Dogma central: transcripción y traducción

¿Cómo pasa la información del ADN a una proteína?

El dogma central describe el flujo en la célula: del ADN al ARN mensajero y del mensajero a la proteína. Los genes especifican la secuencia de los mensajeros, y esos mensajeros especifican la secuencia de aminoácidos de las proteínas. El ADN se queda intacto y protegido. La célula hace copias de mensajero para sintetizar proteína. Copiar ADN a ARN es directo: por cada nucleótido leído en el ADN se añade uno al mensajero. Pasar a proteína es más complejo, porque tres nucleótidos del mensajero corresponden a un aminoácido. Aun así es colineal. Los nucleótidos 1 a 3 dan el aminoácido 1, los 4 a 6 dan el aminoácido 2, y así sigue. Hay 20 aminoácidos comunes. Por eso se dice que el alfabeto de las proteínas tiene 20 letras. ¹

Ese copiado del ADN al mensajero se llama transcripción. El mensajero usa A, C, G y uracilo. La traducción lee ese molde de nucleótidos en los ribosomas y lo convierte en proteína. El ARN es complementario a la secuencia de ADN de la que se copió. Donde el ADN tiene timina, el ARN no la usa: pone uracilo cuando le toca aparear con adenina. Si la hebra de ADN que se copia es 3'-AACT-5', el mensajero queda 5'-UUGA-3'. Se escribe de 5' a 3', que es el sentido en el que el ribosoma lee el mensajero. A del ADN da U, A da U, C da G y T da A. ^{1 3 2}

Cada aminoácido queda definido por un triplete llamado codón. Con dos letras solo hay 16 combinaciones, y no alcanzan para 20 aminoácidos. Con tres letras hay 64 tripletes. El código es degenerado: un aminoácido puede tener más de un triplete. Francis Crick y Sydney Brenner lo mostraron con el mutágeno proflavina en un virus. Insertar uno o dos nucleótidos impedía la proteína normal, porque se corría el marco de lectura. Insertar tres nucleótidos dejaba una proteína funcional, con un aminoácido de más. De los 64 codones, tres terminan la síntesis y sueltan el polipéptido. Se llaman codones sin sentido, o de paro: UAA, UAG y UGA. No hay ARN de transferencia para ellos. Entra un factor de liberación, parecido a un ARN de transferencia, y la peptidil transferasa añade agua al extremo carboxilo. La proteína se suelta. El codón AUG especifica metionina y, además, es el codón de inicio. El marco de lectura se fija por el AUG cercano al extremo 5' del mensajero. Desde ahí se lee de tres en tres hasta un codón de paro. ^{1 2}

Si una región que se traduce tiene 90 nucleótidos y no cuentas un codón de paro, salen 30 aminoácidos, porque 90 dividido entre 3 es 30. Los de paro no se suman como aminoácido. Si el problema dice 300 nucleótidos sin contar el paro, la proteína tiene 100 aminoácidos. No dividas entre 2 ni multipliques por 3. ¹

La traducción necesita el mensajero, ribosomas, ARN de transferencia y factores enzimáticos. El de transferencia es el adaptador: carga un aminoácido y reconoce uno o más codones. Hay, según la especie, de 40 a 60 tipos en el citoplasma. Una aminoacil-ARNt sintetasa une cada ARN de transferencia a su aminoácido, gastando ATP. De los 64 codones, 61 piden que se añada un aminoácido y uno de esos 61, el AUG, también inicia. El ribosoma lee el mensajero de 5' a 3' y arma el polipéptido del extremo amino al carboxilo. Varios ribosomas pueden traducir el mismo mensajero a la vez. Ese conjunto es un polisoma. ²

