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DNA and Gene Expression

Biología · ADN y expresión génica

Transcripción

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Pregunta esencial

¿Cómo se copia en ARN la información de un gen?

Un gen es un segmento de ADN que contiene las instrucciones para producir una proteína. Para usar esas instrucciones, una célula primero copia el gen en ARN mensajero. Este paso de copiado se llama transcripción.

Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.

Panorama de la transcripción

  • Un gen es una región de ADN que contiene las instrucciones para producir una proteína.
  • La transcripción produce una copia de ARN de un solo gen. La célula no copia todo el cromosoma.
  • La enzima ARN polimerasa desenrolla una parte corta del ADN y construye el ARN.
  • En los eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo. En los procariotas, ocurre en el citoplasma.
  • El ADN no cambia. Se vuelve a enrollar detrás de la polimerasa.
Diagrama de la transcripción. La ARN polimerasa está en una burbuja abierta de la doble hélice de ADN. El ADN se desenrolla delante de ella y se vuelve a enrollar detrás, y una cadena creciente de ARNm sale de la polimerasa.

La transcripción copia solo el gen que la célula necesita, y el ADN queda intacto.

Los tres pasos

  • Paso 1, unión: la ARN polimerasa se une al promotor, una secuencia de ADN que marca dónde empieza un gen.
  • Paso 2, elongación: la polimerasa avanza a lo largo del gen. Empareja nucleótidos de ARN con la cadena molde (A con U, T con A, G con C, C con G) y los une en una cadena que va creciendo.
  • Paso 3, terminación: la polimerasa llega a una secuencia terminadora que marca el final del gen. Libera el ARNm nuevo.
  • De un solo gen se pueden hacer muchas copias de ARNm.
Diagrama de los tres pasos de la transcripción. Paso 1, la ARN polimerasa se une al promotor. Paso 2, la polimerasa construye el ARN emparejando bases con la cadena molde. Paso 3, la polimerasa llega al terminador y se libera el ARNm.

La unión, la elongación y la terminación copian un gen de principio a fin.

Cadena molde y cadena codificante

  • Para un gen se lee solo una cadena de ADN, la cadena molde. El ARN es complementario a ella.
  • La otra cadena de ADN es la cadena codificante. El ARNm tiene la misma secuencia que la cadena codificante, salvo que tiene U donde la cadena codificante tiene T.
  • Genes distintos pueden usar cadenas distintas como molde.
  • Para transcribir, empareja cada base del molde con su pareja de ARN: A con U, T con A, G con C y C con G.
Diagrama que muestra las primeras doce bases de un gen. La cadena codificante del ADN dice A T G G C T G A G T T T, la cadena molde dice T A C C G A C T C A A A y el ARNm dice A U G G C U G A G U U U.

El ARNm es una copia complementaria de la cadena molde, así que coincide con la cadena codificante, con U en lugar de T.

Después de la transcripción en los eucariotas

  • En los eucariotas, el primer ARN que se produce (pre-ARNm) se procesa antes de salir del núcleo.
  • Los intrones son segmentos que se cortan. Los exones, los segmentos que se quedan, se unen para formar el ARNm final. Este corte y unión se llama empalme.
  • Después el ARNm sale del núcleo y va a un ribosoma.
  • En los procariotas, el ARNm se puede usar de inmediato.
Diagrama del procesamiento del ARN. Un pre-ARNm con tres exones separados por dos intrones se convierte en un ARNm sin los intrones y con los tres exones unidos.

Las células eucariotas procesan su ARN antes de usarlo para producir una proteína.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Transcribe un gen

La cadena molde de un gen dice TAC CGA CTC AAA TTT GCA ACC ATT. Escribe el ARNm que produce la ARN polimerasa a partir de ella. Luego escribe la cadena codificante del ADN.

