UNA VENTANA ABIERTA: El código genético

10 de noviembre de 2015

El código genético

El código genético

Junto al ácido nucleico ADN como portador de la información genética, también participa en ácido ribonucleico ARN, en los procesos moleculares de la información genética. Aparece en el célula en tres formas:

1.- m-ARN = ARN mensajero o ARN recadero
2.- t-ARN = ARN de transferencia
3.- r-ARN = ARN ribosomal

Todas estas tres formas de ARN participan de la realización de la información genética, o sea en la transformación de los genes en el metabolismo. La idea, que la información genética tiene algo que ver con el metabolismo, lo manifestó por primera vez Archibald Garrod en 1902. George Beadle y Edward Tatum. Comprobaron esta relación en 1940 y formularon la hipótesis “Un GEN una ENCIMA” Ellos usaron rayos X en el hongo neurospora, para provocar mutaciones. Estos afectaron a genes y encimas individuales en una vía metabólica especial. En 1958 recibieron el permio Nobel por sus investigaciones.

Hoy a esta hipótesis se la llama “Un gen, un poli péptido”, puesto muchas proteínas. Como por ejemplo, la hemoglobina se compone de varias cadenas de poli péptidos.
Esto significa:

Dogma central de la biología molecular

Ya F. Crick en1953 formuló el flujo de la información del ADN por el ARN hacia los ribosomas como dogma central de la biología molecular. El ácido ribonucleico (ARN), que está presente tanto en el núcleo de las células como en el citoplasma, se encarga del rol de trasmisión de la información genética hacia los proteínas. Se distinguen dos procesos:

● La transcripción: La copia de genes en una copia genética mARN
● La translación: La síntesis proteica en base a la copia genética mARN

Idiomas

Idioma alemán: 26 letras abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
Combinación de las letras: Arbitrariamente: Ejemplo: Siete 7. Signos de puntuación: ”?/ etc. Secuencia de los signos: Sin sobre posición, espacio.

Código binario: Dos letras 0, 1. Combinación de los signos. Arbitraria: Ejemplo: 0111 = 7. Puntuación, ninguna. Secuencia de los signos: Sin sobre posición, sin espacios.

Idioma de las proteínas: 22 letras
G - Glycin (Gly)
P - Prolin (Pro)
A - Alanin (Ala)
V - Valin (Val)
L - Leucin (Leu)
I - Isoleucin (Ile)
M - Methionin (Met)
C - Cystein (Cys)
F - Phenylalanin (Phe)
Y - Tyrosin (Tyr)
W - Tryptophan (Trp)
H - Histidin (His)
K - Lysin (Lys)
R - Arginin (Arg)
Q - Glutamin (Gln)
N - Asparagin (Asn)
E - Glutaminsäure (Glu)
D - Asparaginsäure (Asp)
S - Serin (Ser)
T - Threonin (Thr)
-- Selenocystein (Sec)
-- Pyrrolysin (Pyl)

Combinación de los signos: Arbitraria: Ejemplo: Heptapéptido Gly-Asp-Ala-Phe-Glu-Cys-Ala. Signos de puntuación: Ninguno. Secuencia de los signos: Sin sobre posición, sin espacios libres.

Código genético: 4 letras ADN: Adenina (A), Guanina (G), Citocina (C). Tiamina (T).
ARN: A; G; C; U = Uracil en vez de tiamina. Combinación de los signos como tripletas, ejemplo: ACG. Signos de puntuación: Codón de inicio y de detención. Secuencia: Sin sobre posición, sin espacios libres; Exones, intrones.

Los ribosomas, que se componen 2/3 de ARN, mejor dicho, rARN, son el lugar de la biosíntesis de las proteínas.

Para poder producir proteínas, la célula necesita aminoácidos. Los obtienen de los nutrientes. Moléculas 1-ARN se encargan del transporte en el citoplasma hacia los ribosomas.

El código genético

Mediante el auxilio de los ribosomas el “idioma de los genes” es traducido al “idioma de las proteínas”. Idiomas o grafías poseen como elementos signos, letras y signos especiales. El idioma alemán se compone de 26 letras. El idioma de los computadores se componen de dos signos: 0 y 1. Ambos, son almacenados como información en combinaciones de los signos.

El idioma de las proteínas se compone de 22 letras, los aminoácidos. En la secuencia está contenida la información para la estructura espacial específica, que les otorga a las proteínas una función concreta.

El idioma genético tiene 4 letras: Adenina, Guaninas, Citosina, y Tiamina. Qué podría ser más acertado suponer que al igual en las combinaciones de las bases presumir la información genética. En los años 50 la pregunta sólo era:
¿Cuál era el largo de una palabra genética y que combinación de bases corresponde a un aminoácido?

Con una base se podría codificar máximo 4 aminoácidos, demasiado poco. La combinación de dos bases da 4ˆ2 posibilidades, es decir 16 variantes, aun demasiado poco. Con un mínimo de tres bases en combinaciones se tendría la posibilidad. Codificar toso las 22 aminoácidos, máximo 4ˆ3 = 64 posibilidades combinatorias.

Marschall Nirenberg

Esto fue examinado a los comienzos de los años 60 por Marschall Nirenberg y Heinrich Matthaei (Premios Nobel de 1968). Ellos adicionaron en 20 tubos de ensayos, con fragmentos de células de E.Coli, determinados aminoácidos una poli U-ARN. En uno de los tubos se firmó un poli péptido, que sólo se componía de Fenilamina. Y ahí encontraron que una combinación de tres bases, una tripleta, contenía la información pata un aminoácido. Puesto que en los ribosomas se usa la mARN complementario para el ADN, el codogene determinante en el ADN para Phe (por sus siglas en alemán) AAA el codón dl mARN UUU.

