Del ADN a las Proteínas
Los científicos empezaron a sospechar que el núcleo celular contenía el mecanismo de la herencia. Fue descubierta la cromatina, sustancia que da apariencia granular al núcleo, observable antes de la división celular.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son macromoléculas o moléculas de elevado peso molecular, portadores de información, presentes en casi todas las células. Existen dos tipos fundamentales de ácidos nucleicos que son el ADN y el ARN.
Ambos están compuestos por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de 3 partes unidas: un grupo fosfato, una desoxirribosa (pentosa o azúcar de 5 carbonos) y una base nitrogenada.
Ambos están compuestos por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de 3 partes unidas: un grupo fosfato, una desoxirribosa (pentosa o azúcar de 5 carbonos) y una base nitrogenada.
En 1874, Picard, en Francia, descubrió que existe 4 tipos de bases nitrogenadas, las cuales se clasifican en púricas y pirimìdicas. Las bases púricas o purinas son anillos dobles de carbono-nitrógeno, uno hexagonal y otro pentagonal. Estas son la adenina y la guanina. Las bases pirimìdicas o pirimidinas son anillos simples hexagonales de carbono-nitrógeno. Estas son la citosina, la timina y el uracilo. La timina sólo se encuentra en el ADN y el uracilo sólo se encuentra en el ARN. Las demás son comunes a ambos ácidos nucléicos.
Tanto las bases púricas como las pirimìdicas se nombran por su letra inicial y en la formación de la molécula de ADN se aparean de la siguiente manera la adenina (A) con la timina (T) en el ADN o el uracilo en el ARN (U) y la guanina (G) con la citosina (C) en ambos. Así quedan una purina y una pirimidina apareadas.
Otra diferencia entre el ADN y el ARN es la pentosa o azúcar de 5 carbonos que le compone. El ADN contiene desoxirribosa y el ARN ribosa. De aquí su nombre. El grupo fosfato es igual para ambos.
La última diferencia estructural entre ambos ácidos es que el ADN es bicatenario, es decir que posee una doble cadena de nucleótidos, mientras que el ARN es monocatenario o poseedor de una sola cadena de nucleótidos.
ADN: ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
En 1944, Avery Macleod, Herschey y Chase demostraron que la información genética se transmite de una generación a la siguiente sólo a través del ADN. Años más tarde, en 1952, se inicia el estudio de la estructura del ADN, por parte de los laboratorios Linus Pauling de EUA, Maurice Wilkins de Londres y Francés Crick y James Watson de Gran Bretaña.
Finalmente, en 1953, Watson y Crick demostraron la estructura del ADN a través del modelo de doble hélice. Este modelo establece que el ADN está organizado, como una escalera de caracol, por dos cadenas entrelazadas y enfrentadas entre sí. Los lados de esa escalera se componen de la desoxirribosa y el grupo fosfato intercalados y unidos por enlaces fuertes.
Los peldaños de la escalera están representados por las bases nitrogenadas púricas y pirimìdicas unidas por puentes débiles de hidrógeno. Estas bases se proyectan a intervalos regulares de modo que las bases de una cadena se aparean con las bases correspondientes de la cadena opuesta.
El ADN se encuentra enrollado y empaquetado de forma que puede ser contenido por el núcleo. Primero, 140 a 150 bases de ADN forman un nucleosoma al enrollarse alrededor de un núcleo proteico de histonas. Los nucleosomas, a su vez, forman un solenoide helicoidal de modo que cada vuelta incluye aproximadamente 6 nucleosomas. Los solenoides se organizan en lazos o bucles de cromatina de aproximadamente un millón de pares de bases que están unidos a un esqueleto proteico.
La cromatina se condensa justo antes del inicio de la división celular, dando lugar a la formación de cromosomas, que a su vez están compuestos por genes formados por ácido desoxirribonucléico (ADN).
