidos en una cadena peptídica se le denomina estructura primaria y se determina genéticamente. La estructura primaria determina la estructura tridimensional de la proteína, la que a su vez determina su función.

- Estructura Tridimensional de una Proteína (Citocromo).
Los polipéptidos se sintetizan en los organeros citoplasmáticos llamados ribosomas. Los aminoácidos se van uniendo, uno a uno, a la cadena del polipéptido en formación. La selección de cuál aminoácido se integra en un punto dado de la cadena, está determinada por el mensaje genético transportado desde los cromosomas por medio de los ácidos ribonucleicos.
Una vez que se termina la construcción de la cadena, el polipéptido se libera al citoplasma donde se dobla sobre sí mismo hasta obtener la estructura tridimensional propia, pudiéndose agrupar con otros polipéptidos para constituir la proteína biológicamente activa.
La estructura tridimensional está determinada por las interacciones entre los residuos de los aminoácidos que forman la cadena peptídica. Los grupos lipofílicos tienden a estar en el centro de la molécula y los grupos polares hacia afuera. Los residuos sulfurados forman uniones disulfhidrilo que estabilizan la forma de la proteína. Las uniones del tipo interacciones de van der Waals y los puentes de hidrógeno ayudan a posicionar las cadenas en el espacio, estabilizando la estructura tridimensional. El proceso por medio del cual la proteína adquiere su conformación en condiciones fisiológicas es espontáneo, no está catalizado por ninguna enzima y la conformación final depende exclusivamente de la estructura primaria.
Cuando la proteína contiene, además de las cadenas de polipéptidos otros compuestos diferentes, se dice que la proteína es compleja.
-Enzimas. En su función como enzimas, las proteínas hacen uso de su propiedad de poder interaccionar, en forma específica, con muy diversas moléculas. A las substancias que se transforman por medio de una reacción enzimática se les llama substratos. Los substratos reconocen un sitio específico en la superficie de la proteína que se denomina sitio activo.
La enzimas tienen una gran especificidad, por ejemplo catalizan la transformación de sólo un substrato o grupo funcional, pudiendo discriminar entre dos enantiomorfos.
Normalmente el nombre de una enzima se forma con el nombre de la reacción que cataliza o el nombre del sustrato que transforman, terminando el nombre en "asa".
Por ejemplo:
a las enzimas que transfieren un átomo de oxígeno a un metabolito se les denomina oxigenasas,
a las que transfieren un residuo de ácido glucurónico del ácido UDPglucurónico a un metabolito o xenobiótico, se le conoce como UDP glucuronil transferasa,
a las enzimas que catalizan la adición de una de las cuatro bases a una molécula de ADN en formación se le denomina ADN sintetasa o ADN polimerasa, las que hidrolizan el ADN se le llama ADNasa, etc.

Existe un método sistemático, aprobado por las asociaciones internacionales de bioquímica, para integrar el nombre de una enzima.
Uniones tóxicos-proteínas. No siempre las interacciones entre las proteínas y los compuestos de relativo bajo peso molecular son del tipo enzima-sustrato. Pueden dar lugar a asociaciones de adición que no producen cambios en la cosntitución química del aducto. Esto sucede en la captación de tóxicos por las proteínas de la sangre y es una función muy importante dentro de los mecanismos de protección del organismo a la presencia de compuestos extraños ya que reduce la concentración de tóxicos libres en el plasma sanguíneo. El tóxico no asociado a proteínas es el que se puede transportar mas fácilmente a los tejidos.




Ácidos nucleicos
los ácidos nucleicos se clasifican en ácidos desoxirribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos orgánulos, y en ácidos ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma. Se conoce con considerable detalle la estructura y función de los dos tipos de ácidos.
Estructura. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas.
A las unidades químicas que se unen para formar los ácidos nucleicos se les denomina nucleótidos y al polímero se le denomina polinucleótido o ácido nucleico.
Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar; ribosa en caso de ARN y desoxirribosa en el caso de ADN.
Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y los fosfatos tienen una función estructural formando el esqueleto del polinucleótido.
En el caso del ADN las bases nitrogenadas son. A (Adenina), G (Guanina), T (Timina) y C (Citosina) . En el caso del ARN también son cuatro bases, A, G, C y U (Uracilo).

-Estructura de las Bases Nitrogenadas.
Las bases se unen al carbono 1' del azúcar y el fosfato en el carbón 5' para formar el nucleótido.

-Estructura de un Nucleótido.
Los nucleótidos se unen para formar el polinucleótido por uniones fosfodiester entre el carbono 5' de un nucleótido y el carbono 3' del siguiente.

- El Código Genético

El mensaje que está contenido en el genoma se encuentra escrito en un lenguaje de 4 letras (las cuatro bases), el cual se transcribe usando el mismo lenguaje, al sintetizar el ARNm. La síntesis de proteínas se le denomina traducción porque ahora se pasa del lenguaje de 4 letras a otro con 20 letras (los 20 aminoácidos). Para pasar de un lenguaje a otro se necesita un código para hacer la traducción y se le denomina código genético.
Las equivalencias entre los dos lenguajes se presentaron en la tabla anterior. Tres bases contiguas (un triplete) codifican un aminoácido, así como también para la puntuación del mensaje. Se determinó qué tripletes codifican cada aminoácido y qué tripletes indican el inicio y la terminación del mensaje. Al triplete se le dio el nombre de codón. Se encontró que algunos aminoácidos podían ser codificados por más de un codón, o sea hay codones que son sinónimos. Por esta razón se dijo que el código genético es degenerado.
Cuando se modifica la molécula de ADN de un organismo agregándole porciones de ADN provenientes de otro organismo se dice que se hizo una recombinación del ADN y al resultado se le llama ADN recombinante. Esta técnica se usa para producir organismos capaces de hacer funciones que el organismo original no tenía.

El gen modificado puede ahora codificar una proteína diferente, y si este es el caso, se dice que tuvo lugar una mutación.
LOS GLÚCIDOS
Los glúcidos son biomoléculas orgánicas. Están formados por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, aunque además, en algunos compuestos también podemos encontrar Nitrógeno y Fósforo.
Reciben también el nombre de azúcares, carbohidratos o hidratos de carbono.
La importancia biológica principal de este tipo de moléculas es que actúan como reserva de energía o pueden conferir estructura, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular (pared vegetal) o tisular (tejidos vegetales de sostén, con celulosa).

Bioquímica de macromoléculas: Lípidos

Las grasas, también llamadas lípidos, conjuntamente con los carbohidratos representan la mayor fuente de energía para el organismo.

Como en el caso de las proteínas, existen grasas esenciales y no esenciales.
Las esenciales son aquellas que el organismo no puede sintetizar, y son: el ácido linoléico y el linolénico, aunque normalmente no se encuentran ausentes del organismo ya que están contenidos en carnes, fiambres, pescados, huevos, etc.

Bioquimicamente, las grasas son sustancias apolares y por ello son insolubles en agua. Esta apolaridad se debe a que sus moléculas tienen muchos átomos de carbono e hidrógeno unidos de modo covalente puro y por lo tanto no forman dipolos que interactuen con el agua. Podemos concluir que los lípidos son excelentes aislantes y separadores. Las grasas están formadas por ácidos grasos.

En términos generales llamamos aceites a los triglicéridos de origen vegetal, y corresponden a derivados que contienen ácidos grasos insaturados predominantemente por lo que son líquidos a temperatura ambiente.
Para el caso de las grasas, estas están compuestas por triglicéridos de origen animal constituidos por ácidos grasos saturados, sólidos a temperatura ambiente.


con el agua. Podemos concluir que los lípidos son excelentes aislantes y separadores. Las grasas están formadas por ácidos grasos.

En términos generales llamamos aceites a los triglicéridos de origen vegetal, y corresponden a derivados que contienen ácidos grasos insaturados predominantemente por lo que son líquidos a temperatura ambiente.
Para el caso de las grasas, estas están compuestas por triglicéridos de origen animal.

