Código genético (página 2)

• Primeramente se constituiría las
  células madres por medio de la fecundación.Este
  tipo de células contienen todos los elementos
  celulares que el ser vivo necesita para
  construirse.

• Cada cromosoma toma una línea de
  desarrollo o célula madre y sobre ella comienza a
  emitir sus genes los cuales alimentarán y
  desarrollaran solo a los elementos de la célula madre
  que sean útiles para este órgano
  concreto.

• Así pues con solo alimentar
  (energéticamente) y desarrollar los elementos propios
  de cada órgano celular es suficiente para crear a este
  órgano pues los demás elementos
  desaparecerán al no ser alimentados.

• Por tanto la esencia del desarrollo de
  un ser vivo está en la alimentación
  energética coordinada de cada uno de sus elementos
  celulares incluído los elementos inductores de la
  reproducción celular.

• Y esta coordinación
  estará determinada por el ordenamiento de los genes en
  cada cromosoma y de los cromosomas en el conjunto o cuerpo
  genético.

• Entonces podemos decir que: "La
  funcionalidad genética consiste en el reparto adecuado
  de los factores energéticos del crecimiento y
  desarrollo (o genes) mediante un código particular de
  acceso para cada elemento que estará insertado tanto
  en el gen".Por tanto el Código Genético
  representa diferentes posiciones de acoplamiento con otros
  órganos celulares. Por otra parte, el proceso de
  desarrollo desde la célula madre hasta el
  órgano a construir sería el.La
  Duplicación (D) de las células seguida de la
  Transformación T de las  mimas, como se ve en el
  dibujo.La duplicación se llevaría a cabo por
  medio de un paquete de inductores (x D) de
  reproducción con objeto de conseguir el tamaño
  adecuado del órgano

La transcripción
y la traducción (del mensaje)

La transcripción y la traducción de la
información genética que contiene el ADN, se
produce por el dogma central de la biología molecular
:

Hay que tener en cuenta que en las células
procariotas, la transcripción y la traducción son
dos procesos acoplados, de manera que a medida que se forman las
cadenas de ARNm y se separan del molde, los ribosomas proceden a
su traducción. En eucariota, sin embargo, son dos procesos
independientes separados en el tiempo y en el espacio, ya que la
transcripción se produce en el núcleo y la
traducción se produce en el hialoplasma.

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 timina 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 más
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.
Descifrando el código.

• 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 SOLUCION 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".

• SÍNTESIS de las proteínas: 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.

LA TRANSCRIPCIÓN:

la mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo
de la célula, y la síntesis de proteínas
tiene lugar en el hialoplasma, por lo que la información
que contiene el DNA debe de transcribirse a una molécula
de ARNm ( en el núcleo también se sintetizan el
ARNr y el ARNt, los cuales también son necesarios para la
síntesis de proteínas ). Por lo tanto, los procesos
de síntesis de ARN a partir del ADN constituyen la
transcripción de la información genética.
Pero antes de ver el mecanismo de la transcripción,
veremos la estructura del material hereditario, es decir vamos a
ver la estructura de los GENES.

Estructura de los
genes

La mayor parte de los genes son fragmentos del ADN que
determinan la síntesis de una proteína, aunque
existen otros que realizan funciones reguladoras (como por
ejemplo los Operones ) y de los cuales no nos ocuparemos este
curso.

La secuencia de nucleótidos que constituyen un
gen, y los genes entre sí no se disponen linealmente, sino
que están espaciados por fragmentos de ADN que no poseen
información que pueda ser transcrita.

Además, en todo gen distinguimos las siguientes
regiones:

1. Región promotora.

2. Región codificadora.

3. Región terminadora.

1. Región promotora: Es una porción
o zona del ADN que no codifica ningún aminoácido,
pero que sirve para que los enzimas que realizan la
transcripción reconozcan el principio del gen.

2. Región codificadora: Es la parte del
gen que contiene la información para la síntesis de
proteínas, es decir esta zona sí codifica
aminoácidos. Dentro de esta región existen
fragmentos de ADN que sí contienen información y
que se llaman EXONES, y existen fragmentos que no contienen
información y que se llaman INTRONES.

El principio de esta región codificadora viene
determinado por la secuencia de bases TAC y su final por los
tripletes ATT, ATC, o ACT, y que reciben el nombre de
tripletes sin sentido, de paro o de stop.

