CÓDIGO GENÉTICO.

El código genético es un lenguaje que tienen los genes y que informa sobre como se han de sintetizar las proteínas, es decir, del orden en el que se han de unir los aminoácidos. Ese lenguaje se tiene que hacer con cuatro letras, las cuatro bases del DNA.

Es necesario codificar a 20 aminoácidos, por tanto no llegan palabras de una letra, ya que sólo se podría a cuatro aminoácidos, si se utilizaran palabras de 2 letras se podrían hacer 16 palabras distintas; tienen que ser palabras de 3 letras, con lo cual se pueden hacer 64 palabras distintas, pero ahora sobran. Tres de esas combinaciones de 4 letras no codifican a aminoácidos, son palabras que significan fin del mensaje.

Las 61 palabras restantes codifican a aminoácidos. Hay dos aminoácidos que son codificadas por sólo un triplete de bases (Metionina y Triptófano); los 18 restantes están codificados por más de una palabra, pero no es un código ambiguo porque cada palabra significa un aminoácido.

A las palabras del código genético se les llama tripletes de bases y a esos tripletes codificantes, en los genes se les llama codógeno; pero el DNA no interviene en la síntesis proteica, sino que la información de los genes es transcrita al RNA, y los genes codifican para proteínas, el mensaje se transcribe en una molécula de RNAm: entonces los codógenos se transcriben en los codones del mensajero, los codones del RNA son complementarios a los codógenos del DNA.

El código genético que se maneja es el código de codones. Pero después el mensaje del mensajero tiene que ser traducido en los ribosomas, y como consecuencia de la traducción se sintetizan las proteínas.

Las moléculas encargadas de la traducción son las de RNAT, y concretamente su anticodón, que va a unirse a su codón complementario, pero en esta unión tiene que ser en un ribosoma. Los anticodones son complementarios.

RNAm A U A G C G U A A…

U A U C G C A U U…

Los anticodones llevan a un aminoácido concreto para que tenga lugar la unión de aa mediante enlaces peptídicos, según la secuencia que indicaba el DNA, pero esa información se transcribió en el RNAm, que es que se sitúa en el ribosoma para que tenga lugar la traducción. El mensajero, una vez traducido, se degrada, aunque puede ser traducido varias veces (polisomas).

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO.

• Es un código con palabras de tres letras, de tripletes de bases.

• Es un lenguaje “sin comas”, no hay señales que separen palabras.

• Se lee sin superposiciones

• Es un código “universal”; que es igual en todos los seres vivos, de ahí la posibilidad de hacer transferencia de genes. Pero ya se han encontrado excepciones esa “universalidad”: La primera se encontró en el paramecio. También en el DNA - mitocondrial.

• Es un código degenerado (pero no es ambiguo, porque cada triplete codifica un aminoácido) porque sobran tripletes, es decir, que todos los aminoácidos, menos dos, están codificados por más de un triplete. Los tripletes que codifican al mismo aminoácido son sinónimos. Muchas veces los sinónimos coinciden en las primeras bases y se diferencian sólo en la última. Si hay más de 4 sinónimos, esto ya no es posible, tienen que diferenciarse en dos bases.

Un aminoácido va a estar codificado por tripletes parecidos, lo que minimiza el efecto de muchas mutaciones. Por otra parte, aminoácidos químicamente parecidos están codificados por tripletes parecidos, lo que también minimiza el efecto de las mutaciones.

MUTACIONES EN EL DNA.

Hay tres tipos principales de mutaciones:

• Por cambio de base:

Estas mutaciones sólo afectan a un triplete, y sólo afectarían a un aminoácido. Dependiendo de que aminoácido sea, la mutación es más o menos importante, por ejemplo si es un aminoácido que contribuye al centro activo de un enzima sería “garrafal”.

Por cambios de bases se pueden dar mutaciones silenciosas, que no se notan pero si las hay. Si el triplete es sinónimo no importa tanto. Por este hecho se dice que la degeneración del código genético minimiza la acción de las mutaciones.