ARNi ampliación

ARN interferente

Definición:
El ARN interferente, es una molécula de ARN que suprime la expresión de genes específicos mediante mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o interferencia por ARN (RNA interference, RNAi).
* 1 Tipos de ARN interferente
o 1.1 siRNA
o 1.2 miRNA
o 1.3 piRNA
* 2 Variación entre organismos
* 3 ARN interferentes y pseudogenes
o 3.1 Endo-siRNA
* 4 Inmunidad Mediada por ARNi

Tipos de ARN interferente
Los ARN interferentes son moléculas pequeñas que se generan por fragmentación de precursores más largos. Se pueden clasificar en tres grandes grupos:
Mecanismo de RNAi / ribointerferencia mediado por siRNA.
- siRNA
El acrónimo siRNA proviene del inglés small interfering RNA: en español, ARN interferente pequeño. Son moléculas de ARN bicatenario perfectamente complementarias de aproximadamente 20 o 21 nucleótidos (nt) con 2 nucleótidos desemparejados en cada extremo 3'. Cada hebra de ARN tiene un grupo fosfato 5' y un grupo hidroxilo (-OH) 3'. Esta estructura proviene del procesamiento llevado a cabo por Dicer, una enzima que corta moléculas largas de ARN bicatenario (dsRNA, double stranded RNA) en varios siRNA.[3] Una de las hebras del siRNA (la hebra 'antisentido') se ensambla en un complejo proteico denominado RISC (RNA-induced silencing complex), que utiliza la hebra de siRNA como guía para identificar el ARN mensajero complementario. El complejo RISC cataliza el corte del ARNm complementario en dos mitades, que son degradadas por la maquinaria celular, bloqueando así la expresión del gen. Los siRNA pueden ser también introducidos de forma exógena en las células utilizando métodos de transfección basándose en la secuencia complementaria de un gen en particular, con la finalidad de reducir significativamente su expresión.

-miRNA
Los microARN (en inglés, micro-RNA o miRNA) son pequeños ARN interferentes que se generan a partir de precursores específicos codificados en el genoma, que al transcribirse se pliegan en horquillas (hairpins) intramoleculares que contienen segmentos de complementariedad imperfecta. El procesamiento de los precursores ocurre generalmente en dos etapas, catalizado por dos enzimas, Drosha en el núcleo y Dicer en el citoplasma. Una de las hebras del miRNA (la hebra 'antisentido'), como ocurre con los siRNA, se incorpora a un complejo similar al RISC. Dependiendo del grado de complementariedad del miRNA con el ARNm, los miRNA pueden bien inhibir la traducción del ARNm o bien inducir su degradación. Sin embargo, a diferencia con la vía de los siRNA, la degradación de ARNm mediada por miRNA se inicia con la eliminación enzimática de la cola de poli(A) del ARNm.

-piRNA
(Piwi-interacting RNAs, ARN asociados a Piwi[4] ): se generan a partir de precursores largos monocatenarios, en un proceso que es independiente de Drosha y Dicer. Estos ARN pequeños se asocian con una subfamilia de las proteínas 'Argonauta' denominada proteínas Piwi. Se han identificado decenas de miles de piRNA, pero su función es desconocida (2008). Sin embargo, se sabe que conjuntamente con las proteínas Piwi, son necesarios para el desarrollo de las células de la línea germinal.

Variación entre organismos.
Los microARNs endógenos o los siRNAs son procesados por Dicer e integrados en el complejo RISC, que media el silenciamiento de genes.

Los organismos varían en su capacidad de aceptar RNA bicatenario extraño y utilizarlo en la ruta de RNAi. Los efectos de la ribointerferencia pueden ser sistémicos y heredables en plantas y C. elegans, pero no en Drosophila o mamíferos. En plantas, se piensa que la ribointerferencia se propaga por la transferencia de siRNA entre las células, a través de los plasmodesmos (canales en las paredes celulares que permiten la comunicación y el transporte).

La heredabilidad procede de la metilación de los promotores dirigida por RNA interferente; el nuevo patrón de metilación se copia en cada nueva generación de la célula.

Entre plantas y animales se observa una distinción general amplia en la utilización de los miRNA endógenos; en plantas, los miRNA son normalmente perfectamente (o casi) complementarios a su gen diana, e inducen el corte directo del ARN a través de RISC, mientras que los miRNA de animales tienden a ser más divergentes en la secuencia e inducen represión a nivel de la traducción del ARNm diana.


ARN interferentes y pseudogenes

En 2008, varios estudios en moscas y en ratones, proporcionan nueva información: en estos estudios, se sugiere una conexión entre RNAi y pseudogenes que hace más difusa la distinción "tradicional" en tres clases de pequeños ARN: siRNA, miRNA y piRNA.

La definición clásica de pseudogén es un elemento genético heredable que es similar a un gen, pero que es afuncional. Sin embargo, el término "afuncional" es ambiguo. Los pseudogenes son similares a genes que codifican proteínas porque normalmente se han generado por copia de un gen ancestral, bien por duplicación incorrecta o por retrotransposición (en la que el ADN es primero transcrito en ARN y luego "retro-transcrito" en ADN e insertado en otro lugar del genoma).

Como el proceso de copiado no genera una proteína funcional, los pseudogenes se identifican por 'disfunciones' en su secuencia, como cambios de marco de lectura (frameshifts), o paradas prematuras. Son interesantes porque constituyen un resto de antiguas moléculas codificadas por el genoma.

Los pseudogenes son por tanto fósiles de genes de antiguas proteínas, y aunque muchos de ellos se transcriben, se han considerado como ADN basura, que consituye en su conjunto alrededor del 99% del genoma en humanos. Una gran parte del ADN "basura" está constituida precisamente por pseudogenes; esta abundancia de pseudogenes en el genoma hace improbable que sean afuncionales. Además, una gran parte de ellos están sometidos a un proceso de selección natural. Una de las funciones propuesta para los pseudogenes es la regulación génica, y el mecanismo propuesto para realizar esta función es el RNAi.

Los seis manuscritos indicados anteriormente describen el descubrimiento de pequeñas moléculas de siRNA naturales en moscas y en ratones, algunas de las cuales son potencialmente transcritas a partir de pseudogenes.

Endo-siRNA

En general, el proceso de RNAi implica varios tipos de pequeñas secuencias de ARN "guía" que regulan los niveles de la proteína diana al direccionar para su degradación el ARNm de ésta. En los seis estudios indicados, algunos siRNA procedentes de pseudogenes generan dos de las cuatro categorías de siRNA naturales (o endo-siRNA):
- la primera categoría de endo-siRNA media el silenciamiento de transposones, que es una característica de los piRNA. A diferencia de los piRNA, que constan de 24 a 30 nucleótidos y utilizan Piwi como proteína efectora, los endo-siRNA de primera categoría tienen de 21 a 22 nt, y utlilizan Ago2.

- la segunda categoría se genera mediante la transcripción bidireccional de loci parcialmente superpuestos en hebras opuestas de ADN. Se han identificado unos 1000 endo-siRNA de este tipo en moscas, y estudios en ratones muestran algunos ejemplos. Los genes diana de esta categoría de endo-siRNA están relacionados con funciones de los ácidos nucleicos, como actividad nucleasa o unión a factores de transcripción.

- la tercera categoría de endo-siRNA se ha detectado sólo en ratones y son el producto de la interacción de un ARNm transcrito a partir de un gen que codifica una proteína y un transcrito anti-sentido a partir del pseudogén correspondiente, que puede estar localizado lejos del gen codificante, en el mismo cromosoma o en otro.

- los endo-siRNA de la cuarta categoría están muy relacionados con los de la tercera: se generan a partir de secuencias en forma de horquilla (hairpin), que en ratón pueden proceder de las estructuras en repetición invertida de los pseudogenes. En este caso, el pseudogén también regula su gen codificante, pero el precursor de ARN bicatenario procede de la transcripción de una secuencia con repeticiones invertidas que dan lugar a una horquilla.

