Química Aplicada a la Ingeniería Biomédica Estructura y

Química Aplicada a la Ingeniería Biomédica
Estructura y Propiedades de los Ácidos Nucleicos
José Emilio Salvador Concepción
Índice
1. Introducción  2
2. Nucleósidos y nucleótidos  2
2.1 Otras funciones de los nucleótidos  3
3. Bases púricas y pirimidínicas  4
4. DNA
4.1 Historia  5
4.2 Estructura del DNA  5
4.3 Apareamiento de bases  6
4.4 Funciones  7
4.5 El código genético  8
4.6 Exones e intrones  8
4.7 Estructuras alternativas de la doble hélice  9
5. RNA
5.1 Introducción  9
5.2 Elementos estructurales del RNA  10
5.3 Diferencias entre DNA y RNA  10
5.4 Tipos de RNA  11
5.5 Traspaso del material genético  12
5.6 Traducción  12
5.7 Ejemplo  13
6. Bibliografía  13
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1. Introducción
Los organismos vivos son sistemas complejos. Cientos de miles de proteínas existen
dentro de cada uno de nosotros para ayudarnos a desarrollar nuestras funciones
cotidianas. Estas proteínas son producidas localmente, armadas pieza por pieza con
especificaciones exactas. Se requiere una enorme cantidad de información para manejar
correctamente este complejo sistema. Esta información, detallando la estructura
específica de las proteínas dentro de nuestros cuerpos, está guardada en un conjunto de
moléculas llamado ácidos nucleicos.
Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de
monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así,
largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a
alcanzar tamaños gigantes (de millones de nucleótidos de largo), las moléculas más
grandes que se conocen.
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Miescher que en la década de 1860
aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre
que posteriormente se cambió a ácido nucleico.
El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del
código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las
proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a
las células hijas.
2. Nucleósidos y nucleótidos
Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es
una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido (una pentosa):
ribosa o desoxirribosa, una base nitrogenada púrica (adenina, guanina) o pirimidínica
(citosina, timina o uracilo) y uno o varios grupos fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base
nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.
Los nucleótidos son moléculas que se pueden presentar libres en la Naturaleza o
polimerizadas, formando ácidos nucleicos. También pueden formar parte de otras
moléculas que no son ácidos nucleicos, como moléculas portadoras de energía o
coenzimas.
La unión formada por la pentosa y la base nitrogenada se denomina nucleósido y su
enlace se llama N - glucosídico. Por ello, también un nucleótido es un nucleósido unido
a uno o más ácidos fosfóricos.
Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y
los fosfatos tienen una función estructural formando el esqueleto del polinucleótido.
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En términos químicos, los ácidos nucleicos se componen de nucleótidos unidos
covalentemente entre sí por medio del grupo hidroxilo del carbono 3 de un azúcar
(designado corno carbono 3') al grupo fosfato del carbono 5 (designado 5´) del azúcar
adyacente*. La unión que afecta al fosfato es químicamente un fosfodiéster puesto que
un solo fosfato se une por enlace éster a dos azúcares separados.
Mientras que hay sólo cuatro diferentes bases nucleotídicas que pueden estar en un
ácido nucleico, cada ácido nucleico contiene millones de bases unidas a él. El orden en
el cual estas bases nucleótidas aparece en el ácido nucleico, codifica la información
contenida en la molécula. En otras palabras, las bases nucleótidas sirven como una
suerte de alfabeto genético donde está codificada la estructura de cada proteína de
nuestros cuerpos.
La nomenclatura de los nucleótidos es compleja, pero sigue una estructuración. Los
nucleótidos de bases púricas se denominan:
Adenosin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Adenina.
Guanosin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Guanina. Llevan el prefijo
desoxi-, en el caso de estar formadas por la pentosa desoxirribosa.
Los nucleótidos de bases pirimidínicas se llaman:
Citidin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Citosina.
Timidin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Timina.
