Capítulo 10. El flujo de información genética: los caminos del DNA a la proteína

La evolución del concepto de gen1. A partir de la década de 1940, el concepto de gen evolucionó desde la formulación "un gen:

una enzima" a "un gen: una cadena polipeptídica". Sin embargo, ninguna de estas definiciones

se ajusta por completo al concepto actual de gen.

El flujo de información dentro de la célula2. El "dogma central de la biología", definido en 1957 por Francis Crick, establece que

la información genética fluye en el siguiente sentido: DNA → RNA→ proteínas. Esto es verdad en

la mayoría de los casos; sin embargo, el material genético de algunos virus está formado

por RNA que luego es usado como molde para producir DNA.

El código genético3. El código genético consiste en la asignación de tripletes de nucleótidos (codones) en el RNA

mensajero (mRNA) a cada uno de los aminoácidos que formarán una cadena polipeptídica.

4. Existen 64 combinaciones posibles de codones. El código es redundante, porque los 20

aminoácidos usualmente presentes en los seres vivos son codificados por 61 de estas

combinaciones. Los tres codones restantes actúan como señales de terminación de

la traducción.

5. Con muy pocas excepciones, el código genético es el mismo en casi todos los seres vivos.

Fig. 10-4. El código genético

  

(a) Los 20 aminoácidos que comúnmente constituyen las proteínas. (b) El código genético

consiste en 64 combinaciones de tripletes (codones) y sus aminoácidos correspondientes. Los

codones que se muestran aquí son los que puede presentar la molécula de mRNA. De los 64

codones, 61 especifican aminoácidos particulares. Los otros 3 codones son señales de detención,

que determinan la finalización de la cadena polipeptídica. Dado que los 61 tripletes codifican

para 20 aminoácidos, hay codones "sinónimos" como, por ejemplo, los 6 tripletes diferentes que

incorporan leucina (la mayoría de los sinónimos, como se puede ver, difieren sólo en el

tercernucleótido). Sin embargo, la afirmación inversa no es válida: cada codónespecifica

solamente un aminoácido.

La transcripción: del DNA al RNA

6. La transcripción es el proceso de síntesis de RNA a partir de DNA. Sigue el mismo principio de

apareamiento de bases que la replicación del DNA, pero se reemplaza la timina por el uracilo. En

cada transcripción, sólo una de las cadenas del DNA se transcribe. La RNA polimerasa cataliza la

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adición de ribonucleótidos al extremo 3´ de la cadena de RNA, de modo que esta última es

antiparalela a lacadena molde de DNA.

Fig. 10-6. Transcripción del DNA

En la región del promotor, punto de unión de la enzima RNA polimerasa,

la doble hélice de DNA se abre y, a medida que la RNA polimerasa

avanza a lo largo de la molécula de DNA, se separan las dos cadenas.

Los ribonucleótidos, que constituyen los bloques estructurales, se ensamblan en la dirección 5' a

3' a medida que la enzima lee la cadena molde de DNA. Nótese que la cadena de RNA recién

sintetizada es complementaria, no idéntica, a la cadena molde a partir de la cual se transcribe;

su secuencia, sin embargo, es idéntica a la cadena codificante de DNA (no transcrita), excepto

por un detalle: en el RNA, la timina (T) se reemplaza por uracilo (U). El RNA recién sintetizado se

separa de la cadena molde de DNA.

7. La RNA polimerasa no necesita un cebador para iniciar la síntesis. Se une al DNA en una

secuencia específica, el promotor, que define el punto de inicio de la transcripción y su dirección.

8. En los procariontes, el proceso de transcripción continúa hasta que la polimerasa encuentra

una secuencia que constituye la señal de terminación. En los eucariontes, el proceso termina

cuando el RNA es cortado en una secuencia específica. Al finalizar la transcripción, la RNA

polimerasa se detiene y libera la cadena molde de DNA y el mRNA sintetizado.

9. En los eucariontes, los transcritos primarios sufren diversas modificaciones durante la

transcripción. Entre ellas se encuentran la adición del CAP, la poliadenilación y el splicing. Este

último proceso consiste en el corte y la eliminación de ciertas secuencias, los intrones, y el

posterior empalme de las secuencias restantes, los exones. Sólo los exones forman parte del

mRNA maduro. Un mismo transcrito primario puede ser procesado por splicing de distintas

maneras. Este empalme alternativo permite que una molécula de mRNA inmadura pueda

originar diferentes moléculas de mRNA maduro.

Fig. 10-8. Procesamiento del mRNA en eucariontes

La información genética codificada en el DNA se transcribe a una copia

de RNA (transcripto primario). Esta copia se modifica en forma

cotranscripcional con la adición del casquete 5' (CAP), el corte de los

intrones y el empalme de los exones (splicing) y, finalmente con la

adición de la cola de poliA. A ambos extremos del mensajero hay

secuencias no traducibles, denominadas extremos 5´UTR (región no traducible que abarca desde

el CAP hasta el codón de iniciación) y extremos 3´UTR (región no traducible que abarca desde el

codón de terminación hasta la cola de PoliA). En esta figura, el splicingse produce luego de la

adición de la cola de poli-A, sin embargo, muchas veces el proceso de corte y empalme ocurre

antes de que haya concluido la transcripción. El mRNA maduro luego se dirige al citoplasma,

donde se traduce a proteínas.

10. En el ciliado de agua dulce Tetrahymena, el intrón inmaduro actúa comocatalizador de la

escisión, produciendo un empalme autocatalítico. A este RNA con función de enzima se lo llama

ribozima.

