Un Gen, Una Enzima
La hipótesis «un gen, una enzima», propuesta inicialmente, establecía que un gen contenía la información necesaria para que los aminoácidos se unieran en un orden específico y formaran una enzima. Posteriormente, se modificó a «un gen, una cadena polipeptídica», ya que no todas las proteínas son enzimas y algunas están formadas por más de una cadena polipeptídica.
Organismos Procariotas y Eucariotas
Procariotas
En los organismos procariotas, los plásmidos son moléculas de ADN circulares más pequeñas que el cromosoma, con capacidad de replicarse independientemente.
Eucariotas
El genoma de los eucariotas es más complejo que el de los procariotas debido a:
- Mayor cantidad de ADN.
- Presencia de ADN repetitivo.
- Genes fragmentados en intrones (secuencias que se transcriben pero no se traducen) y exones (secuencias que se transcriben y se traducen).
- ADN asociado a proteínas histonas para formar los cromosomas.
Flujo de Información Genética
El proceso de formación de ARN se llama transcripción, mientras que la síntesis de una cadena polipeptídica se denomina traducción.
Gracias a la complementariedad de bases nitrogenadas, el ADN se replica y se transcribe a ARNm, que luego se traduce mediante los ARNt y ARNr.
Excepciones al Dogma Central
- Algunos virus con ARN como material genético poseen la enzima ARN replicasa.
- Los retrovirus, con ARN como material genético, utilizan la enzima transcriptasa inversa para sintetizar ADN a partir de ARN (retrotranscripción).
Síntesis del ARN: Transcripción
La transcripción requiere:
- Una cadena de ADN molde (informativa o codificante).
- Enzimas ARN polimerasas:
- ARN polimerasa I: síntesis de ARNr.
- ARN polimerasa II: síntesis de ARNm.
- ARN polimerasa III: síntesis de ARNt y ARNr pequeño.
- Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C y U.
Etapas de la Transcripción
- Iniciación: La ARN polimerasa reconoce los centros promotores en el ADN, indicando la cadena molde.
- Elongación: La ARN polimerasa lee la cadena molde en sentido 3′-5′ y sintetiza ARN en sentido 5′-3′. En eucariotas, se añade una caperuza de metil-guanosin-fosfato al extremo 5′ del ARN.
- Terminación:
- Procariotas: Señal de terminación con secuencias palindrómicas de G y C.
- Eucariotas: Señal de poliadenilación transcrita, seguida de la adición de una cola poli-A (≈200 nucleótidos de adenina) al extremo 3′.
Maduración del ARN
Procariotas
- ARNm: No madura.
- ARNt y ARNr: Sí maduran.
Eucariotas
La maduración es más compleja debido a la presencia de intrones y exones en los genes. El ARNm transcrito primario (pre-ARNm) contiene ambos. Los intrones se eliminan durante el proceso de splicing. Un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, generando distintas proteínas (splicing alternativo).
El Descubrimiento del Código Genético
El código genético es el lenguaje que traduce la información del ADN a proteínas. Se compone de codones, tripletes de bases nitrogenadas que codifican un aminoácido específico. El código genético es universal (con excepciones en mitocondrias, bacterias y protozoos) y apoya la teoría de la evolución.
Características del Código Genético
- Universal: Con excepciones.
- Degenerado: La mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón.
- No presenta imperfección: Ningún codón codifica más de un aminoácido.
- Carece de solapamiento: Los codones se leen de forma lineal y continua, sin compartir bases nitrogenadas.
El Proceso de Traducción
La traducción se lleva a cabo en los ribosomas y requiere:
- Ribosomas.
- ARNm con la información para la proteína.
- Aminoácidos.
- ARNt que transportan los aminoácidos.
- Enzimas y energía.
ARN de Transferencia (ARNt)
Los ARNt transportan los aminoácidos al ribosoma. Poseen dos zonas importantes:
- Anticodón: Tres bases complementarias al codón del ARNm.
- Extremo 3′: Lugar de unión al aminoácido.
Activación de los Aminoácidos
Unión de un aminoácido al ARNt mediante la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa, formando un aminoacil-ARNt. Requiere energía (ATP).
Síntesis de Proteínas
Iniciación
La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm en el codón de inicio (AUG). El primer aminoacil-ARNt (con el anticodón UAC y unido a metionina o formil-metionina) se une al sitio P del ribosoma.
Elongación
Un segundo aminoacil-ARNt se une al sitio A. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos en los sitios P y A. El ribosoma se transloca a lo largo del ARNm, el ARNt del sitio P se mueve al sitio E y sale del ribosoma, y el ARNt del sitio A (ahora con el dipéptido) se mueve al sitio P. El proceso se repite.
Terminación
El ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UAG o UGA). Los factores de liberación se unen al sitio A y provocan la liberación de la cadena polipeptídica.
Polirribosomas (Polisomas)
Un ARNm puede ser traducido por varios ribosomas simultáneamente.
En procariotas, la transcripción y la traducción son simultáneas.
Las tres etapas de la síntesis de proteínas requieren energía (GTP).