Los manuscritos indicados muestran que las proteínas de ratón afectadas por las categorías tercera y cuarta de endo-siRNA están generalmente implicadas en funciones específicas - como la regulación de la dinámica del citoesqueleto - lo que indica que la regulación subyacente mediada por pseudogenes ha sido seleccionada expresamente para ello, y no generada simplemente por el apareamiento al azar de tránscritos de genes y pseudogenes.

También se han encontrado precursores en horquilla de endo-siRNA en moscas, pero hay pocas evidencias que los relacionen con pseudogenes. La mayor parte de los endo-siRNA asociados con pseudogenes, por tanto, se han detectado en ratones. Una posible explicación es que el genoma de ratón contiene muchos más pseudogenes que el genoma de la mosca.

Sin embargo, para demostrar de forma concluyente la actividad de los pseudogenes, son necesarios más experimentos.

Como se indicaba al principio, además de conectar pseudogenes y RNAi, estos estudios también hacen más difusas las diferencias entre los tres tipos "tradicionales" de ARN interferentes (siRNA, miRNA y piRNA), que son distintos en su biogénesis y en sus funciones celulares. Estos estudios indican que los endo-siRNA regulan transposones (como los piRNA), que pueden generarse a partir de estructuras en horquilla (como los miRNA) y que, en moscas, su procesamiento implica un cofactor similar al de los miRNA.

El hecho de que las líneas de separación entre los distintos tipos de ARN interferente sean más difusas, unido a las nuevas conexiones entre pseudogenes y siRNA, tiene interesantes consecuencias evolutivas. En plantas se ha propuesto que las duplicaciones invertidas de un gen codificante podrían ser un mecanismo de generación de nuevos miRNA.

De esta forma, algunos endo-siRNA codificados por pseudogenes podrían proporcionar una conexión intermedia para comprender la evolución de la regulación génica mediada por miRNA. Aunque especulativa, un estudio reciente del contexto genómico de más de 300 miRNA loci en humanos ha identificado dos en pseudogenes, lo que apoyaría dicha hipótesis.


Inmunidad Mediada por ARNi

El ARN de interferencia es una parte vital de la respuesta inmune a los virus y otros materiales genéticos diferentes a los del mismo organismo, especialmente en plantas, donde posiblemente previene la propagación de transposomas.

Plantas como Arabidopsis thaliana expresan múltiples cortadores homólogos que se especializan en reaccionar de maneras diferentes cuando la planta se expone a diferentes tipos de virus. Aún antes de que la síntesis de ARNi fuera completamente comprendida, ya se sabía que la inducción del silenciamiento de genes en plantas se daba de manera sistémica y podía ser transferido de una planta a otra por medio de injertos. Se reconoce dicho fenómeno desde que se descubrió como un mecanimo de la planta del Sistema Inmunne Innato, y permite por completo a la planta responder a los virus después de su localización.

En respuesta a este mecanismo muchos virus de plantas han desarrollado mecanismo que suprimen la respuesta del ARNi, que incluyen proteínas virales que unen fragmentos cortos de ARN de doble cadena con fragmentos de cadena simple, eliminando los ARN virales. Algunos genomas de plantas expresan iARNs en respuesta a infecciones por tipos específicos de bacterias. Dichos efectos pueden ser parte de una respuesta generalizada que diminuye cualquier proceso metabólico en el huésped para disminuir el impacto de la infección.

Aunque los animales generalmente expresan algunas otras variantes de enzimas cortadoras a diferencia de las plantas, el ARNi en algunos animales ha demostrado tener respuesta antiviral. Tanto en la Drosophila juvenil como en la adulta, el ARNi es un importante antiviral del sistema inmune innato y está activo contra patógenos como el Virus X de Drosophila. Un rol similar de inmunidad puede operar en el Caenorhabditis elegans como proteínas argonautas que son hiper-reguladas en respuesta a virus y gusanos que sobre-expresan componentes de la síntesis de ARNi, por lo que son resistentes a infecciones virales.

El rol del ARNi en la inmunidad innata de mamíferos es pobremente comprendido, y hay poca información disponible. De cualquier manera, la existencia de virus que codifican genes capaces de suprimir la respuesta ARNi en células de mamíferos funciona como evidencia de sistemas inmunitarios ARNi-dependientes en mamíferos.

Funciones alternativas de ARNi en virus de mamíferos existe también como miARNs espresados por el virus del Herpes, que probablemente actúe como un disparador de la organización de heterocromatina para medir su latencia viral.

ARN interferente

Definición: La interferencia por ARN, ARN de interferencia o ARNi, es un proceso de silenciamiento génico mediado por moléculas de ARN. Es característico de células eucariotas y tiene gran importancia en procesos de desarrollo y diferenciación celular, cáncer y defensa frente a virus. Actualmente numerosas técnicas de biología molecular empleadas en investigación básica y terapia se basan en este proceso.

El ARN de interferencia (o ARNi) es responsable de un proceso de silenciamiento génico mediado por moléculas de ARN conocidas como moléculas de ARN interferente. Estas moléculas de ARN interferente pueden ser siRNA (Small Interfering RNA) o microRNA según su procedencia. Las siRNA tienen origen exógeno mientras que las microRNA están codificadas en el genoma de la célula.

El proceso de ARNi es un proceso complejo donde participan numerosas proteínas pertenecientes a distintas familias. Existen distintas modalidades según participen moléculas de siRNA o de microRNA. Este término de glosario se centra en el proceso mediado por moléculas de siRNA.

Se trata de un mecanismo específico ya que el silenciamiento génico se basa en la complementariedad de bases entre la molécula de siRNA y la molécula de ARN mensajero. Si la complementariedad de bases es perfecta se producirá la hidrólisis del mensajero mientras que, si no lo es, simplemente se inhibirá la traducción al impedir la unión del ribosoma.

El mecanismo mejor caracterizado es aquel que se inicia con la incorporación a la célula de una molécula larga de ARN de cadena doble, conocida como dsRNA (Double-Stranded RNA). Esta molécula puede ser introducida artificialmente, o ser un intermediario en el ciclo de vida de un virus. En el citoplasma la molécula de dsRNA es reconocida por la enzima Dicer que la fragmenta en pequeñas moléculas de cadena doble, llamadas siRNA (Small Interfering RNA). Cada molécula de siRNA es incorporada a un complejo multiproteico conocido como RISC (RNAi Silencing Complex). Este complejo separa las dos hebras de la molécula de siRNA quedándose una de las hebras incorporada en el complejo. La hebra que queda en el complejo es usada como molde para reconocer a la molécula de ARNm, si la complementariedad con la molécula de ARNm diana es perfecta el complejo RISC degrada este ARNm. Si por el contrario la complementariedad no es perfecta, el complejo RISC no degrada el ARNm pero sí evita la unión del ribosoma. En cualquiera de los dos casos se produce el silenciamiento del gen complementario a la secuencia de la molécula de siRNA. Posteriormente se descubrió que el complejo RISC unido a la hebra molde del siRNA puede llevar a cabo silenciamiento génico a nivel del núcleo ya que puede entrar en el núcleo, reconocer secuencias específicas del genoma y alterar el patrón de metilación del ADN y de las histonas provocando el silenciamiento del gen antes de que llegue incluso a transcribirse.

Al tratarse de un mecanismo de regulación génica, el ARN de interferencia tiene un papel clave en los procesos de desarrollo y diferenciación celular, en situaciones patológicas como el cáncer o en defensa frente a virus.

A puede llevar a cabo silenciamiento génico a nivel del núcleo ya que puede entrar en el núcleo, reconocer secuencias específicas del genoma y alterar el patrón de metilación del ADN y de las histonas provocando el silenciamiento del gen antes.

