Introducción
Durante muchos años el hombre se
ha interesado por descubrir los secretos de la herencia.
Mediante largos y difíciles estudios se
descubrió la existencia del ADN y ARN y su
importancia para la genética;
al hablar de los mismos se hace referencia a la síntesis
de las proteínas
que van a determinar las características genotípicas y
fenotípicas del organismo.
A través del desarrollo del
presente trabajo estudiaremos el proceso de la
sintetización de proteínas
y la transferencia del código genético.
Hemos visto como Watson y Crick realizaron
brillantemente la tarea de dilucidar la estructura del
ADN y la forma
en que este se duplica. Pero si el ADN es
responsable de la transmisión de la información genética,
debe ser capaz, no solo de reproducirse, con lo cual se consigue
conservar esta información de padres a hijos sino
también debe poder
transmitirla. ¿Cuál es el mecanismo por el que el
ADN dirige la
síntesis de las sustancias del organismo? En particular
¿Cómo controla la síntesis de las proteínas,
las más complicadas e importantes de todas?
Se pensó primero en algún tipo de
mecanismo similar al de la auto duplicación del ADN, pero no fue
posible encontrar una adecuación fisicoquímica
satisfactoria. Las relaciones entre el ADN y las proteínas
eran aparentemente más complicadas. Si las proteínas
con sus 20 aminoácidos, fueran el "lenguaje de la
vida" -para utilizar 'la metáfora de los años 40-
la molécula del ADN, con sus cuatro bases nitrogenadas,
podía imaginarse como un tipo de código para este
lenguaje.
Así comenzó a usarse el término
"código genético".Como se demostró
más adelante, la idea de un "código de la vida" fue
útil, no sólo como una buena metáfora, sino
también como una hipótesis de trabajo.
Los científicos, que buscaban comprender de
qué manera el ADN, tan ingeniosa-mente almacenado en el
núcleo, podía ordenar las estructuras
completamente distintas de moléculas de proteínas,
atacaron el problema con los métodos
utilizados por los criptógrafos para
descifrar códigos. Hay 20 aminoácidos
biológicamente importantes y hay 4 nucleótidos
diferentes.
Si cada nucleótido "codificara" un
aminoácido, sólo podrían estar codificados
cuatro.
Si dos nucleótidos especificaran un
aminoácido, podría haber un número
máximo, utilizando todas las posibles ordenaciones, de
42, o sea, 16; todavía no son suficientes. Por
consiguiente, cada aminoácido debe estar especificado por
al menos 3 nucleótidos, siguiendo la analogía del
código. Esto proporcionaría 43 ó 64
combinaciones posibles.
TRANSCRIPCIÓN y
TRADUCCIÓN del mensaje.
La biosíntesis de las proteínas
comienza cuando un cordón de ARN, con la ayuda de ciertas
enzimas, se forma
frente a un segmento de uno de los cordones de la hélice
del ADN.
El ARN se forma a lo largo del cordón del ADN de
acuerdo con la misma regla del apareamiento de las bases que
regula la formación de un cordón de ADN, excepto en
que en el ARN el uracilo sustituye a la timing debido al
mecanismo de copia, el cordón del ARN, cuando se ha
completado lleva una transcripción fiel del mensaje del
ADN. Entonces el cordón de ARN se traslada al citoplasma
en el cual se encuentran los aminoácidos, enzimas
especiales, moléculas de ATP, ribosomas y moléculas
de ARN de transferencia.
Una vez en el citoplasma, la molécula de ARN se
una a un ribosoma. Cada tipo de ARNt engancha por un extremo a un
aminoácido particular y cada uno de estos enganches
implica una enzima especial y una molécula de
ATP.
El proceso por el
cual la información contenida en el ARN dirige o
controla la secuencia en que deben unirse los aminoácidos
para la síntesis de las proteínas se denomina
traducción.
A medida que el cordón de ARN se desplaza a lo
largo del ribosoma, se sitúa en su lugar la siguiente
molécula de ARNt con su aminoácido. En este punto,
la primera molécula de ARNt se desengancha de la
molécula de ARN. La energía de enlace que mantienen
a la molécula de ARNt unida al aminoácido se
utiliza ahora para forjar el enlace peptídico entre los
dos aminoácidos, y el ARNt desprendido queda de nuevo
disponible. Aparentemente, estas moléculas de ARNc pueden
utilizarse muchas veces.