3. Región terminadora: Es la región
que marca el final del gen.

• MECANISMO DE LA
TRANSCRIPCIÓN:

Hay que destacar que para cada gen SÓLO se
transcribe una de las dos cadenas de ADN, y esta
transcripción se realiza de la siguiente
manera:

• 1. Iniciación
  :

El enzima ARN polimerasa ( existen tres tipos de ARN
polimerasa : ARN polimerasa 1 que transcribe el ARNr, ARN
polimerasa 2 que transcribe el ARNm, y la ARN polimerasa 3 que
transcribe el ARNt y el ARNr 5S ) se fija a la región
promotora del gen y provoca que la doble hélice se abra en
la zona que se va a realizar la transcripción.

• 2. Alargamiento:

El ARN polimerasa reconoce la secuencia de inicio TAC de
la región codificadora y comienza la síntesis de un
ARNm precursor en dirección

5' ? 3', de manera que toma como molde una cadena de ADN
que va en dirección 3' ? 5' y empieza a formar el ARN a
partir de ATP, CTP, GTP y UTP ( son ribonucleótidos
complementarios trifosfato ), de manera que la reacción
que se produce es la siguientes:

Además cuando el enzima lleva leído unos
30 nucleótidos se añade al ARN que se está
formando una cabeza líder en el extremo 5" ( son unos
20-200 nucleótidos que van a servir para posteriormente en
la traducción unir el ARNm a la subunidad menor del
ribosoma y para que el ARNm no se degrade.

3. Procesado:

El ARNm precursor sufre una serie de transformaciones (
el ARNr y el ARNt también las sufren ). Los dos aspectos
esenciales del procesado son dos:

• Eliminación de los intrones.

• Modificación del extremo 3'.

El ARNm precursor contiene tanto los exones como los
intrones, por lo cual se trata todavía de una ARNm que no
es apto para que la información que contiene sea traducida
y se sintetice la correspondiente proteína.

De manera que el ARNm precursor sufre la
supresión de los intrones por una
Ribonucleoproteína pequeña nuclear ( RNPpn ) y
además se le añade una cola en el extremo 3'
formada por unos 200 nucleótidos y todos estos
nucleótidos tienen a la Adenina como base nitrogenada, y
por eso esta cola se le llama cola POLI A. Una vez ocurrido esto,
ya tenemos el ARNm maduro que en eucariota suele ser
monocistrónico.

Nota: En el ARNr y en el ARNt tiene mucha
importancia las modificaciones de las bases.

Recordar que todos estos procesos ( formación de
los ARN ) se han producido en el núcleo celular. Ahora el
ARNm maduro, que a partir de ahora lo llamaremos simplemente
ARNm, pasará al hialoplasma a través de los poros
nucleares, donde conjuntamente con los ribosomas y el ARNt se
sintetizarán las proteínas, es decir se
producirá la traducción del mensaje
genético.

Maduración del ARNm (Visión de
conjunto).

LA TRADUCCIÓN

Es la síntesis de proteínas, y para que se
produzca los aminoácidos han de disponerse en el orden que
define la secuencia de codones del ARNm.

La síntesis de proteínas se realiza en los
ribosomas en el citoplasma de la célula y participan como
ya sabemos los tres tipos de ARN. El ARNm lleva la
información del ADN desde el núcleo hasta el
hialoplasma, el ARNt lleva los aminoácidos que se
encuentran en el hialoplasma a los ribosomas y al ARNm, y el ARNr
forma parte de los ribosomas.

NOTAS RECORDATORIAS:

1. Cada triplete de bases del ARNm se llama
codón.

2. Las tres bases del ARNt reciben el nombre de
anticodón.

3. Código genético: Relaciona la secuencia
de bases del ADN o del ARNm, con la secuencia de
aminoácidos de las proteínas, y sus
características más importantes son:

• Es degenerado.

• Se lee sin comas.

• Existen tripletes de paro. .

• Todas las proteínas empiezan por Metionina (
  Met ) ( AUG ), pero posteriormente después de la
  síntesis de proteínas la Met se puede
  eliminar

• MECANISMO DE LA
TRADUCCIÓN:

Se realiza siempre en dirección 5' ? 3', y consta
de cuatro etapas:

• ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.
• INICIACIÓN.
• ELONGACIÓN
• TERMINACIÓN

Activación de los
aminoácidos

Es la unión de los aminoácidos en el
citoplasma con su correspondiente ARNt por la acción de un
enzima específico para los distintos aminoácidos.
Recordar que la unión del aminoácido con su
correspondiente ARNt se produce en el extremo 3' de
éste.