*Ampliación

Ampliación Expresión Génica

INTRODUCCION. 1
NIVELES DE REGULACION DE LA EXPRESION PROTEICA EN EUCARIONTES. 1
1) CONFORMACION Y ESTRUCTURA DEL ADN. 2
Compactación diferencial de la cromatina. 2
Modificaciones covalentes del ADN. 2
2) CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA. 3
Regulación en CIS. 3
Regulación en TRANS. 4
PROTEINAS DE UNION AL ADN: CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES. 5
1- MOTIVO HELICE–GIRO-HELICE (HLH: Helix- loop-helix ) 5
2-DEDOS DE ZINC. 5
3- CIERRE DE LEUCINA (Leucine zipper) 6
Otros modos de control transcripcional de la expresión genética. 7
3)- CONTROL POST-TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA. 7
SITIOS DE POLIADENILACION ALTERNATIVA: 7
SPLICING ALTERNATIVO: 7
EDICIÓN DEL ARN (Mutagénesis dirigida del ARN): 8
TRANSPORTE DEL ARN AL CITOPLASMA: 8
4)- CONTROL TRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA. 9
5)- CONTROL POST- TRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA. 10
Proteólisis limitada: poliproteínas. 11
Control sobre la estabilidad de las proteínas. 11
INTRODUCCION
Los organismos multicelulares complejos están compuestos de diferentes tejidos cuyas características individuales dependen de las proteínas específicas expresadas por sus tipos celulares. La diferenciación, el desarrollo y la funcionalidad de los tejidos específicos dependen del conjunto de proteínas selectivamente expresadas por cada célula. Estas proteínas expresadas en forma diferencial pueden funcionar como componentes estructurales de las células, enzimas reguladoras del metabolismo, factores de transcripción, receptores celulares, componentes intracelulares de señalización, etc.
La expresión incorrecta de tales proteínas, su expresión en lugares equivocados, a destiempo, o la producción en cantidades anormales de proteínas específicas o de proteínas de función anómala subyace a toda patología celular de base genética.
Por consiguiente el conocimiento de los mecanismos de regulación de la expresión proteica en eucariontes contribuirá al conocimiento de las bases moleculares de diversas patologías.

NIVELES DE REGULACION DE LA EXPRESION PROTEICA EN EUCARIONTES
En las células eucariotas, la capacidad de expresar proteínas biológicamente activas resulta de diferentes niveles regulatorios.

1) CONFORMACION Y ESTRUCTURA DEL ADN
Compactación diferencial de la cromatina.
La compactación de la cromatina afecta la capacidad de unión de las enzimas y factores transcripcionales de genes específicos. La cromatina se puede dividir en dos clases según su patrón de tinción. La eucromatina se tiñe suavemente y se corresponde con regiones del genoma que están disponibles para la transcripción. Por otro lado, la heterocromatina, se tiñe intensamente y se corresponde a regiones del genoma que están densamente compactadas e inaccesibles para el aparato transcripcional.
Se pueden distinguir dos clases de heterocromatina: la constitutiva y la facultativa. La constitutiva hace referencia a cromosomas o parte de ellos que son heterocromáticos en todas las células de una misma especie, mientras que la facultativa implica zonas de cromosomas que se pueden descompactar tornándose en eucromatina en algunas células de un mismo organismo.
Como la heterocromatina no puede ser transcripta, la expresión génica en los eucariontes se puede reprimir por condensación de eucromatina en heterocromatina. Todavía no se conocen todos los factores que modulan la descompactación de la cromatina. Ciertamente hay proteínas que reconocen secuencias específicas del DNA y una vez unidas, transmiten la señal de descondensación de cerca de 10000 pares de bases correspondientes a un bucle de la cromatina.
Las acetilaciones y desacetilaciones de histonas son modificaciones covalentes frecuentes en estos fenómenos de descompactación cromatínica. Un ejemplo típico de este tipo de regulación ocurre en la acetilación de coactivadores involucrados en las transcripciones genéticas moduladas por las hormonas tiroideas. Las acetilaciones se producen en los residuos de lisina de los extremos aminoterminales de las histonas, reduciendo su carga positiva y por lo tanto su afinidad de unión al ADN cargado negativamente. La desacetilación de las histonas, mediada por desacetilasas provoca el efecto contrario (recompactación).
Secuencias características de organización del DNA como los palíndromes así como la disposición espacial del DNA Z han sido relacionados con señalizaciones para el sitio de inicio de la transcripción.
Modificaciones covalentes del ADN

* Metilaciones de residuos de desoxi citidina:
La metilación de los restos de citosina en el ADN, especialmente en los sitios promotores, dificultan la transcripción. Por ejemplo: los genes de globina están más metilados en células no productoras de hemoglobina que en los eritroblastos. Las metilaciones se producen en secuencias específicamente reconocidas ( 5’--- m CpG ---3’) que generalmente se agrupan en “islotes” ricos en GC, con frecuencia dentro o cerca de regiones reguladoras de la transcripción.
La metilación puede inhibir la transcripción de los genes al interferir en la capacidad de los factores de transcripción para reconocer los sitios de unión al ADN o alterando las conformaciones del ADN dificultando la polimerización de la ARN polimerasa. Uno de los ejemplos más espectaculares de la metilación ocurre durante el fenómeno de impresión genómica. Así, el conjunto de cromosomas heredados del progenitor masculino no es funcionalmente equivalente al conjunto de cromosomas heredados de la madre.Existen por lo menos 100 genes sometidos a esta expresión diferencial. Las versiones activas e inactivas de los genes difieren en sus patrones de metilación. Las diferencias en los alelos se originan durante la gametogénesis.

* Modificación del número y de la estructura de los genes:
La eliminación total o parcial de genes impide la formación de ARNm y de la proteína correspondiente, los glóbulos rojos son un caso extremo donde una vez sintetizadas las proteínas estructurales y funcionales, la eliminación del núcleo en la etapa de eritroblasto ortocromático produce una célula incapaz de sintetizar toda otra proteína de novo presentando un 90% del contenido proteico total como hemoglobina.
Otro caso es la recombinación somática de la línea germinal de los linfocitos B. En este tipo particular de regulación de la expresión de genética, los genes codificantes de las cadenas pesadas y livianas de la inmunoglobulinas sufren un rearreglo independiente de la presencia del antígeno. Allí, se produce el corte y empalme al azar de diversos fragmentos génicos de manera irreversible que dan origen al variado repertorio de las inmunoglobulinas.
Por otra parte, la presencia de genes en tandem, implica la presencia de de múltiples copias de un gen que aumentan la capacidad de producción de la proteína requerida en grandes cantidades. Es el caso de los genes codificantes de histonas y ARN 5S.
La regulación génica se puede regular también en función de la disponibilidad del DNA incrementando el número de copias de un gen accesible. Este mecanismo de regulación se conoce como amplificación génica. Una forma de amplificación es la repetición sucesiva de la replicación de una secuencia específica del ADN. Este fenómeno se observó en la amplificación de ciertos genes cuyos productos son necesarios para el desarrollo de algunos insectos y anfibios. Como ejemplo puede citarse el ARN ribosómico en la rana Xenopus laevis, donde los gnes que codifican los ARN r 5.8 S, 18S y 28 S se amplifican de 500 a 2 millones de copias.

2) CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA
Constituye uno de los modos más importantes de regulación de la expresión proteica en eucariontes. En esta categoría están incluídos los promotores, la presencia de secuencias regulatorias potenciadoras (enhancers), y la interacción entre múltiples proteínas activadoras o inhibidoras que actúan mediante su unión a secuencias específicas de reconocimiento al ADN.
Las regulaciones pueden ser de tipo CIS o TRANS.
Cuando el elemento regulador transcripcional es parte de la cadena polinucleotídica donde se localiza el gen a regular, se denomina regulador CIS. Evidentemente se tratan de secuencias especiales del ADN (promotores y enhancers).
Cuando los elementos regulatorios son de naturaleza y origen diferente a la secuencia genética a controlar, la regulación es de tipo TRANS (aquí se incluyen a los factores de transcripción generales, histoespecíficos y todas las proteínas regulatorias con capacidad de unión al ADN).
Regulación en CIS

