1 FUNCIÓN DE LOS GENES: EL ADN Y EL CÓDIGO DE LA VIDA

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FUNCIÓN DE LOS GENES: EL ADN Y EL CÓDIGO DE LA VIDA
Después de que la ciencia de la genética se estableciera y de que se clarificaran los patrones
de la herencia a través de los genes, las preguntas más importantes permanecieron sin
respuesta durante más de cincuenta años: ¿cómo se copian los cromosomas y sus genes de
una célula a otra, y cómo determinan éstos la estructura y conducta de los seres vivos? A
principios de la década de 1940, dos genetistas estadounidenses, George Wells Beadle y
Edward Lawrie Tatum, proporcionaron las primeras pistas importantes. Trabajaron con los
hongos Neurospora y Penicillium, y descubrieron que los genes dirigen la formación de
enzimas a través de las unidades que los constituyen. Cada unidad (un polipéptido) está
producida por un gen específico. Este trabajo orientó los estudios hacia la naturaleza química
de los genes y ayudó a establecer el campo de la genética molecular.
Desde hace tiempo se sabe que los cromosomas están compuestos casi en su totalidad por
dos tipos de sustancias químicas, proteínas y ácidos nucleicos. Debido en parte a la estrecha
relación establecida entre los genes y las enzimas, que son proteínas, al principio estas
últimas parecían la sustancia fundamental que determinaba la herencia. Sin embargo, en
1944,
el
bacteriólogo
canadiense
Oswald
Theodore
Avery
demostró
que
el
ácido
desoxirribonucleico (ADN) era el que desempeñaba esta función. Extrajo el ADN de una cepa
de bacterias y lo introdujo en otra cepa. La segunda no sólo adquirió las características de la
primera, sino que también las transmitió a generaciones posteriores. Por aquel entonces, se
sabía que el ADN estaba formado por unas sustancias denominadas nucleótidos. Cada
nucleótido estaba compuesto a su vez por un grupo fosfato, un azúcar conocido como
desoxirribosa, y una de las cuatro bases que contienen nitrógeno. Las cuatro bases
nitrogenadas son adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C).
En 1953, el genetista estadounidense James Dewey Watson y el británico Francis Harry
Compton Crick aunaron sus conocimientos químicos y trabajaron juntos en la estructura del
ADN. Esta información proporcionó de inmediato los medios necesarios para comprender
cómo se copia la información hereditaria. Watson y Crick descubrieron que la molécula de
ADN está formada por dos cadenas, o filamentos, alargadas que se enrollan formando una
doble hélice, algo parecido a una larga escalera de caracol. Las cadenas, o lados de la
escalera, están constituidas por moléculas de fosfato e hidratos de carbono que se alternan.
Las bases nitrogenadas, dispuestas en parejas, representan los escalones. Cada base está
unida a una molécula de azúcar y ligada por un enlace de hidrógeno a una base
complementaria localizada en la cadena opuesta. La adenina siempre se vincula con la
timina, y la guanina con la citosina. Para hacer una copia nueva e idéntica de la molécula de
ADN, sólo se necesita que las dos cadenas se extiendan y se separen por sus bases (que
están unidas de forma débil); gracias a la presencia en la célula de más nucleótidos, se
pueden unir a cada cadena separada bases complementarias nuevas, formando dos dobles
hélices. Si la secuencia de bases que existía en una cadena era AGATC, la nueva contendría
la secuencia complementaria, o “imagen especular”, TCTAG. Ya que la base de cada
cromosoma es una molécula larga de ADN formada por dos cadenas, la producción de dos
dobles hélices idénticas dará lugar a dos cromosomas idénticos.