ANIMACIÓN DE LA ACTIVACIÓN DE LOS
AMINOÁCIDOS

• INICIACIÓN:

La subunidad pequeña del ribosoma se une a la
región líder del ARNm y va a ir recorriendo la
molécula. Al llegar al codón de iniciación
AUG que codifica el principio de la síntesis de las
proteínas, se les une el complejo formado por el ARNt-Met
( UAC ). Por último se une la subunidad mayor a la menor
del ribosoma completando el complejo de
iniciación.

ANIMACIÓN DE LA
INICIACIÓN:

MECANISMO DE LA TRADUCCIÓN
:

ELONGACIÓN:

Esta etapa a su vez la podemos dividir en
tres:

1. Unión del ARNt-Met reconocido por el
codón.

2. Formación del enlace
peptídico.

3. Translocación.

El ribosoma posee dos zonas a las que se puede unir el
ARNt-aminoácido reconocido por el codón : El lugar
P o PEPTIDIL, donde se une el ARNt-aminoácido y el lugar A
o AMINOACIL que inicialmente está desocupado.

El proceso en esta etapa ocurre de la siguiente
manera:

• Unión del ARNt-Met reconocido por el
  codón: Entra el segundo aminoácido con su
  correspondiente ARNt (ARNt-aminoácido 2) con el
  anticodón correspondiente al codón del ARNm, y
  se sitúa en la región aminoacil del ribosoma
  (este aminoácido antes lógicamente se tuvo que
  activar para unirse a su correspondiente ARNt).

• Formación del enlace peptídico : Se
  forma el enlace peptídico y la Met ( recordar que es
  el primer aminoácido que entra ) se une al siguiente
  aminoácido.

• Translocación: El ribosoma se traslada hacia
  el codón siguiente ( en realidad es el ARNm el que se
  desplaza y no el ribosoma ) y el ARNt que lleva la Met se
  libera y sale fuera del ribosoma, de manera que el complejo
  ARNt-aminoácido 2-Met queda situado en la
  región peptidil del ribosoma y la región
  aminoacil está libre para que entre el tercer
  aminoácido con su correspondiente ARNt , el cual
  lógicamente también ha tenido que ser activado
  previamente. Así, sucesivamente se van
  añadiendo aminoácidos que constituyen la
  proteína hasta que se llega a un codón de paro
  de manera que se une a éste un Factor de
  Terminación ( RF ) que impide que se una al
  codón un nuevo aminoácil-ARNt.

ANIMACIÓN DE LA
ELONGACIÓN

TERMINACIÓN:

Cuando el ribosoma llega a uno de los codones sin
sentido, la proteína se libera, las subunidades del
ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

Hay que destacar que varios ribosomas, de 4-6, incluso
100, pueden estar traduciendo al mismo tiempo una misma cadena de
ARNm, y estos ribosomas reciben el nombre de polisomas o
polirribosomas.

ANIMACIÓN DE LA
TERMINACIÓN

Por lo que vemos la función de los ribosomas
será la de recibir las instrucciones genéticas y
traducirlas en proteínas para lo cual es necesario que se
una al ARNm y procesar la información.

También hay que decir, que las proteínas
según se sintetizan van adquiriendo espontáneamente
su estructura 3ª.

• REGULACION DE LA GENETICA

• 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

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.

• Características del
  código genético.

• Desciframiento del código
  genético.

• Universalidad del código
  genético.

Una vez que Crick (1958) propuso la
Hipótesis de la Secuencia ("existe una relación
entre la ordenación lineal de nucleótidos en el ADN
y la ordenación lineal de aminoácidos en los
polipéptidos"), la comunidad científica la
admitió y se plantearon dos preguntas:

La primera pregunta conlleva el estudio del
desciframiento del código genético y el estudio de
sus características. La segunda pregunta consiste en el
estudio de los procesos genéticos de la síntesis de
proteínas: la transcripción y la
traducción.