* Promotores
El paso inicial de la síntesis de los tres tipos de ARN es la ubicación de las ARN polimerasas junto a una secuencia del ADN a la altura del denominado promotor del gen a ser transcripto. La ARN polimerasa I sintetiza los ARN r (excepto el 5S), la de tipo II sintetiza los ARN m y algunos ARN sn involucrados en el proceso de corte y empalme del transcripto primario (splicing), mientras que la ARN polimerasa III sintetiza el ARN r 5S y los ARN t.El más complejo de los procesos regulatorios es el que comprende a los genes de clase II o codificantes de ARN m. Casi todos los genes codificantes de proteínas contienen promotores basales de dos tipos y un número variable de dominios regulatorios transcripcionales.
El promotor es una secuencia que define el sitio de iniciación de la transcripción del ARN.
Los promotores más frecuentes son los de tipo CCAAT y TATA , denominados motivos o cajas por su alta conservación evolutiva.
La caja TATA está localizada 20-30 pb corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción . Numerosas proteínas identificadas como TF IIA,B,C, etc. (factores regulatorios de la ARN polimerasa II) interaccionan con la caja TATA. El promotor CCAAT reside 50-130 pb corriente arriba del sitio de inicio transcripcional. La proteína denominada C/EBP (CCAAT-box /enhancer/binding/protein) se une a esta secuencia. Otra secuencia regulatoria incluye a la caja GC.
Si bien los promotores están preferentemente localizados corriente arriba (5’) del inicio transcripcional, algunos pueden ubicarse corriente abajo (3’) o bien ser de tipo intragénicos. El número y tipo de eleemntos regulatorios varían según cada ARNm. La naturaleza de los promotores y la combinatoria de las proteínas interactuantes con ellos es uno de los principales mecanismos de regulación en los genes de tipo inducibles.

* Secuencias regulatorias potenciadoras (enhancers):
Existen además secuencias del ADN que pueden localizarse corriente arriba o abajo del gen a regular situadas a miles de pares de bases con respecto al promotor. Las zonas de ADN sobre las cuales se ejercen acciones activadoras son llamadas potenciadoras o aumentadoras (enhancers en inglés). En términos generales una secuencia regulatoria potenciadora o enhancer regula la frecuencia con la que se realiza el proceso transcripcional.
Para un mismo gen pueden existir varias secuencias regulatorias. También existen reguladores de acción opuesta (silenciadores o amortiguadores de la transcripción). La explicación más simple del fenómeno regulatorio a distancia es propone que la molécula de ADN se dobla en asa para permitir la aproximación de estas zonas alejadas de la doble hélice y ubica a la proteína activadora unida al “enhancer".

Regulación en TRANS
* Factores transcripcionales:

A diferencia de las ARN polimerasas bacterianas, las eucarióticas no hacen contacto directo con el ADN promotor sino que son reclutadas hacia este por complejos de proteínas específicas para cada tipo de ARN polimerasas. Estos complejos se han denominado SL1 para la ARN polimerasa I, TFIID para la ARN pol, II y TF IIIB para la RNA pol III respectivamente.
No hay duda alguna que los factores transcripcionales de los genes codificantes de proteínas son de crucial importancia en el control del crecimiento y la diferenciación de las células. Muchos de ellos están codificados por protooncogenes, que al activarse pueden alterar la tasa transcripcional o la calidad de las proteínas fisiológicas desencadenando un proceso oncológico.
Se pueden distinguir los denominados factores de transcripción generales (componentes del complejo de transcripción basal) y los factores de transcripción histoespecíficos (que se unen a regiones específicas promotoras/reguladoras de los genes y regulan el grado de transcripción desde el complejo de transcripción basal). Ambos tipos de proteína se unen a secuencias en el surco mayor del ADN.
PAsí, p unen a secuencias en el surco mayor del ADN.ara montar la transcripción basal en un promotor dependiente de la ARN polimerasa II, se reclutan secuencialmente factores de transcripción generales. El primer factor de transcripción general que se une al promotor es el TFIID, que entra en contacto directo con la caja TATA a través de la proteína fijadora de TATA (TBP). Una vez unido el TFIIB los otros factores de transcripción generales (GTF, del inglés: general transcription factors) se unen secuencialmente y por último se reclutan la ARN polimerasas II y los factores asociados.
Este conjunto conformado por ADN, factores de transcripción generales y ARN polimerasa II se denomina complejo de transcripción basal. Este actúa como objeto de activación o represión transcripcional por la acción de proteínas regulatorias específicas de tejido. Estos factores de transcripción histoespecíficos se unen específicamente a otras secuencias de ADN en las zonas de control de los genes intercalándose en el surco mayor y comandan la interacción del complejo de transcripción basal con el ADN, lo que provee una expresión génica regulada histoespecífica.
Además de su dominio de unión al ADN, las proteínas reguladoras de la transcripción pueden tener dominios para la interacción reversible, no covalente de una proteína con otra, denominados dominios de dimerización. La interacción de dos proteínas a través de estos dominios puede ser un requisito para su unión al ADN. Por lo tanto, la unión de factores de regulación es a menudo de tipo cooperativa Mientras muchos factores diméricos poseen dos proteínas de la misma especie (homodímeros), otros están formados por dos proteínas de diferente naturaleza (heterodímeros).
Es evidente que este tipo de proteínas poseen además de dominios de dimerización, dominios de fijación al ADN y dominios de activación transcripcional.





PROTEINAS DE UNION AL ADN: CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES

1- MOTIVO HELICE–GIRO-HELICE (HLH: Helix- loop-helix )
Constituye una zona proteica o dominio compuesto por dos regiones de alfa hélice separadas por una de longitud variable que forma un rulo o bucle entre ellas. Los dominios alfa helicoidales son similares estructuralmente y necesarios para la interacción con secuencias de la proteína que permiten una conformación simétrica respecto de un eje. Esta clase de proteínas a menudo contiene una región rica en aminoácidos básicos localizada en el extremo amino terminal que le permite su unión a secuencias del ADN reconocidas específicamente. Los dominios HLH son necesarios para la homo y heterodimerización. Ejemplos para las proteínas de unión al ADN con motivos HLH son: Myo D, c-Myc y Max. Varias proteínas que no contienen la zona rica en aminoácidos básicos no se unen al ADN y actúan como represores de la transcripción por esta causa. Así, estas proteínas HLH reprimen la actividad de otras HLH por formación de heterodímeros y bloqueo de la unión al ADN.

2-DEDOS DE ZINC

Este motivo consiste en espaciamientos específicos conformados por residuos de cisteínas e histidinas que permiten la unión de cationes Zn2+ a la proteína, produciéndose un enlace coordinativo del metal en el centro de ellos. Este fenómeno confiere al dominio aspecto de un dedo, por lo cual es llamado comunmente “dedo de zinc”. Estos dominios pueden encajar en los surcos mayores del ADN. El acople de estos factores regulatorios abarca la mitad de una vuelta de la doble hélice del ADN. Los ejemplos más típicos son el factor de transcripción de la ARN polimerasa II (TFIIIA) y las proteínas de la superfamilia de receptores de las hormonas permisivas (esteroideas, tiroideas, etc).

3- CIERRE DE LEUCINA (Leucine zipper)

Es un motivo que se origina por la distribución repetitiva de residuos de leucina espaciados por 7 aminoácidos en una distribución alfa helicoidal de la proteína. Estos residuos de Leu terminan en una zona con residuos R que protruyen con respecto a la zona helicoidal. Los grupos R se interdigitan con grupos R de otros dominios de este tipo, estabilizando así la homo o heterodimerización. Los dominios de cierre de lueucina están presentes en proteínas tales como: c-myc, c-fos, c-jun y C/EBP.
La tasa de expresión de un gen es la resultante de la interacción de varios de estos factores de transcripción específicos que inducen o impiden la formación del aparato basal de transcripción (compuesto por los factores de transcripción generales).
Los factores de transcripción específica pueden de unión al ADN pueden activar o bloquear la transcripción si se fijan a secuencias reguladoras consenso cercanas a la región del promotor. Si estas proteínas se fijan a enhancers distantes de la región del promotor pueden aumentar o disminuir la tasa transcripcional de un gen que se está transcribiendo.
La actividad de estos factores de transcripción puede regularse a su vez a través de modificaciones covalentes mediadas por cascadas de quinasas/fosfatasas y en algunos casos por inducción/represión, dependiendo en todos los casos de señales externas. Esto es muy importante para coordinar las funciones biológicas de la célula y su interacción con el medio.