Uridin, (mono, di o tri fosfato), para la base nitrogenada Uracilo. Llevan el prefijo
desoxi-, en el caso de estar formadas por la pentosa desoxirribosa.
En resumen, se podría deducir que los componentes de los nucleótidos son:
- Un compuesto aromático cíclico que contiene átomos de carbono y de nitrógeno; por
sus propiedades químicas, estos compuestos son las bases nitrogenadas.
- Un carbohidrato de cinco carbonos (aldopentosa): ribosa o desoxirribosa.
- Uno, dos o tres grupos fosfato.
En la ribosa hay disponibles tres grupos hidroxilo para esta esterificación y dos en la
desoxirribosa; sin embargo, el lugar más común para formar el enlace éster es el grupo
hidroxilo del carbono 5`de las pentosas. Este producto se denominará nucleósido 5`monofosfato o más frecuentemente, 5`-mononucleótido.
2.1 Otras funciones de los nucleótidos
Además de su importante papel como constituyentes de los ácidos nucleicos, los
nucleótidos desempeñan otras funciones en la célula. Los nucleótidos, en especial el
trifosfato de adenosina (ATP), funcionan como transportadores de energía química y
pueden liberar, durante la hidrólisis de un enlace fosfato, la energía suficiente para
suplir la que se necesita en otras reacciones de la célula. Otros nucleótidos, o derivados
de ellos, funcionan en reacciones celulares de oxidación-reducción, como
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transportadores de azúcares en la biosíntesis de polisacáridos y como moléculas
reguladoras que inhiben o estimulan las actividades de algunas enzimas o vías
metabólicas. Sin embargo, aquí consideramos el papel de los nucleótidos como
unidades estructurales de los ácidos nucleicos, lo que constituye su principal función.
3. Bases púricas y pirimidínicas
Timina:
En el código genético se representa con la letra T. Forma el nucleósido timidina (dThd)
y el nucleótido timidilato (dTMP). La timina es una base orgánica nitrogenada de
fórmula C5 H6 N2 O2 y es un compuesto cíclico derivado de la pirimidina (es una ‘base
pirimidínica’).
Adenina:
En el código genético se representa con la letra A. Es un compuesto orgánico
nitrogenado de fórmula C5H5N5. Es un derivado de la purina (es una ‘base púrica’) en la
que un hidrógeno ha sido sustituido por un grupo amino (NH2). La adenina, junto con la
timina, fue descubierta en 1885 por el bioquímico alemán Albrecht Kossel.
Guanina:
La guanina en el código genético se representa con la letra G. Es una base púrica y
forma los nucleótidos guanosina (Guo) y desoxiguanosina (dGuo), y los nucleótidos
guanilato (GMP) y desoxiguanilato (dGMP). Es un compuesto orgánico cuya fórmula
es C5H5N5O.
Citosina:
En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un
anillo aromático y un grupo amino en posición 4 y un grupo cetónico en posición 2. Su
fórmula química es C4H5N3O y su masa molecular es de 111.10 unidad masa atómicas.
La citosina fue descubierta en 1894 cuando fue aislada en tejido del timo de cRNAero.
Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares
de bases. Dos unidades de medida muy utilizadas son la kilobase (kb) que equivale a
1.000 pares de bases, y la megabase (Mb) que equivale a un millón de pares de bases.
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Uracilo:
Es una pirimidina, una de las cuatro bases nitrogenadas que forman parte del RNA y en
el código genético se representa con la letra U. Su fórmula molecular es C4H4N2O2.
Forma el nucleósido uridina (Urd) y el nucleótido uridilato (UMP). El uracilo fue
descubierto originalmente en el año 1900. Fue aislado por hidrólisis del ácido nucleico
de las levaduras que se encontraron en ciertos órganos de los bovinos: timo y bazo, así
como en el esperma de los arenques y el germen de trigo. El uracilo es una molécula de
estructura planar, unsaturada y que posee la habilidad de absorber sustancias.