La estructura del ADN es en realidad mucho más larga que la del cromosoma, pero se halla
muy condensada. Ahora se sabe que este empaquetamiento se basa en diminutas partículas
llamadas nucleosomas, sólo visibles con el microscopio electrónico más potente. El ADN está
enrollado secuencialmente alrededor de cada nucleosoma formando una estructura en forma
de rosario. Entonces la estructura se repliega aún más, de manera que las cuentas se
asocian en espirales regulares. Por esta razón, el ADN tiene una configuración en espiral
enrollada, parecida al filamento de una bombilla.
Tras los descubrimientos de Watson y Crick, quedó el interrogante de saber cómo el ADN
dirigía la formación de proteínas, los compuestos principales de todos los procesos vitales.
Las proteínas no son sólo los componentes principales de la mayoría de las estructuras
celulares, sino que también controlan casi todas las reacciones químicas que se producen en
la materia viva. La capacidad de una proteína para formar parte de una estructura, o para
ser una enzima que influye sobre la frecuencia de una reacción química particular, depende
de su estructura molecular. Esta estructura depende a su vez de su composición. Cada
proteína está formada por uno o más componentes denominados polipéptidos, y cada
polipéptido está constituido por una cadena de subunidades llamadas aminoácidos. En los
polipéptidos hay veinte tipos distintos de aminoácidos. Al final, el número, tipo y orden de
los aminoácidos en una cadena determina la estructura y función de la proteína de la que
forma parte.
1.1
El código genético
Desde que se demostró que las proteínas eran producto de los genes, y que cada gen estaba
formado por fracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron a la conclusión de que
debe haber un código genético mediante el cual el orden de las cuatro bases nitrogenadas en
el ADN podría determinar la secuencia de aminoácidos en la formación de polipéptidos. En
otras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las bases nitrogenadas transmitan la
información que dicta la síntesis de proteínas. Este proceso podría explicar cómo los genes
controlan las formas y funciones de las células, tejidos y organismos. Como en el ADN sólo
hay cuatro tipos de nucleótidos, y, sin embargo, las proteínas se constituyen con 20 clases
diferentes de aminoácidos, el código genético no podría basarse en que un nucleótido
especificara un aminoácido. Las combinaciones de dos nucleótidos sólo podrían especificar 16
aminoácidos (42 = 16), de manera que el código debe estar formado por combinaciones de
tres o más nucleótidos sucesivos. El orden de los tripletes, o como se han denominado,
codones, podría definir el orden de los aminoácidos en el polipéptido.
Código genético
Código genético,
genético mecanismo mediante el cual la información genética contenida en el ácido
desoxirribonucleico (ADN) de los cromosomas se transcribe a otro ácido nucleico llamado
ácido ribonucleico (ARN) y a continuación a las proteínas. El código genético es indispensable
para realizar, a partir de la doble hélice de los genes formada por nucleótidos, la síntesis de
proteínas, que son cadenas de aminoácidos; cada proteína tiene una secuencia precisa de
aminoácidos.
La estructura tridimensional en forma de doble hélice de la molécula de ADN fue demostrada
por James D. Watson y Francis Crick en 1953 a partir de sus componentes fundamentales
(azúcar, base nitrogenada y fósforo) y de imágenes cristalográficas. Pero faltaba averiguar
cómo interpreta el organismo la secuencia de las distintas bases que forman la estructura
lineal del ADN para sintetizar las cadenas de aminoácidos de las proteínas. La solución a este
enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la colaboración entre numerosos
investigadores, entre ellos Marshall Nirenberg.
El código genético asocia a cada triplete de bases del ADN, llamado codón, un aminoácido
concreto. Con los cuatro tipos de bases (U, uracilo; A, adenina; G, guanina; y C, citosina)
que forman la molécula de ARN,
ARN sintetizada de manera complementaria a partir de la de
ADN,
ADN se pueden formar 64 tripletes distintos (por ejemplo, UAC, UGG y AUC, entre otros).
