Código genético y síntesis de proteínas
La carne de un chigüire, el pelo de Valentina y la hemoglobina de tu sangre están hechos de proteínas. Todas las proteínas se fabrican con las mismas 20 piezas, los aminoácidos, pero cada una necesita un orden distinto. ¿Dónde está escrita esa receta y cómo la lee la célula sin perderse ni una letra?
Del gen a la proteína
El ADN guarda las instrucciones, pero no sale del núcleo en las células eucariotas. Las proteínas se arman en el citoplasma, en los ribosomas. Hace falta un mensajero que lleve una copia de la receta.
Ese mensajero es el ARN mensajero (ARNm). La síntesis de proteínas tiene dos procesos principales:
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Transcripción: se copia un gen del ADN en una molécula de ARNm. Ocurre en el núcleo.
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Traducción: el ARNm se lee en el ribosoma y se unen aminoácidos en el orden indicado. Ocurre en el citoplasma.
El camino es siempre el mismo: ADN → ARNm → proteína. A este orden se le llama a veces el «dogma central» de la biología molecular.
Nombra los dos procesos principales de la síntesis de proteínas y señala en qué parte de la célula eucariota ocurre cada uno (núcleo o citoplasma).
Nombra los dos procesos principales de la síntesis de proteínas y señala en qué parte de la célula eucariota ocurre cada uno (núcleo o citoplasma).
Define con tus palabras qué es un codón y cuántos nucleótidos lo forman. Indica también cómo se llama la molécula de ARN que lleva los codones hasta el ribosoma.
Define con tus palabras qué es un codón y cuántos nucleótidos lo forman. Indica también cómo se llama la molécula de ARN que lleva los codones hasta el ribosoma.
Transcripción: copiar el gen en ARNm
Para transcribir, la doble hélice se abre en la zona del gen. Solo una de las dos cadenas sirve de cadena molde. Una enzima, la ARN polimerasa, va uniendo nucleótidos de ARN siguiendo la complementariedad de bases.
| Base en la cadena molde de ADN | Base que se coloca en el ARNm |
|---|---|
| A | U |
| T | A |
| C | G |
| G | C |
El ARN no tiene timina (T): en su lugar lleva uracilo (U), que se aparea con la adenina.
Las dos cadenas son antiparalelas. La cadena molde se lee de 3' a 5' y el ARNm se construye de 5' a 3'. Por eso, cuando te dan la molde como 3'-…-5', el ARNm sale escrito como 5'-…-3'.
Prueba con otras secuencias y mira cómo se completa la cadena complementaria:
Una cadena molde de ADN tiene la secuencia 3'-TACGGATTC-5'. Escribe la secuencia del ARN mensajero que se obtiene al transcribirla y separa el resultado en codones.
Una cadena molde de ADN tiene la secuencia 3'-TACGGATTC-5'. Escribe la secuencia del ARN mensajero que se obtiene al transcribirla y separa el resultado en codones.
El código genético
El ARNm es una secuencia de cuatro letras (A, U, G, C) y las proteínas usan 20 aminoácidos. ¿Cómo se traduce un alfabeto en otro? Si cada letra valiera por un aminoácido, solo habría 4. Con parejas de bases habría $4^2 = 16$, todavía pocas. Con tres bases hay $4^3 = 64$ combinaciones, suficientes para los 20 aminoácidos y las señales.
Un codón es un grupo de tres nucleótidos consecutivos del ARNm. Cada codón corresponde a un aminoácido o a una señal. El conjunto de estas correspondencias es el código genético.
Cómo usar la tabla: busca la 1.ª base en la fila, la 2.ª en la columna, y dentro de la casilla elige la 3.ª base. Las cuatro respuestas de cada casilla corresponden a la 3.ª base en el orden U, C, A, G.
| 1.ª base | 2.ª base U | 2.ª base C | 2.ª base A | 2.ª base G |
|---|---|---|---|---|
| U | Phe, Phe, Leu, Leu | Ser, Ser, Ser, Ser | Tyr, Tyr, Stop, Stop | Cys, Cys, Stop, Trp |
| C | Leu, Leu, Leu, Leu | Pro, Pro, Pro, Pro | His, His, Gln, Gln | Arg, Arg, Arg, Arg |
| A | Ile, Ile, Ile, Met (inicio) | Thr, Thr, Thr, Thr | Asn, Asn, Lys, Lys | Ser, Ser, Arg, Arg |
| G | Val, Val, Val, Val | Ala, Ala, Ala, Ala | Asp, Asp, Glu, Glu | Gly, Gly, Gly, Gly |
Abreviaturas: Met = metionina, Phe = fenilalanina, Leu = leucina, Ser = serina, Tyr = tirosina, Cys = cisteína, Trp = triptófano, Pro = prolina, His = histidina, Gln = glutamina, Arg = arginina, Ile = isoleucina, Thr = treonina, Asn = asparagina, Lys = lisina, Val = valina, Ala = alanina, Asp = ácido aspártico, Glu = ácido glutámico, Gly = glicina.
Ejemplos de lectura: UGG → fila U, columna G, 4.ª posición (G) → Trp. GCA → fila G, columna C, 3.ª posición (A) → Ala.
Tres señales importantes:
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AUG es el codón de inicio: la traducción empieza ahí y codifica metionina.
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UAA, UAG y UGA son codones de terminación (Stop): no codifican ningún aminoácido y le indican al ribosoma que la proteína está completa.