Características
del código genético

Las características del
código genético fueron establecidas
experimentalmente por Fancis Crick, Sydney Brenner y
colaboradores en 1961. Las principales características del
código genético son las siguientes:

• El código está
  organizado en tripletes o codones: cada tres
  nucleótidos (triplete) determinan un
  aminoácido.

• El código genético es
  degenerado: existen más tripletes o codones que
  aminoácidos, de forma que un determinado
  aminoácido puede estar codificado por más de un
  triplete.

• El código genético es
  no solapado o sin superposiciones: un nucleótido
  solamente pertenece a un único triplete.

• La lectura es "sin
  comas": el cuadro de lectura de los tripletes se
  realiza de forma continua "sin comas" o sin que existan
  espacios en blanco.

• El código genético
  nuclear es universal: el mismo triplete en diferentes
  especies codifica para el mismo aminoácido. La
  principal excepción a la universalidad es el
  código genético mitocondrial.

CÓDIGO ORGANIZADO EN TRIPLETES O
CODONES

Si cada nucleótido determinara un
aminoácido, solamente podríamos codificar cuatro
aminoácidos diferentes ya que en el ADN solamente hay
cuatro nucleótidos distintos. Cifra muy inferior a los 20
aminoácidos distintos que existen.

Si cada dos nucleótidos
codificarán un aminoácido, el número total
de dinucleótidos distintos que podríamos conseguir
con los cuatro nucleótidos diferentes (A, G, T y C)
serían variaciones con repetición de cuatro
elementos tomados de dos en dos VR4,2 = 42 = 16. Por tanto,
tendríamos solamente 16 dinucleótidos diferentes,
cifra inferior al número de aminoácidos distintos
que existen (20).

Si cada grupo de tres nucleótidos
determina un aminoácido. Teniendo en cuenta que existen
cuatro nucleótidos diferentes (A, G, T y C), el
número de grupos de tres nucleótidos distintos que
se pueden obtener son variaciones con repetición de cuatro
elementos (los cuatro nucleótidos) tomados de tres en
tres: VR4,3 = 43 = 64. Por consiguiente, existe un total de 64
tripletes diferentes, cifra más que suficiente para
codificar los 20 aminoácidos distintos.

El CÓDIGO GENÉTICO ES
DEGENERADO

Como hemos dicho anteriormente existen 64
tripletes distintos y 20 aminoácidos diferentes, de manera
que un aminoácido puede venir codificado por más de
un codón. Este tipo de código se denomina
degenerado. Wittmann (1962) induciendo sustituciones de bases por
desaminación con nitritos, realizó sustituciones de
C por U y de A por G en el ARN del virus del mosaico del tabaco
(TMV), demostrando que la serina y la isoleucina estaban
determinadas por más de un triplete.Las moléculas
encargadas de transportar los aminoácidos hasta el
ribosoma y de reconocer los codones del ARN mensajero durante el
proceso de traducción son los ARN transferentes (ARN-t).
Los ARN-t tienen una estructura en forma de hoja de
trébol  con varios sitios funcionales:

• Extremo 3': lugar de unión al
  aminoácido (contiene siempre la secuencia
  ACC).

• Lazo dihidrouracilo (DHU): lugar de
  unión a la aminoacil ARN-t sintetasa o enzimas
  encargadas de unir una aminoácido a su correspondiente
  ARN-t.

• Lazo de T ? C: lugar de enlace al
  ribosoma.

• Lazo del anticodón: lugar de
  reconocimiento de los codones del mensajero.

Normalmente el ARN-t adopta una estructura
de hoja de trébol plegada en forma de L o forma de
boomerang.

Los ARN-t suelen presentar bases
nitrogenadas poco frecuentes como son la pseudouridina (?),
metilguanosina (mG), dimetilguanosina (m2G), metilinosina (mI) y
dihidrouridina (DHU, UH2).

El que realiza el reconocimiento del
codón correspondiente del ARN-m es el anticodón del
ARN-t y no el aminoácido. Mediante un experimento se
demostró que era posible transformar el cisteinil-ARN-t
mediante tratamiento con hidruro de níquel en
alanil-ARN-t. Este tratamiento convierte la cisteína en
alanina. De esta manera se consiguió un ARN-t
específico de cisteina que en lugar de llevar unida
cisteina llevaba unida alanina. Cuando se empleo este ARN-t
híbrido para sintetizar proteínas se pudo comprobar
que en el lugar en el que debía aparecer cisteina en la
secuencia del polipéptido aparecía alanina. Por
tanto, el que llevaba a cabo el reconocimiento del codón
del ARN-m era el anticodón del ARN-t y no el
aminoácido.

