Los Genes
Cada cromosoma puede contener cientos o miles de genes. Se
cree que el ser humano tiene 70.00 a 100.000 genes. Un gen es un sector del ADN
(secuencias de nucleótidos) que contiene la información necesaria para producir
ARN o proteínas específicas. Entonces un gen es un sector de ADN que codifica
para una característica determinada del organismo al aportar información necesaria de una o más
funciones celulares.
Código genético
El modelo de Watson y Crick demuestra que la molécula de ADN
está formada por secuencias lineales de 4 nucleótidos. Si cada nucleótido
codificara un sólo un AA sería posible especificar sólo 4 aminoácidos, no los
20 presentes en la vasta variedad de proteínas celulares.
Loas científicos observaron que las bases de ADN sirven como
un “alfabeto” de 4 letras y plantearon la hipótesis de que combinaciones de 3
de estas 4 letras (4 a la 3) permitían formar un total de 64 “palabras”, más
que suficientes para especificar los AA naturales.
Hacia 1967 concluyó el desciframiento del código genético,
con lo cual se verificó la existencia del código de tripletes de bases común a
todos los organismos.
Debido a que existen 64 codones posibles, algunos AA son
codificados por más de un codón. Si bien el código se lee tres nucleótidos a la
vez, al parecer sólo los dos primeros contienen información específica para
cada AA.
EXPRESIÓN GÉNICA
La expresión génica es una serie de sucesos complejos por
los cuales la información contenida en la secuencia de bases de ADN se
descodifica y utiliza para especificar la constitución de las proteínas de la
célula. Las proteínas producidas influyen entonces en el fenotipo de alguna
manera, estos van desde rasgos físicos visibles hasta cambios sutiles sólo
observables a nivel bioquímico.
Por lo tanto podemos decir que la expresión génica es el
modo a través del cual el ADN es capaz de determinar el fenotipo del organismo.
Si
bien la secuencia de bases de ADN determina la secuencia de aminoácidos en las
proteínas, la información contenida en él no se utiliza de forma directa.
Ocurre que un ácido nucleico relacionado al ADN, el ácido ribonucleico
o ARN,
actúa de intermediario entre el ADN y las proteínas.
El ARN suele ser monocatenario; el azúcar es una ribosa
(similar a la del ADN pero con un grupo hidroxilo extra) y las bases que lo
componen son adenina, uracilo (en lugar de la timina), guanina y
citosina.
Cuando un gen codificador de proteína se expresa, se hace
una copia en ARN de la información contenida en el ADN. El proceso se denomina transcripción
debido a que la síntesis implica que la información contenida en el ADN se
copie en otro tipo de ácido nucleico, el ARN.
El ARN que porta la información específica para elaborar una
proteína se denomina ARNm (mensajero).
En la segunda fase de la expresión génica, la información
transcrita en el ARNm se utiliza para
especificar la secuencia de los aminoácidos de una proteína. Este proceso se
llama traducción, dado que consiste en convertir el “lenguaje de los
ácidos nucleicos” de la molécula de ARNm en el “lenguaje de los aminoácidos” de
la proteína.
TRANSCRIPCIÓN
El ARNm es sintetizado a partir de una molécula denominada
polimerasa de ARN, la cual tiene la capacidad de leer la cadena de ADN y
agregar nucleótidos de ARN complementarios a dicha cadena.
La polimerasa de ARN comienza la transcripción una vez que
se ha unido a una secuencia de ADN llamada promotor, la que no se
transcribe. Una vez que lo ha reconocido, desenrolla la cadena de ADN y
comienza la transcripción.
El ARN se sintetiza en sentido 5´3´. La terminación
de la transcripción (UAA, UAG, UGA), al igual que su inicio (AUG), está
determinada por un conjunto de secuencias de bases específicas.
Por lo común sólo se transcribe una de las cadenas de una
región codificadora de proteínas de ADN. Esta cadena es denominada cadena
transcrita o cadena patrón.
Luego de que el ARNm se ha sintetizado, debe sufrir un
proceso de maduración, dado que, en una primera instancia posee secuencias
codificadoras de proteínas y secuencias no codificadoras de proteínas. Las
secuencias que codifican proteínas se denominan exones y las que no
codifican se denominan intrones.
