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Los humanos y, en definitiva, todos los seres vivos del mundo, somos, básicamente, genes. En nuestra información genética está escrito absolutamente todo aquello que necesitamos para desarrollarnos morfológicamente y realizar nuestras funciones tanto vitales como motoras, así como cognitivas.
Y, quizás pecando de reduccionistas, podemos resumirlo todo en que los genes son unidades que, siendo leídas por distintas moléculas, nos permiten generar proteínas. Y estas proteínas serán las que, en esencia, actuarán sobre nuestra morfología y fisiología.
Ahora bien, este paso de ADN a proteínas no puede darse directamente. Es absolutamente necesario un paso intermedio en el que este ADN da lugar al ARN, una molécula que sí que puede dar lugar a las proteínas.
Este paso, conocido como transcripción, sucede en todas y cada una de nuestras células y está mediada por un complejo enzimático conocido como RNA polimerasa. En el artículo de hoy, pues, además de entender qué es el ARN y la transcripción, analizaremos las características y funciones de esta vital enzima.
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¿Qué es una enzima?
Antes de entrar en detalle con el ADN, la transcripción, el ARN y la RNA polimerasa, es importante ponernos en contexto y entender qué es exactamente una enzima. Las enzimas son moléculas intracelulares presentes en absolutamente todos los seres vivos, pues son imprescindibles para iniciar y dirigir las reacciones metabólicas del organismo en cuestión.
En el caso de los humanos, tenemos aproximadamente 75.000 enzimas distintas. Algunas se sintetizan solo en determinadas células específicas, pero hay muchas enzimas que, por su importancia en el metabolismo de todas las células, están presentes en todas.
En este sentido, las enzimas son proteínas presentes en el citoplasma celular o en núcleo (como es el caso de la RNA polimerasa) que se unen a un sustrato (una molécula o metabolito inicial), estimulan una serie de transformaciones químicas y, como resultado, se obtiene un producto, es decir, una molécula distinta a la inicial que sirve para realizar una función fisiológica concreta.
Desde los procesos de obtención de energía a través de los nutrientes hasta las reacciones para duplicar nuestro ADN cuando las células se dividen, pasando por la transcripción (que analizaremos después), las enzimas inician, dirigen y aceleran todas y cada una de las reacciones metabólicas de nuestras células.
DNA, transcripción y RNA: ¿quién es quién?
Ya hemos entendido qué es una enzima, por lo que ya sabemos que la RNA polimerasa es una proteína (en esencia, una sucesión de aminoácidos que adquiere una estructura tridimensional concreta) que estimula una reacción metabólica en las células.
Y, como ya hemos comentado al principio, esta reacción bioquímica es la transcripción, pero, ¿qué es exactamente esto? ¿Para qué sirve? ¿Qué es el ADN? ¿Y el ARN? ¿En qué se diferencian? Ahora mismo definiremos estos tres conceptos y ya será mucho más fácil entender qué es y qué hace la RNA polimerasa.
¿Qué es el DNA?
El DNA, también conocido en países de habla hispana como ADN, es una sucesión de genes. En esta molécula, que es un tipo de ácido nucleico, está toda la información genética de nuestro organismo. En el caso de los humanos, nuestro ADN está compuesto por entre 30.000 y 35.000 genes.
Sea como sea, el ADN es una molécula presente en el núcleo de todas y cada una de nuestras células. Es decir, todas nuestras células, desde una neurona hasta una célula del hígado, tienen exactamente los mismos genes en su interior. Luego entenderemos perfectamente por qué, teniendo los mismos genes, son tan distintas.
Sin entrar demasiado en profundidad, debemos imaginar el ADN como una sucesión de nucleótidos, que son moléculas formadas por un azúcar (en el caso del ADN es una desoxirribosa; en el del ARN, una ribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina, guanina, citosina o timina) y un grupo fosfato.
Por lo tanto, lo que determina el tipo de nucleótido es la base nitrogenada. Dependiendo de cómo sea la combinación de estas cuatro bases, obtendremos un gen distinto. Toda la variabilidad entre seres vivos depende de cómo se ordenen estas bases nitrogenadas.
En este sentido, podríamos pensar que el ADN es un polímero de nucleótidos. Pero estaríamos equivocados. El punto más importante del ADN es que forma una doble cadena, cosa que no pasa con el ARN. Por lo tanto, el ADN consiste en una cadena de nucleótidos que está unida a una segunda cadena complementaria (si hay una adenina, al lado habrá una timina; y si hay una guanina, al lado habrá una citosina), dando así a la famosa doble hélice del ADN.
En resumen, el ADN es una doble cadena de nucleótidos que, dependiendo de cómo sea la secuencia, dará lugar a unos genes concretos, determinando así nuestra información genética. El ADN, pues, es el guion de lo que podemos ser.
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¿Qué es la transcripción?
Ya hemos visto qué es el ADN y nos ha quedado claro que es la sucesión de genes. Ahora bien, ¿verdad que un guion no sirve para nada si no se convierte en película? En este sentido, la transcripción es una reacción bioquímica en la que convertimos estos genes en una nueva molécula que sí que podrá dar lugar a la síntesis proteica.
Los genes, pues, son el guion. Y las proteínas, la película que se hace en base a él. Pero primero, debe pasarse por una fase de producción. Y aquí es donde entra la transcripción, un proceso celular mediado por la RNA polimerasa en la que pasamos de una doble cadena de ADN a una simple cadena de ARN.