La traducción: del RNA al polipéptido

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11. La traducción es la conversión de la secuencia de nucleótidos del RNA en la secuencia de

aminoácidos de un polipéptido. En este proceso participan los mRNA, los RNA ribosómicos (rRNA)

y los RNA de transferencia (tRNA).

12. Los ribosomas están formados por rRNA y proteínas. Cada uno está formado por dos

subunidades de diferente tamaño que, además, en los procariontes son más pequeñas que en

los eucariontes.

13. El mRNA y el tRNA iniciador se unen a la subunidad ribosómica menor. Luego se les une la

subunidad mayor y cataliza la unión peptídica entre aminoácidos. En la subunidad mayor existen

tres sitios a los que se une el tRNA: el sitio A (aminoacílico), el sitio P (peptidílico) y el sitio E (de

salida).

14. Los tRNA son moléculas pequeñas, con una estructura secundaria semejante a la hoja de un

trébol, que presentan dos sitios de unión. Uno de ellos es el anticodón, que se aparea con el

codón del mRNA. El otro sitio, ubicado en el extremo 3´, se acopla a un aminoácido particular en

forma muy específica. Así, los tRNA permiten la alineación de los aminoácidos de acuerdo con la

secuencia de nucleótidos del mRNA.

15. El grupo de enzimas aminoacil-tRNA sintetasas catalizan la unión entre el aminoácido y el

tRNA y forman el complejo aminoacil-tRNA. Este complejo se une a la molécula de mRNA,

apareando el anticodón con el codón del mRNA en forma antiparalela. Así, el tRNA coloca al

aminoácido específico en su lugar. El enlace entre el aminoácido y el tRNA se rompe cuando se

forma el enlace entre el aminoácido recién llegado y el último de la cadena polipeptídica en

crecimiento.

16. En los procariontes, el proceso de traducción comienza antes de que haya finalizado el de

transcripción. En los eucariontes, ambos procesos están separados en el tiempo y en el espacio:

la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción, en el citoplasma.

17. Tanto en procariontes como en eucariontes, la síntesis de polipéptidos ocurre en tres etapas:

iniciación, elongación y terminación.

18. Hacia el final del mRNA hay un codón que actúa como señal de terminación. No existe ningún

tRNA que tenga un anticodón que se aparee con este codón. Existen, en cambio, factores de

liberación que se unen al codón de terminación y provocan la separación del polipéptido y el

tRNA. Finalmente, las dos subunidades ribosómicas también se separan.

Fig. 10-13. Síntesis de un polipéptido en procariontes

(a) Iniciación. La subunidad ribosómica más pequeña (menor) se une al

extremo 5' de una molécula de mRNA. La primera molécula de tRNA,

que lleva el aminoácido modificado fMet, se acopla con el codón

iniciador AUG de la molécula de mRNA. La subunidad ribosómica más

grande (mayor) se ubica en su lugar, el complejo tRNA-fMet ocupa el

sitio P (peptidílico). El complejo de iniciación ahora está

completo. (b) Elongación. Un segundo tRNA, cargando su aminoácido

correspondiente, valina en este caso, se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con el

mRNA. Para que el aminoacil-tRNA ingrese en el sitio A debe unirse antes a una proteína llamada

factor de elongación, que en su forma activa está unida al GTP. Al aparearse el tRNA con el

mRNA, se dispara lahidrólisis del GTP por parte del factor de elongación, que luego se disocia, lo

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cual permite que el aminoacil-tRNA permanezca unido por un corto período al mRNA. A

continuación se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al

mismo tiempo, el enlace entre el primer aminoácido y su tRNA se rompe. El ribosoma se mueve

entonces a lo largo de la cadena de mRNA en dirección 5' a 3'. El segundo tRNA, con el dipéptido

unido, se mueve desde el sitio A al sitio P y el primer tRNA pasa al sitio E y luego se desprende

del ribosoma. Un tercer aminoacil-tRNA, que en este caso porta el aminoácido fenilalanina, se

coloca en el sitio A y se forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está

unida al tRNA que se está moviendo del sitio A al sitio P y el tRNA entrante que lleva el siguiente

aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta que se completa el

polipéptido.(c) Terminación. Cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación (en este

ejemplo, UGA), el sitio A es ocupado por factores de liberación que hacen que la cadena

polipeptídica se escinda del último tRNA y que las dos subunidades del ribosoma se disocien.

19. Las proteínas "chaperonas" ayudan a las cadenas polipeptídicas a plegarse. Finalizado este

proceso, las nuevas proteínas viajan al medio extracelular o a los distintos compartimientos

celulares, según el tipo de señales que posean.

Una redefinición de las mutaciones

20. Una mutación es un cambio en la secuencia o en el número de nucleótidos en el DNA de una

célula. Sólo las mutaciones que ocurren en los gametos se transmiten a la descendencia. Las

mutaciones puntuales implican la sustitución de un nucleótido por otro. La adición o la

sustracción (deleción) de nucleótidos provoca el corrimiento del marco de lectura y, por

consiguiente, la aparición de una proteína nueva que casi siempre resulta defectuosa.

Una revisión del concepto de gen

21. Actualmente se considera que un gen es un segmento de DNA que se encuentra a

continuación de un promotor y que puede ser transcrito por una RNA polimerasa, originando un

RNA funcional.Copyright © 2007 Editorial Médica Panamericana. 

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