El Código Genético y la Traducción de Proteínas

Descubierto en la década de los sesenta del siglo XX, el código genético es una clave fundamental que relaciona la ordenación de los nucleótidos en el ARN mensajero (ARNm) con la secuencia de aminoácidos en las proteínas.

En un ARNm, las instrucciones para construir un polipéptido vienen en grupos de tres nucleótidos, llamados codones. Algunas características clave de los codones son:

• Hay 61 codones distintos que especifican aminoácidos.
• Tres codones de parada (UAA, UAG y UGA) indican que la síntesis del polipéptido ha terminado.
• Un codón AUG es la señal de inicio para comenzar la traducción y, además, especifica el aminoácido metionina.

Estas relaciones específicas entre los codones del ARNm y los aminoácidos se conocen colectivamente como el código genético. Durante el proceso de traducción, los codones de un ARNm se leen en orden, desde el extremo 5’ al extremo 3’, mediante moléculas adaptadoras llamadas ARN de transferencia (ARNt).

Cada ARNt posee un anticodón, un conjunto de tres nucleótidos que se une a un codón de ARNm correspondiente a través del apareamiento de bases. El otro extremo del ARNt transporta el aminoácido que especifica dicho codón.

Los ARNt se unen a los ARNm dentro de los ribosomas, que son las «fábricas» de proteínas de la célula. El resultado final de este proceso es un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos refleja fielmente la secuencia de codones en el ARNm.

Procesamiento del ARNm en Eucariontes

La molécula de ARN que se produce inicialmente por la transcripción en las células eucariotas se denomina pre-ARNm. Esta molécula debe pasar por varios pasos de procesamiento antes de convertirse en un ARNm maduro y funcional:

• Se añade un cap 5’ al inicio del ARN.
• Se añade una cola de poli-A al final del ARN.
• Se cortan y eliminan los intrones (secuencias no codificantes) y se unen las secuencias codificantes (exones). Este proceso se conoce como empalme del ARN (splicing).

Una vez que se han completado estos pasos, el ARN es un ARNm maduro, listo para viajar fuera del núcleo y ser utilizado para sintetizar una proteína.

El Cap 5’ y la Cola de Poli-A

Ambos extremos de un pre-ARNm se modifican con la adición de grupos químicos específicos. El cap 5’ y la cola de poli-A no solo protegen el transcrito de la degradación, sino que también facilitan su exportación del núcleo y su traducción eficiente en los ribosomas.

El Empalme del ARN (Splicing)

En el empalme del ARN, ciertas regiones del transcrito del pre-ARNm, conocidas como intrones, son eliminadas por un complejo enzimático especializado llamado espliceosoma.

Los fragmentos de ARN que no se eliminan se llaman exones. El espliceosoma une los exones para generar un ARNm final y maduro, el cual se envía fuera del núcleo. Si el espliceosoma no elimina un intrón correctamente, se obtendrá un ARN con información «basura» o incorrecta, lo que resultará en la producción de una proteína errónea o no funcional.

Diferenciación Celular y Regulación de la Expresión Génica

Cada tipo celular diferenciado en un organismo multicelular proviene de un mismo grupo de células madre indiferenciadas.

En las células, cada gen codifica un tipo de proteína distinta que desarrollará una función determinada. Es por ello que las células desempeñan funciones diferentes, a pesar de compartir el mismo material genético.

El ADN es el mismo para todas las células de un individuo; la diferenciación radica en los genes que se están expresando en un momento y lugar específicos.

Las células madre son pluripotentes, es decir, tienen la capacidad de especializarse en cualquier tipo de célula somática de nuestro cuerpo. Sin embargo, una vez que se han especializado, generalmente ya no pueden volver a ser una célula madre ni volver a especializarse en otro tipo celular.

Diversos tipos de células expresan distintos grupos de genes. Sin embargo, incluso dos células del mismo tipo pueden presentar diferentes patrones de expresión génica, según su ambiente y su estado interno.

Podemos decir que el patrón de expresión génica de una célula está determinado por la información tanto del interior como del exterior de la célula. Las células, para tomar decisiones y responder a su entorno, poseen vías moleculares que convierten esta información en un cambio en la expresión génica.

La expresión génica en eucariontes es un proceso complejo que implica muchos pasos regulables, lo que permite un control preciso sobre la producción de proteínas. Los principales puntos de regulación incluyen:

• Accesibilidad de la Cromatina

  La estructura de la cromatina (el ADN y sus proteínas de organización, principalmente histonas) puede regularse. Una cromatina más abierta o relajada hace que un gen sea más disponible para la transcripción.

• Transcripción

  La transcripción es un punto regulador clave para muchos genes. Grupos de proteínas, denominados factores de transcripción, se unen a secuencias específicas del ADN (promotores y potenciadores) en un gen o cerca de él, y promueven o reprimen su transcripción a ARN.

• Procesamiento del ARN

  El procesamiento del ARN, que incluye el corte y empalme (splicing), la adición del casquete (cap) y la adición de una cola de poli-A a una molécula de ARN, puede regularse, así como su salida del núcleo. Un mecanismo importante es el empalme alternativo, que permite producir diferentes ARNm (y, por lo tanto, diferentes proteínas) a partir del mismo pre-ARNm.

• Estabilidad del ARN

  La vida útil de una molécula de ARNm en el citosol afecta directamente la cantidad de proteínas que pueden producirse a partir de ella. Pequeños ARN reguladores, como los miARN (microARN), pueden unirse a ARNm objetivo y provocar su degradación o inhibir su traducción.

• Traducción

  La traducción de un ARNm puede aumentarse o inhibirse por diversos reguladores, como proteínas represoras o activadoras que interactúan con el ARNm o con los componentes ribosomales.

• Actividad de la Proteína

  Las proteínas pueden someterse a una variedad de modificaciones postraduccionales (por ejemplo, fosforilación, glicosilación, ubiquitinación) que pueden ser reguladas y que afectan su actividad, estabilidad, localización o interacciones con otras moléculas.