Por cambios de bases puede cambiar el aa codificado, pero este puede ser muy parecido químicamente al anterior, porque sus códigos se suelen parecer.

• Por aparición de un codón de STOP:

Otra posibilidad es que se origine por mutación un codón de STOP donde antes no lo había, entonces se forma una proteína truncada. Es más grave la mutación cuanto más al principio sea.

A estas mutaciones en las que se origina un codón de STOP donde no tenían que estar se les llama “mutaciones sin sentido” porque a esos codones se les llama “codones sin sentido”

• Por deleción o duplicación de bases:

En el 1er caso falta una base, desde ese momento se modifica la pauta de lectura.

DNA | | | X | | | | | …

| | | X | | | | | …

Desde la deleción se modifica la pauta de lectura, se modifica todo el mensaje. De este modo se pueden originar mutaciones sin sentido, entonces también pueden aparecer tripletes de STOP en el medio del mensaje.

El efecto de la mutación también varía dependiendo de si está al principio o al final del mensaje.

Si es una duplicación, hay una base de más, también desde ese lugar se modifica la pauta de lectura, se modifica el mensaje.

Estas mutaciones tienen lugar en el DNA cuando se duplica en los períodos S (síntesis de DNA) que tiene lugar cuando va a ocurrir una división celular.

A veces agentes físico - químicos provocan modificaciones químicas en el DNA, p.e. forman dímeros de timina (T), es decir, si hay dos timinas juntas, se unen entre sí, y luego cuando los enzimas tienen que leerlos no saben hacerlo.

En las moléculas de DNA hay genes, es decir, zonas codificantes, y zonas que no son genes, zonas no codificantes; estas zonas no codificantes forman el DNA - basura.

Un gen es una unidad de transcripción, es una zona de una molécula de DNA que se transcribe en una molécula de RNA. Puede ser RNAT, RNAR o RNAM, en este caso ese gen llevaba información para la síntesis proteica, y esa información se traduce.

¿Todos los genes se traducen? ¿La información de todos los genes se traduce?

No, porque algunos genes codifican para RNAT o RNAR y esos no se traducen. Sólo se traducen los que se transcriben en RNAM.

El dogma central de la genética moderna es “un gen, una proteína”.

Los genes que codifican para proteínas en células eucariotas son discontinuos, en ellos se alternan zonas codificantes con zonas no codificantes

Las zonas no codificantes se llaman INTRONES y las zonas codificantes EXONES.

Los intrones son también DNA - basura.

Cuando se transcriben los genes se transcriben enteros, tanto los intrones como los exones, y después en el RNAM se eliminan las secuencias intrónicas y se unen entre si las exónicas, en un proceso que se denomina SPLICING.

DNA

I | E | I | E | I | E |

I | E | I | E | I | E |

RNA

En este proceso pueden originarse mutaciones: que quede alguna base de más o de menos, entonces el RNAM será defectuoso, estará mutado, pero estas mutaciones no tienen problema, porque aunque tras su traducción se forma una proteína defectuosa, o varias copias de una proteína defectuosa, ese RNAm mutado se degrada después de la traducción y desaparece la mutación.

También pueden originarse estas mutaciones en el proceso de transcripción, pero no tienen demasiada importancia.

Las mutaciones realmente importantes son las que tienen lugar en el DNA. Estas mutaciones pueden tener lugar en células de la línea somática de un individuo, es decir, en las células de su cuerpo, que no tienen nada que ver en el proceso reproductor; esas mutaciones van a afectar sólo a ese individuo. Si esas mutaciones ocurren a edad muy temprana van a ser más problemáticas, porque todas las células van a tener la mutación, pero esas mutaciones no se transmiten a la descendencia.

Pero si las mutaciones tienen lugar en células de la línea germinal, se transmiten a la descendencia. Estas células son las células madre de los gametos, o las células que se forman en la gameto - génesis.

Las mutaciones realmente importantes son las que tienen lugar en el DNA y en las células de la línea germinal.

El RNA mensajero va a ser traducido en los ribosomas, y puede ser traducido simultáneamente en varios ribosomas, que forman un polisoma.