4. DNA
4.1 Historia
El DNA se conoce desde hace más de cien años. Fue aislado por primera vez en 1869
por un médico alemán llamado Friedrich Miescher, en la misma década notable en la
cual Darwin publicó El Origen de las Especies y Mendel presentó sus resultados a la
Sociedad de Historia Natural de Brünn. La sustancia que Miescher aisló era blanca,
azucarada, ligeramente ácida y contenía fósforo, la encontró en el pus de las vendas y en
el esperma de salmón; dado que la encontró en el núcleo de las células, la llamo
nucleína, aunque no fue reconocida hasta 1943 gracias al experimento realizado por
Oswald Avery. En 1953 Watson y Crick, en Inglaterra descubrieron en base a
información de otros científicos la estructura molecular del DNA. Lo que permitió
entender cómo la información genética es almacenada y procesada.
4.2 Estructura del DNA
En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles:
Estructura primaria:
Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la
información genética, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la
información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia
presenta un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases.
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Estructura secundaria:
Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información
genética y el mecanismo de duplicación del DNA. Como he comentado en la
introducción histórica del DNA fue postulada por Watson y Crick, basándose en:
primero, la difracción de rayos X que habían realizado Franklin, Wilkins; y segundo, la
equivalencia de bases de Chargaff, que dice que la suma de adeninas más guaninas es
igual a la suma de timinas más citosinas.
En dicha cadena doble, dextrógira o levógira según el tipo de DNA, ambas son
complementarias, pues la adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de
una a la citosina de la otra y además son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una se
enfrenta al extremo 5´ de la otra. Las principales características son las siguientes:
Las dos cadenas helicoidales de polinucleótido de giro hacia la derecha, se enrollan
alrededor de un eje común formando una doble hélice.
Al ser antiparalelas, sus puentes 3`,5`-fosfodiéster van en direcciones contrarias.
En un medio acuoso, el esqueleto covalente polar y con carga de los grupos alternados
de desoxirribosa y fosfato, se sitúan en la parte externa de la hélice, donde es favorable
la interacción con H20; las bases de purina y pirimidina evitan el contacto con el agua,
ocultándose al interior de la estructura.
La doble hélice es estabilizada por dos tipos de fuerzas:
- Puentes de hidrógeno.
- Interacciones hidrofóbicas y de van der Waals entre las bases apiladas.
Quizás la característica más importante de la doble hélice que le permite funcionar en el
almacenamiento y transferencia de la información genética es el apareamiento de bases
complementarias. Esta combinación lleva el máximo número posible de puentes de
hidrógeno y también permite que los pares de bases tengan la máxima estabilidad.
Estructura terciaria:
Se refiere a como se almacena el DNA en un volumen reducido. Varía según se trate de
organismos procariotas o eucariotas:
En procariotas: se pliega como una súper-hélice en forma, generalmente, circular y
asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en las mitocondrias y
en los cloroplastos.
En eucariotas: el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto y para esto se
necesita la presencia de proteínas, como son las histonas y otras de naturaleza no
histónica.
4.3 Apareamiento de bases
La doble hélice de DNA se mantiene estable mediante la formación de puentes de
hidrógeno entre las bases asociadas a cada una de las dos hebras y fuerzas de Van der
Waals. Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el DNA establecen
una asociación específica mediante puentes de hidrógeno con los correspondientes de la
otra cadena. Cada tipo de base en una hebra forma un enlace únicamente con un tipo de
base en la otra hebra, lo que se denomina complementariedad de las bases. Según esto,
las purinas forman puentes de hidrógeno con las pirimidinas, de forma que A se enlaza
sólo con T, y C sólo con G. La organización de dos nucleótidos apareados a lo largo de
la doble hélice se denomina apareamiento de bases. Este emparejamiento corresponde a
la observación ya comentada anteriormente y realizada por Erwin Chargaff (19052002), que mostró que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y
que la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina en el DNA.