Cada codón se atribuye a un aminoácido concreto de los veinte posibles sin ninguna
ambigüedad. Como hay menos aminoácidos que codones, algunos de aquéllos quedan
designados por varios de éstos. Así, los seis tripletes UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG
designan el aminoácido leucina y los dos AGU y AGC la serina; en cambio, el triptófano
queda designado por un solo codón, UGG. La mayor parte de los aminoácidos están
determinados de manera casi unívoca por sus dos primeras bases y, en muchos casos, el
tercer nucleótido es un complemento indiferente o designa otro aminoácido de una familia
próxima. Esta propiedad contribuye a limitar las consecuencias de los errores de copia o
lectura.
En estas condiciones, la secuencia de ADN “ACC GCA AGC ATG AAT TTT TAC CTT” se
convierte en la “UGG CGU UCG UAC UUA AAA AUG GAA” de ARN, que a su vez corresponde a
la secuencia proteica “triptófano - arginina - serina - tirosina - leucina - lisina - metionina glutamato”.
No todos los codones codifican un aminoácido. Tres de ellos —UAG, UAA, UGA— no se
atribuyen a ninguno, pero desempeñan una función muy importante: señalan el final de la
parte codificadora de la hebra de ARN. Cuando la lectura del complejo ribosómico llega a su
altura, se interrumpe la síntesis de proteína.
El código genético de traducción lo utilizan todas las especies vivientes, desde las bacterias
hasta el ser humano y los vegetales. Esta simple constatación demuestra el origen común de
todos los seres vivos.
Ácido desoxirribonucleico (ADN)
a
INTRODUCCIÓN
Ácido desoxirribonucleico (ADN), material genético de todos los organismos celulares y casi
todos los virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la
replicación. Se llama síntesis de proteínas a la producción de las proteínas que necesita la
célula o el virus para realizar sus actividades y desarrollarse. La replicación es el conjunto de
reacciones por medio de las cuales el ADN se copia a sí mismo cada vez que una célula o un
virus se reproduce y transmite a la descendencia la información que contiene. En casi todos
los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el
núcleo de la célula.
b
ESTRUCTURA
Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas o bandas formadas por un elevado
número de compuestos químicos llamados nucleótidos. Estas cadenas forman una especie de
escalera retorcida que se llama doble hélice. Cada nucleótido está formado por tres
unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro
posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina
(G), timina (T) y citosina (C). La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y
está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su
vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena. Estas subunidades
enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas
por parejas, mirando hacia el interior, y forman los travesaños.
Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN establecen una
asociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad
química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los
que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases
complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados enlaces de
hidrógeno.
En 1953, el bioquímico estadounidense James Watson y el biofísico británico Francis Crick
publicaron la primera descripción de la estructura del ADN. Su modelo adquirió tal
importancia para comprender la síntesis proteica, la replicación del ADN y las mutaciones,
que los científicos obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.
c
SÍNTESIS PROTEICA
El ADN incorpora las instrucciones
de
producción
de
proteínas.
Una
proteína
es
un
compuesto formado por moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su
estructura y función. La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la
secuencia de bases de los nucleótidos del ADN. Cada secuencia de tres bases, llamada
triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica un aminoácido
determinado. Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al
aminoácido leucina, mientras que el CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al
aminoácido valina. Por tanto, una proteína formada por 100 aminoácidos queda codificada
por un segmento de 300 nucleótidos de ADN. De las dos cadenas de polinucleótidos que
forman una molécula de ADN, sólo una, llamada paralela, contiene la información necesaria
para la producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada
antiparalela, ayuda a la replicación.
La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En
un proceso llamado transcripción, una parte de la hebra paralela actúa como plantilla para
formar una nueva cadena que se llama ARN mensajero o ARNm (véase Ácido ribonucleico).
El ARNm sale del núcleo celular y se acopla a los ribosomas, unas estructuras celulares
especializadas que actúan como centro de síntesis de proteínas. Los aminoácidos son
transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se
inicia un fenómeno llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una
secuencia determinada por el ARNm para formar una molécula de proteína.
Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que especifica el orden de aminoácidos de
una proteína por medio de una molécula intermediaria de ARNm. La sustitución de un
nucleótido de ADN por otro que contiene una base distinta hace que todas las células o virus
descendientes contengan esa misma secuencia de bases alterada. Como resultado de la
sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante.
Esta alteración de una molécula de ADN se llama mutación. Casi todas las mutaciones son
resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus
a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de sufrir
mutaciones.
d
REPLICACIÓN
En casi todos los organismos celulares, la replicación de las moléculas de ADN tiene lugar en
el núcleo, justo antes de la división celular. Empieza con la separación de las dos cadenas de
polinucleótidos, cada una de las cuales actúa a continuación como plantilla para el montaje
de una nueva cadena complementaria. A medida que la cadena original se abre, cada uno de
los nucleótidos de las dos cadenas resultantes atrae a otro nucleótido complementario
previamente formado por la célula. Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces de
hidrógeno para formar los travesaños de una nueva molécula de ADN. A medida que los
nucleótidos complementarios van encajando en su lugar, una enzima llamada ADN
polimerasa los une enlazando el grupo fosfato de uno con la molécula de azúcar del
siguiente, para así construir la hebra lateral de la nueva molécula de ADN. Este proceso
continúa hasta que se ha formado una nueva cadena de polinucleótidos a lo largo de la
antigua; se reconstruye así un nueva molécula con estructura de doble hélice.
e
HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO DEL ADN
Existen numerosas técnicas y procedimientos que emplean los científicos para estudiar el
ADN. Una de estas herramientas utiliza un grupo de enzimas especializadas, denominadas
enzimas de restricción, que fueron encontradas en bacterias y que se usan como tijeras
moleculares para cortar los enlaces fosfato de la molécula de ADN en secuencias específicas.
Las cadenas de ADN que han sido cortadas con estas enzimas presentan extremos de cadena
sencilla, que pueden unirse a otros fragmentos de ADN que presentan extremos del mismo
tipo. Los científicos utilizan este tipo de enzimas para llevar a cabo la tecnología del ADN
recombinante o ingeniería genética. Esto implica la eliminación de genes específicos de un
organismo y su sustitución por genes de otro organismo.
Otra herramienta muy útil para trabajar con ADN es un procedimiento llamado reacción en
cadena de la polimerasa (RCP), también conocida como PCR por su traducción directa del
inglés (polymerase chain reaction). Esta técnica utiliza una enzima denominada ADN
polimerasa que copia cadenas de ADN en un proceso que simula la forma en la que el ADN
se replica de modo natural en la célula. Este proceso, que ha revolucionado todos los campos
de la biología, permite a los científicos obtener gran número de copias a partir de un
segmento determinado de ADN.
La tecnología denominada huella de ADN (DNA fingerprinting) permite comparar muestras de
ADN de diversos orígenes, de manera análoga a la comparación de huellas dactilares. En
esta técnica los investigadores utilizan también las enzimas de restricción para romper una
molécula de ADN en pequeños fragmentos que separan en un gel al que someten a una
corriente eléctrica (electroforesis); de esta manera, los fragmentos se ordenan en función de
su tamaño, ya que los más pequeños migran más rápidamente que los de mayor tamaño. Se
puede obtener así un patrón de bandas o huella característica de cada organismo. Se utiliza
una sonda (fragmento de ADN marcado) que hibride (se una específicamente) con algunos
de los fragmentos obtenidos y, tras una exposición a una película de rayos X, se obtiene una
huella de ADN, es decir, un patrón de bandas negras característico para cada tipo de ADN.
