El código genético nos indica que aminoácido corresponde a cada

FUNDACIÓN HÉCTOR A . BARCELÓ
FACULTAD DE MEDICINA
CARRERA DE MEDICINA
1º AÑO
MATERIA
BASES BIOLÓGICAS Y ANTROPOLÓGICAS
DE LA VIDA
AREA
BIOLOGIA CELULAR
PROFESOR TITULAR =
DR EDUARDO KREMENCHUTZKY
Genética molecular
Definición de gen
Un gen es una secuencia lineal organizada ácido nucleico que contiene la información
necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica .
En las células los genes son ADN . En algunos virus son ARN
La molécula resultante de la expresión del gen puede ser una proteína o un ARN
Estructura de un gen eucarionte
Alrededor del 98,5% de nuestro genoma (restando el 1,5% que corresponde a secuencias
codificadoras de genes humanos) es ADN no génico con función desconocida en la mayoría
de los casos .
Los genes contienen intrones y exones y están separados por secuencias espaciadoras de los
otros genes que están a continuación en el ADN .
Un intrón es una región de ADN que está dentro de un gen pero que no se llega a expresar,
es decir, su secuencia no se utiliza cuando se sintetiza la correspondiente proteína.
Los intrones se transcriben, junto con el resto del ADN que forma el gen (los exones),
formándose una molécula precursora de ARN mensajero (llamada pre-ARNm o también
ARNnh) pero después, durante el proceso de maduración en el núcleo de este pre-ARN, los
intrones son eliminados y ya no forman parte del ARN mensajero final, que es el que se usa
para sintetizar la proteína en los ribosomas.
Los intrones se transcriben pero no se traducen; por ello, son regiones no codificantes.
Cada intrón separa a dos exones.
Los intrones, a pesar de no tener ninguna utilidad aparente (son regiones reguladoras de la
expresión en muchos casos), no deben confundirse con el ADN no génico .
Tipos de genes de las células eucariontes

Secuencias de copia única. En general, la mayor parte de los genes que codifican
para polipéptidos, los llamados genes estructurales, se encuentran en una sola copia
en el genoma.

Secuencias mínimamente repetidas . Se trata de genes o secuencias funcionales
que codifican para proteínas relacionadas y que se han originado por duplicación de
secuencias individuales y una posterior evolución divergente (las mutaciones
afectan de forma diferente a las dos copias existentes de la secuencia). Suelen ser
familias de genes y de pseudogenes relacionados. Los pseudogenes son secuencias
de ADN que debido a mutaciones han dejado de ser funcionales y que por tanto no
se transcriben.

Secuencias moderadamente repetidas. Familias de secuencias repetidas en
tándem. En este caso, se trata de genes que existen en varias copias esencialmente
idénticas que derivan por duplicación de secuencias ancestrales. Se trata de genes
funcionales y las copias son idénticas tanto en secuencia como en función. La
existencia de este tipo de genes permite a los organismos generar una gran cantidad
de determinados productos en poco tiempo.

Secuencias altamente repetidas . Carecen de función conocida. Son secuencias
cortas de ADN repetidas entre 1.000 y 1.000.000 de veces y las copias no son
totalmente idénticas .
 Transposones: también es posible encontrar en los genomas de especies eucariontes
secuencias o elementos que pueden cambiar de posición dentro del genoma,
transposones. Algunos genomas muestran múltiples copias de estos elementos
genéticos móviles, o versiones truncadas de ellos dispersas a lo largo del genoma.
Algunos ejemplos son:
 Retrotransposones: Secuencias que se han dispersado en el genoma después de
una transcripción inversa a partir de ARN.
 ADN espaciador: la función de este tipo de secuencias no es conocida,
posiblemente sea simplemente separar a los genes.
El código genético
EL CODIGO GENETICO ESTA ORGANIZADO EN TRIPLETES O CODONES
Si cada nucleótido determinara un aminoácido, solamente podríamos codificar cuatro
aminoácidos diferentes ya que en el ADN solamente hay cuatro nucleótidos distintos. Cifra
muy inferior a los 20 aminoácidos distintos que existen.