Otros modos de control transcripcional de la expresión genética

SITIOS ALTERNOS DE INICIO DE LA TRANSCRIPCION: Un gen puede codificar para varias proteínas al poseer dos exones 5’ diferentes ej: el gen de la amilasa y la cadena ligera de miosina del ratón, la glucoquinasa y la alcohol deshidrogenasa en la rata y la actina en la mosca de la fruta.

“PIEDRAS DEL CAMINO”: Una vez iniciada la transcripción, la velocidad del movimiento de la RNA polimerasa puede reducirse e incluso detenerse por periodos breves. Se asume que esto tiene que ver con el encuentro de la polimerasa con determinadas secuencias del ADN llamadas “piedras del camino” por su cualidad de detener la polimerasa. Se sabe que determinados factores de transcripción favorecen el paso de la enzima por estos sitios y otros provocan la liberación del aparato de transcripción de la plantilla, determinando la finalización abrupta de la transcripción al interaccionar con estos sitios.

3)- CONTROL POST-TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA
Aunque el inicio de la transcripción es el sitio primario de la regulación de la expresión de genes, la síntesis del transcripto primario no es el único momento en que las células controlan la producción adecuada de proteínas.

SITIOS DE POLIADENILACION ALTERNATIVA:
Puede ocurrir algo similar a la ocurrencia de sitios alternativos de inicio de la transcripción pero en el extremo 3’. En este caso hallándose sobre un mismo gen varios sitios susceptibles de ser poliadenilados como es el caso del gen para la cadena pesada m de inmunoglobulina. Dependiendo del sitio 3’ poliadenilado, la proteína resultante puede anclarse a membrana o ser secretada, de acuerdo al estadío de desarrollo en que se encuentra la célula.

SPLICING ALTERNATIVO:
Es un mecanismo muy difundido, que permite que un solo gen pueda codificar para más de una proteína. En muchos de estos casos se conoce más de una vía para procesar el transcripto primario obteniendo proteínas estructural y funcionalmente diferentes o bien isoformas de una proteína. Los cortes sobre el RNAhn deben producirse con absoluta precisión. Puede ocurrir que uno más exones sean removidos (dando una proteína más corta), o que uno o más intrones no sean removidos (dando una proteína más larga). Se conoce una familia de 6 proteínas llamadas ASF (factores de splicing alternativo) responsables de reconocer y seleccionar los lugares para los cortes alternativos, poseen la característica de contener dominios ricos en serina y arginina por lo que se las llama también proteinas SR. El mecanismo por el cual la célula selecciona los sitios no está claro. Los siguientes son algunos ejemplos de genes cuya expresión puede regularse por splicing alternativo:
* la a tropomiosina: esta se codifica a partir de un mismo gen pero con una secuencia primaria diferente a partir de ARNm diferentes específicos en 7 tejidos.
* el gen de la tirosinhidroxilasa humana: Esta enzima expresa 4 isoformas diferentes, es decir similar actividad biológica con diferentes propiedades, en este caso se expresan todas en médula suprarrenal y cerebro. El gen contiene 14 exones, al cortar y empalmar de diferente manera, la isoforma 2 tiene 12 nucleótidos más que la isoforma 1, la isoforma 3 tiene 81 más y la isoforma 4 tiene 93 nucleótidos más que la isoforma 1.
* Los RNAm de las cadenas livianas de inmunoglobulinas sufren corte y empalme alternativo, esto contribuye, como veremos en inmunología, a ampliar el repertorio de anticuerpos, es decir a reconocer más antígenos (elementos no propios) a los que pueda ser expuesto el organismo. Así como permite mejorar la respuesta inmune a un antígeno en particular.
* Un mismo gen como el que codifica para la hormona calcitonina –interviniente en la regulación de los niveles de Calcio plasmático- al ser expresado en las células parafoliculares de la tiroides cuando se expresa en las neuronas hipotalámicas produce una proteína llamada CGRP (Producto relacionado al gen de calcitonina) que actúa como neurotransmisor.
* La fibronectina que cuando es sintetizada por el fibroblasto y liberada a la matriz extracelular expresa dos intrones que no son expresados cuando la proteína es sintetizada en los hepatocitos y secretada al plasma.
* Algunos genes codificantes para factores de transcripción en células en etapas del desarrollo pueden ser ensamblados alternativamente, la producción de una u otra variante determinará la vía de diferenciación adoptada por la célula.
En la mayor parte de los casos, la diferencia entre los productos de splicing alternativo sobre un mismo ARN difieren en regiones claves que pueden afectar a la proteína en propiedades como: la compartimentalización, el tipo de ligandos al que se unirá, la afinidad con que lo hará y si es una enzima su actividad catalítica.

EDICIÓN DEL ARN (Mutagénesis dirigida del ARN):
Si bien el splicing alternativo es la forma mejor estudiada y más habitual de regulación de la expresión genética a nivel de procesamiento del ARN, no es la única. La mutación puntual de una base en el ARNnh o en el ARNm, puede alterar el producto. Esto no constituye un error sino que es una herramienta utilizada por la célula para lograr una determinada proteína. En el ser humano este es el caso de las apoproteínas B100 y B48. Ambas son codificadas por el mismo gen y contienen en el ARNnh los mismos exones e intrones. Cuando el gen se expresa en el hepatocito, el ARNnh no sufre ningún tipo de modificación y el RNAm procesado se traduce en ApoB100. En cambio, cuando el gen se expresa en el enterocito se produce una mutación puntual que convierte C por U en el ARNm configurando un codón de terminación que codifica para la ApoB48.

TRANSPORTE DEL ARN AL CITOPLASMA:
Los primeros estudios sobre el ARNnh probaron que una fracción de éste es desdoblada en el núcleo por completo antes de generar ARNm. Si bien aún los mecanismos no se conocen con certeza, los estudios actuales sugieren que la célula puede controlar que un ARNnh sea o no procesado. Este es el caso de la porción proteica de una ribonucleoproteína, la U1A. Cuando ésta se expresa en cantidades altas se puede ligar a su propio ARNnh e inhibir su poliadenilación de modo que el mensajero resultante tiene baja estabilidad y disminuye así tu tasa de expresión.

ESTABILIDAD DEL ARNm:
A diferencia de los ARNm procariotas, cuyas vidas medias rondan los 1-5 minutos, los ARNm eucariontes varían ampliamente en su estabilidad. Por ejemplo: el ARNm de c-fos tiene una vida media de entre 10 y 30’ en cambio el de las cadenas de globina es de más de 24 hs.
La longitud de la cola de poli A está directamente relacionada a la estabilidad citosólica del ARNm y esto se asocia a la protección que ejerce esta secuencia al competir con el resto de la cadena por la unión a nucleasas citosólicas. La cola de poli A se halla ligada a una proteína llamada “Proteína de Enlace de Poli A” (PEPA) que protege a la secuencia de la acción de nucleasas generales y la sensibiliza para nucleasas específicas de poli A. A medida que estas nucleasas actúan la cola de poli A se acorta hasta que ya no puede ligar a PEPA y el ARNm se vuelve susceptible a las nucleasas generales y es rápidamente degradado.
Ciertos transcriptos inestables poseen secuencias predominante pero no exclusivamente, en las regiones 3’ que constituyen señales de rápida degradación para las nucleasas citoplasmáticas. Estas secuencias se llaman “secuencias desestabilizadoras”, constan de unos 50 nucleótidos y son ricas en A y U. Un grupo de nucleasas citoplásmicas que se conocen como ribozimas y poseen un ARN pequeño en su sitio activo pueden aparear con estas secuencias del extremo 3’ de manera específica, acelerando la degradación del ARNm. Como ejemplo de estos transcriptos hallamos a la mayoría de los ARNm para factores de crecimiento (caracterizados por una vida media muy corta)

Ejemplos de control de la estabilidad del ARNm en el citosol:

* En el organismo humano los únicos mensajeros no poliadenilados son los mensajeros de las histonas, que se sintetizan constantemente a lo largo de todo el ciclo celular pero no se transcribe debido a su gran inestabilidad (vida media de unos pocos minutos). Cuando se progresa en G1/S lo que se incrementa es la tasa de transcripción de los ARN de modo que al haber una gran cantidad disponible. se alcanza a traducir. Una vez que la célula ha ingresado a la fase S la vida media del ARNm de histonas se prolonga hasta 1 hora, posiblemente por la baja actividad de nucleasas en este momento del ciclo celular.