En los ribosomas se van a unir moléculas de RNA transferente que transportan aminoácidos específicos. Los anticodones de este RNAT van a identificar a los codones complementarios en el RNA mensajero, y van a ir colocando a los aminoácidos en el orden que indica el mensajero, luego esos aminoácidos se unirán mediante enlaces peptídicos.

¿CÓMO SE TRABAJA CON EL DNA?

Lo primero que se debe hacer es extraer el DNA de la muestra. Al extraer el DNA va a estar mezclado DNA - nuclear y DNA - citoplasmático; en humanos y otros animales también el mitocondrial y en vegetales el cloroplastico.

Lo segundo es decidir con que fragmentos de DNA se va a trabajar:

- Si se trata de identificación, se trabajará con un trozo de DNA - basura, pero si se trata de detectar una enfermedad trabajarán con DNA - codificante.

Aquí, en Santiago, para identificación fueron pioneros trabajando con DNA mitocondrial y con el DNA del cromosoma Y, porque tienen unas zonas que se conservan muy bien y son zonas muy variables entre los individuos.

Antes había que cortar el trozo de DNA con el que querías trabajar y después incorporarlo a un plásmido bacteriano, para hacer un plásmido recombinante, luego introducirlo en una bacteria y dentro de la bacteria tenía que replicarse el plásmido con el inserto de DNA, luego había que trabajar con los plásmidos. Para hacer esto se necesitaba bastante cantidad de DNA de partida, por eso ahora mediante el uso de enzimas podemos trabajar con DNA teniendo poco DNA de partida:

Los enzimas que se utilizan para cortar DNA (tijeras moleculares) se denominan enzimas de restricción o RESTRICTASAS (Hidrolasas) que son ENDONUCLEASAS, porque cortan el DNA por el medio de la molécula.

Estos enzimas cortan por secuencias específicas, dejando extremos pegajosos:

T C A C G A T G C

A G T G C T A C G

Existen para el DNA de muchos organismos mapas de restricción, que indican los lugares de corte de distintos enzimas. Para el DNA humano se conocen mapas de restricción para distintas zonas de diferentes cromosomas. Los enzimas de restricción se obtienen de bacterias, y los preparan los laboratorios comerciales.

Actualmente se utiliza otro método de clonación de genes, en este caso no es necesario cortar la zona de DNA que se quiere estudiar, lo que se necesita es utilizar PRIMERS o iniciadores: Un primer es un trozo pequeño de una cadena de DNA, con una secuencia determinada.

Según la zona de DNA que yo quiero amplificar tengo que utilizar un primer diferente que va a ser complementario y antiparalelo de un fragmento del DNA, al principio de la zona amplificar.

Primero hay que romper los enlaces de hidrógeno {Desnaturalizar por calor [por eso los aparatos para la PCR se llaman termocicladores]}.

La DNA - polimerasa lee la hebra molde y une los desoxi-ribonucleótidos complementarios.

En el termociclador hay que introducir el DNA que se quiere amplificar, desoxi - ribonucleótidos, los iniciadores (Primers) y moléculas de la enzima DNA - polimerasa, pero tiene que ser un enzima que soporte el calor, es un enzima obtenido de una bacteria termófila, por tanto sus enzimas son muy resistentes al calor.

PCR Reacción en cadena de la polimerasa (La DNA-polimerasa une, polimeriza, desoxi - ribonucleótidos)

La DNA - polimerasa lee la hebra molde en dirección 3'5', y la hebra nueva que se va sintetizando lo hace en dirección 5'3', por tanto la hebra molde y la hebra nueva son antiparalelas.

La DNA - polimerasa no es capaz de iniciar una hebra, necesita que exista un iniciador (PRIMER), es decir, que exista ya un trocito de cadena de nucleótidos.

Para amplificar una determinada zona es necesario utilizar unos determinados amplificadores, que es necesario conocerlos anteriormente,

Para amplificar una determinada zona hay que utilizar dos primers, cada uno para iniciar cada cadena complementaria a cada hebra de DNA. Este proceso se lleva a cabo en ciclos de temperatura, cada X tiempo se eleva la temperatura para que se desnaturalicen todas las moléculas de DNA que haya y entonces se puedan sintetizar las hebras nuevas, es decir, se puede replicar la zona de interés.

