➡️ Dogma central de la biología molecular
Del ADN al ARN y del ARN a la proteína: replicación, transcripción, traducción y el código genético.
La ruta de la información
Francis Crick lo enunció en 1958 y se sigue enseñando con el nombre que le puso: el dogma central. Dice hacia dónde fluye la información dentro de una célula.
ADN → ARN → proteína. El ADN guarda, el ARN transporta y traduce, la proteína ejecuta. Y una flecha más, la que sale del ADN y regresa a él: el ADN se copia a sí mismo para poder heredarse.
La flecha tiene un sentido y eso es lo que la vuelve interesante: la información no regresa de la proteína al ADN. Un músculo que se ejercita no reescribe los genes de quien lo entrenó, y por eso lo que uno adquiere durante su vida no se hereda por esta vía.
Dato: Hay una excepción famosa: algunos virus, como el del VIH, llevan su información en ARN y usan una enzima llamada transcriptasa inversa para pasarla a ADN. Va de ARN a ADN, al revés de la flecha, y por eso se le llama «inversa».
Los tres procesos, uno junto a otro
Antes de meterse en cada uno conviene distinguirlos, porque los tres nombres se parecen y el examen los mezcla. La pregunta que los separa es: ¿qué entra y qué sale?
| Proceso | Qué entra | Qué sale | Dónde ocurre | Para qué sirve |
|---|---|---|---|---|
| Replicación | ADN | ADN | En el núcleo, antes de dividirse | Que las dos células hijas reciban el juego completo. |
| Transcripción | ADN | ARN | En el núcleo | Copiar UN gen, no todo el ADN. El ARN mensajero sale al citoplasma. |
| Traducción | ARN | Proteína | En el ribosoma, en el citoplasma | Pasar del alfabeto de bases al de aminoácidos: aquí cambia el idioma. |
Dato: Solo uno de los tres cambia de idioma. Replicación y transcripción siguen escribiendo con bases; traducción es la única que pasa a aminoácidos, y por eso se llama traducción y no copia.
Replicación: el ADN se copia
Las dos cadenas se separan como un cierre que se abre, y cada una sirve de molde. Frente a cada base que queda expuesta se coloca su complementaria: frente a una A va una T, frente a una C va una G. La enzima que las va enganchando es la ADN polimerasa.
Al terminar hay dos moléculas de ADN, y cada una lleva una cadena vieja y una nueva. Por eso se dice que la replicación es semiconservativa: cada copia conserva la mitad del original.
Si la copia fuera perfecta no habría variación, y sin variación no habría evolución. La ADN polimerasa se equivoca poquísimo y además revisa lo que escribe, pero no es infalible: el error que se le escapa es una mutación.
Quién hace qué en la replicación
1. Abrir — helicasa
Se separan las dos cadenas.
- La helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice como un cierre.
- El punto por donde se abre se llama origen de replicación. Una bacteria tiene uno; una célula con núcleo tiene muchos, porque su ADN es larguísimo y de otro modo tardaría días.
- La zona en forma de Y donde la molécula está abriéndose es la horquilla de replicación.
2. Copiar — ADN polimerasa
Se agrega frente a cada base la que le toca.
- La ADN polimerasa recorre cada cadena molde y engancha nucleótidos: frente a A pone T, frente a C pone G.
- Solo sabe trabajar en un sentido, de 5' a 3', y no puede empezar de la nada: necesita un pequeño cebador de ARN que le ponga la primera pieza.
- Va revisando lo que escribe y corrige casi todos sus errores sobre la marcha.
Ojo: Que solo trabaje en un sentido, con las cadenas antiparalelas, es lo que obliga a copiar cada cadena de manera distinta. De ahí sale la etapa siguiente.
3. Las dos cadenas no se copian igual
Una sale de corrido; la otra, a pedazos.
- La hebra guía (o conductora) se sintetiza de forma continua, porque la horquilla se abre justo en el sentido en que la polimerasa avanza.
