El flujo de información dentro de
la célula
2. 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.
3. 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.
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 adición
de ribonucleótidos al extremo 3´ de la cadena de RNA, de modo que esta última
es antiparalela a la cadena molde de DNA.
Para tener en cuenta
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.
Procesamiento
del mRNA en eucariontes (Para conocer un poco más)
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 splicing se
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 como catalizador de la escisión, produciendo un empalme
autocatalítico. A este RNA con función de enzima se lo llama ribozima.
La traducción: del RNA al polipéptido
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.
Síntesis de un polipéptido en procariontes (otro
dato)
(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 la hidrólisis del GTP por parte del factor de elongación,
que luego se disocia, lo 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.
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