Del ADN a la Proteína

El flujo de información genética en las células del ADN al ARNm a la proteína se describe por el dogma central, que establece que los genes especifican la secuencia de los ARNm, que a su vez especifican la secuencia de los aminoácidos que componen todas las proteínas. La decodificación de una molécula a otra se realiza mediante proteínas y ARN específicos. Debido a que la información almacenada en el ADN es tan importante para la función celular, tiene sentido intuitivo que la célula haría copias de ARNm de esta información para la síntesis de proteínas, manteniendo el ADN mismo intacto y protegido. La copia de ADN a ARN es relativamente sencilla, con un nucleótido que se añade a la cadena de ARNm para cada nucleótido leído en la cadena de ADN. La traducción a proteína es un poco más compleja porque tres nucleótidos de ARNm corresponden a un aminoácido en la secuencia de polipéptidos. Sin embargo, la traducción proteica es todavía sistemática y colineal, tal que los nucleótidos 1 a 3 corresponden al aminoácido 1, los nucleótidos 4 a 6 corresponden al aminoácido 2, y así sucesivamente.

El Código genético es degenerado y universal

Cada aminoácido se define por una secuencia de tres nucleótidos llamada codón o triplete. Dados los diferentes números de “letras” en los “alfabetos” del ARNm y las proteínas, los científicos teorizaron que los aminoácidos individuales deben estar representados por combinaciones de nucleótidos. Los dobletes de nucleótidos no serían suficientes para especificar cada aminoácido porque sólo hay 16 combinaciones posibles de dos nucleótidos (4²). En contraste, hay 64 posibles tripletes de nucleótidos (4³), que es mucho más que el número de aminoácidos. Los científicos teorizaron que los aminoácidos estaban codificados por tripletes de nucleótidos y que el código genético era “degenerado”. En otras palabras, un aminoácido dado podría ser codificado por más de un triplete de nucleótido. Esto fue confirmado experimentalmente más tarde: Francis Crick y Sydney Brenner usaron el químico mutágeno proflavina para insertar uno, dos o tres nucleótidos en el gen de un virus. Cuando se insertaron uno o dos nucleótidos, no se produjeron las proteínas normales. Cuando se insertaron tres nucleótidos, la proteína fue sintetizada y funcional. Esto demostró que los aminoácidos deben ser especificados por grupos de tres nucleótidos. Estos tripletes de nucleótidos se llaman codones. La inserción de uno o dos nucleótidos cambió completamente el marco de lectura del triplete, alterando así el mensaje para cada aminoácido subsiguiente. Aunque la inserción de tres nucleótidos hizo que se insertara un aminoácido adicional durante la traducción, se mantuvo la integridad del resto de la proteína.

Además de los codones que instruyen la adición de un aminoácido específico a una cadena de polipéptidos, tres de los 64 codones terminan la síntesis de proteínas y liberan el polipéptido de la maquinaria de traducción. Estos tripletes se llaman codones sin sentido o codones de parada. Otro codón, AUG, también tiene una función especial. Además de especificar el aminoácido metionina, también sirve como codón de inicio para iniciar la traducción. El marco de lectura para la traducción es establecido por el codón de inicio AUG cerca del extremo de 5′ del ARNm. Después del codón de inicio, el ARNm se lee en grupos de tres nucleótidos hasta que se encuentra un codón de parada.

La especificación de un solo aminoácido por múltiples codones similares se llama "degeneración". Se cree que la degeneración es un mecanismo celular para reducir el impacto negativo de las mutaciones aleatorias. Los codones que especifican el mismo aminoácido normalmente sólo difieren por un nucleótido. Además, los aminoácidos con cadenas laterales químicamente similares están codificados por codones similares. Por ejemplo, el aspartato (Asp) y el glutamato (Glu), que ocupan el bloque GA*, están cargados negativamente. Este matiz del código genético asegura que una mutación de sustitución de un solo nucleótido podría especificar el mismo aminoácido pero no tener ningún efecto o especificar un aminoácido similar, evitando que la proteína se haga completamente no funcional.

El código genético es casi universal. Con pocas excepciones menores, prácticamente todas las especies utilizan el mismo código genético para la síntesis de proteínas. La conservación de codones significa que un ARNm purificado que codifica la proteína globina en caballos podría ser transferido a una célula de tulipán, y el tulipán sintetizaría la globina de caballo. Que sólo haya un código genético es una poderosa evidencia de que toda la vida en la Tierra comparte un origen común, especialmente considerando que hay cerca de 10⁸⁴ combinaciones posibles de 20 aminoácidos y 64 codones.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Biología 2e, Capítulo 15.1: El Código Genético.