Si cada dos nucleótidos codificarán un aminoácido, el número total de dinucleótidos
distintos que podríamos conseguir con los cuatro nucleótidos diferentes (A, G, T y C) serían
variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de dos en dos VR4,2 = 42 = 16. Por
tanto, tendríamos solamente 16 dinucleótidos diferentes, cifra inferior al número de
aminoácidos distintos que existen (20).
Si cada grupo de tres nucleótidos determina un aminoácido. Teniendo en cuenta que existen
cuatro nucleótidos diferentes (A, G, T y C), el número de grupos de tres nucleótidos
distintos que se pueden obtener son variaciones con repetición de cuatro elementos (los
cuatro nucleótidos) tomados de tres en tres: VR4,3 = 43 = 64. Por consiguiente, existe un
total de 64 tripletes diferentes, cifra más que suficiente para codificar los 20 aminoácidos
distintos.
EL CÓDIGO GENÉTICO ES UNIVERSAL
El desciframiento del código genético dio como resultado la siguiente asignación de
aminoácidos a los 64 tripletes.
P
R
U
I
M
E
C
R
A
A
B
A
S
E
G
U
UUU Phe
UUC Phe
UUA Leu
UUG Leu
CUU Leu
CUC Leu
CUA Leu
CUG Leu
AUU Ile
AUC Ile
AUA Ile
AUG Met
GUU Val
GUC Val
GUA Val
GUG Val
SEGUNDA BASE
C
A
UCU Ser UAU Tyr
UCC Ser UAC Tyr
UCA Ser UAA FIN
UCG Ser UAG FIN
CCU Pro CUA His
CCC Pro CAC His
CCA Pro CAA Gln
CCG Pro CAG Gln
ACU Thr AAU Asn
ACC Thr AAC Asn
ACA Thr AAA Lys
ACG Thr AAG Lys
GCU Ala GAU Asp
GCC Ala GAC Asp
GCA Ala GAA Glu
GCG Ala GAG Glu
G
UGU Cys
UGC Cys
UGA FIN
UGG Trp
CGU Arg
CGC Arg
CGA Arg
CGG Arg
AGU Ser
AGC Ser
AGA Arg
AGG Arg
GGU Gly
GGC Gy
GGA Gly
GGG Gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
T
E
R
C
E
R
A
B
A
S
E
Todos estos codones son combinaciones de tres bases nitrogenadas hechas con un sistema
que tiene cuatro bases nitrogenadas distintas , que son adenina , citosina , guanina y uracilo.
Dicho de otro modo , los codones son "palabras " de tres letras , pertenecientes a un
lenguaje cuyo "abecedario" tiene cuatro letras . A , C , G y U. Desde el punto de vista
matematico , se pueden formar 64 palabras de tres letras . Todas ellas , todos los codones ,
han sido descubiertos en la célula y se conoce que aminoácido representan , en el código
genético.
El código genético nos indica que aminoácido corresponde a cada triplete o codón del ARN
mensajero.

El triplete de iniciación suele ser AUG que codifica para Formil-metionina.
También pueden actuar como tripletes de iniciación GUG (Val) y UGG (Leu)
aunque con menor eficacia.

Existen tres tripletes sin sentido o codones de terminación (FIN) que no codifican
para ningún aminoácido: UAA (ocre), UAG (ambar) y UGA (ópalo).

La mayoría de los aminoácidos están determinados por más de un triplete, excepto
la metionina (AUG) y el triptófano (UGG) que son los únicos que poseen un solo
triplete.

Cuando un aminoácido está codificado por varios tripletes suele variar la tercera
base, por ejemplo, la glicina es GGX, la alanina es GCX, la valina es GUX, la
treonina es ACX. Sin embargo, hay varias excepciones en las que también puede
variar la primera base, por ejemplo, la arginina es AGPu y CGX, la leucina es CUX
y UUPu y la serina es UCX y AGPi.
El código genético mitocondrial es la única excepción a la universalidad del código, de
manera que en algunos organismos los aminoácidos determinados por el mismo triplete o
codón son diferentes en el núcleo y en la mitocondria.
