Transcripción y Expresión de genes

Tabla 2.2. Código genético mapeando aminoácidos en codones. Aminoácido

Alanina GCA GCC CGC GCU

Arginina AGA AGG CGA CGC CGG CGU

Asparagina GAC GAU

Ácido aspártico AAC AAU

Cisteína UCG UGU

Glutamina CAA CAG

Ácido glutámico GAA GAG

Glicina GGA GGC GGG GGU

Histidina CAC CAU

Isoleucina AUA AUC AUU

Leucina UUA UUG CUA CUC CUG CUU

Lisina AAA AAG

Metionina AUG

Fenilalanina UUC UUU

Prolina CCA CCC CCG CCU

Serina AGC AGU UCA UCC UCG UCU

Treonina ACA ACC ACG ACU

Triptófano UGG

Tirosina UAC UAU

Valina GUA GUC GUG GUU

Stop UAA UAG UGA

Codones

Dados los cuatro tipos de bases, el numero total de posibles combinaciones de tripletas con los nucleótidos es de 64. Sin embargo, estas 64 combinaciones pueden referir solo a 20 aminoácidos que realmente ocurren en la naturaleza. Entonces, hay redundancia en la codificación, y varias tripletas corresponden al mismo aminoácido. Por ejemplo, tanto AAG como AAA codifican para lisina (ver tabla 2.2). Es mas, tres de los posibles codones (UAA, UAG y UGA) no codifican a ningún aminoácido y son usados en cambio para señalizar el final de un gen. Esta redundancia es realmente una característica importante en el código genético, haciéndolo mas robusto en el caso de que pequeños errores ocurran en el proceso de transcripción. Esto será discutido en la siguiente sección.

2.4.2. Transcripción y Expresión de genes

La transcripción es el proceso de sintetizar ARN usando genes como molde. Un gen esta expresado cuando, a través del proceso de transcripción, su codificación es transferida a una molécula de ARN. Para iniciar el proceso de transcripción, la doble hélice del ADN se debe separar, comenzando en el sitio promotor del gen. El sitio promotor es una región del lado 5' de la hebra de ADN que indica que un gen esta próximo. El codón AUG, que codifica para metionina, también hace de señalización para el comienzo de un gen. Una vez que la doble hélice del ADN se ha abierto en el punto de comienzo, una hebra del ADN sirve como hebra

la hebra molde hasta que se llega a un codón STOP. El proceso de composición siempre construye moléculas de ARNm desde el extremo 5' al extremo 3', mientras que la hebra es leída desde 3' a 5'. Este ARN resultante es llamado ARN mensajero, o brevemente, ARNm. Dado que las dos hebras de la hélice de ADN original también son complementarias, esta nueva molécula de ARNm tendrá la misma secuencia de ribonucleótidos sin uso del la hebra de ADN, con la base U sustituyendo a T. La elección del molde a partir de las dos hebras disponibles en el ADN original varia de gen a gen, acorde a como es señalizado por la ubicación del sitio promotor de cada gen. Después del proceso de transcripción, el ARNm será transportado a las estructuras celulares llamadas ribosomas para guiar la manufactura de proteínas.

La transcripción como fue descripta arriba es válida para procariotas. Para eucariotas, muchos genes están compuestos por partes alternativas llamas intrones y exones. Después de la transcripción, los intrones son quitados del ARNm. Esto significa que solo los exones participan de la síntesis de proteínas. El splicing alternativo ocurre cuando el mismo ADN genómico puede dar como resultado 2 o mas moléculas de ARNm diferentes dependiendo de la elección alternativa de intrones y exones, resultando generalmente en la producción de diferentes proteínas (para mas detalles de los intrones, exones y splicing alternativo recurrir a (Lewin, 2003)). Debido a los cambios resultantes por el splicing de intrones y exones, el gen completo de los cromosomas es usualmente denominado ADN genómico, y la secuencia cortada conteniendo solo exones es llamada ADN complementario o ADNc (Setubal y Meidanis, 1997). El ADNc puede obtenerse por el proceso de transcripción inversa que transforma ARNm en ADN.

Con una secuencia de ADN o ARN, las bases pueden ser interpretadas de diferentes formas generando grupos de codones distintos. Por ejemplo, en la secuencia TAATCGAATGGGC, las bases adyacentes pueden agruparse en los codones TAA, TCG, AAT, GGG, omitiendo la C final. También es posible ignorar la T inicial, produciendo los codones ATT, CGA, ATG, GGC. Otra posible lectura de la secuencia podría resultar en los codones ATC, GAA, TGC, por medio de la omisión de las dos bases iniciales (TA) y las dos finales (GC). Un marco abierto de lectura (open reading frame o ORF) selecciona uno de estos enfoques para leer la secuencia de ADN e interpretar las bases en secuencias que comienzan en un codón de inicio, contienen un numero integral de codones, y no incluyen ningún codón STOP en la secuencia (Setubal y Meidanis, 1997).

Los científicos involucrados en la investigación de la expresión de genes usualmente encuentran mas fácil trabajar con marcadores de secuencia expresada (expressed sequence tags

o ESTs). Un EST es una subsecuencia corta y única (de solo unos cientos de pares de bases en longitud), generada a partir de una secuencia de ADN de un gen, que actúa como marcador para

el gen. Una ventaja de las ESTs es que se pueden retraducir en código genético que codifica o expresa exones mas que incluir intrones u otro ADN sin codificación (Amaratunga y Cabrera, 2003).