Un procedimiento denominado secuenciación de ADN permite determinar el orden preciso de
bases nucleótidas (secuencia) de un fragmento de ADN. La mayoría de los tipos de
secuenciación de ADN se basan en una técnica denominada extensión de oligonucleótido
(primer extension) desarrollada por el biólogo molecular británico Frederick Sanger. En esta
técnica se lleva a cabo una replicación de fragmentos específicos de ADN, de tal modo que el
extremo del fragmento presenta una forma fluorescente de una de las cuatro bases
nucleótidas. Los modernos secuenciadores de ADN parten de la idea del biólogo molecular
estadounidense Leroy Hood, incorporando ordenadores y láser en el proceso.
Los científicos ya han
completado
la
secuenciación
del
material
genético
de
varios
microorganismos, incluyendo la bacteria Escherichia coli. En 1998 se llevó a cabo el reto de
la secuenciación del genoma de un organismo pluricelular, un gusano nematodo conocido
como Caenorhabditis elegans. Desde entonces, la lista de organismos cuyo genoma ha sido
secuenciado ha continuado aumentando e incluye, entre otros, la mosca del vinagre
(Drosophila melanogaster), el arroz, el ratón, el protozoo Plasmodium falciparum y el
mosquito Anopheles gambiae. Más recientemente, en abril de 2003, el consorcio público
internacional que integra el Proyecto Genoma Humano anunció el desciframiento de la
secuencia completa del genoma humano.
f
APLICACIONES
La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de
la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los científicos pueden modificar
microorganismos que llegan a convertir en auténticas fábricas para producir grandes
cantidades de sustancias útiles. Por ejemplo, esta técnica se ha empleado para producir
insulina (necesaria para los enfermos de diabetes) o interferón (muy útil en el tratamiento
del cáncer). Los estudios sobre el ADN humano también revelan la existencia de genes
asociados con enfermedades específicas como la fibrosis quística y determinados tipos de
cáncer. Esta información puede ser valiosa para el diagnóstico preventivo de varios tipos de
enfermedades.
La medicina forense utiliza técnicas desarrolladas en el curso de la investigación sobre el
ADN para identificar delincuentes. Las muestras de ADN tomadas de semen, piel o sangre en
el escenario del crimen se comparan con el ADN del sospechoso; el resultado es una prueba
que puede utilizarse ante los tribunales. Véase Pruebas de ADN.
El estudio del ADN también ayuda a los taxónomos a establecer las relaciones evolutivas
entre animales, plantas y otras formas de vida, ya que las especies más cercanas
filogenéticamente presentan moléculas de ADN más semejantes entre sí que cuando se
comparan con especies más distantes evolutivamente. Por ejemplo, los buitres americanos
están más emparentados con las cigüeñas que con los buitres europeos, asiáticos o
africanos, a pesar de que morfológicamente y etológicamente son más similares a estos
últimos.
La agricultura y la ganadería se valen ahora de técnicas de manipulación de ADN conocidas
como ingeniería genética y biotecnología. Las estirpes de plantas cultivadas a las que se han
transferido genes pueden rendir cosechas mayores o ser más resistentes a los insectos.
También los animales se han sometido a intervenciones de este tipo para obtener razas con
mayor producción de leche o de carne o razas de cerdo más ricas en carne y con menos
grasa.
Véase también Ácidos nucleicos; Genética.
Ácido ribonucleico (ARN)
i
INTRODUCCIÓN
Ácido ribonucleico (ARN), material genético de ciertos virus (virus ARN) y, en los organismos
celulares, molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica. En los virus
ARN, esta molécula dirige dos procesos: la síntesis de proteínas (producción de las proteínas
que forman la cápsula del virus) y replicación (proceso mediante el cual el ARN forma una
copia de sí mismo). En los organismos celulares es otro tipo de material genético, llamado
ácido desoxirribonucleico (ADN), el que lleva la información que determina la estructura de
las proteínas. Pero el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta
información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la
célula para sus actividades y su desarrollo).
Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de compuestos químicos llamados
nucleótidos. Cada uno está formado por una molécula de un azúcar llamado ribosa, un grupo
fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina,
uracilo y citosina. Estos compuestos se unen igual que en el ácido desoxirribonucleico (ADN).
El ARN se diferencia químicamente del ADN por dos cosas: la molécula de azúcar del ARN
contiene un átomo de oxígeno que falta en el ADN; y el ARN contiene la base uracilo en lugar
de la timina del ADN.
ii
ARN CELULAR
En organismos celulares, el ARN es una cadena de polinucleótidos de una sola hebra, es
decir, una serie de nucleótidos enlazados. Hay tres tipos de ARN: el ARN ribosómico (ARNr)
se encuentra en los ribosomas celulares (estructuras especializadas situadas en los puntos
de síntesis de proteínas); el ARN de transferencia (ARNt) lleva aminoácidos a los ribosomas
para incorporarlos a las proteínas; el ARN mensajero (ARNm) lleva una copia del código
genético obtenida a partir de la secuencia de bases del ADN celular. Esta copia especifica la
secuencia de aminoácidos de las proteínas. Los tres tipos de ARN se forman a medida que
son necesarios, utilizando como plantilla secciones determinadas del ADN celular.
iii
ARN VÍRICO
Algunos virus tienen ARN de cadena doble, formado por dos cadenas de polinucleótidos
complementarios. En estos virus, la replicación del ARN en la célula hospedante sigue la
misma pauta que la replicación del ADN. Cada nueva molécula de ARN tiene una cadena de
polinucleótidos procedente de otra anterior. Cada una de las bases de los nucleótidos de la
cadena se acopla con una base complementaria de otro nucleótido de ARN: adenina con
uracilo y guanina con citosina. Hay dos tipos de virus con ARN de cadena única. Uno de ellos,
el poliovirus, virus causante de la poliomielitis humana (véase Enterovirus), penetra en la
célula hospedante y sintetiza una cadena de ARN complementaria para transformar la
molécula sencilla en doble. Durante la replicación las dos hebras se separan, pero sólo la
formada recientemente atrae nucleótidos con bases complementarias. Por tanto, la cadena
de polinucleótidos formada como resultado de la replicación es exactamente igual a la
original.
El otro tipo, que agrupa los llamados retrovirus, comprende el virus de la inmunodeficiencia
humana (VIH), que causa el SIDA, y otros virus causantes de tumores. Después de entrar en
la célula hospedante, el retrovirus forma una cadena de ADN complementaria de su propio
ARN valiéndose de los nucleótidos de la célula. Esta nueva cadena de ADN se replica y forma
una doble hélice que se incorpora a los cromosomas de la célula hospedante, donde a su vez
se replica junto con el ADN celular. Mientras se encuentra en la célula hospedante, el ADN
vírico sintetizado a partir del ARN produce virus ARN de cadena única que abandonan la
célula e invaden otras.
iv
INVESTIGACIÓN
Varias pruebas sugieren que el ARN fue el primer material genético. El equivalente a la
molécula genética más arcaica sería probablemente de estructura sencilla y debería ser
capaz de tener actividad enzimática. Además, la molécula debería encontrarse en todos los
organismos. La enzima ribonucleasa-P, que se encuentra en todos los organismos, está
formada por proteína y una forma de ARN con actividad enzimática. Basándose en esta
prueba, algunos científicos opinan que la porción ARN de la ribonucleasa-P sería el
equivalente moderno de la más antigua molécula genética.
Véase también Genética; Ácidos nucleicos.