Poseemos alrededor de 30,000 a 40,000 genes estructurales que codifican ácido ribonucleico (ARN) o proteínas. Se transmiten de una generación a la siguiente y son considerados como la unidad elemental de la herencia. Influyen tanto en la determinación del fenotipo como en la herencia de enfermedades.
Replicación del ADN
Para que la información genética sea transmitida a la siguiente generación, el ADN celular deber duplicarse antes de la división celular. Este proceso se conoce como replicación y ocurre a través de los siguientes pasos:
1. Separación de las 2 cadenas que forman el ADN, para lo cual se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las cadenas por acción de la enzima espiralasa o helicasa. El resultado son dos cadenas simples con cada una de sus bases desapareadas.
2. Apareamiento de las bases complementarias: cada base nitrogenada atraerá a un nucleótidos libre que contenga la base complementaria apropiada, de modo que la adenina atraiga a la timina, la guanina a la citosina y viceversa. De esta manera, un segmento de la cadena simple sirve como molde para la construcción de una cadena complementaria por acción de la ADN polimerasa, quien añade los nucleótidos, comprueba que sean los indicados y corrige cualquier error presente en el apareamiento. El resultado final de la replicación es una nueva molécula de ADN de doble cadena idéntica a la original.
La velocidad de replicación del ADN es de 40 a 50 nucleótidos por segundo. Ocurre simultáneamente en distintos puntos a lo largo del cromosoma denominados orígenes de replicación.
Las secuencias de ADN codifican proteínas mediante los procesos de transcripción y traducción. Cada secuencia de bases de nucleótidos designa diferentes proteínas. La replicación ocurre en el núcleo celular y la síntesis de proteicas en el citoplasma.
Para que la información contenida en el ADN se transfiera al citoplasma y sea usada para especificar la composición proteína se requieren dos procesos: la transcripción y la traducción. El código del ADN se transcribe a ARN mensajero, quien abandona el núcleo para traducirse en proteínas.
ARN: ÁCIDO RIBONUCLEICO
El ARN es un ácido nucleico similar al ADN. Está compuesto por una ribosa (pentosa o azúcar de 5 carbonos), un grupo fosfato y bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo (siendo el uracilo el sustituto de la timina).
Transcripción: del ADN al ARN
Es el proceso mediante el cual se forma una secuencia de ARN a partir de un molde de ADN. Este se denomina ARN mensajero o ARNm por su capacidad de migrar al citoplasma para iniciar la síntesis proteica, gracias a la cual la información genética es expresada fenotípicamente. Este proceso es altamente selectivo para regiones específicas del ADN, lo que resulta en la diferenciación bioquímica de los diferentes tejidos del organismo.
El proceso de transcripción inicia cuando la ARN polimerasa se une a un promotor o secuencia de nucleótidos que especifica el inicio de un gen. Este separa una cadena de la otra en un fragmento del ADN exponiendo sus bases libres.
Una de las dos cadenas sirve de molde para la secuencia de nucleótidos del ARNm, eligiéndose una región del cromosoma especifica, determinada por la secuencia promotora que orienta a la ARN polimerasa en un sentido particular a lo largo de la secuencia de ADN. La secuencia resultante es idéntica a la cadena de ADN que no ha servido de molde.
Inmediatamente inicia la síntesis de ARNm, la molécula es coronada o encapsulada por la adición de un nucleótido de guanina modificada químicamente (CAP), ayudando así a prevenir su degradación durante la síntesis e implicando la posición de inicio para la traducción de la molécula de ARNm a proteína.
El proceso de transcripción culmina con el alcance del grupo de bases denominado secuencia de terminación. Cercano a este punto, se añade una serie de 100 a 200 bases de guanina, denominada cola poli-A. Lo que le confiere estabilidad para que no sea degradada cuando alcance el citoplasma.
Al final, se separan las cadenas de ADN y la ARN polimerasa de este nuevo producto, dando como resultado una molécula simple de ARNm denominada transcrito primario o pre-ARNm, complementario con el ADN que le dio origen.
