El genoma celular es idéntico en todas las células, pero la diferenciación celular se basa en la expresión diferencial de genes, resultando en transcriptomas y proteomas distintos. El control de la expresión génica ocurre principalmente en la iniciación de la transcripción, lo que garantiza eficiencia energética.

• Procariotas (Operón): Genes agrupados se transcriben juntos. El Operón Lac ilustra la integración de señales: el Represor Lac bloquea la transcripción en ausencia de lactosa, y el Activador CAP la facilita en ausencia de glucosa.

• Eucariotas: La ARN Polimerasa II requiere Factores de Transcripción Generales (transcripción basal), pero son los Reguladores específicos (activadores/represores) unidos a potenciadores (enhancers) los que regulan la tasa.

• Cromatina: El empaquetamiento del ADN añade complejidad. Los activadores reclutan enzimas como las histona acetiltransferasas o complejos remodeladores para relajar la cromatina, haciendo el ADN accesible.

• Control Combinatorio y Diferenciación: Múltiples reguladores controlan un solo gen. Este control determina la identidad celular. El proceso es experimentalmente reversible: factores de transcripción específicos (Sox2, Oct4, Klf4) pueden reprogramar células adultas a células madre pluripotentes inducidas (iPS).

La memoria celular mantiene la identidad a través de divisiones sin alterar la secuencia del ADN (epigenética):

1. Metilación del ADN: Reprime la expresión génica en islas CpG y se hereda por metiltransferasas de mantenimiento.

2. Modificación de Histonas: Los patrones de histonas modificadas propagan estados de cromatina condensada o relajada.

3. Bucles de Retroalimentación Positiva: Aseguran la presencia de proteínas reguladoras maestras en células hijas.

Los ARNs no codificantes regulan el ARNm:

• miRNAs: Forman el complejo RISC para degradar ARNm o bloquear su traducción.

• siARNs: Funcionan en la defensa contra ARN de doble cadena (virus).

• lncARNs: Actúan como andamios (ej. Xist en la inactivación del cromosoma X).

• CRISPR-Cas9: Tecnología de edición genómica derivada de un sistema de defensa bacteriano.

La variabilidad genética impulsa la evolución:

• Duplicación de Genes: Principal motor de nuevos genes, permitiendo la divergencia de funciones (familias génicas).

• Mutaciones Puntuales, Reordenamiento de Exones y Transposones (Elementos Móviles) también contribuyen a la variabilidad.

• Transferencia Horizontal de Genes (ej. resistencia a antibióticos en bacterias).

Los virus son elementos genéticos móviles que secuestran la maquinaria celular. Los Retrovirus (VIH) usan la transcriptasa inversa para integrar su genoma en el ADN del huésped. La genómica comparada (sintenia) nos ayuda a reconstruir el árbol de la vida.