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Esta observación permitió establecer la hipótesis de que una purina se apareaba siempre
con una pirimidina. Pero los puentes de hidrógeno formados entre las bases no son
enlaces covalentes, pueden romperse y formarse de nuevo de forma relativamente
sencilla. Por esta razón las dos hebras de la doble hélice pueden separarse como una
cremallera, bien por fuerza mecánica o alta temperatura. Como resultado de esta
complementariedad, toda la información contenida en la secuencia de doble hebra de la
hélice de DNA está duplicada en cada hebra, lo cual es fundamental durante el proceso
de replicación del DNA. En efecto, esta interacción reversible y específica entre pares
de bases complementarias es crítica para todas las funciones del DNA en los
organismos vivos.
En la figura se puede observar un par de bases GC con tres puentes de hidrógeno.
Abajo, un par AT con dos puentes de hidrógeno, los cuales se muestran como líneas
discontinuas.
El par de bases GC es por tanto más fuerte que el par de bases AT. Como consecuencia,
tanto el porcentaje de pares de bases GC como la longitud total de la doble hélice de
DNA determinan la fuerza de la asociación entre las dos hebras de DNA. Dobles hélices
largas de DNA con alto contenido en GC tienen hebras que interaccionan más fuerte
que dobles hélices cortas con alto contenido en AT.
En el laboratorio, la fuerza de esta interacción puede medirse, buscando la temperatura
requerida para romper los puentes de hidrógeno, la temperatura de fusión (también
denominado valor Tm, del inglés melting temperature). Cuando todas las pares de bases
en una doble hélice se funden, las hebras se separan en solución en dos hebras
completamente independientes. Estas moléculas de DNA de hebra simple no tienen una
única forma común, sino que algunas conformaciones son más estables que otras.
4.4 Funciones
Entre las funciones y propiedades del DNA podemos resaltar que
1. El DNA controla la actividad de la célula.
2. En ciertos casos, comúnmente derivados del caso anterior, el DNA puede llegar a
tener cierta conductividad, según un estudio realizado.
Gracias al modelo de doble hélice el DNA:
1. Es el que lleva la información genética de la célula, ya que las unidades de DNA,
llamadas genes, son las responsables de las características estructurales y de la
transmisión de estas características de una célula a otra en la división celular. Los genes
se localizan a lo largo del cromosoma.
2. El DNA tiene la propiedad de duplicarse durante la división celular para formar dos
moléculas idénticas, para lo que necesita que en el núcleo celular existan nucleótidos,
energía y enzimas.
3. Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos.
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4.5 El código genético
Al analizar las secuencias de bases de nucleótidos de cientos de genes y correlacionarlas
con la secuencia de aminoácidos de las proteínas formadas a partir de esos genes, se ha
encontrado una relación directa entre las secuencias. Ambas son colineales; es decir, la
secuencia de bases de un gen está dispuesta en un orden que se corresponde con el de
los aminoácidos de la proteína formada. Al estudiar las proteínas, producto de muchos
genes sintéticos y naturales, se ha descifrado un conjunto de reglas de codificación,
denominado código genético:
La correspondencia de codificación es un conjunto de tres nucleótidos por aminoácido
incorporado a la proteína; por tanto el código es de tripletes.
El código no es solapante: los tres nucleótidos en el DNA son adyacentes, tratados
como un conjunto y se utilizan sólo una vez en cada etapa de traducción.
Los conjuntos de tres nucleótidos se leen secuencialmente sin puntuación.
Cada aminoácido puede tener más de un código de tripletes (codones); es decir, es
redundante.
El código es casi universal y también contiene señales para “interrupción” e “inicio”,
4.6 Exones e intrones
Siempre se había supuesto que la expresión del DNA en las células eucariotas era
similar, si no que es idéntica, en las células procarióticas. Pero en 1977 se descubrió que
las regiones codificantes a menudo se interrumpen en el DNA eucariótico por regiones
no codificantes; de ahí se dice que los genes son discontinuos. Las regiones codificantes
son los exones y las que no los intrones.
