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Sabemos que el ADN tiene la información necesaria para hacer las proteínas que conforman y regulan a los seres vivos. ¿Pero quién es el que lee esa información y construye esas proteínas? ¿Y cómo lo hace? Vamos a verlo.
El ADN básicamente puede hacer dos procesos: La replicación, que es cuando se duplica a sí mismo durante la mitosis; y la transcripción, que es el primer paso para la síntesis (fabricación) de proteínas.
Todo el proceso que va desde el ADN hasta las proteínas se ilustra mediante el llamado Dogma central de la biología molecular. Este “dogma” fue postulado por Francis Crick en 1958 y dice que la información genética que está contenida en el ADN, pasa al ARN mensajero mediante el proceso de transcripción, y a las proteínas mediante la traducción. También postula que el ADN es el único de estos tres elementos genéticos que puede replicarse por sí mismo.
En realidad está mal llamado dogma, porque eso significaría que es un concepto que no se puede poner en duda, y en ciencia toda hipótesis es susceptible de ser refutada; en otras palabras, ninguna teoría se puede dar por verdad absoluta, sólo se acepta hasta que se demuestre lo contrario.
La palabra “dogma” en este caso apuntaba más bien a que es un concepto universal, central y que siempre funciona así. Pero años después de plantear esta teoría se descubrió que muchos virus podían sintetizar ADN a partir de ARN, que el ARN se puede replicar y que algunas proteínas se sintetizan directamente desde el ADN sin pasar por ARN, y los priones que merecerían un video aparte porque son proteínas rarísimas que se replican por sí solas. Pero todas estas son excepciones y no la norma, e igualmente seguimos refiriéndonos a esta teoría como el dogma central.
Personalmente Crick no me cae muy bien porque junto a sus compañeros James Watson y Maurice Wilkinson le sacaron a su colega Rosalind Franklin sin permiso modelos sobre la estructura del ADN, y se basaron en ellos para publicar resultados que les valieron a estos hombres un premio Nobel. Ella falleció de cáncer a los 37 años y jamás supo la importancia de su descubrimiento. Sin contar que Watson dijo hace poco que África era genéticamente inferior ??? O sea no eran científicos con mucha ética.
Pero bueno, según el dogma, el primer paso sería la transcripción de la información genética del ADN al ARN.
Ya vimos que el ADN es una doble cadena, cada una compuesta por una azucar+base nitrogenada+fosfato.
El ARN o ácido ribonucleico también está compuesto por azucar+base nitrogenada+fosfato, pero es de simple cadena y el azúcar que tiene es ribosa en vez de desoxirribosa. Ah, y en vez de tener las 4 bases A-T-C-G, en el ARN la Timina es reemplazada por Uracilo, que también se une con Adenina igual que la Timina. Estas son las diferencias estructurales entre ADN y ARN. Acá te lo dejo en forma de cuadro comparativo porque es pregunta clásica de examen.
Transcripción
La transcripción empieza cuando una doble cadena de ADN se abre por la mitad para dejar expuestas sus bases. No se va a abrir en cualquier parte, sino en sitios específicos que tienen secuencias de inicio de transcripción. Ahí entra una enzima que se llama ARN polimerasa, que va a posarse sobre una de las cadenas (que vamos a llamar molde) y va a empezar a construir una cadena de ARN COMPLEMENTARIA a la de ADN sobre la que está. Esto lo hace uniendo nucleótidos que están libres en el citoplasma en la secuencia complementaria: Qué quiere decir, que si la cadena molde de ADN tiene por ejemplo
A - A - T - G - C - A , el ARN complementario va a ser:
U - U - A - C - G - U
Y además lo hace en un sentido específico, porque hay dos cadenas de ADN pero sólo usa una, la molde.
