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Para comenzar, el código genético es justamente eso: un código. Según define laReal Academia Española (RAE), un código es“una combinación de signos que tiene un
determinado valor dentro de un sistema
establecido”, o también, “un cifrado para
formular y comprender mensajes secretos”.
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El caso concreto del código genético puede explicarsecomo un diccionario molecular. A través de él se relacionanlos ácidos nucleicos con las proteinas traducidas a partir deellos, las cuales tienen la responsabilidad de lo que se hadado en llamar la expresión génica.
Para comprender esto, es necesario conocer las estructurasmoleculares de los protagonistas: ácidos nucleicos yproteínas. Em ambos casos se trata de polímerosmacromoleculares, o lo que es lo mismo, grandesmoléculas constituidas por la unión de otras moléculas máspequeñas, los monómeros. Los monómeros queconstituyen los ácidos nucleicos son los nucleótidos y losque constituyen las proteinas son los aminoácidos.
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Sin dudas es una de las preguntas más difíciles de responder.Recordemos que el código genético está formado por tripletes denucleótidos (codones) que reconocen a un determinadoaminoácido a través del ARN de transferencia (ARNt), el cual tieneun triplete complementario en un extremo (anticodón) y un
aminoácido específico en el otro. ¿Por qué los codones son selectivos para determinados
aminoácidos? Para responder a esta pregunta deberíamos hallar unorganismo que tenga un código genético primitivo o intermedio,pero no lo hay. Todos compartimos el mismo código genético,
aunque en ciertos taxas —grupos de organismos como bacterias uhongos— presentan algunos codones particulares que codificanpara aminoácidos diferentes. Sin embargo, estos son casos muyparticulares.
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La teoría estereoquímica dice que el código genético se desarrolló a partir de lasinteracciones de secuencias polinucleotídicas, los cuales tenían anticodones —ocodones— con aminoácidos específicos. Existen muchas proteínas que se unen asecuencias de ADN (factores de transcripción, histonas, etc.), y el complejonucleótidos-proteínas más primitivo de todos son los ribosomas.
Los ribosomas no son más que unas 50 proteínas interactuando de maneraextensiva con secuencias polinucleotídicas (ARN ribosomal) formando unaestructura estable. Los ribosomas emergieron muy temprano en la evolución de lavida y pusieron el punto de partida para la traducción del código genético en elúltimo ancestro común universal (de donde evolucionaron y divergieron todas lasespecies que hoy conocemos).
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Entonces, al ser el ribosoma una de las interaccionesentre nucleótidos y proteínas —específicamente entrenucleótidos y aminoácidos— más primitivas de todas,tal vez tenga ciertos vestigios de un código genético
primordial. Fue así que investigadores del Instituto Salkde Estudios Biológicos, liderados por D. Johnson y LeiWang, hicieron un análisis estructural del ribosomapara ver si el código genético que hoy conocemos estambién aplicable a las interacciones de los
aminoácidos de las proteínas del ribosoma con elARNr.
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Muchos aminoácidos fueron encontrados en contactocon tripletes —codones o anticodones— de ARNr. Secalculó el valor de enriquecimiento (Ex ) de cadatriplete con respecto a un aminoácido. Este valor se
obtiene de la probabilidad de encontrar un tripleteunido a un aminoácido (Px ) con respecto a los otro 19aminoácidos (Nx ). El requisito fundamental es que elaminoácido se encuentre a 5Å del triplete, por eso no
todas las uniones fueron consideradas.
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Por ejemplo: La fenilalanina (Phe ó F) tiene dos codones (UUU yUUC). P
F será el número de veces que UUU ó UUC aparece a 5Å de
Phe entre el número de total de tripletes NNN (donde "N" escualquier triplete) que están a 5Å de Phe; mientras que N
F será el
número de veces que UUU ó UUC aparece a 5Å de cualquiera de los
otros 19 aminoácidos entre el número total de tripletes NNN queestán a 5Å de estos 19 aminoácidos. De esta manera, el valor deenriquecimiento de Phe (E
F ) será la división de P
F entre N
F.Si el
valor es mayor a uno, habrá una mayor probabilidad de encontraruna unión particular entre un aminoácido y un triplete, lo queindicaría una especificidad entre ellos, o sea un código genético.
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Luego, usando el método de Fisher (una pruebaestadística) determinaron si los enriquecimientoseran significativos o no. Los investigadoresencontraron once aminoácidos
significativamente enriquecidos con susanticodones y ocho con sus codones (códigoscanónicos). Esto demuestra que determinadoscodones o anticodones son específicos (se
encuentran muy cerca) a determinadosaminoácidos en el ribosoma.
