Código genético (soluciones)

1.- Aclare la diferencia entre transcripción y traducción. ¿Qué significado tiene la siguiente expresión: ADN —› ARN —› proteína?

• La transcripción es el proceso mediante el que la información contenida en una cadena de ADN es copiada a moléculas de ARN (ADN —› ARN). 

• La traducción es el proceso que permite sintetizar las cadenas peptídicas mediante la información contenida en el ARN mensajero correspondiente (ARNm —› proteína). 

• La expresión “ADN —› ARN —› proteína” es conocida como el dogma central de la biología molecular  y fue propuesta por Crick en 1970, aunque hoy se conocen algunas excepciones. Significa que la información genética reside en el ADN, de donde se transcribe a ARN y posteriormente se traduce a proteínas. Por entonces apenas había constancia  experimental que sostuviera tal aseveración, por lo que se usaba el término dogma. 

2.- ¿Qué es el código genético? ¿Cuándo se descifró? ¿A qué se llama codón?

La información genética (genoma) está cifrada en una molécula polimérica de sólo 4 monómeros (nucleótidos) y contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas, molécula polimérica que utiliza 20 monómeros (aminoácidos). 

• El código genético es el que establece la correspondencia entre ARN mensajero y proteínas. 

• Fue dilucidado en el decenio de 1960, utilizando en el laboratorio secuencias sintéticas de nucleótidos y controlando la formación de los polipéptidos originados.

 • Codón se define como el triplete de nucleótidos del ARNm que codifica a un aminoácido. Esto es posible porque el codón es reconocido por un anticodón, secuencia de tres nucleótidos del ARNt (unido previamente por su extremo 3’-OH a un aminoácido específico). Cabe recordar que el apareamiento codón-anticodón tiene carácter antiparalelo, por ejemplo, el codón 5'-AUG-3' se empareja con el anticodón 3'-UAC-5'. 

3.- Indique como mínimo 5 características principales del código genético.

• Es prácticamente universal, pues tiene validez en procariotas y eucariotas (aunque con pequeñas variaciones en mitocondrias y en ciertos protozoos). 

• El código genético tiene 64 codones o tripletes (4 nucleótidos, tomados de 3 en 3, con repeticiones, o sea, 4³ = 64). 

• El código incluye un triplete o codón de inicio (AUG) y tres de terminación (UAA, UAG, UGA) de la traducción. 

• Los codones están yuxtapuestos en el ARNm, es decir, uno a continuación de otro, desde el de inicio hasta el de terminación, sin solapamientos ni separaciones. 

• El código no es ambiguo, pues cada triplete codifica un solo aminoácido. Por ejemplo, AAA codifica únicamente a la lisina.

 • Es redundante o degenerado, pues hay 61 tripletes para codificar a 20 aminoácidos, es decir, que contiene varios codones sinónimos para la mayoría de los aminoácidos. Tal circunstancia podría responder a la lógica adaptativa para minimizar los efectos de las mutaciones (las  variaciones en la tercera base del codón no suelen alterar el aminoácido correspondiente).

4.- ¿En qué consiste la hipótesis del balanceo?

Esta hipótesis pretende aportar una posible explicación a la degeneración del código genético. 

El emparejamiento codón-anticodón, por complementariedad de bases (A=U y G≡C), no siempre es estricto entre ambos tripletes, concretamente en lo que respecta a la 3ª base del codón con la 1ª del anticodón, a la cual va referida el término balanceo (wobble).

 Según la hipótesis del balanceo, el anticodón de un mismo ARNt (unido específicamente a un aminoácido por su extremo 3’) puede emparejar con varios codones si éstos sólo difieren en el tercer nucleótido. Por ejemplo, cuando la 1ª base del anticodón es G, la 3ª del codón puede ser la correcta, C, pero también U. Se dice entonces que hay balanceo de G:

Nota.- El balanceo más notorio tiene lugar cuando en la 1ª posición del anticodón hay un nucleótido de inosina, que puede formar dos puentes de hidrógeno con A, C o U.

5.- ¿Qué son ARNt isoaceptores?

Isoaceptores son los ARN transferentes, con anticodones distintos,  que se unen por su extremo aceptor 3’-OH al mismo aminoácido.

Así, pues, no hay 61 ARNt (con los respectivos anticodones), sino en torno a 40, según los organismos, capaces de unirse durante la traducción al aminoácido que corresponda (entre los 20 posibles).

Nota.- Inexplicablemente, en la cepa E. coli K12 se encuentran 84 ARNt, constituyendo un récord de isoaceptores por organismo. Por el contrario, en los orgánulos intracelulares (mitocondrias, cloroplastos) suelen bastar 20 ARNt (ausencia de isoaceptores). 

