von der Becke - biologia molecular - retrato del gen

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Carlos von der Becke - Biología 57

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RETRATO DEL GEN

MODULO III UNIDAD 3 CAPITULO 1

CODIGO Y MENSAJES GENETICOS

El presidente del gremio está nervioso porque permite que Chou-Chin siga estudiando con los dibujitos que había dejado olvidados otro estudiante. "Me parece - señala - que así no vamos a ningun lado". Chou lo mira con sus ojos rasgados y de propone a sí mismo tratar de comprender el tema tanto como realmente pueda, haciendo con dedicación sus autoevaluaciones. Tiene todavía unas cuantas hojas más. Y el tema de la Biología Molecular no hay duda que es muy importante

CODIGO GENETICO.

El concepto de código genético no se debe confundir con el de mensaje genético. El código es un diccionario de equivalencias, as;i como 0 significa apagado y 1 significa encendido en álgebra binaria.

Aquí diremos, por ejemplo, que ACA es treonina.

El mensaje genético o genoma es el rosario de genes a los cuales se les ha eliminado los sectores mudos y se les ha dejado la parte informática, que son codones.

Cada codón codifica a un amino-ácido fijo e inamovible.

Esto ya lo entrevió MARSHALL NIREMBERG en 1961 cuando construyó sinteticamente una hebra de poli-U

Estaba formado solamente de uracilos encadenados. El codón que se repetía era siempre UUU, de manera que había construído una hebra que decía ...UUUUUUUUUUUUUUUUUUU...

¿Qué pasa? ¿Quién grita?

El resultado fue que agregado en un tubo de ensayo con extracto de bacteria, UUU significaba fenilalanina, amino-ácido que se abrevia como PHE (del inglés, phenilalñanaine) y todas las U seguidas significa una proteína formada solamente por fenilalanina natural, que estasba presente en el extracto.
Decimos entonces que UUU es el codón de la fenilalanina.
Poco a poco se pudo decodificar el poli-A, el poli-C, el poli-UG, el poli-UGU, etc.
á = LYS, la lisina
CCC = PRO, la prolina
UGU = CYS, la cisteína
GUG = VAL, la valina
El premio Nobel Manfred Eugen propuso y está en discusión que antes del código moderno con sesenta y cuatro codones o tripletes (N = 3) escritos con M = cuatro letras (A,U,C,G), que sintetizan proteínas basadas en veinte amino-ácidos, habría un código primitivo con ocho codones o tripletes (N = 3) escritos con M = dos letras (A,U), que sintetizaban proteínas basadas en solamente seis amino-ácidos. Luego apareció la dupla C-G y toda la información acumulada previamente con A-U no se perdió, sirviendo de base a la nueva.
En muchas proteínas importantes que hay más uso de A-U que de C-G.
Una objeción es la de la abundancia de isoleucina en las primeras vidas. Esto se aprecia en la siguiente tabla, donde hay dos instrucciones de ocho dedicadas a la isoleucina (ILE).
Otros autores proponen que del triplete o codón, la vida antigua solo leía los dos primeros signos (M = 4 y N = 2) e ignoraba el tercero, por ser entonces mudos. Con esto se cubría una vida con algo así como quince amino-ácidos.
Los resultados completos (suponiendo la hipótesis de Eugen) están a continuación

CODONES FORMADOS------------------------------AMINO-ACIDOS EQUIVALENTES
CON LAS LETRAS A,U,G,C|
AUG----------------------instrucción de arranque con metionina (MET), moderna UAA UAG UGA------------------ instrucciones de FIN, una primitiva UAU UAC----------- de tirosina (TYR), una primitiva AAU AAC------------ de aspartina (ASN), una primitiva AUU AUA AUC--------- de isoleucina (ILE), dos primitivas á AAG------------- de lisina (LYS), una primitiva UUU UUC------------- de fenilalanina (PHE), una primitiva UUA UUG CUU CUC CUA CUG de leucina (LEU), una primitiva CAA CAG------------- de glutamina (GLN), modernas CAU CAC--------------- de histidina (HIS), modernas GAU GAC--------------- de ácido aspártico (ASP), modernas GAA GAG-------------- de ácido glutámico (GLU), modernas UGU UGC-------------- de cisteína (CYS), modernas UGG---------------- de triptofano (TRP), modernas GUU GUC GUA GUG-------- de valina (VAL), modernas CCU CCC CCA CCG--------- de prolina (PRO), modernas ACU ACC ACA ACG---------- de treonina (THR), modernas GCU GCC GCA GCG---------- de alanina (ALA), modernas GGU GGC GGA GGG---------- de glicina (GLY), modernas UCU UCC UCA UCG AGU AGC---- de serina (SER), modernas CGU CGC CGA CGG AGA AGG---- de arginina (ARG), modernas