Un exón tiene un promedio de 120 a 150 bases de nucleótidos, y codifica de 40 a 50
aminoácidos de una proteína. Los intrones pueden ser más largos o más cortos, con un
intervalo de 50 a 20.000 bases de longitud. No se sabe bien cual es la razón que existan
intrones en el DNA eucariótico; algunos piensan que es “DNA chatarra” y que
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desaparecerá por motivos evolutivos. Sin embargo, es más factible que los intrones
sirvan para elaborar las variantes de las proteínas con más eficiencia.
El descubrimiento de estas regiones no codificantes en el DNA llevó al planteamiento
de varias preguntas fundamentales. ¿En qué etapa se elimina esta información?¿Ambas
regiones se transcriben como mRNA y se traducen en moléculas de proteína que deben
acortarse antes de que sean funcionales, o tal vez, el mRNA se modifica antes de ser
traducido?. Se ha descubierto que el mRNA recién sintetizado es mucho más largo que
la forma final del mRNA traducido por los ribosomas.
4.7 Estructuras alternativas de la doble hélice
De izquierda a derecha, las estructuras de DNA A, B y Z:
El DNA existe en muchas conformaciones.Sin embargo, en organismos vivos sólo se
han observado las conformaciones DNA-A, DNA-B y DNA-Z. La conformación que
adopta el DNA depende de su secuencia, la cantidad y dirección de superenrrollamiento
que presenta, la presencia de modificaciones químicas en las bases y las condiciones de
la solución, tales como la concentración de iones de metales y poliaminas. De las tres
conformaciones, la forma "B" es la más común en las condiciones existentes en las
células. Las dos dobles hélices alternativas del DNA difieren en su geometría y
dimensiones.
La forma "A" es una espiral que gira a mano derecha más amplia que la "B", con una
hendidura menor superficial y más amplia, y una hendidura mayor más estrecha y
profunda. La forma "A" ocurre en condiciones no fisiológicas en formas deshidratadas
de DNA, mientras que en la célula puede producirse en apareamientos híbridos de
hebras DNA-RNA, además de en complejos enzima-DNA.
Segmentos de DNA en los que las bases han sido modificadas por metilación pueden
sufrir cambios conformacionales mayores y adoptar la forma "Z". En este caso, las
hebras giran alrededor del eje de la hélice en una espiral que gira a mano izquierda, lo
opuesto a la forma "B" más frecuente. Estas estructuras poco frecuentes pueden ser
reconocidas por proteínas específicas que se unen a DNA-Z y pueden estar implicadas
en la regulación de la trascripción.
5. RNA
5.1 Introducción
El ácido ribonucleico es un ácido nucleico, polímero lineal de nucleótidos formando una
larga cadena. El eje de la cadena lo forman grupos fosfato y azúcares ribosa de forma
alternativa del que toma su nombre. Como se dijo anteriormente los nucleótidos del
RNA contienen el azúcar ribosa y entre sus bases nitrogenadas al uracilo, aunque esto,
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actualmente no se sabe porqué. La función principal del RNA es servir como
intermediario de la información que lleva el DNA en forma de genes y la proteína final
codificada por esos genes. Las moléculas del RNA no son tan homogéneas como las del
DNA, sino que existen en tres formas principales. Cada tipo de RNA tiene una
composición de bases y una masa molecular característicos. Los 3 tipos de RNA
(rRNA,mRNA y tRNA) serán comentados posteriormente.