El ARN mensajero parece tener una vida mucho mas
breve.
De esta manera, los cromosomas
bacterianos mantienen un control muy
rígido de las actividades celulares, evitando la producción de proteínas anormales
que pudiera ocurrir por el posible desgaste de la molécula
de ARN.
La existencia del ARN fue postulada en 1961 por los
científicos franceses Francois Jacob y Jacques Monod. Casi
inmediatamente Marahall Niremberg, del Public Healt Service de
los EE.UU., emprendió la comprobación de la
hipótesis del ARN. Añadió
varios estratos brutos de ARN de una cierta variedad de fuentes
celulares a extractos de E.coli, es decir, materia que
contenía aminoácidos, ribosomas, ATP y ARNt
extractados de las células de
E.coli y encontró que todos ellos estimulaban la
síntesis proteínica.
El código parecía tener un lenguaje
universal. Niremberg razonó que si E.coli podía
leer un mensaje extraño y traducirlo en una
proteína, quizás podría leer un mensaje
totalmente sintético. Deseaba conocer el contenido exacto
de cualquier mensaje que dictase.
Una solución simple para éste problema
aparentemente difícil se le ocurrió
súbitamente; utilizar una molécula de ARN
construida a base de uno sólo ribonucleótico
repetido muchísimas veces.
Durante el año siguiente al descubrimiento de
Niremberg, publicado en 1961, Niremberg y Ochoa y muchos
colaboradores, elaboraron posibles códigos para todos los
aminoácidos utilizando ARN sintético.
En la actualidad se han identificado todos menos tres
trinucleótidos; 61 de las 64 combinaciones posibles. Estos
tres se consideran en la actualidad signos de puntuación,
significando el comienzo o el final de un mensaje concreto.
Debido a que 61 combinaciones codifican 20 aminoácidos,
está claro que hay cierto número de cordones
"sinónimos".
Al estudiar la transcripción del ADN al ARN ya
hicimos referencia a la síntesis de las proteínas.
Las instrucciones para la síntesis de las proteínas
esta codificadas en el ADN del núcleo. Sin embargo, el ADN
no actúa directamente, sino que transcribe su mensaje al
ARN que se encuentra en las células.
La síntesis de las proteínas ocurre como
sigue:
El ADN del núcleo transcribe el mensaje
codificado al ARN. Una banda complementaria de ARN.
El ARN mensajero formado sobre el ADN del núcleo,
sale a través de los poros de la membrana nuclear y llega
al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. Allí
será leído y descifrado al código o mensaje
codificado que trae el ADN del núcleo.
El ARN de transferencia selecciona un aminoácido
específico y lo transporta al sitio donde se encuentra el
ARN mensajero. Allí engancha otros aminoácidos de
acuerdo a la información codificada, y forma un
polipéptido. Varias cadenas de polipéptidos se unen
y constituyen las proteínas. El ARNt, queda
libre.
Las proteínas formadas se desprenden del ribosoma
y posteriormente serán utilizados por las células.
Igualmente el ARN de transferencia, es "descargado" y el ARN
mensajero, se libera del ribosoma y puede ser destruido por las
enzimas celulares
o leído por una o más ribosomas.
Las síntesis de las proteínas comienza,
por consiguiente, en el núcleo, ya que allí el ADN
tiene la información, pero se efectúa en el
citoplasma a nivel de los ribosomas.
regulación genética.
Modelo de Jacob y Monod
La célula
realiza una serie de procesos
químicos muy complejos en los que intervienen muchas
enzimas
¿Cómo y quien sigue éstos procesos?
¿Cómo se sintetizan las proteínas en
función de las necesidades del organismo o de las
condiciones del medico?.
Las síntesis de enzimas
está dirigida y regulada por los genes.
¿Cómo se efectúa esta regulación?. El
modelo
genético propuesto por Jacob y Monod explica este
mecanismo.
Estos autores distinguen varios tipos de
genes:
Los genes estructurales: Ocupan una
función del ADN y tienen la función de explicar la
función de aminoácidos en las moléculas de
proteínas.