¿Cómo sabe cuál es cuál? Bueno esto es algo que me costó muchísimo entender en su momento y voy a tratar de explicarlo lo mejor posible. Los extremos de una cadena de ADN o ARN pueden tener dos tipos de terminaciones: Que haya un grupo fosfato en el carbono 5 de la ribosa, a lo que llamamos extremo 5', o que haya un hidroxilo en el carbono 3 del azúcar, que lo llamamos extremo 3’.
Así es que una de las cadenas empieza con 5’ y termina con 3’, y la cadena complementaria a ésta empieza con 3’ y termina con 5’. A esto se le llama “sentido antiparalelo”.
La ARNpol se desplaza en dirección 3’-5’ por la cadena molde. Y el ARN se sintetiza 5’-3’ porque es complementario a esa cadena molde. Es como cuando vas manejando, siempre vas por la derecha, el otro te va a ver a su izquierda. Y el que viene por la izquierda tuya en realidad está manejando también por su derecha. El sentido siempre es el mismo, pero cambia en relación a quién se mida.
Así como la transcripción empezó en un sitio específico, también tiene un sitio de terminación, no es que de un cromosoma entero de ADN sale una secuencia gigante de ARN, sino que hay una cadena de ARN por cada gen que se transcribió (esto es en eucariotas, en procariotas el genoma es muy pequeño y sí hay un solo gran ARN).
El espacio entre un sitio de inicio y uno de terminación es el gen. Y esa cadena de ARN que copió al gen, se llama transcripto primario. Entonces la transcripción ocurre simultáneamente para distintos genes, en distintas partes de un cromosoma y en distintos cromosomas.
El transcripto primario es al ARN así como vino recién sacado del molde. Pero para que esté listo para el próximo paso, sufre una maduración, en la que se cortan y empalman algunas partes no codificantes, lo que se conoce como splicing, se le agrega una cola poliA y un capuchón para darle más estabilidad, porque el ARN es una molécula que se rompe bastante fácil. Con todas estas modificaciones ya estamos en condiciones de llamarlo ARN maduro.
Traducción
El ADN está en el núcleo de la célula para proteger la información genética, y no puede salir de ahí. En cambio su copia de ARN sí puede salir y de ahí que se lo llame ARN mensajero porque viaja del núcleo al citoplasma, para llevar a cabo el siguiente paso: La traducción.
La traducción es en sí la síntesis de proteínas. Los ribosomas son asociaciones de ARN ribosomal con algunas proteínas, y constan en dos subunidades, que en los libros se suelen graficar como dos panes de hamburguesa abiertos. Por el medio de estas dos subunidades va a insertarse cada ARN mensajero maduro que venía del núcleo.
Ahora otro tipo de ARN, el ARN de transferencia, es una estructura en forma de trébol que vendría a funcionar como un adaptador. Tiene dos extremos: En uno tiene un triplete o anticodón que se va a conectar con el transcripto maduro de forma complementaria. Se acuerdan que las bases se leían de a tres y que ese grupo de tres se llama codón. Bueno el anticodón sería el complementario del codón.
En el otro extremo del ARN de transferencia, hay un aminoácido que se corresponde con estos codones según el código genético.
Y todo esto pasa mientras el transcripto va pasando a través del ribosoma. Se lee la secuencia, se invoca al ARN de transferencia complementario, y así se va formando una cadena de aminoácidos. Hay un ARNt por cada triplete así que se reclutan tantos como sean necesarios para terminar la cadena. Cuando se llega al final del transcripto, se suelta del ribosoma y se libera la cadena de aminoácidos formada.
Como el ADN fue copiado por el ARN de manera complementaria, y después los anticodones a su vez son copias de la copia, ahora la secuencia es igual a la original.
Todo este proceso de transcripción y traducción se hace casi todo el tiempo, siempre que se necesite una proteína, recordemos que pueden ser enzimas, hormonas, neurotransmisores o proteínas que constituyen los músculos o la piel.
La biología molecular de la síntesis de proteínas es muy amplia y podríamos entrar en mil detalles más, pero por ahora los dejo con el video. Gracias por leer!