6.- Consulte la tabla de la clave genética. ¿Cuántos codones hay para la valina? ¿Qué aminoácidos están codificados por un solo codón? ¿Cuáles son los codones de terminación?

• Para el aminoácido valina hay cuatro codones sinónimos: GUU, GUC, GUA, GUG. Se observa que todos empiezan por GU. La variación en la 3ª base guarda relación con el balanceo de la 1ª base del anticodón en el ARNt correspondiente.

• De los veinte aminoácidos, sólo la metionina y el triptófano están determinados por un único codón (AUG y UGG, respectivamente).

• Los codones de terminación (stop) son tres: UAA, UAG y UGA.

7.- Busque en Internet “EC 2.7.7.8”. Indique su nombre y la reacción que cataliza. ¿Tiene relación con el código genético?

• Se trata de la enzima polinucleótido fosforilasa, PNPasa. Pertenece a la clase 2 (Transferasas) y también se llama polirribonucleótido nucleotidil transferasa. La reacción que cataliza es:

Nucleósido difosfato + ARN_n  ‹–› fosfato + ARN_n+1

• Esta enzima impulsó la investigación que condujo al desciframiento del código genético. Su importancia fue enorme, pues permitía obtener ARN artificial (poli-U, poli-A, poli-AC, etc.) y analizar posteriormente el polipéptido resultante.

Nota.- La denominación familiar de la PNPasa como “la enzima de Ochoa” se debe a que se descubrió en el laboratorio de New York que por entonces dirigía el Dr. Severo Ochoa, el cual recibió el Premio Nobel de Medicina en 1959 (junto a Arthur Kornberg) por la síntesis extracelular de ARN utilizando la citada PNPasa.

8.- ¿Cuál fue el primer codón que se descifró y cómo se consiguó?

El primero en descifrarse fue UUU, que codifica a la fenilalanina.

En el laboratorio se sintetizó, mediante la PNPasa, un polinucleótido que tenía únicamente uracilo como base nitrogenada: UMP-UMP-UMP-… (de modo más abreviado, poli-U). Utilizando un sistema in vitro se consiguió traducir el ARN sintetizado y se comprobó que la cadena peptídica resultante era polifenilalanina.

9.- ¿Cuántos codones puede contener un ARN mensajero artificial del tipo poli-AC? ¿Y si fuera del tipo (AC)_n?

• En el primer caso podría llevar ocho codones diferentes (escritos en el sentido 5’ —› 3’): AAA, AAC,  ACC, ACA, CCC, CCA, CAC, CAA.

• Si fuera del tipo ACACACACAC (n veces), sólo serían dos los codones distintos: ACA y CAC. 

10.- Utilice el código genético para indicar la cadena peptídica originada a partir del siguiente ARN mensajero: 5’- A U G G U A C C C A A G

Dado que el sentido de la lectura es siempre 5’ —› 3’ resultaría:

Metionina-valina-prolina-lisina- 

11.- Aplique la clave genética para traducir el siguiente mensaje: 3’- G A A G G U C C C -5’.

Con objeto de evitar posibles confusiones es aconsejable escribirlo en el sentido de la lectura (o sea, 5’ —› 3’): 5’- C C C U G G A A G - 3’. 

Este ARNm codificaría: Prolina-triptófano-lisina.

12.- Deduzca el primer nucleótido del anticodón correspondiente a partir del siguiente triplete de ADN:

3’- G C T -5’.

Primero escribiremos el codón: 5’ -  C G A  - 3’.

El anticodón es: 3’ - G C U - 5’.

Dado que se considera como extremo inicial el 5’ resulta que el primer nucleótido del anticodón es U, o sea, uridina monofosfato.

13.- Use la clave genética y deduzca la cadena peptídica a partir del siguiente ADN:

     5’- A T C A T C G G G T T A - 3’
     3’- T A G T A G C C C A A T - 5’

Al transcribir la cadena 3’→ 5’ se obtiene el siguiente ARN mensajero: 5’- A U C A U C G G G U U A -3’

Al traducir este ARNm resulta el siguiente péptido:

        Isoleucina-isoleucina-glicina-leucina. 

14.- ¿Si el codón de inicio es AUG, quiere ello decir que todas las proteínas celulares de los eucariotas empiezan por el aminoácido Met (metionina)?

Ciertamente, todas las proteínas eucariotas comienzan por metionina durante la biosíntesis, pero luego se puede perder durante el procesamiento postraduccional.

Las proteínas procariotas comienzan por formilmetionina, un derivado de este aminoácido.

Nota.- De forma excepcional, los procariotas pueden usar los codones GUG o UUG como iniciadores de la traducción, incorporando en cualquiera de los casos formilmetionina (fMet).

15.- Diagrama del “sol naciente” para el código genético (busque en Internet).

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