Regulación jurídica de las biotecnologías
Profesora: Dra. Teodora Zamudio ~
Equipo de docencia e investigación

Editado para l@s alumn@s de la U.B.A.-Derecho

 

 

- 2. La transcripción y la traducción
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þPresupuestos & Condiciones de contorno

þHipótesis iniciales

Ud. está en esta Unidad pedagógica

1. Bases biológicas

otras Clases de esta Unidad Componentes y Evolución del mundo viviente
A- La materia inerte y los seres vivos
- 1. La célula
- 2. Las moléculas marginales de la biología
Sistematización biológica
B- Reproducción, herencia y evolución
Reproducción celular
Reproducción de los organismos vivos
- 1. Particulares de los reinos biológicos
- 2. Particularidades del Homo sapiens sapiens
C- La química de la herencia y la genética molecular
ADN nuclear
- 1. La replicación del ADN
- 2. La transcripción y la traducción
Otras organizaciones y expresiones génicas
Interacciones génicas
Genoma Humano
Anormalidades cromosomáticas
D- Selección natural y variabilidad
- 1. Evolución de los caracteres morfológicos
- 2. Caracteres culturales de la evolución
 

2. Herramientas biotecnológicas

3. Biodiversidad

4. Ecología/Alimentación

5. Genoma Humano

6. Economía

7. Análisis ético y bio-ético

Índice de esta clase:

- Cronograma celular

- Transcripción del ADN

- Traducción del ARN

- Expresión del ADN mitocondrial

- El producto: las proteínas.

 

 

Cronograma celular

Todas las actividades bioquímicas de la célula viva, incluyendo la multitud de reacciones sintéticas que producen sus moléculas constituyentes (carbohidratos, lípidos y proteínas) dependen de diferentes enzimas específicas; aún la síntesis de enzimas depende de enzimas[1], cuya especificidad es el resultado de su estructura primaria: la secuencia líneal de aminoácidos en la molécula. El cómo y cuándo se construye esa estructura es responsabilidad del ADN[2].

Transcripción del ADN

Cuando una parte de la información contenida en la molécula de ADN debe ser utilizada en el citoplasma de la célula para la construcción de las proteínas, ella es transcrita bajo la forma de una pequeña cadena de ácido ribonucléico: el ARN mensajero (ARNm) utilizando las mismas correspondencias de base que el ADN visto anteriormente, pero con la diferencia ya señalada de que la timina es reemplazada por el uracilo. Uno a uno se van añadiendo los ribonucleótidos trifosfato en la dirección 5´a 3´, usando de molde sólo una de las ramas de la cadena de ADN y a la ARN polimerasa como catalizador.

La operación de trascripción no puede tener lugar salvo que dos secuencias particulares estén presentes en el ADN: la promotora al comienzo de la secuencia, que es distinta en las eucariotas y en los procariotas, y la de corte propiamente dicha -conocida como cola de poli A (compuesto de hasta 200 nucleótidos de adenina)-, que en las procariotas sólo existe al final de la secuencia. Las eucariotes presentan en esta región una señal que induce la cópula de un precursor más grande.

Gráfico 1 Asociación asimétrica de nucleótidos.

Fuente: The Tech M.I.T.

Puesto que los pares de bases se asocian asimétricamente (tomando como referencia el esqueleto de fosfato-azúcar), un surco entre los hilos es más ancho que el otro.

Éstos se llaman: el surco principal y el de menor importancia. Ambos proporcionan oportunidades para las interacciones de las base-específicas, pero el surco principal satisface mejor esa tarea y se observa más a menudo como el sitio obligatorio y primario para comenzar las transcripciones.

Traducción del ARN

La información genética llevada por el ARNm deberá ser traducida en el citoplasma por una fábrica de proteínas: el ribosoma (éste está compuesto por varios tipos de proteínas más una forma de ARN, denominado ARN ribosómico). En el ribosoma no se podrá comenzar la lectura de un mensajero mas que por una secuencia particular, distinta en las eucariotes y en las procariotas. Asido el ARNm en el ribosoma, el tercer tipo de ARN -ARN de transferencia (ARNt)- entra en acción.

