Síntesis de Proteínas: El Código Genético

El código genético es el «diccionario» que permite traducir el lenguaje de los ácidos nucleicos (4 bases nitrogenadas) al lenguaje de las proteínas (20 aminoácidos diferentes).

• Codones y tripletes: Se necesitan agrupaciones de 3 bases (tripletes en el ADN o codones en el ARNm) para codificar los aminoácidos, lo que da lugar a 64 combinaciones posibles (4³ = 64).
• Características del código genético:
  • Universal: Es el mismo para casi todos los organismos, incluidos los virus (con raras excepciones en mitocondrias y algunos protozoos), lo que indica un origen evolutivo único.
  • Degenerado: Existen más codones (64) que aminoácidos (20). Salvo la metionina y el triptófano, los aminoácidos están codificados por más de un codón, lo que supone una ventaja frente a mutaciones.
  • Sin imperfección: Cada codón codifica única y exclusivamente a un aminoácido.
  • Carece de solapamiento: Los tripletes se leen de forma lineal y continua, sin espacios y sin compartir bases nitrogenadas.

La Traducción (Biosíntesis de Proteínas)

Es el proceso mediante el cual se pasa del idioma de los ácidos nucleicos al de las proteínas. Requiere ARNm, aminoácidos, enzimas, energía y ribosomas. Los ribosomas poseen tres sitios: A (aminoacil), P (peptidil) y E (liberación).

• Paso previo (Activación): Ocurre en el citoplasma. Cada aminoácido se une a su ARNt específico gracias a la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa.
• Fase 1: Iniciación: En el sitio P de la subunidad menor del ribosoma se une el ARNt iniciador (que lleva Metionina) al codón de inicio AUG del ARNm. Se consume energía (GTP a GDP).
• Fase 2: Elongación: Un nuevo ARNt entra al sitio A complementando al siguiente codón. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos. El ribosoma se traslada un codón (traslocación), pasando la cadena en formación al sitio P y el ARNt vacío al sitio E para ser liberado. Requiere GTP.
• Fase 3: Finalización: El ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UAG o UGA). Ningún ARNt lo reconoce; en su lugar, se unen factores de liberación proteicos que separan la cadena polipeptídica.

Nota clínica: Ciertos antibióticos como la estreptomicina, eritromicina o tetraciclina actúan bloqueando distintas fases de la traducción en bacterias.

Maduración y Plegamiento Postraduccional

Tras la traducción, los polipéptidos no son funcionales y deben modificarse.

• Modificaciones principales: Formación de puentes disulfuro para el plegamiento, adición de grupos prostéticos (glúcidos, grupo hemo), modificaciones covalentes (fosforilación, metilación) y cortes proteolíticos (como eliminar la metionina inicial).
• Plegamiento (Chaperonas): El plegamiento puede ser espontáneo, pero a veces requiere proteínas llamadas chaperonas o chaperoninas que aseguran el correcto ensamblaje. También actúan como defensa ante estrés térmico.
• Exportación: Las proteínas de membrana o secreción se sintetizan en el Retículo Endoplasmático Rugoso (RER). Las destinadas al núcleo, mitocondrias o cloroplastos se sintetizan en ribosomas libres del citoplasma.

Control de la Expresión Génica en Procariotas

El modelo más importante es el Operón, propuesto por Jacob y Monod (1965). Un operón incluye genes estructurales y elementos de control (promotor y operador), regulados por genes reguladores.

• Operón Inducible (Lactosa): La lactosa es el inductor. Si hay lactosa, se une al represor, dejando libre el operador para que la ARN-polimerasa transcriba los genes. Si no hay lactosa, el represor bloquea el operador y no hay transcripción.
• Operón Reprimible (Triptófano): El triptófano es el represor. Si hay triptófano, se une a la proteína represora y bloquean el operador, impidiendo la transcripción. Si falta, el operador queda libre y se transcriben los genes.

Estructura del Genoma

El genoma es el conjunto de genes de un organismo.

• Virus: Poseen una sola molécula lineal o circular de ADN o ARN, frecuentemente con genes solapados.
• Procariotas: Un cromosoma circular y plásmidos (ADN de replicación independiente no esencial). Sus genes son continuos (toda la información se traduce).
• Eucariotas: No hay relación directa entre complejidad y cantidad de ADN. La mayor parte está en el núcleo y una pequeña parte en mitocondrias/cloroplastos.
  • ADN no codificante: Constituye el 98,5% del genoma humano e incluye el ADN satélite (centrómeros y telómeros), ADN regulador e intrones. La eliminación alternativa de intrones (splicing) permite una gran versatilidad de proteínas.

Proyecto Genoma Humano (PGH) y Ómicas

Iniciado en 1990 y completado en 2003, su objetivo era ordenar, secuenciar y determinar la función de todos los genes humanos.

• Conclusiones Clave del PGH:
  • Tenemos menos de 25.000 genes (solo un 1,5% codifica proteínas) y unos 3.200 millones de nucleótidos.
  • Gracias al procesamiento alternativo del ARNm, un gen puede codificar unas 5 proteínas diferentes.
  • Nos diferenciamos de los chimpancés en solo un 1%.
  • Genéticamente, es imposible distinguir etnias; los humanos nos diferenciamos en solo 1 de cada 1.000 nucleótidos.
• Aplicaciones: Desarrollo de medicina genética y personalizada, y comprensión de orígenes evolutivos.
• Proteómica: Disciplina que estudia el proteoma (conjunto de proteínas codificadas por el genoma). Las proteínas superan en número a los genes y son las verdaderas ejecutoras de las actividades celulares.