5.2 Elementos estructurales del RNA
Todos los tipos de RNA, sin importar su tamaño o función biológica, son sintetizados
como moléculas de una sola hebra. Sus estructuras primarias constan de un esqueleto
fosfodiéster de ribosa y fosfato alternados, y brazos laterales de bases nitrogenadas que
son complementarias al molde de DNA. Más que plegarse en un patrón periódico y
uniforme como el DNA, las hebras únicas del RNA se doblan sobre sí mismas y
adoptan conformaciones que tienen varios elementos estructurales distintos, los cuales
se encuentran dispersos a lo largo de toda la molécula de RNA. Los elementos
estructurales más importantes son:
Las vueltas en horquilla son asas en la cadena sencilla que acercan trechos
complementarios para el apareamiento de bases. Su estructura es semejante a la del ADNA.
Las dobles hélices a la derecha resultan del plegamiento de la hebra de RNA sobre sí
misma. La doble hélice se mantiene unida mediante puentes de hidrógeno
complementarios e interacciones entre las bases apiladas.
Las asas internas y las protuberancias, que son relativamente frecuentes en las
moléculas de RNA, son características estructurales que interrumpen la formación de
regiones dobles helicoidales continuas.
Todos los tipos de RNA, incluidos tRNA y rRNA, comparten características comunes.
Cada molécula de mRNA, que acarrea el mensaje de un gen, tiene un tamaño definido,
pero por su inestabilidad y existencia transitoria se conoce poco de su estructura
tridimensional.
5.3 Diferencias entre DNA y RNA
Entre los dos tipos de ácidos nucleicos; DNA y RNA, sus principales diferencias son:
El azúcar (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el DNA y la ribosa en el RNA.
Las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina en el DNA;
adenina, guanina, citosina y uracilo en el RNA.
En los eucariotas la estructura del DNA es de doble cadena, mientras que la estructura
del RNA es monocatenaria, aunque puede presentarse en forma extendida, como el
mRNA (RNA mensajero), o en forma plegada, como el tRNA (RNA transferencia) y el
rRNA (RNA ribosómico).
La masa molecular del DNA es generalmente mayor que la del RNA.
El DNA lleva la información genética de la célula y el RNA actúa corno una molécula
intermediaria para convertir la información en secuencias definidas de aminoácidos en
las proteínas
Las bases púricas, adenina y guanina, contienen dos anillos con carbono y nitrógeno
unidos, mientras que las bases pirimidínicas, timina, citosina y uracilo, contienen un
único anillo hexagonal con carbono y nitrógeno. La guanina, adenina y citosina se
encuentran tanto en el DNA como en el RNA; la timina (salvo raras excepciones) se
presenta sólo en el DNA, mientras que el uracilo aparece sólo en el RNA.
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5.4 Tipos de RNA
La trascripción de DNA celular da origen a una mezcla heterogénea de tres tipos de
RNA: ribosómico, de transferencia y mensajero. Los tres tipos de RNA tienen algunas
características comunes.
Todos ellos son productos de transcripciones del DNA por las RNA polimerasas (salvo
los RNA virales).
Normalmente son de una sola hebra, con excepción de pequeños segmentos en los que
la molécula se puede plegar sobre sí misma. Todos tienen una función en la síntesis de
proteínas.
El RNA ribosomal (rRNA) es el más abundante y se encuentra combinado con proteínas
formando complejos de ribonucleoproteína, denominados ribosomas.
El más pequeño es el RNA de transferencia (tRNA) con 73 a 93 nucleótidos, pero
representando el 45% del total de RNA que existe en la célula. Se encuentra disuelto en
el citoplasma celular; éste se combina con una molécula de aminoácido y la incorpora a
una cadena proteica en crecimiento. Existe por lo menos un tipo de tRNA para cada uno
de los 20aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas. Con la particularidad de que
cada tRNA reconoce un solo aminoácido. Otra característica de los tRNA es que
además de las cuatro bases fundamentales presentan otras bases púricas y pirimidínicas
menos frecuentes. Las enzimas conocidas como aminoacil-tRNA sintetasas catalizan la
unión de cada aminoácido a su molécula de tRNA específica. Cada aminoacil sintetasa
tiene la capacidad de distinguir un aminoácido en particular de los restantes 19, a pesar
de que algunos de ellos son muy similares químicamente. De igual modo, estas enzimas
reconocen con precisión la molécula correcta de tRNA para emparejarlo con el
correspondiente aminoácido.