Excepciones a la Universalidad del Código
Organismo
Codón
Todos
UGA
Levadura
CUX
Drosophila
AGA
Humao, bovino
AGA, AGC
Humano, bovino
AUA
Ratón
AUU, AUC, AUA
Significado en
Código Nuclear
FIN
Leu
Arg
Arg
Ile
Ile
Significado en Código
Mitocondrial
Trp
Thr
Ser
FIN
Met (iniciación)
Met (iniciación)
El código genético es igual en todos los organismos animales y vegetales ,es
UNIVERSAL , no ha variado en los 3.000 millones de años de la evolución , salvo en el
ADN de las mitocondrias , que es el único ADN que tiene un código genético distinto.Existen varias hipotesis que intentan explicar esto.
DEGENERACIÓN DEL CÓDIGO GENÉTICO :
Se denomina así a la existencia de varios transfer distintos que llevan el mismo aminoácido.
La razon de esta característica es que hay 64 anticodones distintos posibles , ya que
combinar conjuntos de tres bases eligiendo de entre 4 posibles (ACGU) da 64 combinaciones (43= 64).
Dicho de otra manera , con un abecedario de 4 letras (ACGU) se puede formar un número
de palabras de tres letras (anticodón) igual a 64 ,razonamiento igual al utilizado cuando se
explico el concepto de codón.
Esto significa que el sistema de ARN de transferencia podria transportar específicamente a
64 aminoácidos distintos , ya que cada uno es transportado por un ARNt , dependiendo de
cual sea el anticodón que tenga.
Sin embargo existen dos fenómenos que hacen que esto no se cumpla :
1- Los anticodones AUU , AUC y ACU no existen , quedando 61 anticodones y por lo tanto
61 ARNt.
2- Sólo hay alrededor de 25 Aa distintos para transportar.
Por lo tanto, teoricamente, sobran muchos ARNt , ya que alcanzaria con 25.
Los que "sobran" también transportan a los mismos aminoácidos , por lo cual llegamos a la
conclusión de que cada aminoácido puede ser transportado por más de un ARNt , y eso es
la mal llamada degeneración del código genético : no es "perfecto".
BASE "VACILANTE" u oscilante
SE DENOMINA VACILANTE U OSCILANTE A LA TERCERA BASE DE CIERTOS
ARNt QUE NO TIENE INFLUENCIA EN EL CÓDIGO GENÉTICO YA QUE SI
CAMBIA , EL ARNt TRANSPORTA
AL MISMO AMINOÁCIDO.
La importancia que tiene este hecho es que las mutaciones que afectan esa base vacilante
no tienen ninguna expresión , no afectan ningún caracter . Se denominan mutaciones
"silenciosas".
EL CÓDIGO GENÉTICO ES NO SOLAPADO O SIN SUPERPOSICIONES
Un nucleótido solamente forma parte de un triplete y, por consiguiente, no forma parte de
varios tripletes, lo que indica que el código genético no presenta superposiciones. Por tanto,
el código es no solapado
LA LECTURA DEL CÓDIGO GENÉTICO ES "SIN SIGNOS DE PUNTUACION"
Teniendo en cuenta que la lectura se hace de tres en tres bases, a partir de un punto de inicio
la lectura se lleva a cabo sin interrupciones o espacios vacíos, es decir, la lectura es seguida
"sin comas". De manera, que si añadimos un nucleótido (adición) a la secuencia, a partir de
ese punto se altera el cuadro de lectura y se modifican todos los aminoácidos. Lo mismo
sucede si se pierde (deleción) un nucleótido de la secuencia. A partir del nucleótido
delecionado se altera el cuadro de lectura y cambian todos los aminoácidos. Si la adición o
la deleción es de tres nucleótidos o múltiplo de tres, se añade un aminoácido o más de uno a
la secuencia que sigue siendo la misma a partir del la última adición o deleción.
INGENIERIA GENETICA
Hasta 1970 el ADN fue la molécula más difícil de analizar químicamente, es enormemente
larga con (1,80 metro en cada célula ) y químicamente monótona porque tiene solamente
fósforo, desoxiribosa y cuatro bases nitrogenadas .