La degeneración de l código
se explica teniendo en cuenta dos motivos:

• Algunos aminoácidos pueden ser
  transportados por distintas especies moleculares (tipos) de
  ARN transferentes (ARN-t) que contienen distintos
  anticodones.

• Algunas especies moleculares de ARN-t
  pueden incorporar su aminoácido específico en
  respuesta a varios codones, de manera que poseen un
  anticodón que es capaz de emparejarse con varios
  codones diferentes. Este emparejamiento permisivo se denomina
  Flexibilidad de la 3ª base del anticodón o
  tambaleo.

Flexibilidad de la 3º base del
anticodón, tambaleo: La tercera base del
anticodón, la que ocupa la posición 5' no
está especialmente confinada de forma que en algunos casos
puede emparejarse con distintas bases del codón. En la
siguiente gráfica se observa que cuando en la
posición 5' del anticodón hay una G, esta guanina
puede emparejarse con un uracilo (U) de la posición 3' del
codón o con una citosina (C).

En la siguiente tabla se indican los
emparejamientos codón-anticodón permitidos por la
regla del tambaleo:

En la siguiente tabla se indican tres ARN-t
de serina que pueden leer cada uno de ellos dos codones
diferentes en el ARN-m. Estos tres ARN-t se denominan
isoaceptores porque se unen (aceptan) al mismo aminoácido
pero están codificados por genes distintos.

EL CÓDIGO GENÉTICO ES NO
SOLAPADO O SIN SUPERPOSICIONES

Un nucleótido solamente forma parte
de un triplete y, por consiguiente, no forma parte de varios
tripletes, lo que indica que el código genético no
presenta superposiciones. Por tanto, el código es no
solapado. Wittmann (1962) induciendo mutaciones con ácido
nitroso en el ARN del virus del mosaico del tabaco (TMV) pudo
demostrar que las  mutaciones habitualmente producían
un cambio en un solo aminoácido. El ácido nitroso
produce desaminaciones que provocan sustituciones de bases, si el
código fuera solapado y un nucleótido
formará parte de dos o tres tripletes, la
sustitución de un nucleótido daría lugar a
dos o tres aminoácidos alterados en la proteína de
la cápside del TMV.

Otra forma de comprobar que el
código es sin superposición es que no hay ninguna
restricción en la secuencia de aminoácidos de las
proteínas, de manera, que un determinado aminoácido
puede ir precedido o seguido de cualquiera de los 20
aminoácidos que existen. Si dos codones sucesivos
compartieran dos nucleótidos, cualquier triplete solamente
podría ir precedido o seguido por cuatro codones
determinados. Por consiguiente, si el código fuera
superpuesto, un aminoácido determinado solamente
podría ir precedido o seguido de otros cuatro
aminoácidos como mucho.

LA LECTURA DEL CÓDIGO
GENÉTICO ES "SIN COMAS"

Teniendo en cuenta que la lectura se hace
de tres en tres bases, a partir de un punto de inicio la lectura
se lleva a cabo sin interrupciones o espacios vacíos, es
decir, la lectura es seguida "sin comas". De manera, que
si añadimos un nucleótido (adición) a la
secuencia, a partir de ese punto se altera el cuadro de lectura y
se modifican todos los aminoácidos. Lo mismo sucede si se
pierde (deleción) un nucleótido de la secuencia. A
partir del nucleótido delecionado se altera el cuadro de
lectura y cambian todos los aminoácidos. Si la
adición o la deleción es de tres nucleótidos
o múltiplo de tres, se añade un aminoácido o
más de uno a la secuencia que sigue siendo la misma a
partir del la última adición o deleción. Una
adición y una deleción sucesivas vuelven a
restaurar el cuadro de lectura.

En la siguiente tabla se da un ejemplo con
una frase que contiene solamente palabras de tres letras. A
partir de la adición de una letra cambia la pauta de
lectura y el significado de la frase, lo mismo sucede cuando se
pierde una letra. Una adición y una deleción
sucesivas recuperan el significado de la frase. Una
adición de tres letras añade una palabra pero
después se recupera la pauta de lectura y el sentido de la
frase.