Gráfico 2 Engrosamiento o "splicing" del ARNm

Procesamiento de un preARNt en eucariontes

Splicing alternativo

Procesamiento de una molécula de ARNm en eucariontes

Existen muchos tipos de ARNt y cada uno es capaz de reconocer determinados grupos de tres bases (codones) del ARNm. A cada triplete de nucleótidos, los ARN de transferencia hacen corresponder uno de los veinte aminoácidos[3] que constituyen las mayores cadenas polipéptidas, las proteínas.  La información es inscripta de un trazo en el ADN bacteriano[4], pero en los organismos superiores se ha descubierto hace una decena de años que la información genética constituye un mosaico en los que la información útil es interrumpida por secuencias no codificantes, aparentemente inútiles, llamadas intrones (las secuencias codificantes son llamadas exones).En la célula eucariote, en principio, el ARNm transcribe todo, intrones incluídos.

Las secuencias supernumerarias formarán los lazos que serán cortados al mismo tiempo que los pedazos útiles del ARN serán recolectados. Este proceso es llamado engrosado (el cual puede dar origen a más de una forma diferente de empalme o empalmes alternativos de los que puede resultar la formación de más de un polipéptido funcional, a partir de una trascripción inicialmente idéntica[5]); recién entonces, la molécula engrosada de ARN mensajero maduro atraviesa la membrana nuclear por los poros nucleares, ayudada por proteínas particulares de ribo-núcleo-proteínas (RNP´s m).

 En resumen, hasta aquí ...

Gráfico 3. Trascripción y traducción del ADN en la célula eucariota
CÉLULA EUCARIOTA

Fuente: Lourdes Luengo

 

 detalle

Ê TRANSCRIPCIÓN

Fuente: Lourdes Luengo

Ê TRADUCCIÓN

Fuente: Lourdes Luengo

 

Expresión del ADN mitocondrial

El genoma mitocondrial contiene un total de 37 genes de los cuales

Ø 13 genes que codifican para ARNs mensajeros, y por lo tanto para 13 proteínas.

Ø 22 genes que codifican para 22 tARNs (ARNs de transferencial) y 2 genes que codifican para dos rRNAs mitocondriales (RNAs ribosómicos).

Además de las proteínas que la mitocondria puede sintetizar por si misma, necesita importar algunas otras sintetizadas en el núcleo.

De igual forma, los lípidos que forman las membranas externa e interna de la mitocondria son importadas.

[ver próxima clase ADN mitocondrial]

 

El producto: las proteínas.

El código genético consiste en 64 combinaciones de triples (codones) y sus aminoácidos correspondientes. A continuación se detallan los codones que aparecerían en una molécula de ARN mensajero: 61 codifican para aminoácidos y 3 son señales de detención. Como los aminoácidos son sólo veinte, existen tripletes “sinónimos” [ver Cuadro 1]

Asimismo, a este fenónemo llamado degeneración del código (expresión para describir los estados múltiples de los tripletes) que, de hecho, puede producir cierta ambigüedad en la lectura de los codones, debe agregarse la existencia de las secuencias no codificantes, y, en las eucariotes, las secuencias repetidas, las interacciones y las recombinaciones espontáneas entre los genes. Luego de la iniciación, la traducción -que siempre se llevará a cabo por la lectura de un triplete o codón (tres bases) por vez- no trae problemas de especie, el código genético es universal y determina la relación que existe en el ámbito de la traducción entre series de nucleótidos o codones y los aminoácidos (vale siempre para el ADN citoplásmico). El flujo de información va del ADN al ARN mensajero y de allí, finalmente, a formar la proteína, con la importante diferencia –ya apuntada- entre las procariotas y las eucariotes.

Las proteínas están configuradas por cadenas polipéptidas, esto es aminoácidos asociados químicamente y  plegados de manera específica. [ver Cuadro 2]

Cuadro 1 Combinaciones de triples y sus correlativos aminoácidos.

Cuadro 2 Características de los aminoácidos.

 

En el cuadro a la derecha, la fórmula química de los aminoácidos (en color negro la parte común, mientras que en color azul puede verse la parte variable, que da a los aminoácidos distinto comportamiento: naranja = aminoácidos hidrófobos; verde = aminoácidos polares; magenta = aminoácidos ácidos; ciano = aminoácidos básicos

Fuente: Lourdes Luengo

Las proteínas han tenido una significativa importancia, como guía del diseño genético, en el momento del cartografiado del genoma de los organismos.