* La caseína, una proteína de la leche se produce por la glándula mamaria en respuesta a prolactina. Aunque no se conoce con certeza el mecanismo, bajo la acción de prolactina no se aumenta la tasa transcripcional sino que se prolonga la estabilidad del mensajero.

* La tubulina consta de dos subunidades (a y b) que heterodimerizan. Cuando este dímero de tubulina alcanza determinada cantidad en el citosol se une al extremo N terminal de los péptidos de tubulina nacientes activando una nucleasa específica para los mensajeros de tubulina, ejerciendo así un control de retroalimentación negativa sobre su propia expresión.

* La expresión de receptores de transferrina también se maneja por estabilidad del mensajero. En este caso particular, cuando las concentraciones citosólicas de hierro son bajas, el mensajero liga en su extremo 3’ a la enzima aconitasa llamada también IRF (Factor de respuesta al Hierro) Esto protege al ARNm de la acción de nucleasas. Cuando la concentración citosólica de hierro aumenta, este compite con el mensajero por la IRF se une al hierro y libera el extremo 3’ del mensajero del receptor de transferrina. Este extremo 3’ posee 5 bucles con secuencias desestabilizadoras que son rápidamente reconocidas por ribozymas. De este modo se reduce la traducción de la proteína y con ello el ingreso de más hierro –innecesario- a la célula.

Se descubrió también que los mensajeros no se ubican al azar en el citosol En los fibroblastos humanos el 75% de los ARNm poliadenilados se localizan en la intersección entre filamentos de actina del armazón del citoesqueleto. Si bien no se conoce claramente la significación de este hecho, en experimentos en la mosca de la fruta se comprobó que esta disposición no azarosa tiene un papel muy importante en el proceso de la fecundación.
4)- CONTROL TRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA

Casi una tercera parte del ARNm citoplásmico no está unido a ribosomas aún cuando más del 90% de los ribosomas se encuentre en actividad. Se puede regular la velocidad con que los mensajeros son traducidos y el número de veces que debe traducirse.
Existe un control general, global o inespecífico de la traducción ejercido sobre los factores del complejo de traducción. Por otro lado se conocen casos específicos o control particular de la traducción de ciertos ARNm.

CONTROL GENERAL DE LA TRADUCCIÓN: Todos los ARNm celulares tienen cap con la guanosina metilada y esa estructura aumenta la traducción. Cuando por alguna razón de disposición espacial del extremo 5’ del ARN el cap no queda disponible para su interacción el factor de iniciación Ife4E la traducción disminuye. Puede controlarse también la actividad de los factores de iniciación: IFe2B, IFe3, IFe4B e IFe4F. La actividad de estos factores se controla por fosforilación. Esta fosforilación a su vez responde a diversos estímulos que pueden ser fisiológicos (factores activadores de cascadas de quinasa) o no ( desnutrición severa, hiperosmolaridad, infección viral o shock térmico)
El IFe2B parece ser entre ellos el más importante desde el punto de vista del control de la traducción. En el caso particular del IFe2B es la subunidad a la susceptible de ser fosforilada por una proteinquinasa independiente de AMPc que responde a señales de estrés y se inactiva evitando la formación del complejo 40S.
El IFe4F puede ser fosforilado por Insulina y Cascadas de quinasa activadas por mitógeno en este caso la fosforilación activa al factor promoviendo un aumento en la traducción. Existen 2 proteínas (4E-BP1 y 4E-BP2) que se ligan al IFe4F inactivándola. La insulina y los factores de crecimiento pueden fosforilarlas liberando al IFe4F y dejando disponibles los sitios de fosforilación para potenciar la estimulación de la actividad del factor y con ello la síntesis de proteínas.
CONTROL PARTICULAR DE LA TRADUCCIÓN : Depende de sustancias reguladoras que modifican la configuración de un tramo de nucleótidos no traducibles localizados en el extremo 5’ entre el cap y el codón de iniciación.
Un ejemplo de este tipo de regulación lo proporciona la traducción del mensajero de la Ferritina que se une al hierro para su depósito intracelular. Cuando las concentraciones citosólicas de hierro aumentan la síntesis de ferritina se produce a altas velocidades, el hierro se liga a la aconitasa o IRF. En cambio, cuando estas concentraciones disminuyen la IRF queda libre y se liga al ARNm de la ferritina formando un bucle en el extremo 5’ que impide el ligado de IFe4F y con ello el ensamblaje del aparato de traducción, bloqueando de esta manera la producción innecesaria de proteína.
Otro ejemplo podemos verlo en los reticulocitos en que la síntesis del hem está controlada por el propio grupo hem. Cuando hay suficiente hem, este activa a la proteinquinasa de IFe2B regulada por hem que inactiva al factor por fosforilación.
En los últimos años se han descubierto nuevos procesos en cuanto a control de la traducción que operan en algunas células en particular. Ellos son
* CAMBIO DEL MARCO DE LA TRADUCCIÓN: es decir, el ribosoma cambia la pauta de lectura en algún punto de su movimiento a lo largo del ARNm desplazándose un nucleótido hacia atrás o hacia delante, pudiendo, un mismo mensajero dar origen a dos proteínas.
* SALTO DEL CODÓN DE TERMINACIÓN: el ribosoma pasa por alto el codón de terminación y continúa leyendo la secuencia de nucleótidos.
* PASO POR ALTO DE LA TRADUCCIÓN: el ribosoma “salta” una secuencia de nucleótidos en el mensajero de modo que queda un mensajero más largo que la proteína porque resta una porción interna del mensaje sin traducir, pudiendo nuevamente un mismo mensajero dar origen a dos proteínas
* EMPALME DE PROTEÍNAS: Al modo del splicing se conocen casos en que un segmento específico del polipéptido se secciona y los dos bordes se unen en forma covalente.

5)- CONTROL POST- TRADUCCIONAL DE LA EXPRESION GENETICA
El péptido naciente del ribosoma puede sufrir diversas modificaciones acorde con su función biológica posterior incluyendo, remoción del extremo amino terminal, agregado se secuencias señal para exportación, acilaciones, metilaciones, sulfataciones, glicosilaciones, prenilaciones, modificaciones dependientes de vitamina C, carboxilaciones dependientes de vitamina K –como en el caso de los factores de coagulación- o bien clivajes post-traduccionales para tornarse activas (lo cual es un modo de controla su actividad como en el caso de algunas enzimas y hormonas peptídicas)
Todas estas modificaciones pueden ser controladas por señales internas (pH intracelular, actividad de chaperonas moleculares) o externas (cascadas de quinasa que controlan fosforilaciones) Cualquier problema en estas modificaciones post-traduccionales puede desencadenar alteraciones en la fisiología de la célula. La actividad post-traduccional se controla a través de la regulación de la actividad de las enzimas intervinientes en los procesos citados.
Cualquiera sea la estructura y función de la proteína es indispensable un correcto plegamiento post-traduccional de los péptidos ya que la formación de estructuras 2º, suprasecundarias y 3º, así como las oligomerizaciones serán las responsables de que la proteína sea funcional.
Proteólisis limitada: poliproteínas
Algunos mensajeros codifican para poliproteínas. Éstas son productos transitorios que se escinden en varias proteínas, cada una con estructura y función diferente. Un ejemplo de poliproteína es el producto del gen POMC (Proopiomelanocortina) que puede escindirse en modo diferencial según sea que esté en las células adrenocorticotropas del lóbulo anterior de la hipófisis –generando ACTH y b lipotrofina- o en las células de la pars intermedia donde genera bendorfina, glipotrofina y hormona estimulante de Melanocitos en sus dos formas aMSH y bMSH.