- La hebra retrasada (o rezagada) va al revés, así que se copia en pedazos cortos y hacia atrás. Esos pedazos se llaman fragmentos de Okazaki.
4. Pegar — ADN ligasa
Se unen los pedazos y queda una cadena continua.
- La ligasa une los fragmentos de Okazaki entre sí y sella los cortes.
- El resultado son dos moléculas idénticas, cada una con una cadena vieja y una nueva: replicación semiconservativa.
Transcripción: del gen al mensajero
La ARN polimerasa se coloca en el promotor del gen, abre un tramo corto de la doble hélice y copia una de las dos cadenas —la que sirve de molde— hasta llegar a la señal de término.
El resultado es una cadena sencilla de ARN mensajero. Como es ARN, donde el molde dice A se escribe U, no T. Ese es el detalle que más se falla del tema.
En las células con núcleo el mensajero todavía se edita: se recortan los intrones y se empalman los exones. Solo entonces sale por un poro del núcleo hacia el citoplasma.
La transcripción, paso a paso
1. Iniciación
La ARN polimerasa se planta en el promotor.
- La enzima reconoce el promotor, el tramo del principio del gen que dice «aquí empieza».
- Abre un tramo corto de la doble hélice, de unas diez bases.
Ojo: Solo una de las dos cadenas se copia: la cadena molde. A la otra se le llama cadena no molde, y su secuencia es igual a la del ARN que se produce (con U en lugar de T).
2. Elongación
Se va escribiendo el mensajero.
- La ARN polimerasa recorre la cadena molde y coloca el ribonucleótido complementario a cada base.
- El ARN crece en dirección 5' → 3', igual que en la replicación.
- Frente a una A del molde se coloca U, no T: es el error más común del tema.
3. Terminación
Se suelta el mensajero.
- Al llegar a la señal de término, la enzima se desprende y libera la cadena de ARN.
- La doble hélice del ADN se vuelve a cerrar, intacta.
4. Edición (solo en células con núcleo)
Se recorta lo que no va.
- Se cortan los intrones, los fragmentos que no llevan información para la proteína.
- Se empalman los exones, que sí la llevan, quedando un mensaje continuo.
- El mensajero ya maduro sale por un poro de la envoltura nuclear hacia el citoplasma.
Ojo: Las bacterias casi no tienen intrones y no hacen este paso: transcriben y traducen al mismo tiempo, porque no hay núcleo que separe una cosa de la otra.
Dato: Se copia un gen, no el cromosoma entero. Es como sacarle fotocopia a una página de un libro que no puede salir de la biblioteca: el original nunca abandona el núcleo.
Traducción: del mensajero a la proteína
El ARN mensajero se acomoda en el ribosoma y se lee de tres en tres bases. Cada grupo de tres se llama codón y cada codón nombra un aminoácido.
Quien trae los aminoácidos es el ARN de transferencia. Cada ARNt lleva colgado un aminoácido y expone tres bases —el anticodón— que solo embonan con su codón correspondiente. Cuando embona, el ribosoma engancha ese aminoácido a la cadena que va creciendo.
La lectura empieza en el codón AUG, que además significa metionina, y termina cuando aparece uno de los tres codones de paro: UAA, UAG o UGA. Los codones de paro no nombran ningún aminoácido: solo dicen «hasta aquí».
La cadena de aminoácidos terminada se pliega y se convierte en una proteína funcional.
La traducción, paso a paso
1. Iniciación
Se arma el equipo alrededor del codón AUG.
- La subunidad pequeña del ribosoma se une al mensajero y lo recorre hasta encontrar el codón de inicio AUG.
- Llega el ARN de transferencia con anticodón UAC, que trae metionina, y se acomoda frente al AUG.
- Se une la subunidad grande del ribosoma y queda listo el complejo.
2. Elongación
Se va alargando la cadena de aminoácidos.
- Un ARN de transferencia con el anticodón que embona entra con su aminoácido a cuestas.
- El ribosoma forma un enlace peptídico entre ese aminoácido y el anterior.