El  primer genoma cuya secuencia completa de nucleótidos fue conocida, fue la del ADN del bacteriófago j X174, descubierto por Frederick Sanger, lo que le valió su segundo premio Nóbel, en 1980. Cuando comenzó, los enunciados básicos eran:

Gráfico 4 Código genético de bacteriofago j X174


Un segmento de ADN de un  j X174, mostrando una porción de los genes para las proteínas D y E. El gen completo para E está dentro del gen de D, que no tiene ninguna relación con la anterior

Øa cada triplete corresponde un aminoácido de la cadena correspondiente a cada proteína;

Øse sabía que el ADN del j X174 contenía 5.375 nucleótidos;

Øse sabía que este ADN codificaba para nueve proteínas, y también

Øse conocía el número de aminoácidos de cada una de ellas.

Según el código de tripletes, la cantidad de ADN era insuficiente para codificar todas sus proteínas; las leyes básicas de la biología molecular parecían ser refutadas.  Sin embargo la teoría quedó confirmada por el hecho, desconocido hasta entonces, de la superposición de genes, en otras palabras las mismas regiones del ADN codifican para distintas proteínas pero usando diferentes pautas de lecturas. [Ver Gráfico 4].

 

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NOTAS:

[1] La enzima es una proteína globular -tal como se explicó en la nota 12- que acelera las reacciones químicas, cada enzima lo hace sobre una sustancia en particular: es un catalizador que opera disminuyendo la energía de activación del modo necesario para una reacción al formar una asociación pasajera con las moléculas con las que reacciona -llamadas sustrato-, también puede debilitar los enlaces químicos existentes, facilitando la formación de nuevos; como resultado, la reacción ocurre más rápidamente. El nombre de cada tipo de enzima está dado por el sustrato sobre el que actúa + el sufijo -asa (v.gr., la sacarasa es la enzima que actuando sobre la sacarosa, cataliza para glucosa y fructuosa)

[2] En 1941, el equipo formado por los científicos Edward Tatum y George Beadle, a la sazón en el laboratorio establecido en 1909 por Thomas Morgan en la Universidad de Columbia, cuna de la genética norteamericana, pudo establecer, sobre la evidencia de los experimentos realizados en un moho rojo del pan -la Neurospora crassa-, que las mutaciones genéticas daban como resultado la pérdida de la capacidad para sintetizar diferentes aminoácidos. Estos experimentos, sumados a la evidencia circunstancial dada por la abundancia de ARN en el citoplasma -lugar donde se lleva a cabo la mayor parte de los procesos de síntesis de proteínas-, llevaron a Francis Crick a establecer el llamado “dogma central” de la genética molecular: la información genética contenida en el ADN fluye hacia el ARN, el que a su vez específica proteínas, un camino de una sola vía que permite afirmar la influencia del genotipo (ADN) sobre el fenotipo, al dictar la secuencia de las proteínas; sin embargo, éstas no alteran el genotipo, es decir, las proteínas no envían instrucciones al genotipo. La excepción al dogma central es un proceso conocido como trascripción  inversa, en la cual la información codificada por ciertos virus de ARN se transcribe a ADN.

[3] Los aminoácidos son ácidos en los cuales uno o más átomos de carbono tienen un grupo amino (derivado del amoníaco en el que uno o más átomos de hidrógeno se han sustituído por radicales hidrocarbonados), de los 70 conocidos, sólo 20 se encuentran en las proteínas y ellos son:

no polares

alanina   valina   isoleucina   leucina   metionina   fenilalania   prolina   triptofano

polares

asparagina   cisteína   glutamina   glicina   serina   treonina  triosina

de carga  +

arginina    lisina    histidina

de carga  -

ac. aspártico      ac.glutámico

[Ver Cuadro2 -en el texto- para sus fórmulas químicas]

[4] Un conjunto de tripletes dispuestos linealmente a lo largo del ADN y transcriptos secuencialmente en una sola operación constituye una unidad de trascripción u operón.

[5] Por ejemplo, el mismo ARNm nuclear es procesado en las células de la glándula tiroides de modo tal que traduce a la hormona peptídica calcitonina, y en las de la glándula pituitaria, el engrosado, que elimina cinco intrones -incluyendo uno que en la tiroides se retenía como exón-, traduce a una hormona diferente: la CGRP.