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EDUCACIÓN
Código Genético
Introducción
Durante muchos años el hombre
se ha interesado por descubrir los secretos de la herencia.
Mediante largos y difíciles
estudios se descubrió la existencia del ADN y ARN y su importancia
para la genética; al hablar de los mismos se hace referencia a la síntesis
de las proteínas que van a determinar las características genotípicas
y fenotípicas del organismo.
A través del
desarrollo del presente trabajo estudiaremos el proceso de la
sintetización de proteínas y la transferencia del código genético.
Hemos visto como Watson
y Crick realizaron brillantemente la tarea de dilucidar la estructura
del ADN y la forma en que este se duplica. Pero si el ADN es
responsable de la transmisión de la información genética, debe ser
capaz, no solo de reproducirse, con lo cual se consigue conservar esta
información de padres a hijos sino también debe poder transmitirla.
¿Cuál es el mecanismo por el que el ADN dirige la síntesis de las
sustancias del organismo? En particular ¿Cómo controla la síntesis
de las proteínas, las más complicadas e importantes de todas?
Se pensó primero en
algún tipo de mecanismo similar al de la auto duplicación del ADN,
pero no fue posible encontrar una adecuación fisicoquímica
satisfactoria. Las relaciones entre el ADN y las proteínas eran
aparentemente más complicadas. Si las proteínas con sus 20 aminoácidos,
fueran el "lenguaje de la vida" -para utilizar 'la metáfora
de los años 40- la molécula del ADN, con sus cuatro bases
nitrogenadas, podía imaginarse como un tipo de código para este
lenguaje.
Así comenzó a usarse
el término "código genético".Como se demostró más
adelante, la idea de un "código de la vida" fue útil, no sólo
como una buena metáfora, sino también como una hipótesis de
trabajo.
Los científicos, que
buscaban comprender de qué manera el ADN, tan ingeniosa-mente
almacenado en el núcleo, podía ordenar las estructuras completamente
distintas de moléculas de proteínas, atacaron el problema con los métodos
utilizados por los criptógrafos para descifrar códigos. Hay 20 aminoácidos
biológicamente importantes y hay 4 nucleótidos diferentes.
Si cada nucleótido
"codificara" un aminoácido, sólo podrían estar
codificados cuatro.
Si dos nucleótidos
especificaran un aminoácido, podría haber un número máximo,
utilizando todas las posibles ordenaciones, de 42, o sea, 16; todavía
no son suficientes. Por consiguiente, cada aminoácido debe estar
especificado por al menos 3 nucleótidos, siguiendo la analogía del código.
Esto proporcionaría 43 ó 64 combinaciones posibles.
TRANSCRIPCIÓN y
TRADUCCIÓN del mensaje.
La biosíntesis de las
proteínas comienza cuando un cordón de ARN, con la ayuda de ciertas
enzimas, se forma frente a un segmento de uno de los cordones de la hélice
del ADN.
El ARN se forma a lo
largo del cordón del ADN de acuerdo con la misma regla del
apareamiento de las bases que regula la formación de un cordón de
ADN, excepto en que en el ARN el uracilo sustituye a la timing debido
al mecanismo de copia, el cordón del ARN, cuando se ha completado
lleva una transcripción fiel del mensaje del ADN. Entonces el cordón
de ARN se traslada al citoplasma en el cual se encuentran los aminoácidos,
enzimas especiales, moléculas de ATP, ribosomas y moléculas de ARN
de transferencia.
Una vez en el
citoplasma, la molécula de ARN se una a un ribosoma. Cada tipo de
ARNt engancha por un extremo a un aminoácido particular y cada uno de
estos enganches implica una enzima especial y una molécula de ATP.
El proceso por el cual
la información contenida en el ARN dirige o controla la secuencia en
que deben unirse los aminoácidos para la síntesis de las proteínas
se denomina traducción.
A medida que el cordón
de ARN se desplaza a lo largo del ribosoma, se sitúa en su lugar la
siguiente molécula de ARNt con su aminoácido. En este punto, la
primera molécula de ARNt se desengancha de la molécula de ARN. La
energía de enlace que mantienen a la molécula de ARNt unida al aminoácido
se utiliza ahora para forjar el enlace peptídico entre los dos aminoácidos,
y el ARNt desprendido queda de nuevo disponible. Aparentemente, estas
moléculas de ARNc pueden utilizarse muchas veces.