Diez años después de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN, el código
genético fue descifrado y verificado. Su solución dependió en gran medida de las
investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo de ácidos nucleicos, los ácidos ribonucleicos
(ARN). Se observó que la obtención de un polipéptido a partir del ADN se producía de forma
indirecta a través de una molécula intermedia conocida como ARN mensajero (ARNm). Parte
del ADN se desenrolla de su empaquetamiento cromosómico, y las dos cadenas se separan
en una porción de su longitud. Una de ellas actúa como plantilla sobre la que se forma el
ARNm (con la ayuda de una enzima denominada ARN polimerasa). El proceso es muy similar
a la formación de una cadena complementaria de ADN durante la división de la doble hélice,
salvo que el ARN contiene uracilo (U) en lugar de timina como una de sus cuatro bases
nucleótidas, y el uracilo (similar a la timina) se une a la adenina en la formación de pares
complementarios. Por esta razón, una secuencia de adenina - guanina - adenina - timina citosina (AGATC) en la cadena codificada de ADN, origina una secuencia de uracilo - citosina
- uracilo - adenina - guanina (UAUAG) en el ARNm.
1.2
Transcripción
La formación de una cadena de ARNm por una secuencia particular de ADN se denomina
transcripción. Antes de que termine la transcripción, el ARNm comienza a desprenderse del
ADN. Finalmente, un extremo de la molécula nueva de ARNm, que ahora es una cadena
larga y delgada, se inserta en una estructura pequeña llamada ribosoma, de un modo
parecido a la introducción del hilo en una cuenta. Al tiempo que el ribosoma se desplaza a lo
largo del filamento de ARNm, su extremo se puede insertar en un segundo ribosoma, y así
sucesivamente. Utilizando un microscopio de alta definición y técnicas especiales de tinción,
los científicos pueden tomar fotografías de las moléculas de ARNm con sus unidades de
ribosomas asociados.
Los ribosomas están formados por una proteína y ARN. El grupo de ribosomas unidos a un
ARNm recibe el nombre de polirribosoma o polisoma. Como cada ribosoma pasa a lo largo de
toda la molécula de ARNm, lee el código, es decir, la secuencia de bases de nucleótidos del
ARNm. La lectura, que se denomina traducción, tiene lugar gracias a un tercer tipo de
molécula de ARN de transferencia (ARNt), que se origina sobre otro segmento del ADN.
Sobre un lado de la molécula de ARNt hay un triplete de nucleótidos y al otro lado una región
a la que puede unirse un aminoácido específico (con la ayuda de una enzima específica). El
triplete de cada ARNt es complementario de una secuencia determinada de tres nucleótidos
—el codón— en la cadena de ARNm. Debido a esta complementariedad, el triplete es capaz
de reconocer y adherirse al codón. Por ejemplo, la secuencia uracilo-citosina-uracilo (UCU)
sobre la cadena de ARNm atrae al triplete adenina-guanina-adenina (AGA) del ARNt. El
triplete del ARNt recibe el nombre de anticodón.
Como las moléculas de ARNt se desplazan a lo largo de la cadena de ARNm en los
ribosomas, cada uno soporta un aminoácido. La secuencia de codones en el ARNm
determina, por tanto, el orden en que los aminoácidos son transportados por el ARNt al
ribosoma. En asociación con el ribosoma, se establecen enlaces químicos entre los
aminoácidos en una cadena formando un polipéptido. La nueva cadena de polipéptidos se
desprende del ribosoma y se repliega con una forma característica determinada por la
secuencia de aminoácidos. La forma de un polipéptido y sus propiedades eléctricas, que
están también determinadas por la secuencia de aminoácidos, dictarán si el polipéptido
permanece aislado o se une a otros polipéptidos, así como qué tipo de función química
desempeñará después en el organismo.
En las bacterias, los virus y las algas verdeazuladas, el cromosoma se encuentra libre en el
citoplasma, y el proceso de la traducción puede empezar incluso antes de que el proceso de
la transcripción (formación de ARNm) haya concluido. Sin embargo, en los organismos más
complejos los cromosomas están aislados en el núcleo y los ribosomas sólo se observan en el
citoplasma. Por esta razón, la traducción del ARNm en una proteína sólo puede producirse
después de que el ARNm se ha desprendido del ADN y se ha desplazado fuera del núcleo.