- El ribosoma avanza un codón —tres bases— y el ARNt que quedó vacío se sale a buscar otro aminoácido.
- El ciclo se repite decenas o cientos de veces, a razón de varios aminoácidos por segundo.
3. Terminación
Aparece un codón de paro y todo se desarma.
- Al llegar a UAA, UAG o UGA no hay ningún ARNt que embone: ningún aminoácido corresponde a esos codones.
- La cadena de aminoácidos se libera y el ribosoma se separa en sus dos subunidades.
4. Plegamiento
La cadena toma su forma y se vuelve funcional.
- La cadena se dobla sobre sí misma en una forma tridimensional precisa.
- Esa forma es lo que le permite hacer su trabajo: una enzima solo encaja con su sustrato si está bien plegada.
Ojo: Aquí se ve por qué cambiar un solo aminoácido puede arruinar una proteína: si el plegamiento cambia, la forma cambia, y con la forma se pierde la función. Es exactamente lo que ocurre en la anemia falciforme.
El código genético
El código genético es la tabla que dice qué aminoácido nombra cada codón. Tiene tres propiedades que se preguntan siempre.
Es universal (casi)
El codón AUG significa metionina en una bacteria, en un maíz y en ti. Por eso se puede meter el gen humano de la insulina en una bacteria y la bacteria fabrica insulina humana.
Es degenerado o redundante
Hay 64 codones y solo 20 aminoácidos, así que varios codones distintos nombran al mismo aminoácido. GAA y GAG dicen los dos «ácido glutámico».
No es ambiguo
Un mismo codón nunca significa dos cosas. Que sobren codones no quiere decir que alguno se preste a confusión.
Dato: Que el código sea degenerado tiene una consecuencia práctica: hay mutaciones que cambian una base y no cambian la proteína, porque el codón nuevo nombra al mismo aminoácido. Son las mutaciones silenciosas.
Basado en: Biggs, Biología, cap. 12, secciones 2 y 3 «Replicación del ADN» y «ADN, ARN y proteínas».
Se lee por coordenadas, como en el libro: la primera base del codón te da el renglón, la segunda la columna y la tercera el renglón de adentro de la casilla. Fíjate en algo mientras la ves: casi siempre, cambiar la tercera base no cambia el aminoácido.
| 1.ª base | Segunda base | 3.ª base | |||
|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||
| U | UUUFenilalanina | UCUSerina | UAUTirosina | UGUCisteína | U |
| UUCFenilalanina | UCCSerina | UACTirosina | UGCCisteína | C | |
| UUALeucina | UCASerina | UAA—alto | UGA—alto | A | |
| UUGLeucina | UCGSerina | UAG—alto | UGGTriptófano | G | |
| C | CUULeucina | CCUProlina | CAUHistidina | CGUArginina | U |
| CUCLeucina | CCCProlina | CACHistidina | CGCArginina | C | |
| CUALeucina | CCAProlina | CAAGlutamina | CGAArginina | A | |
| CUGLeucina | CCGProlina | CAGGlutamina | CGGArginina | G | |
| A | AUUIsoleucina | ACUTreonina | AAUAsparagina | AGUSerina | U |
| AUCIsoleucina | ACCTreonina | AACAsparagina | AGCSerina | C | |
| AUAIsoleucina | ACATreonina | AAALisina | AGAArginina | A | |
| AUGMetioninainicio | ACGTreonina | AAGLisina | AGGArginina | G | |
| G | GUUValina | GCUAlanina | GAUÁcido aspártico | GGUGlicina | U |
| GUCValina | GCCAlanina | GACÁcido aspártico | GGCGlicina | C | |
| GUAValina | GCAAlanina | GAAÁcido glutámico | GGAGlicina | A | |
| GUGValina | GCGAlanina | GAGÁcido glutámico | GGGGlicina | G | |
Inicio y alto van rotulados con su palabra y no solo con un color, para que se distingan igual en una impresión en blanco y negro. Los tres codones de alto no nombran ningún aminoácido: únicamente dicen dónde para la lectura.