Desciframiento del
código genético

La asignación de un
aminoácido a cada triplete o el desciframiento de la clave
genética, se llevó a cabo fundamentalmente gracias
al esfuerzo de tres grupos de investigación, el grupo de
M. W. Nirenberg, el grupo de S. Ochoa y el equipo de H. G.
Khorana. Parece lógico pensar que el desciframiento del
código genético se debería haber realizado
comparando las secuencia de nucleótidos de un gen y la de
aminoácidos del polipéptido codificado por dicho
gen. Sin embargo, en la época en la que se realizaron
estos trabajos no era posible todavía obtener la secuencia
de los ácidos nucleicos.

La mayoría de los trabajos
realizados por estos tres grupos de investigación
consistieron en sintetizar ARN mensajeros (ARN-m) para
utilizarlos posteriormente como mensajeros artificiales en un
sistema acelular de traducción "in vitro". Estos sistemas
acelulares de traducción "in vitro" procedían de la
bacteria E. coli y contenían todo lo necesario
para llevar a cabo la traducción: ribosomas, todos los ARN
transferentes, aminoácidos, enzimas, etc. Sin embargo, a
estos sistemas acelulares se les quitaban los ARN mensajeros de
E. coli y se les añadía un ARN sintetizado
artificialmente. En estos sistemas acelulares se sintetizaba un
polipéptido.

Posteriormente, se comparaba la secuencia
del ARN -m sintético utilizado en el experimento con la
secuencia de aminoácidos del polipéptido
producido.

La puesta a punto de estas técnicas
requería poder sintetizar ARN-m de forma enzimática
(grupo de Ochoa) o de  forma química (grupo de
Khorana) y conseguir un sistema acelular estable para sintetizar
proteínas (grupo de Nirenberg).

En esencia, los grupos de
investigación anteriormente mencionados realizaron los
siguientes tipos de esperimentos:

• Utilización de
  homopolímeros.

• Uso de copolímeros.

• Empleo de polímeros de secuencia
  conocida.

• Técnica de incorporación
  de ARN transferente.

Utilización de
homopolímeros

Un homopolímero es un ARN
sintético que solamente contiene un tipo de
ribonucleótido. Por ejemplo, el ARN sintético
UUUUUUUUUUUUU…….

Gruberg-Manago y Ochoa (1955) aislaron a
partir de timo de ternera un ezima denominada
Polirribonucleótido fosforilasa que tenía la
capacidad de sintetizar ARN a partir de ribonucleósidos
difosfato y sin necesidad de molde. Este enzima iba tomando al
azar los ribonuclkeñosidos del medio para originar un
ARN.

Matthei y Nirenberg (1961) consiguieron
sintetizar polipéptidos "in vitro" añadiendo un ARN
sintético de secuencia conocida a un sistema acelular
estable de traducción. Usando la
Polirribonucleótido fosforilasa sintetizaron
poli-uridílico (poli-U: UUUUUUUUUUUUUU…). Cuando
emplearon este ARN sintético en su sistema acelular de
traducción daba lugar a la formación de un
polipéptido que solamente contenía el
aminoácido fenilalanina (Poli-fenilalanina:
phe-phe-phe-phe-..). Por tanto, el triplete UUU codificaba para
fenilalanina (phe). También comprobaron que el ARN
síntético Poli C (Poli-citidílico:
CCCCCCCCCC….) daba lugar a un polipéptido que
contenía solamente prolina (Poli-prolina:
pro-pro-pro-pro-pro-…), por tanto, el codón CCC
significaba prolina (pro).

Poco tiempo después, Ochoa
sintetizó Poli-adenílico (Poli-A: AAAAAAAAA….) y
observó que el polipéptido que aparecía
solamente tenía el aminoácido lisina (Poli-lisina:
lys-lys-lys-lys-….). Por consiguiente el triplete AAA
codificaba para el aminoácido lisina (lys). También
corroboró que el Poli-C daba lugar a Poli-prolina. El ARN
Poli-guanílico no producía proteína alguna,
probablemente debido a que adquiría una estructura
terciaría helicoidal que impedía su
traducción a proteína.