El ARN mensajero parece
tener una vida mucho mas breve.
De esta manera, los
cromosomas bacterianos mantienen un control muy rígido de las
actividades celulares, evitando la producción de proteínas anormales
que pudiera ocurrir por el posible desgaste de la molécula de ARN.
descifrando el código.
La existencia del ARN
fue postulada en 1961 por los científicos franceses Francois Jacob y
Jacques Monod. Casi inmediatamente Marahall Niremberg, del Public
Healt Service de los EE.UU., emprendió la comprobación de la hipótesis
del ARN. Añadió varios estratos brutos de ARN de una cierta variedad
de fuentes celulares a extractos de E.coli, es decir, materia que
contenía aminoácidos, ribosomas, ATP y ARNt extractados de las células
de E.coli y encontró que todos ellos estimulaban la síntesis proteínica.
El código parecía
tener un lenguaje universal. Niremberg razonó que si E.coli podía
leer un mensaje extraño y traducirlo en una proteína, quizás podría
leer un mensaje totalmente sintético. Deseaba conocer el contenido
exacto de cualquier mensaje que dictase.
Una solución simple
para éste problema aparentemente difícil se le ocurrió súbitamente;
utilizar una molécula de ARN construida a base de uno sólo ribonucleótico
repetido muchísimas veces.
Durante el año
siguiente al descubrimiento de Niremberg, publicado en 1961, Niremberg
y Ochoa y muchos colaboradores, elaboraron posibles códigos para
todos los aminoácidos utilizando ARN sintético.
En la actualidad se han
identificado todos menos tres trinucleótidos; 61 de las 64
combinaciones posibles. Estos tres se consideran en la actualidad
signos de puntuación, significando el comienzo o el final de un
mensaje concreto. Debido a que 61 combinaciones codifican 20 aminoácidos,
está claro que hay cierto número de cordones "sinónimos".
SÍNTESIS de las
proteínas
Al estudiar la
transcripción del ADN al ARN ya hicimos referencia a la síntesis de
las proteínas. Las instrucciones para la síntesis de las proteínas
esta codificadas en el ADN del núcleo. Sin embargo, el ADN no actúa
directamente, sino que transcribe su mensaje al ARN que se encuentra
en las células.
La síntesis de las
proteínas ocurre como sigue:
El ADN del núcleo transcribe el mensaje codificado al ARN. Una banda
complementaria de ARN.
El ARN mensajero formado sobre el ADN del núcleo, sale a través de
los poros de la membrana nuclear y llega al citoplasma donde se
adhiere a un ribosoma. Allí será leído y descifrado al código o
mensaje codificado que trae el ADN del núcleo.
El ARN de transferencia
selecciona un aminoácido específico y lo transporta al sitio donde
se encuentra el ARN mensajero. Allí engancha otros aminoácidos de
acuerdo a la información codificada, y forma un polipéptido. Varias
cadenas de polipéptidos se unen y constituyen las proteínas. El
ARNt, queda libre.
Las proteínas formadas
se desprenden del ribosoma y posteriormente serán utilizados por las
células. Igualmente el ARN de transferencia, es
"descargado" y el ARN mensajero, se libera del ribosoma y
puede ser destruido por las enzimas celulares o leído por una o más
ribosomas.
Las síntesis de las
proteínas comienza, por consiguiente, en el núcleo, ya que allí el
ADN tiene la información, pero se efectúa en el citoplasma a nivel
de los ribosomas.
Regulación Genética.
Modelo de Jacob y Monod
La célula realiza una serie de procesos químicos muy complejos en
los que intervienen muchas enzimas ¿Cómo y quien sigue éstos
procesos? ¿Cómo se sintetizan las proteínas en función de las
necesidades del organismo o de las condiciones del medico?.
Las síntesis de
enzimas está dirigida y regulada por los genes. ¿Cómo se efectúa
esta regulación?. El modelo genético propuesto por Jacob y Monod
explica este mecanismo.
