Genes, Enzimas y Caracteres

Una vez que Beadle y Tatum establecieron el paralelismo entre genes y enzimas, y después de que Watson y Crick propusieran en 1953 el modelo de la doble hélice, Crick formuló la hipótesis de la colinealidad. En esta hipótesis se establece la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aminoácidos que este gen codifica. En el mecanismo por el cual se pasa de una secuencia de nucleótidos de ADN a una de aminoácidos de una proteína, se diferencian dos procesos: la transcripción y la traducción.

Transcripción del ADN

Se lleva a cabo en el núcleo de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas. Este proceso consiste en la síntesis de una molécula de ARNm, a partir de sus ribonucleótidos trifosfato (ATP, UTP, CTP, GTP) y la enzima ARN polimerasa (ARNpol), que cataliza la unión de los nucleótidos según una secuencia determinada. Para ello, usa como molde una de las cadenas de ADN. Por tanto, la secuencia de ARN transcrito es complementaria a la del ADN, teniendo en cuenta que la adenina (A) se complementa con el uracilo (U). La energía se extrae de los ribonucleótidos trifosfato.

Transcripción en Procariotas

Se desarrolla en cuatro etapas:

  1. Iniciación: En todos los genes hay una secuencia llamada promotor que indica dónde debe empezar la síntesis de ARNm y cuál de las dos hebras debe ser transcrita (TTGACA y TATATT).
  2. Elongación: La ARNpol se une al promotor y desenrolla aproximadamente una vuelta de hélice. Se desplaza en dirección 3’→5′, y la cadena de ARNm se forma en la dirección 5’→3′. Conforme la enzima se desplaza, el ADN recupera su configuración inicial.
  3. Terminación: La ARNpol continúa añadiendo nucleótidos hasta que se encuentra con la señal de terminación (TTTT). El ARNm se libera en forma de una sola hebra.
  4. Maduración: En procariotas, las copias son literales, mientras que en eucariotas deben sufrir un proceso de maduración.

Transcripción en Eucariotas

Presenta tres diferencias respecto a las procariotas:

  • Existen tres tipos de ARNpol; cada una cataliza la síntesis de un ARN distinto.
  • Los genes están fragmentados, de forma que es necesario un proceso de maduración en el que se eliminan las secuencias sin sentido (intrones) y se empalman las secuencias con sentido (exones).
  • El ADN está asociado a histonas. Se ha visto que en genes que se transcriben continuamente el ADN está siempre extendido, mientras que en otros está en forma de nucleosomas, y en otros hay transcripción a la forma extendida.

En la síntesis de ARNm hay cuatro etapas:

  1. Iniciación: En el promotor se fija la ARNpol II, que consta de dos señales (CAAT y TATA), a distintas distancias del punto de inicio. Para que se pueda fijar la ARNpol II, antes se deben fijar en ellas proteínas llamadas factores de transcripción. Todo el conjunto se llama complejo inicial de la transcripción.
  2. Elongación: La síntesis continúa en dirección 5’→3′. Una vez transcritos unos 30 nucleótidos, se añade al ARNm una caperuza de metilguanosina trifosfato en el extremo 5′. Un mismo gen puede ser transcrito por varias ARNpol a la vez, una detrás de otra.
  3. Terminación: Llega cuando la ARNpol llega a la secuencia TTATTT del ADN. Después interviene la poliadenina polimerasa, que añade al extremo final 3′ unas 200 adeninas. A este ARNm se le llama transcrito primario o pre-ARNm.
  4. Maduración: Se produce en el núcleo y la lleva a cabo la enzima ribonucleoproteína pequeña nuclear. Varias enzimas se asocian junto a proteínas y forman una estructura casi del tamaño de un ribosoma, que separa los intrones. Luego, la ARN ligasa empalma los exones.

El Código Genético

La correspondencia entre los tripletes de nucleótidos de ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas se llama código genético. Se trata de un código universal, es decir, la correspondencia es la misma en todos los seres vivos. El conocimiento de esta correspondencia se debe a diferentes descubrimientos hechos por Severo Ochoa y Nirenberg, entre otros. Las proteínas están formadas por 20 aminoácidos distintos, mientras que solo hay 4 tipos de nucleótidos, por lo que la relación no podría establecerse entre un nucleótido y un aminoácido, ni entre dobletes de nucleótidos y aminoácidos (aa). Como mínimo, la relación debía establecerse entre tripletes de nucleótidos y aa. Posteriormente, y con distintas mezclas de ribonucleótidos difosfato, se dedujo el código genético completamente y se confirmó que la colinealidad era entre tripletes de nucleótidos y aa. Existe un total de 64 tripletes posibles, de los cuales:

  • Varios codifican para un mismo aminoácido. A esto se le llama degeneración del código genético y representa una gran ventaja, puesto que, en determinados casos en los que se producen errores en la copia de un nucleótido, se puede mantener la colinealidad entre el triplete y el aminoácido.
  • Algunos no codifican para ningún aminoácido, sino que marcan el final de la traducción.
  • El triplete AUG es la señal de inicio de la traducción y codifica para la metionina.

Traducción o Síntesis de Proteínas

La traducción es la síntesis de la secuencia de aminoácidos de una proteína siguiendo el mensaje contenido en el ARNm. Tiene lugar en los ribosomas y en ella intervienen: aminoácidos (aa), ARNm, ARNr, ARNt, enzimas, factores proteicos y nucleótidos trifosfato como moléculas donadoras de energía.