El operon: Está formado por
varios genes estructurales y el gen operado que
están ubicado en el extremo inicial. Este gen actúa
como interruptor de corriente.
El gen regulador: Produce una
determinada sustancia que al combinarse con el producto
final, actúa como represor del operon. Esta
sustancia produce un bloqueo de la acción del operon ya
que se combinaron con el operador, el cual como dijimos
anteriormente.
La teoría
de Un gen – una enzima
La teoría
más ampliamente aceptada sobre la manera de actuar los
genes proviene de los trabajos de loa genetistas G. W. Beadle y
E. L. Fatom, con el moho rojo del pan, Neurospora Crassa,
perteneciente a los hongos
asoomicetos. Neurospora es particularmente un organismo apropiado
para llevar adelante estudios genéticos.
La Neurospora puede crecer en tubos de ensayo que
contengan un medio de cultivo muy simple compuesto de: sacarosa,
unas pocas sales y una vitamina, la biotina que proporciona todos
los requerimientos nutricionales que necesita Neurospora para
crecer, vivir y reproducirse. A partir de éstas sustancia
relativamente complejas requeridas para su vida, tales como
proteínas y ácidos nucleicos.
Beadle y Tatum expusieron a la acción de los
rayos ultravioletas algunas esporas sexuales provenientes de
cierto tipo de apareamiento de Neurospora. Lego dejaron que
éstas esporas germinaran en un medio "completo", es decir,
enriquecidos con vitaminas y
aminoácidos. Una vez que se hubo desarrollado el micelio,
se hicieron cruces con otros tipos de apareamiento. Las
ascosporas producidas fueron retiradas individualmente y luego
colocadas separadamente en medios de
cultivos completos.
Una vez que crecieron, se colocaron porciones de micelio
de cada cultivo en un medio mínimo. A veces el crecimiento
continuaba, a veces se suspendía, cuando esto
último ocurría la raza particular recibía
varias vitaminas,
aminoácidos, etc. hasta lograr que se produjera
crecimiento. Finalmente se pudo establecer que cada raza
deficientemente era capaz de crecer en un medio mínimo, al
cual se había agregado una sustancia accesoria, por
ejemplo, la tiamina. Beadle y Tatum supusieron que la
radiación ultravioleta había producido una
mutación del gen, que posibilita la síntesis de la
tiamina, y lo había transformado en un alelo que no es
capaz de hacerlo.
La síntesis de tiamina a partir de las sustancias
simples presentes en el medio mínimo no ocurre mediante
una sólo reacción química, sino a
través de una serie completa de reacciones. Como todas las
reacciones químicas en los seres vivos, cada una requiere
la presencia de una enzima específica mediante la
adición de compuestos intermedios (precursores) al medio
en el cual crecía el moho.
Los investigadores concluyeron que el cambio de un
precursor a otro estaba bloqueado por cuanto la enzima
específica requerida estaba ausente.
Sobre ésta base, crearon la teoría
de "Un gen – una enzima" referente a la acción del
gen, que puede formularse en los siguientes términos: cada
gen en un determinado organismo regula la producción de una enzima
específica.
Son éstas enzimas las que pueden llevar a cabo
todas las actividades metabólicas del organismo, de las
cuales a la vez depende el desarrollo de
una estructura y
su fisiología característica, es decir, el fenotipo del
organismo.
El código genético se transfiere desde el
núcleo hasta el citoplasma a través del ARN y ARNt
donde se producen las proteínas específicas que
determinan al organismo.
Se hicieron muchas investigaciones
en el amo 1961, y se descubrieron todos los trinucleótidos
y su importancia.
Finalmente se pudo establecer la teoría
de un gen – una enzima que establece que cada gen en
determinado organismo regula la producción de una enzima
especifica.
De allí la importancia del código
genético en la determinación de todas las características de los
organismos.
Mazparrote, Serafín. BIOLOGÍA 2
DIVERSIFICADO. EDITORIAL BIOSFERA. 2ª
Edición. Caracas Venezuela.
1992. 295 P.P.
Autor:
E-mail:
U.E.N. "Eduardo Oxford" 2º En Ciencias