La secuencia de nucleótidos del ADN solamente puede ser deducida en forma indirecta ya
que no se pueden ver los nucleótidos con ningún microscopio, ni hay ningún análisis directo
químico que me permita ver la secuencia de nucleótidos, lo cual hace que se tenga que
estudiar mediante análisis genéticos especiales que utilizan ARN y proteínas
Actualmente la situación cambió completamente y de ser la molécula más difícil de
analizar, la molécula de ADN pasó a ser una molécula muy bien conocida .
Actualmente es posible cortar regiones específicas de la molécula de ADN, se puede
producir un nº infinito de copias de cada pedacito que se corte en forma muy sencilla y se
puede determinar la secuencia exacta de los nucleótidos a un promedio actual de unos
cientos de nucleótidos por día utilizando las computadoras más sofisticadas .
Por variaciones de éstas técnicas se puede :
 aislar un gen
 alterar un gen
Y a eso se llama específicamente INGENIERIA GENETICA = modificar a los genes . Se
los puede transferir a una célula, se puede rediseñar un gen, se puede insertar un gen en un
huevo fecundado de un animal o de una planta para que nazca un individuo que tenga un
gen que fue fabricado en un laboratorio y que fue insertado después de la fecundación.
Estas técnicas han tenido un impacto dramático en todos los aspectos de la biología celular
y han permitido estudiar las células y las macromoléculas en una forma que no se
imaginaba hace pocos años ; se han descubierto genes y proteínas y se ha observado que las
proteínas están mucho más conservadas a través de la evolución de las especies de lo que se
suponía y ha cambiado mucho el concepto de evolución.
En los laboratorios se ha provisto nuevas formas de determinar la función de las proteínas,
de los distintos dominios que hay dentro de cada proteína y de la relación que hay entre
ellas ; por último al poder controlarse las regiones reguladoras de los genes, se puede
actualmente estudiar y modificar los mecanismos complejos por los cuales los genes están
activos o están inactivos, se puede activar o inactivar un gen a voluntad .
TECNOLOGIA DE RECOMBINACION DEL ADN
Todos éstos logros han sido efectuados a partir de una tecnología que es la TECNOLOGIA
DE RECOMBINACION DEL ADN.
Esta tecnología abarca una serie de técnicas,algunas nuevas y otras antiguas que son las
siguientes :
FRAGMENTACION DEL ADN que es el corte en sitios específicos de la molécula de
ADN por medio de unas enzimas que se llaman ENDONUCLEASAS DE RESTRICCION
que actúan como tijeras que permiten cortar pedacitos de ADN, aislarlos y depués poder
trabajar con esos segmentos identificados de ADN ,así que dentro de esa molécula enorme
que es el ADN podemos cortar un pedacito como si fuera con una computadora o con una
tijera, sacar ese pedacito, modificarlo y eso es la FRAGMENTACION o CLIVAJE DEL
ADN.
SECUENCIACION DEL ADN o sea averiguar cual es el orden o la secuencia de los
nucleótidos que hay en el ADN, ésto permite conocer exactamente los genes y también en
cada proteína , como es el gen que la tiene codificada.
HIBRIDACION DE ACIDOS NUCLEICOS que consisteen mezclar dos ácidos
nucléicos distintos y fabricar uno solo siempre respetando el mecanismo de las bases
complementarias ; así que se puede tomar un polinucleótido de ADN de una especie, un
polinucleótido de ADN de otra especie o fabricado en el laboratorio, se los puede juntar y
fabricar una molécula en doble hélice de ADN pero que sea mitad de una especie y mitad
de otra por ejemplo.
CLONACION MOLECULAR que consiste que a partir de una molécula de ADN se
pueden hacer millones de copias idénticas.
FRAGMENTACION DEL ADN
Antes de 1970, aislar una gen, sacar un gen de dentro de un cromosoma era imposible y
parecía algo inalcanzable porque los genes no son como las proteínas que son entidades
individuales y observables y tienen una forma determinada ; los genes están dentro de la
molécula de ADN y no hay un límite que separe un gen de otro. Por lo tanto no hay forma
de saber donde empieza un gen y termina otro , ni de verlos con el microscopio .