Estos autores
distinguen varios tipos de genes:
Los genes estructurales: Ocupan una función del ADN y tienen
la función de explicar la función de aminoácidos en las moléculas
de proteínas.
El operon: Está
formado por varios genes estructurales y el gen operado que están
ubicado en el extremo inicial. Este gen actúa como interruptor de
corriente.
El gen regulador: Produce una determinada sustancia que al combinarse
con el producto final, actúa como represor del operon. Esta sustancia
produce un bloqueo de la acción del operon ya que se combinaron con
el operador, el cual como dijimos anteriormente.
La teoría de Un
gen – una enzima
La teoría más ampliamente aceptada sobre la manera de actuar
los genes proviene de los trabajos de loa genetistas G. W. Beadle y E.
L. Fatom, con el moho rojo del pan, Neurospora Crassa, perteneciente a
los hongos asoomicetos. Neurospora es particularmente un organismo
apropiado para llevar adelante estudios genéticos.
La Neurospora puede
crecer en tubos de ensayo que contengan un medio de cultivo muy simple
compuesto de: sacarosa, unas pocas sales y una vitamina, la biotina
que proporciona todos los requerimientos nutricionales que necesita
Neurospora para crecer, vivir y reproducirse. A partir de éstas
sustancia relativamente complejas requeridas para su vida, tales como
proteínas y ácidos nucleicos.
Beadle y Tatum
expusieron a la acción de los rayos ultravioletas algunas esporas
sexuales provenientes de cierto tipo de apareamiento de Neurospora.
Lego dejaron que éstas esporas germinaran en un medio
"completo", es decir, enriquecidos con vitaminas y aminoácidos.
Una vez que se hubo desarrollado el micelio, se hicieron cruces con
otros tipos de apareamiento. Las ascosporas producidas fueron
retiradas individualmente y luego colocadas separadamente en medios de
cultivos completos.
Una vez que crecieron,
se colocaron porciones de micelio de cada cultivo en un medio mínimo.
A veces el crecimiento continuaba, a veces se suspendía, cuando esto
último ocurría la raza particular recibía varias vitaminas, aminoácidos,
etc. hasta lograr que se produjera crecimiento. Finalmente se pudo
establecer que cada raza deficientemente era capaz de crecer en un
medio mínimo, al cual se había agregado una sustancia accesoria, por
ejemplo, la tiamina. Beadle y Tatum supusieron que la radiación
ultravioleta había producido una mutación del gen, que posibilita la
síntesis de la tiamina, y lo había transformado en un alelo que no
es capaz de hacerlo.
La síntesis de tiamina
a partir de las sustancias simples presentes en el medio mínimo no
ocurre mediante una sólo reacción química, sino a través de una
serie completa de reacciones. Como todas las reacciones químicas en
los seres vivos, cada una requiere la presencia de una enzima específica
mediante la adición de compuestos intermedios (precursores) al medio
en el cual crecía el moho.
Los investigadores
concluyeron que el cambio de un precursor a otro estaba bloqueado por
cuanto la enzima específica requerida estaba ausente.
Sobre ésta base,
crearon la teoría de "Un gen – una enzima" referente a la
acción del gen, que puede formularse en los siguientes términos:
cada gen en un determinado organismo regula la producción de una
enzima específica.
Son éstas enzimas las
que pueden llevar a cabo todas las actividades metabólicas del
organismo, de las cuales a la vez depende el desarrollo de una
estructura y su fisiología característica, es decir, el fenotipo del
organismo.
CONCLUSIÓN
El código genético se
transfiere desde el núcleo hasta el citoplasma a través del ARN y
ARNt donde se producen las proteínas específicas que determinan al
organismo.
Se hicieron muchas
investigaciones en el amo 1961, y se descubrieron todos los trinucleótidos
y su importancia.
Finalmente se pudo
establecer la teoría de un gen – una enzima que establece que cada
gen en determinado organismo regula la producción de una enzima
especifica.
De allí la importancia
del código genético en la determinación de todas las características
de los organismos.
Autor: Sergio
D’Ambrosio
dambrosio@cantv.net
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