Ácidos nucleicos y síntesis de proteínas

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son polímeros formados por unidades pequeñas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por tres partes unidas entre sí:

• un grupo fosfato,
• un azúcar (un azúcar de 5 carbonos),
• una base nitrogenada.

El ATP es un nucleótido especial. Posee la base adenina, el azúcar ribosa y tres grupos fosfato. Al romperse el último fosfato se libera energía para la célula.

Existen cinco bases, agrupadas en dos categorías:

• Las purinas tienen un doble anillo (dos anillos): adenina y guanina.
• Las pirimidinas tienen un anillo simple (un anillo): citosina, timina y uracilo.

Una molécula de ADN consiste en dos cadenas torcidas entre sí formando una doble hélice.

Cada cadena tiene un esqueleto formado por azúcares alternados (en este caso el azúcar es la desoxirribosa) y fosfatos. El azúcar de un nucleótido está unido al fosfato del siguiente mediante un enlace fosfodiéster.

Las dos cadenas están unidas por sus bases, que se encuentran en el centro. El emparejamiento es exacto: esto es el emparejamiento de bases complementarias:

• La A siempre se empareja con la T, unidas por dos enlaces de hidrógeno.
• La C siempre se empareja con la G, unidas por tres enlaces de hidrógeno (por lo tanto, un par de bases C–G es más difícil de separar).

Las dos cadenas corren en direcciones opuestas: una va de 5′ a 3′ mientras que la otra va de 3′ a 5′. Se dice que son antiparalelas.

La escalera plana anterior está torcida en forma de espiral. Este modelo de llenado espacial, donde cada átomo es una bola, muestra la forma real de la doble hélice:

La replicación del ADN (copiado) ocurre durante la fase S del ciclo celular. Es semiconservativa: cada nueva molécula conserva una cadena vieja y una cadena nueva. Los pasos son:

1. la doble hélice se desenrolla y se rompen los enlaces de hidrógeno, separándose las dos cadenas.
2. cada cadena vieja actúa como plantilla. Los nucleótidos libres se emparejan con las bases expuestas mediante emparejamiento de bases complementarias.
3. la enzima DNA polimerasa une los nuevos nucleótidos en una cadena. Solo puede añadir nucleótidos en dirección 5′ a 3′.

Debido a esa regla de 5′ a 3′, las dos nuevas cadenas se sintetizan de manera diferente:

• la cadena líder se construye de forma continua, siguiendo el desenrollamiento.
• la cadena rezagada se construye en fragmentos cortos, Working away from the unwinding point. La enzima DNA ligasa une luego estos fragmentos entre sí.

El ARN también está hecho de nucleótidos, pero es una sola cadena, su azúcar es la ribosa, y utiliza uracilo en lugar de timina. El tipo más importante aquí es el ARN mensajero (ARNm), que transporta una copia de las instrucciones de un gen fuera del núcleo para ser utilizado.

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que codifica para una polipéptido.

El código se lee en trípletas — grupos de tres bases. Cada trípleta ya sea codifica para un aminoácido específico, o actúa como señal de inicio o parada. El código es universal: casi todos los seres vivos utilizan las mismas trípletas para los mismos aminoácidos.

Hay 64 trípletas posibles pero solo 20 aminoácidos comunes, por lo que la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de una trípleta.

Transcripción (en el núcleo)

El gen de ADN se copia en ARNm. Esto es la transcripción.

• la cadena de ADN que se copia es la cadena molde; la cadena compañera es la cadena no transcrita.
• la enzima ARN polimerasa une nucleótidos de ARN que se emparejan con las bases molde (con uracilo emparejándose con adenina).
• en eucariotas, el primer ARN producido (el transcrito primario) contiene regiones codificantes llamadas exones y regiones no codificantes llamadas intrones. Los intrones se eliminan y los exones se unen para formar el ARNm maduro final.

Traducción (en el ribosoma)

El ARNm sale del núcleo y se une a un ribosoma. Construir el polipéptido a partir del código del ARNm es la traducción.

• el ARNm se lee en codones (cada codón es una trípleta de bases de ARNm).
• las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) llevan aminoácidos al ribosoma. Cada ARNt tiene un anticodón que se empareja con un codón correspondiente.
• a medida que se leen los codones en orden, el ribosoma une los aminoácidos mediante enlaces peptídicos, construyendo el polipéptido.

Ejemplo resuelto. Una cadena molde de ADN tiene la secuencia TAC GGA CTT. Indique los codones del ARNm y diga cuánto mide el polipéptido. Transcriba mediante emparejamiento de bases complementarias, recordando que el ARN usa uracilo en lugar de timina: TAC da AUG, GGA da CCU, CTT da GAA. Por tanto, el ARNm tiene la secuencia AUG CCU GAA. AUG es el codón de inicio (metionina), así que el polipéptido tiene tres aminoácidos de largo — dos una vez que se elimina la metionina inicial. Dos errores cuestan la mayoría de los puntos aquí: emparejar A con T en lugar de U al escribir el ARNm, y transcribir la cadena codificante en lugar de la cadena molde. El ARNm es complementario a la cadena molde e idéntico a la cadena codificante excepto por la U que reemplaza a la T.

Una mutación génica es un cambio en la secuencia de bases de una molécula de ADN. Puede alterar el polipéptido producido. Hay tres tipos:

• sustitución — una base se intercambia por una base diferente. Esto cambia a lo sumo un aminoácido, y a veces ninguno (porque la mayoría de los aminoácidos tienen más de una trípleta).
• deleción — se elimina una base.
• inserción — se añade una base adicional.

Una deleción o inserción desplaza cómo se lee cada trípleta posterior, por lo que generalmente cambia muchos aminoácidos después de ese punto y tiene un gran efecto en el polipéptido.

• El ADN es antiparalelo, mantenido por enlaces de hidrógeno (A=T dos, C≡G tres); la replicación es semiconservativa (cada producto conserva una cadena vieja).
• Indique dónde y qué: transcripción (núcleo → ARNm), traducción (ribosoma, ARNm + ARNt → polipéptido).
• Describa el código utilizando los cuatro términos: trípleta, no superpuesto, degenerado, universal.
• Para una mutación génica (sustitución, inserción, deleción) explique el efecto en la proteína — y por qué una sustitución puede ser silenciosa (degeneración).