El Código Genético: La Clave de la Información Hereditaria
La información contenida en el ADN está determinada por la secuencia de nucleótidos. Watson y Crick señalaron que esta secuencia de nucleótidos debía determinar la secuencia de aminoácidos de la proteína. Por lo tanto, debe existir una relación entre los nucleótidos (bases) del ARNm y los aminoácidos de la proteína; esa relación constituye el código genético. El código genético permite transformar la información genética que está codificada en un lenguaje de 4 letras (A, G, C, U) a un lenguaje de 20 letras distintas: los aminoácidos. Gamow formuló la hipótesis de que el código genético está formado por tripletes de nucleótidos, codones, cada uno de los cuales codifica un aminoácido. El razonamiento que realizó fue el siguiente:
- Si los codones estuviesen formados por una sola base, solo habría 4 codones distintos. Como hay 20 aminoácidos distintos, un mismo codón tendría que determinar varios aminoácidos, lo cual haría que una misma información se tradujese de forma diferente.
- Si los codones estuviesen formados por dos bases, el número de codones diferentes sería VR24 = 42 = 16, con lo cual pasaría lo mismo.
- Si los codones están formados por 3 bases, el número de ellos sería 43 = 64, suficientes para que haya codones diferentes para codificar todos los aminoácidos.
El código genético podemos definirlo como el conjunto de tripletes de nucleótidos del ARNm, denominados codones, que codifican todos los aminoácidos. Presenta las siguientes características:
- El código es universal, es decir, es igual en todos los seres vivos. Por lo tanto, un determinado codón codifica el mismo aminoácido en todos los organismos. Esto es una prueba del origen común de todos los seres vivos.
- El código está degenerado, es decir, hay más codones que aminoácidos, lo que significa que un mismo aminoácido está determinado por más de un codón. Los codones distintos que codifican un mismo aminoácido se llaman sinónimos. Además, hay 3 codones que no codifican aminoácidos y se llaman codones sin sentido o mudos; determinan el final de la síntesis y hay un codón (AUG) que codifica la metionina y determina el inicio. El que haya codones sinónimos puede resultar ventajoso, ya que si se produce algún cambio en algún nucleótido (mutación) puede no tener consecuencias.
- No presenta solapamiento. Los codones se disponen linealmente unos a continuación de otros sin que entre ellos haya espacios ni se solapen. Se leen en un único sentido 5’®3’.
Traducción: De la Información del ARN a la Síntesis de Proteínas
Es el proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm se traduce en una determinada secuencia de aminoácidos. En este proceso interviene el ARNt, que se encarga de transportar los aminoácidos, que están libres en el citoplasma, hasta los ribosomas y allí son dispuestos en el orden que determinan los codones del ARNm. Los ARNt tienen un triplete de bases denominadas anticodón que es complementario con algún codón del ARNm; este triplete anticodón es el que va a determinar qué aminoácido se une a cada ARNt. Estos aminoácidos se unen al ARNt por el extremo 3′, que se localiza en el brazo aceptor. La traducción ocurre en los ribosomas y es similar en los procariotas y en los eucariotas. En él se diferencian varias etapas:
Activación de los Aminoácidos
Ocurre en el citoplasma. En este proceso, los aminoácidos que van a formar las proteínas se unen con los correspondientes ARNt por su brazo aceptor, formándose los complejos aminoacil-ARNt. Esta etapa requiere energía que se obtiene de la hidrólisis del ATP y está catalizada por una enzima específica para cada aminoácido llamada aminoacil-ARNt-sintetasa.
Inicio de la Síntesis
Para que comience la síntesis de proteínas hacen falta dos señales de iniciación: la caperuza de metil guanosina del ARNm, que indica al ribosoma por qué extremo se empieza a leer el ARNm, y el triplete iniciador AUG, que codifica el primer aminoácido. Por lo tanto, la traducción comienza por el triplete AUG más próximo a la caperuza.
-En primer lugar, el ARNm por el extremo 5’ se une a la subunidad menor del ribosoma. La síntesis se inicia cuando aparece el codón iniciador (AUG), ya que entonces el primer aminoacil-ARNt, cuyo anticodón sea complementario con este codón iniciador, se unirá a él por puentes de hidrógeno, formándose el complejo de iniciación. Siempre el primer aminoacil-ARNt es el que lleva el aminoácido metionina.
-Este proceso está catalizado por factores de iniciación (FI), en él se consume energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP. Al final de esta etapa, al complejo de iniciación se le une la subunidad mayor del ribosoma formándose el ribosoma completo y funcional.
En el ribosoma existen dos sitios de fijación en los que se unen los aminoacil-ARNt:
- El sitio P o peptidil es el lugar de unión del primer aminoacil-ARNt. En este lugar es donde se localiza el ARNt que lleva unida la cadena peptídica en formación.
- El sitio A o aminoacil, que es donde se unirán los nuevos aminoacil-ARNt.
Fase de Elongación de la Cadena Peptídica
Alargamiento de la cadena peptídica por la unión de sucesivos aminoácidos. Es un proceso cíclico que se repite hasta que termina la traducción. En cada uno de estos ciclos se diferencian tres fases sucesivas:
-Primera fase: El sitio P está ocupado inicialmente por el ARNtMet, y al sitio A, que está vacío, llega el siguiente aminoacil-ARNt cuyo anticodón es complementario al siguiente codón del ARNm; este traerá su correspondiente aminoácido. En esta etapa se necesita energía que se obtiene de la hidrólisis del GTP e interviene un factor de elongación (FE-1).
-Segunda fase: Ahora se rompe el enlace entre el aminoácido y el ARNt que está situado en el sitio P, y entre este aminoácido y el aminoácido que está unido al ARNt que se encuentra en el sitio A se forma un enlace peptídico. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidil transferasa. El resultado es la formación de un dipéptido unido a un ARNt que se aloja en el sitio A, mientras que en el sitio P queda un ARNt sin aminoácido.
-Tercera fase: Gracias a la intervención de un segundo factor de elongación (FE-2) y a la energía del GTP, el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos a lo largo del ARNm en sentido 5′-3′. Este desplazamiento provoca la salida del ARNt libre situado en el sitio P y la translocación del complejo peptidil-ARNt-ARNm del sitio A al sitio P, con lo cual el sitio A queda vacío y dispuesto a recibir a otro aminoacil-ARNt.
Terminación
La síntesis termina cuando después de la última translocación aparece en el sitio A uno de los codones de terminación (UAA, UAG o UGA), ya que no hay ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario con estos codones. Al codón de terminación se le une un factor de terminación (RF) que hace que la peptidil transferasa, por hidrólisis, separe la cadena peptídica recién formada del ARNt, provoca la salida del ARNt libre, del ARNm y la separación de las dos subunidades del ribosoma. En esta etapa se gasta energía que procede del GTP.
Tanto en eucariotas como en procariotas, el ARNm puede ser leído por varios ribosomas a la vez, formándose un polisoma; como consecuencia, se sintetizan varias moléculas de la misma proteína. La proteína, a medida que va saliendo del ribosoma, va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria.
El ARNm, una vez leído por los ribosomas, se destruye, por lo que dura muy poco tiempo.