Aunque la molécula de ADN en una célula se puede romper en pequeñas piezas, los
fragmentos que se obtienen no contienen un gen porque al no verse el límite entre un gen y
otro, no se sabe por donde romper para sacar ese gen.
Como puede entonces ser purificado y aislado un gen?
La solución a éste problema comenzó con el descubrimiento de las llamadas
ENDONUCLEASAS DE RESTRICCION, éstas enzimas son producidas normalmente por
las bacterias y cortan el ADN en segmentos .
Son enzimas de corte del ADN en un sitio específico de acuerdo a la serie de nucleótidos
que tenga y que que es reconocida por cada enzima de restricción
Por ej.una determinada enzima que se llama HPA1 corta el ADN donde encuentra la serie
de nucleótidos AACAA .
Cuando ésta enzima encuentra ésta combinación de bases en el ADN lo corta .
Estas enzimas las producen normalmente ciertas bacterias que las utilizan como mecanismo
de defensa contra los virus . Como tijeras genéticas, las enzimas de restricción cortan en
pedacitos el ácido nucléico que le introdujo el virus y lo desintegran.
Diferentes especies de bacterias producen distintas ENDONUCLEASAS DE
RESTRICCION que cortan en lugares distintos la molécula de ADN y es relativamente
fácil encontrar una endonucleasa de éstas que corte y produzca pedacitos específicos que
uno desee tener.
Para que sirve cortar el ADN? Porque los pedacitos de ADN que se obtienen son el
material que se utiliza para las otras técnicas mencionadas de la ingeniería genética.
Entonces para poder clonar o duplicar un gen, primero se debe cortar pedacitos de ADN,
después averiguar cual es la secuencia, o sea secuenciar el ADN y una vez que se hizo todo
esto se puede fabricar copias exactas por millones en muy poco tiempo.
El corte que se produce es asimétrico en los dos polinucleótidos generalmente pero
algunas endonucleasas cortan en forma simétrica, cortan al mismo nivel los dos
polinucleótidos, peor no es lo más común . Al ser asimétrico el corte , quedan los extremos
del polinucleótido sin sus bases complementarias y se llaman EXTREMOS ADHESIVOS
porque cada uno de los extremos que quedó sin sus bases complementarias puede unirse a
un pedacito de polinucleótido que tenga justo las bases que le correspondan . Esa
característica de tener los extremos adhesivos hace que los segmentos ade ADN asó
obtenidos sean muy útiles
A través de las enzimas de restricción se pueden hacer mapas llamados justamente MAPAS
DE RESTRICCION que fueron los primeros mapas genéticos .
SECUENCIACION DE LOS FRAGMENTOS DEL ADN
Consiste en averiguar la secuencia de bases nitrogenadas de los fragmentos para finalmente
conseguir la secuencia de bases nitrogenadas de todo el ADN de la célula en estudio .
Los segmentos obtenidos por corte se clasifican básicamente por un método que se llama
ELECTROFORESIS.
El resultado que se obtiene por electroforesis , es que se producen una cantidad de rayitas
en una tira de papel, separadas de acuerdo al peso molecular del fragmento . Luego esa tira
de electroforesis es leída por un scanner que determina la composición de cada segmento
de ADN.
HIBRIDACION DE ACIDOS NUCLEICOS :
Consiste en sintetizar moléculas que tengan una parte de ADN de distintas células o ADN
y ARN mezclados .
Cuando se pone ADN en una solución a 100ºC y a un pH de 13, las bases complementarias
se separan porque se rompen los puentes de H de modo que los polinucleótidos quedan
totalmente separados, éste proceso se denomina DESNATURALIZACION DEL ADN .
Por mucho tiempo se pensó que ésta DESNATURALIZACION era irreversible pero en
1961 se descubrió que cada polinucleótido separado puede reunirse con otro, siempre y
cuando las bases sean complementarias , si se baja la temperatura. Este proceso se
denomina RENATURALIZACION .
La técnica que se utiliza para reanaturalizar el ADN o sea volver a unir los dos
polinucleótidos es simplemente mantenerlos durante un tiempo prolongado a 65º.