El ARNm transcrito primario, para adquirir capacidad funcional debe sufrir algunas modificaciones. Esta conversión ocurre por la remoción de algunas secciones llamadas intrones y la adhesión de las restantes llamadas exones por acción de enzimas nucleares. Una vez hecho esto, el ARNm transcrito maduro o ARNm funcional sale hacia el citoplasma para iniciar la codificación de proteínas.
Traducción
Es el proceso mediante el cual el ARNm maduro o funcional que ha pasado del núcleo al citoplasma sirve de molde para la síntesis de un polipéptido.
Las proteínas se componen de uno o más polipéptidos, resultado de una secuencia de aminoácidos. Dicha secuencia es especificada por el ARNm. Los aminoácidos que componen las proteínas están codificados en unidades de 3 bases de ARNm, denominadas codones, lo que permite que los 20 aminoácidos y los 4 tipos de bases nitrogenadas den lugar a la existencia de 64 codones distintos. La correspondencia entre los codones específicos y los aminoácidos se conoce como código genético.
El ARNm no tiene la capacidad de unirse directamente a los aminoácidos, para ello se sirve del ARN de transferencia o ARNt. El ARNt es una cadena de ARN en forma de trébol de aproximadamente 80 nucleótidos.
En un extremo tiene un lugar para la unión a un aminoácido específico y en el extremo opuesto tiene una secuencia de 3 nucleótidos denominada anticodón. El anticodón se aparea con las bases complementarias del codón del ARNm y capta el aminoácido complementario a la secuencia del anticodón.
Este aminoácido se transfiere a la cadena polipeptídica en proceso de síntesis, lo que permite que el ARNm especifique la secuencia de aminoácidos a través del ARNt.
Esta síntesis de proteínas tiene lugar en el ribosoma de la célula, quien contiene enzimas y ARN ribosómico o ARNr. La función de este último es favorecer la unión del ARNm y el ARNr a los ribosomas.
Durante la traducción, el ribosoma se une a un lugar iniciador en la molécula del ARNm, donde se localiza un codón específico. Luego se une a la superficie del ARNt para que el apareamiento de las bases entre el ARNm y el ARNt se realice.
El ribosoma se va desplazando a lo largo de la secuencia de ARNm, codón a codón. Mientras esto ocurre, cada codón se traduce en un aminoácido mediante la interacción ARNm-ARNt. Así se van uniendo los aminoácidos adyacentes originando un polipéptido. Una vez terminada la síntesis, el polipéptido se separa del ribosoma, siendo liberado en el citoplasma.
Una vez liberado, este polipéptido aún disfuncional, experimenta un proceso denominado procesamiento postraduccional cuya finalidad es darle funcionalidad. Existen diferentes tipos de procesamiento como son la fragmentación, la combinación con otros polipéptidos y la adición de cadenas laterales de carbohidratos.
Código Genético
Es un conjunto de informaciones codificadas contenidos en los genes de las células gracias a los cuales se sintetizan las proteínas específicas a partir de los aminoácidos. Constituye las secuencia de bases nucleotídicas correspondientes a la secuencia de aminoácidos.
Cada secuencia de este conjunto está compuesta por 3 letras (3 bases nitrogenadas) que reciben el nombre de codón. Un codón es una secuencia de bases nitrogenadas en la molécula de ADN o ARN que codifica un aminoácido específico. Las interrelación de las diferentes bases (AGCU) dará lugar a 64 combinaciones posibles. De ellas 61 codifican para los 20 aminoácidos más comunes, lo que significa que la gran mayoría puede ser especificado o codificado por más de un codón. Los 3 restantes son codones de finalización que se colocan al final de la secuencia de ARNm.
Las características del código genético son:
1. Los nucleótidos del ARNm se leen de tres en tres (tripletes o codones)
2. Existen tripletes de iniciación. El codón o triplete AUG es el único que tiene doble función, además de ser iniciador codifica la metionina.
3. Es universal
4. Es específico. Un codón codifica siempre el mismo aminoácido
5. Hay más de un codón para cada aminoácido
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