El tamaño del RNA mensajero (mRNA) es variable y cada uno de ellos transporta el
mensaje contenido en un gen o grupo de ellos. La secuencia de nucleótidos del mRNA
es complementaria a la secuencia de bases del DNA molde. El RNA mensajero es un
producto inestable, de corta vida en la célula, así que el mensaje que transporta para la
síntesis de proteínas debe ser descodificado de inmediato y simultáneamente por varios
ribosomas para hacer múltiples copias de la misma proteína por cada copia de mRNA.
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5.5 Traspaso del material genético
El DNA constituye el principal componente del material genético de la inmensa
mayoría de los organismos, junto con el RNA, siendo el componente químico primario
de los cromosomas y el material con el que los genes están codificados.
El DNA contiene las instrucciones necesarias para generar moléculas de RNA, en el
proceso denominado trascripción.
Una gran parte del RNA que se transcribe en la célula (mRNA) contiene la información
necesaria para generar cadenas polipeptídicas o proteínas, en el proceso denominado
traducción. Hay secuencias de DNA que codifican proteínas, pero hay otras que no
codifican proteínas y por tanto pueden tener una función estructural o estar implicadas
en la regulación del uso de la información genética.
La información se transcribe primero de DNA a RNA, y se "lee" en los ribosomas a
partir del RNA (durante la traducción) a través del código genético, que asigna a cada
triplete de bases (un codón) la utilización de un aminoácido específico para generar una
proteína.
A su vez, las cadenas polipeptídicas codificadas por el DNA pueden ser estructurales
como las proteínas de los músculos, cartílagos, pelo, etc., bien funcionales como las de
la hemoglobina o las innumerables enzimas del organismo. La función principal de la
herencia es la especificación de las proteínas, siendo el DNA una especie de plano o
receta para generar nuestras proteínas.
El proceso de traducción lo podemos ver con más detalle a continuación.
5.6 Traducción
El RNA se transcribe a partir de una de las dos cadenas del DNA. En caso contrario, al
transcribirse ambas al mismo tiempo, de una de las hélices saldría una proteína y de la
otra algo totalmente diferente.
Por ejemplo, si en una de las cadenas de DNA hubiera: GATACA, en la otra cadena, la
homóloga, debería haber: CTATGT.
La primera al transcribirse a RNA daría dos codones: GAU-ACA.
La segunda CUA-UGU.
La primera formaría la cadena de aminoácidos siguiente.
En el primer caso: Ácido Aspártico-Treonina y en el segundo caso: Leucina-Cisteína.
Que sólo se transcriba una hélice no significa que siempre sea la misma a lo largo de
todo el cromosoma. Puede transcribirse una hélice en un sitio y otra en otro.
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En la traducción de codones a aminoácidos intervienen otras moléculas de RNA, las
llamadas RNA de transferencia.
Algunas moléculas de RNA presentan actividad catalítica, y son conocidas como
ribozimas. La mayoría de los RNA son autocatalíticos, ya que catalizan su propio
procesamiento. Su hallazgo es relativamente reciente, y antes se consideraba que solo
las proteínas eran las únicas macromoléculas capaces de poseer actividad catalítica.
5.7 Ejemplo
Gen (DNA):
5´
AATTCGTATCGATTAGCTGCGTGCAGTACGTC 3´
3´
TTAAGCATAGCTAATCGACGCACGTCATGCAG 5´
RNA:
5´
AAUUCGUAUCGAUUAGCUGCGUGCAGUACGUC
3´
UUAAGCAUAGCUAAUCGACGCACGUCAUGCAG
3´ PROTEÍNA 1
5´ PROTEÍNA 2
6. Bibliografía
- Conceptos de Bioquímica, Rodney Boyer, Ciencias InteRNAcional Thomson.
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