Se pueden unir dos polinucleótidos que provengan del mismo ADN, de distinto ADN, se
puede unir un polinucleótido de ARN con otro de ARN, se puede unir uno de ARN con uno
de ADN o cualquier combinación que uno quiera siempre y cuando las bases sean
complementarias entre un polinucleótido y otro . Esto es la HIBRIDACION o
HIBRIDIZACION.
CLONACION MOLECULAR
En la clonación del ADN, un fragmento de ADN que contiene un gen que nos interesa
puede ser duplicado miles y millones de veces fabricando copias idénticas, ésta clonación
se consigue insertando el pedacito de ADN que se quiere duplicar en un elemento genético
autoduplicante o vector de clonación molecular.
Qué es un elemento genético autoduplicante o vector de clonación molecular ?
Son segmentos de ADN que pueden duplicarse solos , naturalmente , como lo hacen todas
las células , pero bajo un entorno controlado .
Primero se utilizaron los plasmidos y luego los virus .
Clonación con plásmidos
Los plasmidios, que son pequeñas moléculas de ADN que se encuentran en las bacterias
independientemente del cromosoma bacteriano
Se puede agregar al plásmido un segmento de ADN que deseamos clonar y la bacteria lo vá
a autoduplicar junto con el plásmido
Clonación con virus
Un segmento de ADN de un gen humano puede ser unido al cromosoma de un virus por la
TECNOLOGIA DE RECOMBINACION DEL ADN y entonces ese virus vá a inyectar ese
ADN recombinado en una bacteria y los mecanismos normales de replicación del virus van
a producir en un día milllones virus idénticos, por lo tanto yo obtengo esa cantidad de
copias del pedacito de ADN que se quería, fácil y rápido
También se hace clonación con otros vectores , como los siguientes
 Clonación con YAC (cromosoma artificial de levadura)
 Clonación con BAC (cromosoma artificial de bacteria)
 Clonación con cósmidos
Clonación por método artificial : la PCR
La posibilidad de purificar la ADN polimerasa y de sintetizar químicamente el ADN en el
laboratorio, hizo posible un 3er método de clonación, exclusivamente artificial que se
denomina PCR o REACCION EN CADENA DE LA ARN POLIMERASA
(polimerase chain reaction)
Esta técnica de PCR es mucho más rápida, más fácil y más barata que las técnicas que
utilizan virus y plasmidios.
Aplicaciones de la ingeniería genética
Las aplicaciones de la ingeniería genética son múltiples y crecen día a día . Se utilizan en
tratamientos médicos y en biotecnología y son la solución a corto y largo plazo de
determinadas enfermedades genéticas con la producción de sustancias diversas de origen
transgénico. El mundo está siendo revolucionado por la ingeniería genética .
Tratamientos médicos
A continuación mostramos algunas de las sustancias o tratamientos específicos obtenidos
por estos mecanismos de gran interés para la salud humana:
a) Fabricación de proteínas o péptidos de interés sanitario.
b) Fabricación de sustancias hormonales en la leche de vaca.
c) Sustancias paliativas del dolor.
d) Xenotransplantes y trasplantes de tejidos.
e) Solución a problemas cardiacos.
f) Vías de solución a el Dengue.
g) Tratamientos contra el cáncer.
h) Diagnóstico y solución de enfermedades hereditarias: hemofilia, anemia falciforme,
retraso mental, fibrosis quística, hipotiroidismo congénito, esquizofrenia,
maniacodepresión, hidrocefalia, microcefalia, labio leporino y espina bífida.
i) Tratamientos contra el SIDA.
j) Fabricación de vacunas transgénicas.
k) Fabricación de antibióticos.
Biotecnología con ingeniería genética:
En la industria de la alimentación:
- Enzimas recombinantes alimentarias.
- Aditivos.
- Alimentos transgénicos: soja, maíz, tomate.
- Alimentos transgénicos animales.
Industria química:
- Detergentes.
- Aminoácidos.
- Colorantes.
- Plásticos biodegradables.
- Emulsionantes.
- Melaninas.
- Adhesivos.