Expresión génica

La expresión génica es el proceso por el cual la información hereditaria de un gen, la secuencia de pares de bases de ADN, se convierte en un producto génico funcional, como la proteína o el ARN. La idea básica es que el ADN se transcribe en ARN, que luego se traduce en proteínas. Las proteínas fabrican muchas de las estructuras y todas las enzimas de una célula u organismo.

Se pueden modular (afinar) varios pasos en el proceso de expresión de los genes. Esto incluye tanto la transcripción y las traducciones de , como el estado final de plegado de una proteína. La regulación de los genes activa y desactiva los genes, y así controla la diferenciación celular y la morfogénesis. La regulación de los genes también puede servir de base para el cambio evolutivo: el control del tiempo, la ubicación y la cantidad de expresión de los genes puede tener un profundo efecto en el desarrollo del organismo.

La expresión de un gen puede variar mucho en diferentes tejidos. Esto se denomina pleiotropismo, un fenómeno muy extendido en la genética.

Diagrama que muestra en qué etapas de la expresión de la vía de la proteína ADN-ARN puede ser controlada
Diagrama que muestra en qué etapas de la expresión de la vía de la proteína ADN-ARN puede ser controlada

Epigenética

En biología, la epigenética es el estudio de los cambios hereditarios en el fenotipo (apariencia) o la expresión de los genes causados por mecanismos distintos de los cambios en la secuencia de ADN subyacente.

Estos cambios pueden permanecer a través de las divisiones celulares por el resto de la vida del individuo y también pueden durar por múltiples generaciones. Sin embargo, no hay ningún cambio en la secuencia de ADN subyacente del organismo. En cambio, los factores no genéticos hacen que los genes del organismo se comporten (se expresen) de forma diferente.

El mejor ejemplo de los cambios epigenéticos en la biología de los eucariotas es el proceso de diferenciación celular. Durante la morfogénesis, las células madre totipotentes se convierten en las diversas líneas celulares del embrión, que a su vez se convierten en células totalmente diferenciadas. En otras palabras, una sola célula de óvulo fertilizado - el cigoto - se divide y se desarrolla. Las células hijas se convierten en los muchos tipos de células del embrión maduro. Estas incluyen neuronas, células musculares, epitelio, vasos sanguíneos, etc. Esto sucede activando algunos genes mientras se inhiben otros.

Los cambios epigenéticos son a largo plazo y suelen sobrevivir al proceso de división celular (mitosis). Los cambios se producen en la cromatina, que es una combinación del ADN y las proteínas histónicas que lo rodean en el cromosoma. Los detalles de cómo ocurre esto todavía se están trabajando, pero es bastante seguro que la envoltura del ADN y la histona es una característica clave.

Regulación de los genes

Regulación al alza y a la baja

La up-regulation aumenta la expresión de uno o más genes y como resultado la(s) proteína(s) codificada(s) por esos genes. La regulación descendente es un proceso que da lugar a una disminución de la expresión de los genes y las proteínas.

Inducción contra represión

La regulación de los genes se puede resumir como

  • Sistemas inducibles: un sistema inducible está apagado a menos que exista la presencia de alguna molécula (llamada inductor) que permita la expresión de los genes.
  • Sistemas reprimibles: un sistema reprimible está encendido excepto en presencia de alguna molécula (llamada corepressor) que suprime la actividad de los genes. Se dice que la molécula reprime la expresión.

ARN reglamentario

Hay una serie de ARN que regulan los genes, es decir, regulan la velocidad a la que los genes se transcriben o traducen. Los siguientes son dos ejemplos importantes

miRNA

Los micro ARN (miARN) actúan uniéndose a una enzima y bloqueando el mARN (ARN mensajero), o acelerando su descomposición. Esto se llama interferencia de ARN.

siRNA

Los pequeños ARN de interferencia (a veces llamados ARN de silenciamiento) interfieren con la expresión de un gen específico. Son moléculas de doble cadena bastante pequeñas (20/25 nucleótidos). Su descubrimiento ha causado un aumento en la investigación biomédica y el desarrollo de fármacos.

La estructura de un gen codificador de proteínas eucariotas.
La estructura de un gen codificador de proteínas eucariotas.

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