Uso de
copolímeros

El siguiente paso fue la utilización
de copolímeros, es decir, de ARN sintéticos que
contenían más de un más de un
ribonucleótido distinto. Para ello emplearon la
Polirribonucleótido fosforilasa y pusieron en el medio dos
ribonucleósidos distintos. Por ejemplo, U y G, de manera
que había 5 veces más U que G en el medio (5U:1G).
Debido a que el enzima toma los ribonucleósidos difosfato
del medio al azar, la probabilidad de que tome un U del medio es
5/6, mientras< que la probabilidad de que tome una G es 1/6.
El ARN sintético formado presentaba una secuencia al azar
de uracilos y guaninas y aparecían en él ocho
tripletes diferentes con las siguientes
probabilidades:

Cuando se analizó el
polipéptido que se sintetizaba con este mensajero
sintético, se observó que contenía
fenilalanina (phe), cisteina (cys), valina (val), glicina (gly) y
triptófano (trp). Tomando como valor 100 el de el
aminoácido más frecuente, cys y val presentaban un
valor de 20 mientras que trp y gly mostraban un valor de 4 a 5.
Se confirmaba que UUU significaba fenilalanina y se
deducía que 2U y 1G (UUG, UGU y GUU) codificaban para
cisteína y valina. También se deducía que 1U
y 2G (UGG, GUG y GGU) codificaban para triptófano y
glicina. Sin emabrgo, no era posible asignar un triplete concreto
para cisteína y valina, o para triptófano y
glicina. Parece raro, que en estos experimentos no detectaran el
aminoácido leucina (leu) que esta codificado por el
triplete UUG, tampoco dedujeron que el aminoácido valina
estaba codificado por 1U y 2 G (GUG). Uno e los problemas, de
estos experimentos radica en asignar el valor 100 al
aminoácido más frecuente y comparar las
proporciones de aminoácidos obtenidas de esta manera con
las de los distintos tripletes del mensajero, ya que el
aminoácido más frecuente puede estar codificado por
más de un triplete. Oto inconveniente es que los
mensajeros sintéticos producidos no presenten la
frecuencia de codones esperada por azar.Este tipo de experimentos
fueron realizados por los grupos de Nirenberg y de Ochoa y no
rindieron grandes resultados.

Empleo de
polímeros de secuencia conocida

La siguiente forma de abordar el
desciframiento de la clave genética fue utilizar ARN
mensajeros sintéticos de secuencia conocida obtenidos por
métodos de síntesis química o
enzimática. Estos métodos fueron empleados por
Khorana y col. (1965).

Utilizando el Poli-UCde 116 residuos de
longitud, ARN mensajero sintético en el que se repite
muchas veces seguidas el dinucleótido UC
(UCUCUCUCUCUCUC…) obtuvieron un polipéptido que
contenía los residuos de serina y leucina en secuencia
alternada (ser-leu-ser-leu-ser-leu-ser-leu-….). El Poli-UC
contiene dos tripletes diferentes, UCU y CUC, por consiguiente
uno de ellos codifica serina y el otro leucina, pero no se puede
determinar cuál a cuál.

También se emplearon los mensarejos
sintéticos Poli-AC, Poli-AG y Poli-UG que codificacban
para los siguientes aminoácidos:

En 1965, Nishimura y colaboradores
utilizaron el Poli-AAG, mensajero sintético en el que se
repite muchas veces seguidas el trinucleótido AAG
(AAGAAGAAGAAGAAG…) y encontraron la aparición de tres
polipéptidos distintos en el sistema acelular de
traducción, detectaron Poli-lisina (lys-lys-lys-lys-…),
Poli-arginina (arg-arg-arg-arg-..) y Poli-glutamato
(glu-glu-glu-glu-..). Estos resultados además de confirmar
que el código genético se compone de grupos de tres
bases o codones, indican que en los sistemas acelulares de
traducción, la iniciación de la traducción
del mensajero puede realizarse por cualquier
ribonucleótido. Si comienza por la primea A, se repite
AAG-AAG-AAG-.., si la tradución comienza por la segunda A,
se repite AGA-AGA-AGA-AGA-…, y si la traducción comienza
por la G, se repite el triplete
GAA-GAA-GAA-GAA-GAA-….

