Síntesis de Proteínas: Transcripción y Traducción
Definición de los Procesos de Transcripción y Traducción
- Transcripción: Es el proceso por el cual una secuencia de ADN se copia a una secuencia de ARN. Este proceso ocurre en el núcleo celular, donde se encuentra el genoma.
- Traducción: Es el proceso por el cual se sintetiza una secuencia de aminoácidos a partir de la información contenida en el ARN mensajero (ARNm) obtenido durante la transcripción. Este proceso se lleva a cabo en los ribosomas, ubicados en el citoplasma celular.
Función de los Ribosomas en la Síntesis Proteica
Los ribosomas son las estructuras celulares donde se realiza la traducción. Actúan como el sitio de ensamblaje de los aminoácidos para formar las cadenas polipeptídicas que constituyen las proteínas.
Moléculas que Participan en la Síntesis Proteica, Además del ARNm
Además del ARNm, otras moléculas esenciales en la síntesis proteica incluyen:
- ADN polimerasa: Enzima que cataliza la adición de desoxirribonucleótidos durante la replicación del ADN.
- ARN polimerasa: Enzima que cataliza la adición de ribonucleótidos durante la transcripción, sintetizando ARN a partir de un molde de ADN.
- ARNt (ARN de transferencia): Transporta los aminoácidos a los ribosomas durante la traducción, uniéndose al ARNm mediante su anticodón.
- ARNr (ARN ribosómico): Forma parte de la estructura de los ribosomas y participa en la catálisis de la formación de enlaces peptídicos entre los aminoácidos.
Expresión Génica y Código Genético
Expresión de un Gen
Decimos que un gen se expresa cuando la información codificada en su secuencia de ADN se utiliza para sintetizar una proteína. Este proceso implica la transcripción del ADN a ARNm y la posterior traducción del ARNm a una secuencia de aminoácidos en los ribosomas.
Código Genético Degenerado
El código genético se considera degenerado porque varios tripletes de nucleótidos (codones) pueden codificar un mismo aminoácido. Esto significa que existen más codones posibles (64) que aminoácidos (20). Sin embargo, hay excepciones, como la metionina y el triptófano, que están codificados por un único codón.
Ingeniería Genética y Organismos Modificados
Definiciones Clave en Ingeniería Genética
- Proteínas: Macromoléculas compuestas por cadenas lineales de aminoácidos, que desempeñan funciones esenciales en los seres vivos.
- Virus: Entidades infecciosas que solo pueden replicarse dentro de las células de un organismo huésped.
- Organismos procarióticos: Organismos unicelulares, como las bacterias, que carecen de un núcleo definido y otros orgánulos rodeados por membranas.
- Genes: Secuencias de nucleótidos en el ADN que contienen la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con una función celular específica, como una proteína.
Esquema de la Transcripción y Traducción de Proteínas
- Transcripción: La información contenida en la secuencia de ADN se transcribe a una molécula de ARN mensajero (ARNm).
- Traducción: El ARNm se traduce en los ribosomas para producir una cadena polipeptídica específica, que luego se pliega para formar una proteína funcional.
Expresión de Genes de un Organismo en Otro
La posibilidad de expresar un gen de un organismo en otro se basa en la universalidad del código genético. Sin embargo, diferencias en la maquinaria celular, como la presencia de intrones en eucariotas, pueden requerir modificaciones en el gen para su correcta expresión en un organismo diferente. Una delineación, o deleción, es la pérdida de uno o más nucleótidos en la secuencia de ADN, lo que puede alterar la proteína resultante.
Aplicaciones de la Ingeniería Genética y sus Repercusiones Sociales
La ingeniería genética tiene diversas aplicaciones, como la identificación de individuos en investigaciones criminales o la selección de embriones sanos en casos de enfermedades genéticas. Estas aplicaciones tienen importantes implicaciones éticas y sociales.
Ejemplo de Mutación Puntual
Cambios en el ARNm y ADN para Sustituir Fenilalanina (Phe) por Tirosina (Tyr)
- ARNm: Cambiar el codón UUU (Phe) por UAU (Tyr).
- ADN: Cambiar la secuencia AAA (que codifica UUU en el ARNm) por ATA (que codifica UAU en el ARNm).
Código Genético Degenerado y Universal
- Código genético degenerado: Un mismo aminoácido puede ser codificado por varios codones diferentes. Por ejemplo, la leucina está codificada por seis codones distintos.
- Código genético universal: El mismo código genético se utiliza en todos los seres vivos, desde las bacterias hasta los humanos, con algunas excepciones en ciertos orgánulos como las mitocondrias.
Procesos de Transcripción y Traducción y su Localización Celular
- Transcripción: Se realiza en el núcleo de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas (donde se encuentra el genoma).
- Traducción: Se realiza en los ribosomas, que se encuentran en el citoplasma celular.