Mediante ensayos con las más diversas secuencias de ARN se aclararon todos los codogenes,

Erste Base = Primera base
Zweite Basde = Segunda base
Säure = ácido

Para 61 aminoácidos se encontraron tripletas codificadoras y 3 terminator o stop codogenes, para los cuales no existen amino ácidos. Por esta razón se interrumpe aquí la sínytesi9s de las proteínas, se habla de “Nonsense-codones”. La secuencia mARN es: UAA, UAG y UGA.

Junto a la forma tabulada, también es ampliamente conocida el “Sol-Code” según Bresch u Hausmann. Los codones se leen desde adentro hacia afuera. Fig. Derecha

Ya que en los ribosomas el código genético es traducido a la forma del mARN, se especifica el código genético como mARN en forma de codones. Una representación tabulada se puede ver abajo. Por ejemplo isoleucina significa AUU, AUC o AUA, puesto, que para un aminoácido pueden corresponder varios codones, al código genético se le llama degenerado.

Esta asignación de los aminoácidos se ha encontrado en todos los seres vivientes, por esto al código genético se la llama universal. Sólo en las mitocondrias y cloroplastos o las arqueo-bacterias se encontraran parcialmente otras codificaciones.
Hasta hace unos pocos años sólo se coonocían20 aminoácidos. Entre tanto se encontraron otros 2 aminoácidos, Selenocisteína (Sec) y Pirrolisina (Pyl). Este código no está sobrelapado. Es decir, la secuencia de un gen no es usado por otro gen.

Un recorté de un gen podría tener este aspecto:

ADN, cadena de codones:	TAC CTT AAG AGC GAG	(3' <- 5="" span="">
ADN, cadena complementaria	ATG GAA TTC TCG CTC	(5' -> 3')
mARN	AUG GAA UUC UCG CUC	(5' -> 3')
Proteína	Met - Glu - Phe - Ser - Leu	COOH

¿Ahora, cuál es el aspecto real de la secuencia de los nucleótidos de un gen? Esto es diferente para bacterias y paro los eucariotas. Donde las bacterias todo el ADN se compone de genes, que contienen la información para la confección de proteínas. En las eucariotas sólo una parte del ADN está destinada para la obtención de las proteínas. Llamados exones. La razón de la existencia de la otra parte no se conoce = introne.

Codierende regionen = Regiones codificadoras
Nicht-codirende region = Región no codificadora

Tropomiosyn-gen

Las zonas celestes son intrones (nonsens), azul oscuro exones (codificadoras).

Un músculo es un atado de fibras musculosas, que se componen de células individuales, que son sub unidades funcionales del músculo. Cada fibra posee muchos núcleos celulares, lo que muestra, que se han desarrollado de muchas células. Cada fibra contienen muchos orgánulos llamados miofibrillas, que a su vez se componen de estructuras de orma de varillas compuestas principalmente por dos proteínas: Actina y miosina.

Adjunto también participan en la estructuración, la troponina y la tropomiosina

En el ejemplo de la proteína del músculo se ven los exones y los intrones en un gen de las eucariotas.

La tropomiosina es una molécula de forma de barra (largo aprox. 400 Å y ancho Å). Se compone de dos a-helicoidales en paralelo. Muchas moléculas tropomiosinas se apegan cabeza a cabeza y cola a cola. Un músculo del esqueleto se compone de un 3% de tropomiosina.

Modelo del transcurso de la transcripción y la traslación

Ahora para producir del plano de construcción en el ADN una proteína, primero se copia, en un proceso complejo, el gen en el núcleo de la célula. Para este propósito se hace una copia de la secuencia de la base de codogenes de la doble hélice. A esto proceso se le llama “transcripción”. Esta copia, llamada m-ARN, viaja desde el núcleo de la célula hacia el citoplasma a las ribosomas. Allí la secuencia de la base es traducida a la correspondiente secuencia de las proteínas y se confecciona una proteína. A esto se le denomina “translación”.


La trasncrición sde desarrolla en tres pasos 1.- Iniciación 2.- Elongación 3.- Terminación

1.- Iniciación

Para copiar al gen del complejo de la polimerasa ARN, ata al promotor en un lugar determinado. Para esto se requieren diferentes factores, como por ejemplo, el factos sigma. La parte siguiente es desconectada y comienza la formación de una secuencia nucleótido complementaria como mARN (messenger ARN), a partir del codón de partida.

2.- Elongación

La totalidad del complejo de transcripción junto a mARN en formación, se desplaza en dirección 5’ – 3’ a lo largo del gen, donde el gen, por decir lo así, es copiado en forma complementaria.

3.- Terminación

Al alcanzar una secuencia de detención con un codón finalizador se detiene la copia. El complejo de la polimerasa ARN se separa del ADN.

En los procariontes este mARN es usado por ribosomas en forma directa como matriz, para fabricar directamente, desde allí la proteína correspondiente (= Translación), Donde las eucariotas, la transcripción primaria (= pre mARN) aún es procesado y transformado en el mARN n ecesario para la translación. Este proceso de transformación del pre-mARN en mARN, donde los eucariontes se compone de taponado, poli-adenilación y empalme.

Taponado: Después de la transcripción el pre-mARN es provisto al final 5’ con un tapón. Aquí, un nucleótido específico (7-metilguanosina) está ligada en un "enlace del extremo 5 'de la pre-mRNA 5'-5.

Poli-adenilación: Al terminal 3’ se agregan 29 y 250 Nucleótidos de adenina (= Poli-A-cola).