1er Ciclo:

2o Ciclo:

Ese DNA puede pertenecer a un gen que codifique para una proteína o bien puede pertenecer a DNA - basura, que puede ser un intrón de un gen. Si es un gen normalmente se buscan mutaciones para detectar enfermedades o predisposiciones a determinadas enfermedades.

La 2ª fase del proyecto “GENOMA HUMANO”, en el que interviene Santiago, trata de averiguar el componente genético de enfermedades comunes, de la esquizofrenia, del asma, del cáncer, de la artritis y de la insuficiencia cardiaca entre otras.

Todos opinan que no se deben haber estudios genéticos indiscriminadamente, sino que se tendrían que hacer a grupos familiares con antecedentes, pero para estas personas puede ser beneficioso o puede ser muy problemático: tienen que decidir ellas si se someten al estudio o no, pero bajo consejo de un experto en el caso de que sea una enfermedad genética que se va a padecer, otra cosa es si se trata de una disposición, en este caso Charo (la profesora) opina que es beneficioso porque puede hacerse medicina preventiva.

Otra técnica fundamental para trabajar con DNA es la electroforesis, mediante la cual podemos separar entre sí trozos de distinto tamaño de DNA. El DNA tiene carga negativa (-) a un pH neutro, que hay que mantener mediante un tampón cuando se somete a un campo eléctrico, los elementos se mueven hacia el polo positivo (ánodo)

GENES.

Se usan para fabricar proteínas mediante ingeniería genética.

Hay que aislar el gen y luego introducirlo en un plásmido, introducir el plásmido en una bacteria, para que en ella se transcriba y se traduzca ese gen, y entonces se sintetice la proteína codificada por él.

Se fabrica insulina, los factores proteicos de coagulación para hemofílicos, la hormona del crecimiento… Con este método se evitan contaminaciones muy problemáticas, si los factores de coagulación se obtuviesen de sangre humana podrían estar contaminadas por algún virus. La hormona del crecimiento es fabricada por la hipófisis o pituitaria, que está conectada al cerebro. En algún momento hormonas del crecimiento estaban contaminadas de Priones, y dieron lugar a la “Encefalopatía Espongiforme” {Kreucel Jacoff}

Estas bacterias recombinantes fueron los primeros transgénicos, a las que se introdujeron genes de otra especie. Otras bacterias fueron transformadas genéticamente para otras funciones, no para formar proteínas, p.e. para utilizarlas en biodegradación {Degradan, p.e. productos derivados del petróleo tóxicos.}

Se puede utilizar la genéica molecular para secuenciar DNA; se puede secuenciar de dos maneras:

• Utilizando sondas (fragmentos de DNA con una secuencia conocida). Se busca si se unen a secuencias de DNA complementarias en el DNA sujeto a estudio.

• Otra posibilidad es secuenciar el material genético: determinar la secuencia de bases en el fragmento de DNA problema, a veces el objetivo es determinar el nº de repeticiones de determinadas secuencias en un fragmento de DNA problema.

Hoy para secuenciar se utilizan secuenciadores automáticos, y su fundamento es utilizar enzimas de restricción que cortan por secuencias conocidas, y luego hacer electroforesis a los fragmentos obtenidos.

¿PARA QUE SE SECUENCIA EL DNA?

• Cuando se secuencian los genes que codifican para proteínas es para detectar enfermedades con componente genético.

Hay enfermedades genéticas, individuos que por tener unos genes mutados (determinadamente) van a tener una enfermedad, que puede ser congénita o no.

• Para detectar la presencia de genes que predisponen para una enfermedad. En este caso el conocer esa predisposición es buena para hacer medicina preventiva.

La secuenciación de genes que provocan enfermedades genéticas también es esencial, ayuda para hacer terapia génica.

La terapia génica consiste en introducir en las células una copia correcta del gen defectuoso, generalmente se utilizan como portadores del gen, vectores, a virus.