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Pero fue esta interacción particular de tripletes con determinadosaminoácidos productos del azar o ha sido como producto de alguna fuerzaevolutiva que posteriormente dio origen al código genético que hoyconocemos. Para esto crearon un millón de secuencias de ARNr al azar ylas reemplazaron por las secuencias de ARNr originales de los ribosomas yvolvieron a hacer el estudio anterior. Luego compararon sus valores de
enriquecimiento obtenidos con los valores de enriquecimiento de los 11anticodones y 8 codones originales que tuvieron valores significativos. El99.9555% de anticodones y 99.9716% de codones obtenidos al azartuvieron valores de enriquecimiento promedio menores a los códigoscanónicos (originales), esto demuestra que no pudo ser producto del azar.Sin embargo, al tomar en cuenta todos los aminoácidos, sólo el 54.5447%de los codones obtenidos al azar tuvieron valores de enriquecimientomenores a los originales, mientras que el 99.0225% de los anticodones silo eran. Esto demuestra que hay una mayor correlación entre losaminoácidos con sus anticodones que con sus codones.
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Entonces, ¿cómo evolucionó el código genético? En el código genético actual, delos 16 bloques que hay (donde solo el tercer nucleótido cambia), ocho bloquesestán compartido por dos aminoácidos o por aminoácidos con señales STOP y losotro ocho están conformados por aminoácidos únicos. Lo que creen losinvestigadores es que al comienzo, cada bloque correspondía para unaminoácido.
Para corroborar esta hipótesis, aquellos bloques que codifican para dosaminoácidos fueron extendidos para que sólo codifiquen para un aminoácido yvolvieron a determinar los valores de enriquecimiento. En este caso Leu, Ile, His yLys aumentaron considerablemente su valor de enriquecimiento en el ribosoma,mientras que los Phe, Met, Gln y Asn no. Esto sugiere que en el código genéticoprimitivo Leu, Ile, His y Lys también ocupaban un bloque entero. Además, loscódigos al azar con altos valores de enriquecimiento disminuyeron, tanto en Leu,
Ile, His y Lys (~50%) como en Met, Gln y Asn (~10%). Entonces hay evidencia paradecir que Met capturó el codón AUG de Ile, considerado como la captura de codónclave en la evolución del código genético.
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Según estos datos podemos sugerir que la formación yevolución del código genético se dio en dos partes. Laprimera se formó un código genético para los primerosaminoácidos que pudieron haber estado en la tierra
primitiva según el experimento de Miller & Urey (1979)y luego se añadieron los nuevos aminoácidos. Sinembargo, que aminoácidos fueron los primordiales ycuales se fueron añadiendo posteriormente aúne stema de debate. Lo que si se puede inferir de este
estudio es el orden temporal en que se dio lainteracción anticodón-aminoácido tuvo lugar.
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Entonces, ¿cómo evolucionó el código genético?En el código genético actual, de los 16 bloquesque hay (donde solo el tercer nucleótido cambia),ocho bloques están compartido por dos
aminoácidos o por aminoácidos con señales STOPy los otro ocho están conformados poraminoácidos únicos. Lo que creen losinvestigadores es que al comienzo, cada bloque
correspondía para un aminoácido.
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Para corroborar esta hipótesis, aquellos bloques que codifican parados aminoácidos fueron extendidos para que sólo codifiquen paraun aminoácido y volvieron a determinar los valores deenriquecimiento. En este caso Leu, Ile, His y Lys aumentaronconsiderablemente su valor de enriquecimiento en el ribosoma,mientras que los Phe, Met, Gln y Asn no. Esto sugiere que en elcódigo genético primitivo Leu, Ile, His y Lys también ocupaban unbloque entero. Además, los códigos al azar con altos valores deenriquecimiento disminuyeron, tanto en Leu, Ile, His y Lys (~50%)como en Met, Gln y Asn (~10%). Entonces hay evidencia para decirque Met capturó el codón AUG de Ile, considerado como la captura
de codón clave en la evolución del código genético.
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Según estos datos podemos sugerir que la formación yevolución del código genético se dio en dos partes. Laprimera se formó un código genético para los primerosaminoácidos que pudieron haber estado en la tierra
primitiva según el experimento de Miller & Urey (1979)y luego se añadieron los nuevos aminoácidos. Sinembargo, que aminoácidos fueron los primordiales ycuales se fueron añadiendo posteriormente aúne stema de debate. Lo que si se puede inferir de este
estudio es el orden temporal en que se dio lainteracción anticodón-aminoácido tuvo lugar.