Código Genético CIENCIA

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Ciencia

Concepto. Se denomina c. g. a las reglas en virtud de las cuales la secuencia de las cuatro unidades en el ADN determina la ordenación específica de los 20 aminoácidos en la estructura de las proteínas. Las proteínas, polímeros naturales a base de 20 aminoácidos (v.) distintos, desempeñan en los organismos vivos misiones fundamentales en los órdenes constitutivo y funcional (enzimas, hormonas, hemoglobinas, etc.). Estas proteínas (v.) exhiben en la ordenación de sus aminoácidos (estructura primaria) características propias de cada especie que se transmiten de modo constante a través de las generaciones. La biosíntesis de proteínas ha de venir, pues, gobernada primariamente por el material genético de la célula o ácido desoXIrribonucleico (ADN), polímero a base tan sólo de cuatro unidades (nucleótidos) diferentes. Transcripción y traducción del código genético. El mecanismo por el que este contenido informativo del ADN llega a exhibirse en las proteínas es complejo y comprende toda la serie de etapas relativas a la biosíntesis de las proteínas en la célula. En primer lugar, la información contenida en la secuencia de los cuatro nucleótidos de la estructura bicatenaria del ADN (correspondientes a las bases adenina, guanina, timina, citosina) se transcribe en la ordenación de los nucleótidos con las bases complementarias (uracilo, citosina, adenina, guanina) de una estructura monocatenaria, el denominado ácido ribonucleico "mensajero" o m-ARN.

Esta etapa de "transcripción" del contenido informativo del ADN en el m-ARN, va seguida de la "traducción" de este mensaje en la ordenación específica de los aminoácidos en el seno de la molécula proteica; el m-ARN es, pues, la sustancia directamente codificadora de la secuencia de los aminoácidos. Esta acción codificadora del ARN mensajero se ejerce sobre los aminoácidos activados bajo la forma de aminoacil-tARN en el seno de las partículas celulares conocidas como ribosornas. Estos t-ARN o ácidos ribonucleicos de transferencia son específicos de cada aminoácido y poseen en el seno de sus estructuras un triplete terminal común, CCA, a cuyo nucleótido terminal, A, se une mediante un enlace éster el aminoácido particular y una región específica (anticodon) para su unión al m-ARN que constituye la matriz sobre la que se especifica la ordenación de los aminoácidos constituyentes de la proteína.

Desde el punto de vista estructural, el ARN mensajero está constituido por una secuencia a base de cuatro nucleótidos (A, G, C, U) y el primer aspecto de la codificación consistió en averiguar el número de nucleótidos cuyo conjunto, codon, sería responsable de la presencia de un determinado aminoácido. Codificación genética que hubiera podido ser con facilidad establecida a base de la determinación de ambas secuencias, aminoácidos en la proteína sintetizada y nucleótidos en el ARN codificador; sin embargo, la determinación de este segundo tipo de secuencias posee notorias dificultades, por cuyo motivo la naturaleza del c. g. tuvo que examinarse mediante métodos indirectos de índole bioquímica o genetica. Los métodos bioquímicos consistieron de modo fundamental en experimentar la biosíntesis de proteínas en sistemas libres de células utilizando como ARN mensajero, polinucleótidos sintéticos de estructuras conocidas a base de todas las combinaciones posibles de las cuatro bases, A, G, C y U; suplementando este sistema con un donador energético y los 20 aminoácidos, se ha encontrado que cada tipo de ARN ménsajero sintético dirige la incorporación de ciertos aminoácidos. Así pudo establecerse, sobre todo merced a las investigaciones de Nirenberg, Ochoa y Khorana, la naturaleza triplete, sin solapamientos, de la codificación.

Estos resultados in vitro con polinucleótidos artificiales se han contrastado por métodos genéticos utilizando células vivas; estos experimentos comparan la ordenación de aminoácidos en las proteínas resultantes de simples cambios de bases en los tripletes codificadores postulados. Gran número de datos en este sentido se han logrado de los análisis de hemoglobinas humanas anormales y de la proteína del virus del mosaico del tabaco.

Este hecho significa, por tanto, que una estructura de m-ARN formada por la sucesión de tripletes UUU, de un lado, supone que la secuencia de bases en el ADN originario fue AAA, y de otro exige la formación de una proteína a base de un único aminoácido constituyente, fenilalanina en este caso. De otra forma, el poli-U (ácido poliuridílico) utilizado como mensajero artificial codifica la síntesis de la poli-fenilalanina.

Degeneración del código genético. Partiendo de la base de la naturaleza triplete, sin solapamiento, de la codificación, se deduce la existencia de 64 combinaciones posibles de tres nucleótidos utilizando los cuatro integrantes de la secuencia de los m-ARN. De la existencia de 20 aminoácidos a ser codificados y de la posibilidad teórica de 64 normas codificadoras o codones, tripletes de nucleótidos, surge una de las características fundamentales del c. g.: la denominada degeneración. El concepto de degeneración del c. g. denota que la codificación puede ser imprecisa, esto es, un mismo aminoácido puede ser codificado por distintos tipos de tripletes; además, la degeneración del c. g. exhibe un cierto orden, no ocurre al azar. Así, p. ej., al lado de aminoácidos, metionina y triptófano, que son codificados por únicos tripletes nucleotídicos, AUG y UGG respectivamente, existen otros que, como arginina, leucina y serina, llegan a poseer cada uno de ellos seis tripletes codificadores; el resto de los aminoácidos son codificados por dos o cuatro triple= tes distintos, excepción de la isoleucina, que viene codificada por tres tripletes nucleotídicos. Como norma general, las dos primeras bases son fijas para cada aminoácido y la tercera base puede ser una de las cuatro posibles, sin que eXIsta discriminación en esta tercera posición entre U y C.

En el conjunto de los 64 tripletes nucleotídicos posibles teóricamente, existen tres que no responden a acción codificadora alguna sobre aminoácidos; son éstos UAA (ocre), LAG (ámbar) y UGA, denominados tripletes "sin sentido" que interrumpen la lectura del mensaje y, en consecuencia, se produce la terminación de la cadena peptídica en la biosíntesis de proteínas, para ello es necesaria la presencia adicional de varios factores proteicos.

El mecanismo de iniciación de la lectura del mensaje permanece aún más ignorado, siendo la idea actualmente en vigor la de formación de un complejo de iniciación a base de ribosomas 30S-mARN-GTP-formilmetioniltAfRN-factores de iniciación, que es desprendido más tarde en el curso de la elongación de la cadena peptídica.

La mencionada degeneración del c. g. otorga un elevado grado de fleXIbilidad a la biosíntesis de proteínas en respuesta a cambios mutacionales; de esta. manera se minimizan las posibilidades de cambio de aminoácidos ante cualquier variación de bases.

Universalidad del código genético. Una segunda característica del c. g. es su universalidad. Con independencia de su origen animal, vegetal o bacteriano, los sistemas biosintetizadores de proteínas leen, p. ej., el mensaje UUUUUU...U como polifenilalanina. Asimismo todo el c. g. previamente establecido es del todo compatible con las sustituciones de aminoácidos, como consecuencia de mutaciones en toda una diversidad de organismos.

Cualidad destacada del c. g. es la existencia de un cierto grado de ordenación lógica. Factores que han sido mencionados como inductores de esta ordenación son la selección natural, relaciones estructurales entre aminoácidos y trinucleótidos codificadores y la participación de la configuración tridimensional de los t-ARN.

V. t.: PROTEÍNAS; GENÉTICA; BIOQUÍMICA; AMINOÁCIDOS.

A. MARTÍN MUNICIO.

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