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El ADN y los genes
¿Cómo se interpretan las instrucciones escritas en el ADN?
Los genes
La información guardada en el ADN es una secuencia de bases A, T, C y G que se combinan para originar “palabras” denominadas genes. Los genes son fragmentos de ADN cuya secuencia nucleotídica codifica para una proteína* (Fig. 11). Las proteínas son macromoléculas fundamentales para las funciones celulares (hay proteínas estructurales, otras son enzimas, otras transportan oxígeno, como la hemoglobina, y hay otras involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos). Así como el ADN está compuesto por nucleótidos, las proteínas están compuestas por aminoácidos (Fig. 12 y 13). Hay 20 aminoácidos, y cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos particular.
- *Nota: En realidad, los genes son secuencias específicas de nucleótidos que llevan la información necesaria para la fabricación no sólo de proteínas sino también de moléculas de ARN como los ribosomales y de transferencia.
La transcripción
Las palabras (genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los nucleótidos primero se copian o transcriben a otra molécula, el ARN mensajero, y luego se traducen al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de información se conoce como el “dogma central de la biología” (Fig. 14). La transcripción es el proceso por el cual una enzima, denominada ARN polimerasa, copia la secuencia de ADN fabricando ahora ARN. El proceso es similar a la replicación, pero ahora la molécula nueva, de cadena simple, es ARN. Se denomina ARN mensajero porque va a llevar la información para que la maquinaria de síntesis proteica fabrique la proteína correspondiente. El ARN, o ácido ribonucleico, es similar al ADN aunque no igual. Se diferencia de éste en que es de cadena simple, en lugar del azúcar desoxirribosa tiene ribosa, y en lugar de la base nitrogenada timina, (T), tiene uracilo (U). Así, como muestra la figura 15, durante la síntesis del ARN, la enzima ARN polimerasa leerá en el ADN una A y colocará una U.
El código genético
Para hacer una proteína, el ARN mensajero se lee cada tres nucleótidos (triplete). Cada triplete de bases se denomina codón (Fig. 16). Si consideramos la combinación de cuatro bases tomadas de a tres, tenemos un total de 64 codones posibles. A cada codón le corresponde un aminoácido, como podemos ver en la Fig. 17. Esta tabla es el “diccionario” que nos permite traducir la información escrita en el lenguaje de los ácidos nucleicos (en nucleótidos) al lenguaje de las proteínas (aminoácidos), y es universal, o sea, es válido para todos los seres vivos. Así, la secuencia ATG (AUG en el ARNm) codifica para el aminoácido metionina, y el codón TTT (UUU en el ARNm) codifica para el aminoácido fenilalanina en todos los organismos vivos.
El código genético consiste en 61 codones que corresponden a aminoácidos y 3 codones de terminación (codones stop), responsables de la finalización de la síntesis proteica. Como sólo existen 20 aminoácidos en la naturaleza, varios codones pueden codificar para el mismo aminoácido (por ejemplo, al aminoácido glicina le corresponden los codones GGU, GGC, GGA y GGG).
El código genético fue elucidado por Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei, diez años después de que Watson y Crick describieran la estructura de doble hélice del ADN. Descubrieron que el ARN, independientemente del organismo del cual era aislado, podía iniciar la síntesis de proteínas cuando se lo incubaba junto a extractos celulares. Agregando un ARN sintético formado sólo por uracilos (poli-U), determinaron que el codón UUU (el único posible en el ARN poli-U) codificaba para el aminoácido fenilalanina, ya que el único producto que aparecía en el tubo era un polipéptido que contenía sólo este aminoácido. De la misma manera, un ARN artificial que consistía en nucléotidos A y C alternados originaba un polipéptido formado por histidinas y treoninas. Así, observando los productos formados luego de la incubación con una serie de ARN sintéticos, estos investigadores consiguieron descifrar el código genético.
La síntesis de proteínas
Cada codón del ARNm en realidad es leído por otro ARN, llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa como un “adaptador” entre la información que lleva el ARNm y los aminoácidos que deben ir colocándose para formar la proteína correspondiente. El ARNt es muy pequeño comparado con los ARNm o ARN ribosomales, y tiene una estructura particular, denominada “hoja de trébol” (Fig. 18). El ARNt tiene una secuencia, denominada anticodón que aparea (es decir, es complementaria) con el codón. Cada ARN de transferencia tiene un anticodón y “carga” un aminoácido en particular. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 18, el ARNt que tiene el anticodón UCA, se aparea al codón AGU, y carga el aminoácido serina (Ser). De la misma manera, el ARNt que carga tirosina (Tyr) se aparea, a través de su anticodón, con el codón UAC. La figura 19 muestra cómo se va formando una cadena polipeptídica (proteína) a medida que los ARNt reconocen sus respectivos codones. Este proceso complejo de síntesis proteica se denomina traducción y ocurre sobre los ribosomas.
¿Dónde ocurren la replicación, la transcripción y la traducción?
Tanto la replicación del ADN como la transcripción ocurren en el núcleo. El ARNm recién sintetizado viaja luego al citoplasma donde se traduce para originar la proteína correspondiente (Fig. 20).
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