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31
enero

Control de la expresión génica (III)

Fuente: Imagen Google

 

A nivel de la traducción (formación de la cadena polipeptídica) también existen mecanismos de regulación. En este caso, ya no actúa el ADN que constituye los genes y por eso hablamos de mecanismos que actúan después. El proceso de traducción se produce fuera del nucleo celular en eucariotas. En procariotas, al carecer de nucleo, en el propio hialoplasma de la célula y, además, la transcripción y traducción acostumbran a ser procesos simultáneos. Se traduce al mismo tiempo que se va transcribiendo. En ambos tipos celulares son los ribosomas las “máquinas” que ejecutan dicho proceso.

Hemos mencionado en el artículo anterior la ribointerferencia (ARNi) como uno de estos procesos que impiden la traducción. También existe la acción del propio ARNm que puede actuar como ribointerruptor en el que determinadas secuencias del mismo regulan su propia expresión bien al final de la transcripción o en su proceso de maduración o también en su traducción. Normalmente se produce como consecuencia de la unión a dichas secuencias del ARNm de un metabolito (ligando) que provoca un cambio conformocional del mensajero que provoca una acción sobre la traducción del mismo.

La regulación de la traducción se ejerce fundamentalmente en su iniciación. Ésta es su etapa limitante. Se regula por la formación del complejo de iniciación ribosómico , la actividad de los factores de inicio eIF-2 y eIF-4 y por la influencia de estructuras secundarias en el ARNm.

Por último hay que subrayar que el polipéptido formado como consecuencia del proceso de traducción sufre una serie de modificaciones post-traducionales, algunas de ellas cuando todavía no se ha terminado de formar la totalidad del polipéptido (co-traduccionales). Podemos señalar algunas de ellas: unión de sustituyentes de determinados aminoácidos (acetilación, carboxilación, fosforilación, hidoxilación, Metilación); modificación con lípidos, incorporación de glúcidos,…; así como, en ciertos casos, la rotura del polipéptido formado para la formación de enzimas (ej: tripsina) u hormonas activas (ej: insulina). Todos estos procesos de modificación están regulados por enzimas y cofactores específicos.

Cabe señalar para finalizar –junto con el apartado anterior-  el control del mecanismo del plegamiento del polipéptido o proteína formada, que debe adquirir una conformación tridimensional concreta entre muchas posibles para que sea funcional. Este proceso está controlado por unas proteínas, denominadas carabinas o chaperonas, que mediante la adhesión al polipéptido, de algún modo, le fuerzan a conformarse tridimensionalmente en la forma adecuada.

Indicamos con un ejemplo las consecuencias de un plegamiento anómalo:  la enfermedad de las vacas locas (enfermedad de Creutzfeld –Jacob), fruto  de que la proteína priónica  (PrP) no presenta la conformación adecuada.

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27
octubre

Mundo ARN y el origen de la vida

Se dice que el ADN es la base de la vida, pero… ¿hasta qué punto? En eucariotas y procariotas, el ARN es una molécula intermediaria entre el ADN y las proteínas. Para la síntesis de proteínas hacen falta proteínas y ARN (de transferencia, ARNt y ribosomal, ARNr) que viene codificado en el ADN, que necesita a su vez proteínas para dar el ARN mensajero que servirá para traducir la información a proteínas. Vamos, que hay una relación inevitable de cooperatividad entre tres moléculas esenciales: el ADN, el ARN y las proteínas.

dibujo20121024-the-emergence-of-hypercyclesPero quien fue primero, ¿el huevo o la gallina? (el huevo, que las gallinas evolutivamente vienen de los réptiles y éstos ya ponían huevos). Pues a esta pegunta se dedican los científicos y ya tienen varias hipótesis. Una cosa que parece que tiene consenso es que el ADN es un producto secundario del ARN (que se pudo haber formado como un mecanismo de resistencia para tiempos de guerra donde las condiciones ambientales eran más duras y se necesitaba estabilidad). También se cree que la formación de proteínas y ARN fue químicamente espontánea y contemporánea en ese caldo primigenio que fue la hidrosfera de la Tierra antes de que la primera célula, llamada LUCA (Last Universal Common Ancestor), apareciese.

Entonces, lo fundamental de LUCA está en las proteínas y el ARN…

¿Cómo pudo surgir la vida en células tal como la entendemos hoy en día de un puñado de moléculas de proteínas y ARN de una sopa primigenia? Hay varias hipótesis al respecto, una dice que primero tuvo que surgir el metabolismo y otra que primero fue el ARN. Ambas cojean, ya que no explican todo lo necesario para saber cómo ha surgido LUCA.

Con respecto a la hipótesis de un mundo de ARN, ésta se centra en el ARN ribosómico. Se cree que el pre-ribosoma, el ribosoma ancestral formado por proteínas y ARN, tenía la capacidad de autorreplicarse aunque no codificaría información genética… Pero, ¿y si sí la codificase y no sólo se autorreplicase, sino que también pudiese sintetizar sus propias proteínas catalíticas y su propia estructura? De esta forma el pre-ribosoma sería el  intermediario entre la vida prebiótica y la vida celular. Con el paso del tiempo, este ARN ribosómico se especializaría sólo en la traducción perdiendo el resto de capacidades.

Para aportar un granito de arena a esta hipótesis, se he hecho un análisis de las secuencias de ADN que se corresponden con el ARN ribosómico de una cepa de E.coli mediante algoritmos de alineamiento (Root-Bernstein, M. y Root-Bernstein, R., 2015), y se ha visto que:

  • El ARNr 23S y 16S contiene todos los ARNt necesarios para la síntesis de los 20 aminoácidos proteicos (aunque éstos se solapan) y para que estos se plieguen correctamente y sean funcionales. El problema de solapamiento no sería un problema pues podría editarse el ARN y así cortarse los fragmentos correctos.
  • El ARNr 23S, 16S y 5S contiene información para crear las proteínas de su estructura y otras relacionadas con sus funciones.

O sea, que los pre-ribosomas pude que tuviesen la capacidad de codificar genéticamente en su ARN su propia transcripción, traducción y replicación. ¿Coincidencia o azar? El caso es que sería un apoyo a la idea de que fue el ARN (ribosómico) el que empezó a codificar información y el que comenzó con el metabolismo que ahora encontramos en una célula.

Obviamente, este estudio sólo se ha realizado sobre una cepa de E.coli y habría que investigar mucho más para llegar a confirmar la hipótesis del mundo ARN… o refutarla.

Links de interés:

Francisco R. Villatoro, “La hipótesis del mundo de los ribosomas”, Naukas, 27 Feb 2015.

Francisco R. Villatoro, “The ribosome world hypothesis”, Mapping Ignorance, 27 Feb 2015.

 

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