En eucariotas el nucleolo fabrica y ensambla los ARN ribosomales. Los ribosomas están en el citoplasma y en el retículo endoplasmático rugoso. Mitocondrias y cloroplastos tienen los suyos. Cuando no traducen, las subunidades se separan y se vuelven a juntar al iniciar. En mamíferos la subunidad chica es 40S y la grande 60S, y el ribosoma completo es 80S. La chica se une al mensajero. La grande une los ARN de transferencia en orden. En la elongación hay tres sitios. El sitio A recibe el ARN de transferencia cargado. El sitio P sujeta el que ya trae la cadena. El sitio E deja salir al que quedó vacío. El enlace peptídico lo cataliza la peptidil transferasa, una enzima de ARN de la subunidad grande. El ribosoma avanza tres bases hacia el extremo 3'. En E. coli, añadir cada aminoácido toma unos 0,05 segundos: una proteína de 200 aminoácidos cabe en unos 10 segundos. ²

El código es casi universal. Con pocas excepciones, las especies usan el mismo para sintetizar proteínas. Un mensajero purificado que codifica globina de caballo, pasado a una célula de tulipán, haría que el tulipán sintetizara globina de caballo. Esa conservación es una evidencia de origen común. Una sustitución de un solo nucleótido a menudo cae en un codón del mismo aminoácido, o de uno parecido, y la proteína no queda inutilizada del todo. Un cambio que sí altera el mensaje se retoma en mutaciones. Las bases y el uracilo están en ADN y ARN. ¹

Ideas clave

• Dogma. El gen especifica el mensajero y el mensajero especifica la proteína. Transcripción y luego traducción. ¹
• Codón. Tres nucleótidos, un aminoácido. Hay 64 tripletes. El código es degenerado y casi universal. ¹
• Inicio y paro. AUG es metionina y codón de inicio. UAA, UAG y UGA terminan la cadena y no añaden aminoácido. ^{1 2}
• ARN de transferencia. Lleva el aminoácido al ribosoma y aparea su anticodón con el codón. ²
• Sentido de lectura. El ribosoma lee el mensajero de 5' a 3' y la proteína crece del extremo amino al carboxilo. ²

Ejemplos resueltos

Dos nombres en orden

Primero se copia el gen en un mensajero: eso es transcripción. Después el ribosoma arma la proteína: eso es traducción. Si inviertes los nombres, o si pones replicación en el segundo lugar, cambiaste el dogma. La replicación hace más ADN, no proteína. ¹

Una hebra molde corta

La hebra de ADN que se copia es 3'-TGAC-5'. El mensajero, escrito de 5' a 3', es ACUG. T del ADN da A, G da C, A da U y C da G. No dejes las letras T en el ARN ni copies la hebra sin complementarla. ^{3 1}

Noventa nucleótidos

Un tramo que sí se traduce mide 90 nucleótidos y ya excluiste el codón de paro. 90 entre 3 da 30 aminoácidos. El mismo criterio, con 300 nucleótidos útiles, da 100. ¹

Errores comunes

No llames traducción al copiado del ADN. La traducción empieza cuando el ribosoma lee el mensajero. ¹

No cuentes el codón de paro como un aminoácido más. Esos tres tripletes sueltan la cadena. ²

No digas que el mensajero lleva los aminoácidos. Ese trabajo es del ARN de transferencia. El mensajero trae los codones. ^{3 2}

Cómo lo pregunta el examen

En un completar, el primer hueco (ADN hacia mensajero) es transcripción y el segundo (mensajero hacia proteína) es traducción. ¹

Si dan una hebra molde de ADN con extremos 3' y 5', el mensajero es el complemento, con U en lugar del apareamiento de A, y se escribe de 5' a 3'. ^{3 2}

Si preguntan qué ARN acerca los aminoácidos, es el de transferencia, no el mensajero, ni el ribosomal, ni la polimerasa. ²

Si dan nucleótidos de la región que se traduce, sin el paro, divide entre 3. ¹

Resumen

• El dogma central va de ADN a ARN mensajero y de ARN mensajero a proteína.
• La transcripción añade un nucleótido de ARN por cada uno que lee en el ADN. El ARN usa uracilo.
• Tres nucleótidos forman un codón. 64 codones, 20 aminoácidos, código degenerado.
• AUG inicia y codifica metionina. UAA, UAG y UGA paran y no ponen aminoácido.
• El ribosoma lee de 5' a 3'. El ARN de transferencia trae el aminoácido.