Esquema de la Síntesis de Proteínas
Etapas del Proceso de Síntesis de Proteínas
- Duplicación del ADN (Replicación): Proceso por el cual se copia la molécula de ADN.
- Transcripción: Síntesis de ARNm a partir de un molde de ADN.
- Traducción: Síntesis de una proteína a partir de la información contenida en el ARNm.
- Transcripción inversa: Síntesis de ADN a partir de un molde de ARN (ocurre en algunos virus).
Fases de la Traducción
- Iniciación: El ARNm se une a la subunidad menor del ribosoma. La subunidad menor se desplaza hasta encontrar el codón de iniciación (AUG). El ARNt iniciador, que lleva el aminoácido metionina, se une al codón de iniciación mediante su anticodón.
- Elongación: El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, leyendo los codones de tres en tres. Los ARNt correspondientes, cargados con sus aminoácidos, se unen a los codones del ARNm. Se forma un enlace peptídico entre el aminoácido del ARNt entrante y la cadena polipeptídica en crecimiento. El ARNt que ha donado su aminoácido sale del ribosoma.
- Finalización: La traducción termina cuando el ribosoma encuentra un codón de terminación (UAA, UAG o UGA) en el ARNm. No existe ningún ARNt que reconozca estos codones, por lo que la síntesis de la proteína se detiene y la cadena polipeptídica se libera del ribosoma.
Avances en Biología Molecular y Genética
Definiciones
- ADN: Ácido desoxirribonucleico. Macromolécula que contiene la información genética utilizada en el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos y algunos virus.
- Nucleótidos: Unidades básicas que componen los ácidos nucleicos (ADN y ARN). Están formados por un azúcar de cinco carbonos (ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada y un grupo fosfato.
- Genes: Secuencias de nucleótidos en el ADN que contienen la información necesaria para la síntesis de una proteína o ARN funcional.
- ARNm: Ácido ribonucleico mensajero. Molécula de ARN que lleva la información genética del ADN a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
Mutaciones y su Impacto en la Secuencia de ADN
Una mutación es un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. La causa de una mutación puntual es la sustitución de un solo nucleótido por otro. Esto puede tener diversos efectos, desde no tener ningún efecto (si el nuevo codón codifica el mismo aminoácido) hasta alterar la proteína resultante (si el nuevo codón codifica un aminoácido diferente o introduce un codón de terminación prematuro).
Transcripción del ADN a ARN Mensajero
La transcripción es el proceso por el cual se sintetiza una molécula de ARNm a partir de un molde de ADN. La enzima ARN polimerasa se une a una región específica del ADN (promotor) y comienza a sintetizar una molécula de ARNm complementaria a la secuencia de ADN.
Aplicaciones de la Biología Molecular y la Genética
La biología molecular y la genética tienen numerosas aplicaciones, como la identificación de individuos en investigaciones forenses, el diagnóstico de enfermedades genéticas y la terapia génica.
Producción de Insulina Humana en Bacterias
Objetivo de la Producción de Insulina Humana en Bacterias
El objetivo principal es producir insulina humana a gran escala para el tratamiento de la diabetes. Las bacterias modificadas genéticamente actúan como biofactorías, produciendo insulina de forma eficiente y económica.
Importancia del Código Genético Universal
Si el código genético no fuera universal, el gen de la insulina humana introducido en la bacteria no podría ser traducido correctamente a la proteína insulina. La bacteria no reconocería los codones del gen humano y, por lo tanto, no podría sintetizar la proteína o produciría una proteína alterada.
Función del ARNm, ARNt y Ribosomas en la Síntesis de Insulina en Bacterias
- ARNm: Lleva la información genética del gen de la insulina humana desde el ADN de la bacteria hasta los ribosomas.
- ARNt: Transporta los aminoácidos específicos a los ribosomas, según la secuencia de codones del ARNm.
- Ribosomas: Son las estructuras celulares donde se ensamblan los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica de la insulina, siguiendo las instrucciones del ARNm.
Replicación del ADN en el Núcleo Celular
Información Genética en las Células Hijas durante la Replicación del ADN
Durante la replicación del ADN en el periodo S de la interfase, cada célula hija recibe una copia completa e idéntica del ADN de la célula madre. Esto se debe a que cada hebra de la doble hélice del ADN sirve como molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria.
Replicación Semiconservativa del ADN
La replicación semiconservativa del ADN significa que cada una de las dos moléculas de ADN resultantes está formada por una hebra original (molde) y una hebra de nueva síntesis. Esto asegura la fidelidad en la transmisión de la información genética.
Función del Nucléolo
El nucléolo es una estructura dentro del núcleo celular que se encarga de la síntesis y ensamblaje de los componentes ribosómicos (ARNr y proteínas ribosómicas). Estos componentes se exportan luego al citoplasma para formar los ribosomas, que son esenciales para la síntesis de proteínas.