En otras palabras, la transcripción del ADN es una reacción metabólica que tiene lugar en el núcleo en el que determinados genes son seleccionados por la RNA polimerasa y esta los convierte en moléculas de ARN.
Solo los genes que interesan a esa célula serán transcritos. De ahí que una célula hepática y una neurona sean tan diferentes, pues solo se transcriben los genes que necesitan para desarrollar sus funciones. Los genes que no tengan que ser transcritos, quedarán silenciados, pues nunca se dará el paso a la síntesis proteica.
¿Qué es el ARN?
El ARN es uno de los dos tipos (el otro es el ADN) de ácido nucleico. Presente en todos los seres vivos, el ARN se diferencia del ADN en el sentido de que no forma una doble cadena (a excepción de algunos virus muy específicos), sino que es una cadena simple, y porque en sus nucleótidos, el azúcar no es una desoxirribosa, sino una ribosa.
Además, pese a que sus bases nitrogenadas son también la adenina, la guanina y la citosina, la timina es sustituida por otra denominada uracilo. Sea como sea, lo importante es tener en cuenta que, pese a que es la molécula donde está codificada la información genética de algunos virus (en estos, el ARN toma la función del ADN), en la inmensa mayoría de seres vivos, desde bacterias hasta los humanos, el ARN dirige distintas etapas de la síntesis proteica.
En este sentido, si bien el ADN porta la información genética, el ARN es la molécula que, siendo obtenida tras la transcripción (mediada por la RNA polimerasa), estimula la traducción, es decir, el paso de ácido nucleico a proteínas.
Por lo tanto, el ARN es una molécula muy similar al ADN (pero de simple cadena, con otro azúcar y una de las cuatro bases diferente) que no porta información genética, sino que sirve de molde para otras enzimas (la RNA polimerasa no), las cuales leen la información del ARN y consiguen sintetizar proteínas, algo que sería imposible hacer utilizando como molde el ADN.
En resumen, el ARN es un tipo de ácido nucleico que se obtiene tras una transcripción del ADN mediada por la RNA polimerasa y que desarrolla distintas funciones en la célula (pero no portar genes) que van desde la síntesis proteica hasta la regulación de la expresión de genes en el ADN, pasando por estimular reacciones catalíticas.
¿Qué funciones tiene la RNA polimerasa?
Como hemos comentado, la RNA polimerasa es la única enzima que hace posible la transcripción, es decir, el paso de ADN (doble cadena donde están todos los genes) a RNA (simple cadena), una molécula que sirve de molde para la traducción: la síntesis de proteínas a partir de un molde de ácido nucleico. Por lo tanto, la RNA polimerasa juega un rol vital en el proceso de expresión genética, que, en esencia, es el paso de ADN a proteínas.
Entrando ya en profundidad, la RNA polimerasa es la enzima más grande conocida, con un tamaño de 100 Å (la diez mil millonésima parte de un metro), que es increíblemente pequeño pero sigue siendo más grande que la mayoría.
Consiste en una sucesión de aminoácidos que dan lugar a una proteína con una estructura terciaria que le permite desarrollar sus funciones y que es bastante compleja, estando formada por distintas subunidades. Esta enzima tiene que ser grande porque para permitir el paso del ADN al ARN debe unirse a lo que se conoce como factores de transcripción, que son unas proteínas que ayudan a la enzima a unirse al ADN e iniciar la transcripción.
La transcripción empieza cuando la RNA polimerasa se une a un sitio específico del ADN, cosa que dependerá del tipo de célula, donde hay un gen que debe ser expresado, es decir, traducido a proteína. En este contexto, la RNA polimerasa, junto a otras enzimas, separa la doble cadena de ADN y utiliza una de ellas como molde.
Esta unión sucede porque la RNA polimerasa reconoce lo que conocemos como promotor, que es un segmento de ADN que “llama” a la enzima. Una vez se ha unido mediante un enlace fosfodiéster, la RNA polimerasa se desliza sobre la cadena de ADN, sintetizando a, a su paso, una cadena de ARN.
Esta etapa se conoce como elongación y la RNA polimerasa sintetiza la cadena de ARN a una velocidad de unos 50 nucleótidos por segundo. Esto continúa hasta que la RNA polimerasa llega a un segmento del ADN en el que encuentra una sucesión de nucleótidos concreta que le indica que es el momento de finalizar la transcripción.
En este momento, que es la etapa de terminación, la RNA polimerasa detiene la elongación del ARN y se separa de la cadena molde, liberando así tanto a la molécula nueva de ARN como a la de ADN, que vuelve a unirse con su complementaria para tener así la doble cadena.
Posteriormente, esta cadena de ARN pasará por el proceso de traducción, una reacción bioquímica mediada por distintas enzimas en la que el ARN sirve como molde para la síntesis de una proteína concreta. En este momento, la expresión génica se habrá completado, pues, recordemos, el ARN es la única molécula de tipo ácido nucleico que puede funcionar como molde para generar una proteína.
Como consideración final, cabe mencionar que los organismos procariotas (como las bacterias) tienen un solo tipo de RNA polimerasa, mientras que los eucariotas (animales, plantas, hongos, protozoos…) tenemos tres (I, II y III), estando cada una de ellas implicada en la transcripción de unos genes concretos.