Previo a la salida del ARNm del núcleo celular, sufre el
proceso de maduración, el cual implica un corte y empalme. En este proceso los
intrones son cortados y eliminados de la cadena. Los exones restantes son
unidos para formar el ARNm maduro, el que sale luego del núcleo.
La información codificadora de proteína en ARNm está
contenida en la secuencia de bases. Una secuencia de tres bases consecutivas se
denomina codón,
y especifica a un aminoácido. Como cada codón requiere de tres nucleótidos, el
código se denomina código de tripletes.
Para la traducción se requiere maquinaria celular que pueda
reconocer y descodificar los codones del ARNm.
Esto lo realizan los ARNt (de transferencia), dado que actúan
como “adaptadores” entre los AA y los
ácidos nucleicos. Su acción se debe a que es capaz de: 1- enlazarse a un AA
específico y 2- reconocer el codón de ARNm apropiado para ese AA específico. Un
ARNt reconoce un codón especifico porque tiene una secuencia de 3 bases,
llamada anticodón, la cual se asocia con el codón de ARNm por
pareamiento de bases complementarias.
Los ARNt son moléculas de unos 70 nucleótidos de largo, con
varias secuencias de bases únicas así como varias secuencias que son comunes a
todos los ARNt. El pareamiento de bases complementarias dentro de cada molécula
de ARNt hace que ésta se doble y se pliegue para formar dos o tres asas de
nucleótidos no pareados, una de las cuales tiene el triplete anticodón. El
sitio de fijación para el AA se encuentra en el extremo 3´de la molécula. El
grupo carboxilo del AA se une a este extremo, lo que deja el grupo amino libre
para participar en la formación del
enlace peptídico.
* ARNr
Para la traducción
también se requiere que los anticodones de ARNt se enlacen al ARNm y que los AA
llevados por los ARNt se unan en el orden específico que indica el ARNm. Esto
es posible gracias a los ribosomas. Cada ribosoma está constituido por dos
subunidades (una grande y una pequeña) de ARNr y proteínas, su función es
estructural y catalítica.
La subunidad grande contiene una depresión en una superficie,
a la cual se ajusta la subunidad pequeña, dejando un surco en entre ellas a
donde se va a insertar el ARNm.
Dentro de cada ribosoma hay dos depresiones, los sitios A
y P para las moléculas de ARNt.
El sitio P se denomina así dado que retiene la cadena polipeptídica
en formación, el sitio A recibe su nombre debido a que en él se une el aminoacil-transfer
que aporta el nuevo AA.
* pasos de la traducción:
à iniciación:
Esta fase comienza con la carga de un ARNt de iniciación
especial en la subunidad ribosómica pequeña. El codón de iniciación es el AUG y
codifica para el aminoácido metionina.
Una vez que el ARNt iniciador se ha cargado en la subunidad
pequeña, el complejo de iniciación se une a secuencia de reconocimiento de
ribosomas especiales cerca del extremo 5´del ARNm y se alinean el anticodón del
ARNt con el codón de iniciación del ARNm. La subunidad ribosómica grande se une
entonces al complejo y forma el ribosoma terminado.
à alargamiento:
Es la adición de otros AA al polipéptido en formación. El
ARNt iniciador se une entonces al sitio P del ribosoma y deja libre el sitio A,
al cual se une un nuevo aminoacil transfer codificado por el siguiente codón
(requiere energía aportada por GTP). El grupo amino del AA en el sitio A forma
un enlace peptídico con el AA precedente en el sitio P. En ese momento el AA
del sitio P es liberado de su ARNt y se une al aminoacil ARNt del sitio A (es
espontánea, no requiere energía). El ARNt del sitio P es liberado y ocurre la transposición.
Esto implica que el péptido en formación que se encuentra en el sitio A pasa a
ocupar el sitio P (requiere energía aportada por GTP), dejando el sitio A
abierto para el siguiente aminacil-ARNt.
El ribosoma se desplaza en el sentido 3´de la molécula de
ARNm, por lo cual la traducción se da en el sentido 5´3´.
la síntesis de la cadena polipeptídica es terminada por
“factores de liberación” que reconocen el codón de terminación o de alto en la
secuencia codificadora del ARNm. El reconocimiento de un codón de terminación
por los factores de liberación hace que el ribosoma se disocie en sus dos
subunidades, que pueden utilizarse entonces para formar un nuevo complejo de
iniciación con otra molécula de ARNm.