Naturalmente, en este experimento no se
sabe cuál de los tres aminoácidos corresponde a
cada uno de los tres tripletes

TÉCNICA DE INCORPORACIÓN
DE ARN TRASNFERENTES

En esta técnica se utilizan ARN
mensajeros sintéticos de secuencia conocida con la
siguiente estructura: los grupos de Khorana y Nirenberg emplearon
trinucleótidos, mientras que el equipo de Matthei
utilizaba oligonucleótidos del tipo ABCCCCCCCCCCC…. (el
tercer nucleótido estaba repetido 100 veces). En este
último caso solamente se analiza en primer triplete,
ABC.En todos los casos, en lugar de analizar los
polipéptidos sintetizados, se analiza la especificidad con
que el ARN transferente (ARN-t) con o sin su aminoácido
correspondiente se incorpora al ribosoma. Dicha especificidad
viene determinada por la secuencia de ribonucleótidos del
ARN-m sintético empleado.Para averiguar el ARN-t que es
capaz de unirse en el ribosoma al trinucleótido analizado,
es necesario marcar radiactivamente uno de los ARN-t de todos los
utilizados. Se lleva a cabo esta operación marcadndo
radiactivamente cada vez un ARN-t distinto.

Con este sistema fue posible descifrar
todos los tripletes que aún no habían sido
descifrados.

EL CÓDIGO GENÉTICO ES
UNIVERSAL

El desciframiento del código
genético se ha realizado fundamentalmente en la bacteria
E. coli, por tanto, cabe preguntarse si el código
genético de esta bacteria es igual que el de otros
organismos tanto procarióticos como eucarióticos.
Los experimentos realizados hasta la fecha indican que el
código genético nuclear es universal, de manera que
un determinado triplete o codón lleva información
para el mismo aminoácido en diferentes especies. Hoy
día existen muchos experimentos que demuestran la
universalidad del código nuclear, algunos de estos
experimentos son:

• Utilización de ARN mensajeros en
  diferentes sistemas acelulares. Por ejemplo ARN mensajero y
  ribosomas de reticulocitos de conejo con ARN transferentes de
  E. coli. En este sistema se sintetiza un
  polipéptido igual o muy semejante a la hemoglobina de
  conejo.

• Las técnicas de
  ingeniería genética que permiten introducir ADN
  de un organismo en otro de manera que el organismo receptor
  sintetiza las proteínas del organismo donante del ADN.
  Por ejemplo, la síntesis de proteínas humanas
  en la bacteria E. coli. El desciframiento del
  código genético dio como resultado la siguiente
  asignación de aminoácidos a los 64
  tripletes.

El código genético nos indica que
aminoácido corresponde a cada triplete o codón del
ARN mensajero.

• El triplete de iniciación suele
  ser AUG que codifica para Formil-metionina. También
  pueden actuar como tripletes de iniciación GUG (Val) y
  UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

• Existen tres tripletes sin sentido o
  codones de terminación (FIN) que no codifican para
  ningún aminoácido: UAA (ocre), UAG (ambar) y
  UGA (ópalo).

• La mayoría de los
  aminoácidos están determinados por más
  de un triplete, excepto la metionina (AUG) y el
  triptófano (UGG) que son los únicos que poseen
  un solo triplete.

• Cuando un aminoácido está
  codificado por varios tripletes suele variar la tercera base,
  por ejemplo, la glicina es GGX, la alanina es GCX, la valina
  es GUX, la treonina es ACX. Sin embargo, hay varias
  excepciones en las que también puede variar la primera
  base, por ejemplo, la arginina es AGPu y CGX, la leucina es
  CUX y UUPu y la serina es UCX y AGPi.

El código genético
mitocondrial es la única excepción a la
universalidad del código, de manera que en algunos
organismos los aminoácidos determinados por el mismo
triplete o codón son diferentes en el núcleo y en
la mitocondria.

Excepciones a la Universalidad del
Código

Conclusión

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 año
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.

Bibliografía

• Robert K. Murray

Daryl K. Granner

Víctor W. Rodwell, Harper. Bioquímica
Ilustrada- "El manual moderno"

México: editorial "El manual Moderno".17 a
edición 2007.

• Gerald Karp. Biología celular y molecular.
  México: Editorial mexicana. 5ª edición.
  2009.

• Crespo Xavier, Volney tovar

Nuria Currel, Jordi Currell. Anatomía Humana y
Salud Corporal. Bogotá: Zamora editores. 2008.

Autor:

José Laura