Controlando qué genes se expresan, podemos regular las actividades metabólicas de las distintas células. Esto se debe a que los genes codifican proteínas que, a su vez, determinan la función de una célula. Como resultado, las células se especializan para realizar funciones específicas. Por eso es tan importante regular la expresión de los genes, porque sin ella no tendríamos células especializadas.
Pero, en primer lugar, necesitamos disponer de células que tengan la capacidad de especializarse en una gran variedad de células. Éstas se denominan células madre.
Células madre
Las células madre se definen como células no especializadas que se dividen indefinidamente por mitosis y se diferencian en muchos tipos celulares. Existen tres clases:
Células madre totipotentes
Células madre pluripotentes
Células madre multipotentes
Las células madre totipotentes están presentes durante la fase de cigoto y tienen la capacidad de diferenciarse en todos los tipos celulares, incluidas las células extraembrionarias (como la placenta). A medida que se desciende en la lista anterior, el rango de diferenciación disminuye. Cuando estas células se especializan, ya no pueden convertirse en ningún otro tipo de célula.
El hecho de que las células especializadas ya no se dividan continuamente es bueno. Significa que pueden realizar eficazmente sus actividades metabólicas.
Control de la Expresión Génica
La regulación de la expresión génica comienza antes de la transcripción, la primera etapa de la síntesis de proteínas. Unas proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción dictan qué genes se expresan (se "encienden") y qué genes no se expresan (se "apagan"). El diagrama siguiente ilustra la unión de un factor de transcripción al ADN. Este proceso está estrechamente controlado para que se produzcan moléculas específicas deARN mensajero (ARNm ) y, por tanto, sólo se produzcan proteínas específicas.
Fig. 1 - La unión de un factor de transcripción al ADN
Otro tipo de regulación de la expresión génica que se produce a nivel transcripcional incluye la alteración del complejo ADN-histona. Este tipo es especialmente fascinante porque la secuencia de bases del ADN no se modifica y, sin embargo, sigue teniendo la capacidad de dirigir qué genes se expresan. Esto se denomina epigenética.
Epigenética
La epigenética es el estudio de las modificaciones del ADN y las histonas para controlar la expresión de los genes. Estas modificaciones son hereditarias y no están causadas por ningún cambio en la secuencia de bases del ADN. Las modificaciones incluyen la metilación del ADN y la acetilación de las histonas, ilustradas en el diagrama siguiente. Esto tiene el efecto de condensar o aflojar el complejo ADN-histona. El patrón de modificaciones se denomina epigenoma.
Fig. 2 - Metilación del ADN y acetilación de histonas
La expresión génica está estrechamente regulada, y por una buena razón. Si se expresan o silencian los genes equivocados, pueden surgir enfermedades genéticas. El cáncer es una enfermedad que se caracteriza por la proliferación incontrolable de células, y en algunos casos, la causa tiene un origen epigenético.
Control traslacional de la expresión génica
Antes de que se produzca la traducción, pueden producirse cambios adicionales en la molécula de ARNm. Esto puede incluir el empalme del ARNm, que es la eliminación de los intrones (ADN no codificante) de la molécula.
Incluso después de la traducción, el polipéptido puede modificarse aún más, como la adición de grupos químicos. Un gran ejemplo de ello es la adición de un grupo fosfato a un polipéptido, catalizada por las proteínas quinasas. Esta adición puede alterar el plegamiento de una proteína y, por tanto, modificar su función.
El empalme del ARNm sólo se produce en las células eucariotas, ya que su genoma incluye tanto intrones como exones. Los genomas procariotas sólo contienen intrones, por lo que el empalme del ARNm es innecesario.
Proyectos y tecnología del genoma
La secuenciación de un genoma traza el mapa del conjunto completo de información genética que contiene un organismo. Por ejemplo, el Proyecto Genoma Humano (1990-2003) fue un esfuerzo de colaboración para determinar todos los genes de nuestras células. Pero no fue una empresa fácil. El proyecto utilizó tecnologías como la secuenciación de escopeta de genoma completo (WGS), y de ahí surgieron otros avances. Entre ellos, la hibridación del ADN, que se utiliza para localizar alelos específicos de un gen y la huella genética. Estos avances tecnológicos tienen amplias aplicaciones en el tratamiento de enfermedades y en la ciencia forense.
Control de la expresión génica - Puntos clave
- Todas las células vivas contienen el mismo genoma, pero las células especializadas expresan genes específicos.
- El control transcripcional de la expresión génica incluye factores de transcripción y modificaciones epigenéticas.
- La epigenética es el estudio de las modificaciones del ADN y las histonas para controlar la expresión génica. No incluye los cambios en la secuencia de bases del ADN.
- El control traslacional de la expresión génica incluye la adición de grupos químicos a los polipéptidos, como los grupos fosfato.
- Las tecnologías del ADN, como la hibridación del ADN, surgieron de los estudios genéticos y ahora se utilizan ampliamente en aplicaciones médicas y forenses.
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