Con un alfabeto de M=cuatro letras se pueden escribir 64 palabras de justo N=tres letras, segun la fórmula
N = 4³= 64
de manera que hay sesenta y cuatro codones posibles. AUG o metionina significa arranque de un mensaje parcial, o sea un gen; y UAA, UAG y UGA significan final de un mensaje parcial, o sea un gen.
El rosario completo de genes o genoma es el mensaje total de un individuo.
Los códigos mencionados tienen redundancia, lo cual disminuye la tasa de errores, pero no ambigüedad, lo cual sería fatal para la interpretación del mensaje.
REDUNDANCIA: Obsérvese que un mismo amino-ácido tiene varios codones sinónimos, excepto AUG, la metionina y UGG, el triptofano.
AMBIGÜEDAD: Obsérvese que uno cualquiera de los 64 codones tiene un único significado, por ejemplo AUG solamente significa metionina, UUU solamente significa fenilalanina, etc. Con esto queda explicado que las hebras lineales de polinucleótidos se corresponden a largos tramos de amino-ácidos encadenados (proteínas) de un futuro andamio muy flexible. Estos tramos son inicialmente lineales. Los entrecruzamientos se dan por varios motivos, entre ellos las instrucciones UGU y UGC, que pronostican que cuando le llegue el turno de fomarse la proteína, ya lleva autoorganizado un puente. La cadena con cisteína, que resulta de UGU o de UGC, da origen a la cistina, que es el puente. La química enseña que dos moléculas de cisteína se ligan entre ellas en ambientes reductores, dando origen a una única molécula de cistina. Entonces, cuando en una hebra de proteína lineal hay dos cisteínas, si la estructura no queda forzada, ambas se unen dando cistina, que sirve de unión entre los tramos lineales del andamio. Tenemos entonces que imaginar que el andamio flexible formado con cisteínas, forma bucles o rulos que se pegan con puentes de cistina. El tema general ya lo ha estudiado Chou-Chin con el título de estructura secundaria de las proteínas, que son los andamios ya autoorganizados en formación. La técnica permite leer un mensaje genético a un ritmo aceptable de una letra cada diez minutos. Al ir leyendo un mensaje genético, del tipo AUG|ATT|TAT|..., cada vez que llegamos a un UGU o un UGC, nos imaginamos el extremo de un puente que debemos luego verificar hacia donde se dirige. Queda claro que si en un polinucleótido lineal aparecen señales de futuros puentes entre los sectores de las proteínas lineales que resultarán de la decodificación, ya están autoorganizados sus correctos pliegues. Para que no haya errores, a veces hay proteínas chaperonas, que supervisan "en obra" los puentes y los pliegues formados.
¿Y cuáles son las moléculas sabias que conocen los dos idiomas, el de los codones o polinucleótidos y el de los amino-ácidos o proteínas?
Esas moléculas sabias traductoras se denominan RNA-t y tienen la forma de una L. En la parte de arriba hay un amino-acil derivado (allí está el amino-ácido que será uno de los eslabones de la cadena de proteína. En la parte de abajo, como tres raíces, sale el ANTICODON capaz de buscar como diana el correspondiente codón.
Diana es el complemento o machimbre. Si el anticodón se lee á, el mismo busca como machimbre o diana al codón UUU del mensaje en vías de procesamiento, para formar la habitual unión A-U.
En el momento cuando se completó esa unión, se desprende de la cabeza de la L el amino-ácido LYS, que se pega a la proteína lineal en crecimiento El sitio que ocupa á es practicamente igual al que ocupa la parte importante de LYS.
Las L están adheridas al RNA-m en esta forma: LLL, donde la parte de abajo tambien tiene ligaduras. La parte de arriba va quedando vacía.
El ciclo termina cuando la L vacía se desprende y con la ayuda de una enzima de nombre largo (la amino-acil-peptidasa) consigue capturar del medio otro aminoácido LYS del ambiente para volver a ser usada de nuevo. Como hay veinte amino-ácidos biológicos, los de la lista que acabamos de admirar, tiene que haber por lo menos veinte tipos de L.

retrato de una amino-acil peptidasa en acción

retrato de una molécula sabia ubicada en un dado codón

Usted se puede dar una idea que a medida que la RIBOSOMA, ambiente donde esto sucede, va completando su tarea, queda una cadena LYS-ASN-LYS que es la secuencia de la nueva proteína que es está formando y que aún no tiene pliegues ni ligaduras de cistina, entre otros tipos de ligaduras usados para el armado de una proteína nativa.

En los procariontes como el Escherichia coli, la síntesis de proteínas en el interior de los ribosomas ni siquiera espera que la transcripción del RNA-m a partir del DNA haya terminado de hacerse, de manera que se trata de un proceso muy eficiente y sincronizado. La hebra que ha procesado una primera ribosoma vuelve a ser procesada por una segunda, tercera, etc., cada una de las cuales construye un nuevo ejemplar copiado de la misma molécula de proteína aún sin plegar.
Hay trabajo para todo el mundo, porque a los pocos minutos se pliegan correctamente, actúan y muchas veces vuelven a desconstruirse generando los amino-ácidos que rodean como nubes a las moléculas sabias vacías. El amino-ácido correcto sonda a su diana, o sea que va a parar a la molécula sabia que le corresponde, con ayuda enzimática, que es de nuevo una sonda en busca de su propia diana.
Como no tienen ojos, todo se hace por "olfato", que es el más primitivo y trascendental de los sentidos fisiológicos.
Si olfateo mal, me intoxico

Por un lado tenemos las secuencias que codifican a las moléculas sabias, de las que hay 20 tipos como mínimo
Por otro lado tenemos las secuencias que codifican al RNA-mensajero que es un gen que muchas veces está fraccionado y tiene que madurar, para aparecer al final como una proteína nativa
Además hay que fabricar los ribosomas (mezcla de RNA y de proteína) con ins- trucciones que también están en el rosario de genes.

El rosario de genes: ¿Hay un plan? es un plan maestro
¿Quién es el arquitecto?-

Andá cantale a Mendél...
¿Y ese quien es?
El fraile fundador de la genética
Y el buen fraile, ¿qué te va a decir?
Ya me lo imagino!

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