Propiedades del código
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Degenerado o redundante: varios codones distintos pueden codificar el mismo aminoácido. Por ejemplo, GCU, GCC, GCA y GCG dan todos alanina.
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No ambiguo: cada codón significa un solo aminoácido (o una señal). Nunca hay dudas al leerlo.
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Prácticamente universal: casi todos los seres vivos, desde una bacteria hasta un araguato, usan la misma tabla.
El código genético se describe como degenerado o redundante. Explica qué significa esto usando como ejemplo los codones GCU, GCC, GCA y GCG, que codifican el mismo…
El código genético se describe como degenerado o redundante. Explica qué significa esto usando como ejemplo los codones GCU, GCC, GCA y GCG, que codifican el mismo aminoácido, la alanina. Indica además qué ventaja puede tener esta característica.
Traducción: armar la proteína en el ribosoma
El ARNm sale del núcleo por los poros nucleares y se une a un ribosoma en el citoplasma. Allí ocurre la traducción:
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El ribosoma recorre el ARNm hasta encontrar el primer AUG (codón de inicio). Lo que está antes del AUG no se traduce.
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A partir del AUG se lee de tres en tres, sin saltarse ni repetir bases. Esta forma de agrupar es el marco de lectura.
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Moléculas de ARN de transferencia (ARNt) traen los aminoácidos. Cada ARNt tiene un anticodón, complementario del codón, que le permite reconocer el lugar que le corresponde.
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Los aminoácidos se unen formando una cadena (la proteína).
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Al llegar a un codón de terminación, la cadena se libera y termina la síntesis. El codón Stop no añade ningún aminoácido.
Un fragmento de ARN mensajero tiene la secuencia 5'-AUG GCU UGG AAA UAA-3'. Con ayuda de la tabla del código genético, escribe la secuencia de aminoácidos que se forma…
Un fragmento de ARN mensajero tiene la secuencia 5'-AUG GCU UGG AAA UAA-3'. Con ayuda de la tabla del código genético, escribe la secuencia de aminoácidos que se forma al traducirlo e indica qué función cumple el último codón.
Una cadena molde de ADN tiene la secuencia 3'-TACTTTCGGATT-5'. Transcríbela a ARN mensajero y luego tradúcela a aminoácidos con la tabla del código genético. Presenta…
Una cadena molde de ADN tiene la secuencia 3'-TACTTTCGGATT-5'. Transcríbela a ARN mensajero y luego tradúcela a aminoácidos con la tabla del código genético. Presenta cada paso por separado.
Gabriela debe analizar un fragmento de ARN mensajero: 5'-GCAUGAAGUUUCGAUAGCC-3'. Explica por qué la traducción no comienza en el primer nucleótido, localiza el codón de…
Gabriela debe analizar un fragmento de ARN mensajero: 5'-GCAUGAAGUUUCGAUAGCC-3'. Explica por qué la traducción no comienza en el primer nucleótido, localiza el codón de inicio, escribe los codones que se leen a partir de él hasta el codón de terminación y determina la secuencia de aminoácidos resultante. Finalmente, indica cuántos nucleótidos del fragmento quedan sin traducirse.
Cuando el mensaje cambia: mutaciones puntuales
Una mutación puntual es el cambio de una sola base en el ADN. Se transcribe y se traduce como cualquier otra secuencia, así que puedes saber su efecto comparando el antes y el después. Hay tres casos:
| Tipo | Qué pasa | Efecto en la proteína |
|---|---|---|
| Silenciosa | El codón nuevo codifica el mismo aminoácido | Ninguno (gracias al código degenerado) |
| Cambio de sentido | El codón nuevo codifica otro aminoácido | Un aminoácido distinto; la proteína puede funcionar peor o igual |
| Sin sentido | El codón nuevo es un Stop | La cadena se corta antes de tiempo |
Para resolver un problema sobre una mutación, sigue estos pasos: transcribe y traduce la secuencia original, transcribe y traduce la modificada y compara las cadenas de aminoácidos. Recuerda que el cambio se hace en el ADN molde, y que el ARNm cambia en la base complementaria de esa misma posición.
Un fragmento de gen tiene la cadena molde 3'-TACCACGGTATC-5'. Un cambio en la tercera base (la citosina de TAC CAC...) no, sino en la cuarta base de la cadena molde: la…
Un fragmento de gen tiene la cadena molde 3'-TACCACGGTATC-5'. Un cambio en la tercera base (la citosina de TAC CAC...) no, sino en la cuarta base de la cadena molde: la C pasa a ser T. Transcribe y traduce tanto la secuencia original como la modificada, compara las cadenas de aminoácidos obtenidas y clasifica la mutación como silenciosa, de cambio de sentido o sin sentido, justificando tu respuesta.
Resumen
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El ADN se queda en el núcleo; el ARNm lleva una copia del gen al citoplasma.
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Transcripción (núcleo): la cadena molde se copia en ARNm con A–U, T–A, C–G y G–C. No lleva T, lleva U.
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El codón son 3 nucleótidos del ARNm que codifican un aminoácido o una señal. El código es degenerado, no ambiguo y casi universal.
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Traducción (ribosoma): se lee desde el primer AUG (Met) en codones de tres, con ayuda del ARNt, hasta un codón Stop (UAA, UAG, UGA).
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Una mutación puntual puede ser silenciosa, de cambio de sentido o sin sentido: compara las proteínas antes y después.
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Vuelve al principio: la «receta» está en el orden de las bases del gen. Se copia al ARNm y los ribosomas la leen en codones, de modo que ese orden determina el de los aminoácidos en cada proteína.