Control sobre la estabilidad de las proteínas
Las células pueden controlar el tiempo de supervivencia de las proteínas una vez que han sido sintetizadas y modificadas post-traduccionalmente. Aunque no se trata directamente de la regulación de la expresión de genes, es una extensión del tema.
Los mecanismos que controlan la estabilidad proteica no están bien comprendidos, aunque se sabe que en las proteínas que en el extremo amino terminal son ricos en metionina, serina, alanina, treonina, valina y glicina son estables por más de 20hs en cambio los que son ricos en fenilalanina, ácido aspártico, lisina y arginina tienen una vida menor a 5’. Esto se llama “Regla del Extremo N”. Las últimas secuencias mencionadas se llamas “Secuencias PEST” – por la nomenclatura internacional de aminoácidos- y son altamente sensibles al reconocimiento por ubiquitina y con ello su degradación en el proteasoma.


Gracias al trabajo de:

Brandan, Nora
Profesora Titular. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Juaristi, Julián
Profesor Titular. Cátedra de Bioquímica. Carrera de Enfermería. Facultad de Medicina. UNNE.
Aguirre, Victoria
Profesora Adjunta. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Romero Benítez, Margarita
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.

La exportación del ARN

La exportación de ARN

En los eucariotas más maduros el ARN debe ser exportado al citoplasma del núcleo. Si bien algunas funciones de ARN en el núcleo, muchas moléculas de RNA son transportados a través de los poros nucleares y en el citosol. En particular, esto incluye todos los tipos de ARN que participan en la síntesis de proteínas. En algunos casos el ARN es además transportado a una parte específica del citoplasma, como la sinapsis, que son luego arrastrados por las proteínas motoras a través de proteínas que se unen a secuencias específicas de vinculador ( llamados "códigos postales") en el ARN.

Maduración del ARN no codificante

Maduración del ARN no codificante.

En la mayoría de los organismos no-genes que codifican (ncARN) se transcriben como precursores que someterse a una transformación posterior. En el caso de ARN ribosómico (rARN), a menudo se transcribe como un pre-rARN que contiene uno o más rARN, la pre-rARN se rompe, con modificaciones (2'-O-metilación y la formación de pseudouridina) a sitios específicos de nucleolo, aproximadamente 150 diferentes especies restringidas pequeñas de ARN, llamadas ARN pequeño nucleolar (snoARNs), que, como ARNsn's, snoARNs están asociados con proteínas, formando snoPRNs. En los eucariotas, en particular, un snoPRN, llamado RNasa MRP rompe el pre-45S rRNA en el 28S, 5,8 S, y 18S rARN. El rARN y los factores de procesamiento del ARN son agregados de forma grande llamado el nucleolo. En el caso de ARN de transferencia (tARN), por ejemplo, la secuencia 5 'se elimina por la RNasa P, mientras que el extremo 3' se elimina por la enzima Z tRNase. . En el caso de micro ARN (miARN), los miARNs se transcriben primero como transcripciones de primaria o pri-miARN con una gorra y cola poli-A y procesados cortamente como, 70-madre de nucleótidos, estructuras de bucle conocidas como pre-miARN en el núcleo celular por las enzimas Drosha y Pasha, luego de ser exportados, es luego procesada para madurar los miRNAs en el citoplasma por la interacción con la endonucleasa Dicer, que también se inicia la formación del RNA-inducido silenciando el complejo (RISC), integrada por la proteína Argonauta.

El procesamiento del ARN

El procesamiento del ARN

La transcripción de genes que codifican proteínas crea un transcrito primario de ARN en el lugar donde se encuentra el gen. Este discurso puede ser alterado antes de ser traducido, esto es particularmente común en las células eucariotas. El procesamiento del ARN más común es el empalme para eliminar los intrones. Los intrones son segmentos de ARN que no se encuentran en el ARN maduro, a pesar de que pueden funcionar como precursores, por ejemplo, para snoARNs, que son ARN que realizan la modificación directa de los nucleótidos en otro ARNs. Los intrones son comunes en los genes eucariotas, pero rara en los procariotas. El procesamiento del ARN, también conocido como modificación post-transcripcional, puede comenzar durante la transcripción, como es el caso para el empalme, en donde el espliceosoma elimina los intrones del ARN recién formado. El procesamiento del ARN extenso puede ser una ventaja evolutiva posible por el núcleo de los eucariotas. En los procariotas la transcripción y la traducción (ver abajo) suceden al mismo tiempo, mientras que en los eucariotas la membrana nuclear separa los dos procesos que dan tiempo para que el procesamiento del ARN que se produzca.

Transcripción

Transcripción

El gen en sí mismo es típicamente un largo tramo de ADN y no realiza un papel activo. Es un proyecto para la producción de ARN. La producción de copias de ARN del ADN se denomina transcripción, y se lleva a cabo por la ARN polimerasa, que añade un nucleótido de ARN a la vez a una cadena creciente de ARN. Este ARN es complementario a los nucleótidos de ADN que se transcriben, es decir, si hay una T en el ADN: una A se añadirá al ARN. Sin embargo, en el ARN que contiene nitrógeno base uracilo se inserta en lugar de timina siempre que hay una adenina en la cadena de ADN. Por lo tanto, el ARNm de complemento de una lectura de la cadena de ADN "TAC" se transcribe como "AUG".

Expresión génica

La expresión génica es el proceso por medio del cual todos los organismos procariotas y eucariotas transforman la información codificada en los ácidos nucleicos en las proteínas necesarias para su desarrollo y funcionamiento. En todos los organismos, inclusive los eucariotas, el contenido del ADN de todas sus células es idéntico. Esto quiere decir que contienen toda la información necesaria para la síntesis de todas las proteínas. Pero no todos los genes se expresan al mismo tiempo ni en todas las células. Hay sólo un grupo de genes que se expresan en todas las células del organismo y codifican proteínas que son esenciales para el funcionamiento general de las células y son conocidos como "housekeeping genes". El resto de los genes se expresan o no en los diferentes tipos de células, dependiendo de la función de la célula en un tejido particular. Por ejemplo, genes que codifican proteínas responsables del transporte axonal se expresan en neuronas pero no en linfocitos en donde se expresan genes responsables de la respuesta inmune. También existe especificidad temporal, esto quiere decir que los diferentes genes en una célula se encienden o se apagan en diferentes momentos de la vida de un organismo. Además, la regulación de los genes varía según las funciones de éstos.

* 1 Transcripción
* 2 El procesamiento del ARN
* 3 Maduración del ARN no codificante.
* 4 La exportación de ARN

* Ampliación.

Técnicas de laboratorio

El laboratorio de Bioquímica es un centro de experimentación en el cual el estudiante tiene la oportunidad de aplicar sus conocimientos de manera interactiva y científica, para concretizar y discutir lo aprendido en las sesiones teóricas previas.

Al finalizar la práctica el estudiante deberá identificar los materiales y equipos, así como su correcto uso en el laboratorio de bioquímica, conocer las normas y la actitud requeridas durante el mismo. También debe manejar las medidas de precaución necesarias para garantizar un ambiente seguro para todos.

Introducción

La bioquímica es la ciencia que estudia composición química de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos que les permiten obtener energía y generar biomoléculas propias. La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en general las moléculas biológicas están compuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Es la ciencia que estudia la base química de la vida: las moléculas que componen las células y los tejidos, que catalizan las reacciones químicas del metabolismo celular como la digestión, la fotosíntesis y la inmunidad, entre otras.
Consta de 4 ramas:


-Biología celular: Es una área de la Biología que se dedica al estudio de la célula, su comportamiento, la comunicación entre orgánulos al interior de la célula y la comunicación entre células.

-Genética: Es un área de la biología dónde se estudia principalmente el ADN y ARN, para entender la función de cada una de sus partes y los procesos asociados a su conservación.

-Inmunología: Área de la biología, la cual se interesa por la reacción del organismo frente a organismos como las bacterias y virus. Todo esto tomando en cuenta la reacción y funcionamiento del sistema inmune de los seres vivos.

-Farmacología: Área de la química que estudia cómo afectan ciertas sustancias al funcionamiento celular en el organismo.