Diagrama con la cadena molde dividida en grupos del tamaño de un codón TAC CGA CTC AAA TTT GCA ACC ATT y recuadros vacíos para el ARNm.
Mostrar la solución
  1. Empareja cada base del molde con su pareja de ARN: A con U, T con A, G con C, C con G.
  2. TAC CGA CTC AAA TTT GCA ACC ATT se convierte en AUG GCU GAG UUU AAA CGU UGG UAA.
  3. La cadena codificante es complementaria a la cadena molde y tiene T en lugar de U: ATG GCT GAG TTT AAA CGT TGG TAA.
  4. Comprobación: el ARNm coincide con la cadena codificante, con U donde la cadena codificante tiene T.
  5. Respuesta: ARNm: AUG GCU GAG UUU AAA CGU UGG UAA. Cadena codificante: ATG GCT GAG TTT AAA CGT TGG TAA.

Ejemplo 2: ¿Qué longitud tiene el mensaje?

La región codificante de un gen (sin intrones) mide 1,032 nucleótidos y termina con un codón de terminación. Cada codón tiene 3 nucleótidos. ¿Cuántos codones tiene el ARNm y cuántos aminoácidos tendrá la proteína? (El codón de terminación no codifica ningún aminoácido).

Mostrar la solución
  1. Número de codones = 1,032 / 3 = 344.
  2. Uno de ellos es el codón de terminación, que no codifica ningún aminoácido.
  3. Aminoácidos = 344 – 1 = 343.
  4. Respuesta: 344 codones y una proteína de 343 aminoácidos.

Ejemplo 3: El mismo ADN, distinto ARNm

Las células del hígado, del músculo y de los nervios de una persona contienen en su ADN los Genes 1, 2 y 3. La tabla muestra la cantidad relativa de ARNm de cada gen en cada tipo de célula (valores de muestra para practicar). Escribe una respuesta con Afirmación, Evidencia y Razonamiento sobre cómo pueden ser distintas estas células.

GenCélula del hígado: ARNm (unidades)Célula del músculo: ARNm (unidades)Célula nerviosa: ARNm (unidades)
Gen 1 (lo necesita toda célula)505248
Gen 2 (proteína del hígado)9021
Gen 3 (proteína del músculo)1851
Mostrar la solución
  1. Afirmación: Los tipos de células son distintos porque transcriben genes distintos, no porque tengan ADN distinto.
  2. Evidencia: El ARNm del Gen 1 es parecido en las tres células (50, 52 y 48 unidades). El ARNm del Gen 2 es alto en el hígado (90) y casi no hay en el músculo (2) ni en el nervio (1). El ARNm del Gen 3 es alto en el músculo (85) y casi no hay en el hígado (1) ni en el nervio (1).
  3. Razonamiento: Las tres células tienen los tres genes en su ADN. La proteína que se produce a partir de un gen depende de si el gen se transcribe a ARNm. Un gen que se usa en todas las células (Gen 1) se transcribe en todas ellas, pero los genes específicos de cada célula se transcriben solo en el tipo de célula que los necesita.
  4. Respuesta: Las células son distintas porque en cada tipo de célula se transcriben genes distintos.

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Práctica

Usa la hoja de práctica para transcribir genes, comparar la cadena molde y la cadena codificante, calcular la longitud del mensaje a partir del número de nucleótidos y analizar datos de ARNm de distintas células.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • La transcripción copia un gen del ADN en ARNm con la enzima ARN polimerasa.
  • La ARN polimerasa lee la cadena molde y aparea A con U, T con A, G con C y C con G.
  • El ARNm coincide con la cadena codificante, con U en lugar de T.
  • En los eucariotas, los intrones se quitan y los exones se unen antes de que el ARNm salga del núcleo.
  • Distintos tipos de células transcriben genes distintos del mismo ADN.

De vuelta a la pregunta esencial: la ARN polimerasa usa una cadena de ADN como molde y construye un ARNm complementario mediante el apareamiento de bases. El ARNm lleva las instrucciones del gen hasta el ribosoma, mientras el ADN se queda en el núcleo.

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Alineación con NGSS

Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):

  • HS-LS1-1: Construir una explicación basada en evidencia sobre cómo la estructura del ADN determina la estructura de las proteínas que llevan a cabo las funciones esenciales de la vida mediante sistemas de células especializadas.

Ideas disciplinarias básicas: LS1.A: Estructura y función; LS3.A: Herencia de los rasgos

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