CICLO CELULAR

Ciclo celular:

El conjunto de secuencias ordenadas de acontecimientos que atraviesa una célula en los cuales se duplica  su contenido y luego se divide en dos.

CONSECUENCIAS DE DIVISIÓN CELULAR:

¨      En organismos unicelulares: origen de un nuevo individuo.

¨      En organismos pluricelulares :

¨      desarrollo del individuo.

¨      renovación celular.

¨      producción de gametos ⇒⇒ ⇒ unión entre progenitores e hijos.

                                    ⇒ ⇒⇒ unión entre especies a lo largo de la evolución

CARACTERÍSTICAS DEL CICLO CELULAR:

¨      Variabilidad: entre organismos diferentes y en los distintos tipos de células del mismo organismo.

¨      Proceso universal:

¨      Duplicación precisa del ADN de cada cromosoma

¨      División exacta de los cromosomas en dos células hijas

¨      Proceso totalmente regulado

FASES DEL CICLO CELULAR:

La ´célula se encuentra en dos estados claramente diferenciados:

¨      Interfase: Es un estado de no división;  realiza sus funciones específicas, está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación de su ADN.

¨      Fase M: Es el estado de división.

Interfase:

Es el período comprendido entre divisiones celulares; es la fase mas larga del ciclo, ocupa casi el 90% de éste, transcurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:

Fase G₁: En esta fase existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Ocurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración entre 6-12 horas, tiempo durante el cual la célula duplica su tamaño y masa, esto debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular. La carga genética en humanos es 2_n2_c.

Fase S: En esta fase se produce la replicación o síntesis de ADN, el resultado es que cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. El núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de 6-8 horas.

Fase G₂: En esta fase continúa la síntesis de proteínas y ARN. Se observan cambios en la estructura celular lo que indica el principio de la división células. Dura entre 3-4 horas. Finaliza cuando la cromatina empieza a condensar al inicio de la mitosis. En humanos la carga genética es 2_n4_c, debido a la duplicación del material genético que ahora tiene dos cromátidas cada uno.

Fase M (mitosis y citocinesis):

Es la división celular donde una célula progenitora se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, telofase y la citocinesis, que se inicia en la telofase mitótica. Si el ciclo durara 24 horas, la fase M duraría alrededor de media hora.

 SISTEMA DE CONTROL DEL CICLO CELULAR:

Es un dispositivo bioquímico compuesto por un conjunto de proténas reguladores interactivas: las Ciclinas y las Quinasas dependientes de ciclinas (CdK) que inducen y coordinan los procesos básicos del ciclo, tales como la duplicación de ADN y la división celular (procesos subordinados).

En un ciclo típico, el sistema de control está regulado por factores de retraso, los cuales pueden frenar el ciclo en determinados puntos denominados puntos de control, en los cuales las señales de retroalimentación que contienen información sobre los procesos subordinados pueden detener de forma momentánea el ciclo, evitando el inicio del proceso siguiente antes que el precedente haya terminado. Sobre dichos factores también actúan señales del entorno como puede ser una hormona o un factor de crecimiento.

Algo que puede ayudar a entender este mecanismo es comparar el sistema de control del ciclo celular con el funcionamiento de una lavadora automática: el programador de la lavadora sólo avanza a través de los diferentes ciclos de lavado (etapas del ciclo celular), si recibe ciertas señales, dentro de la lavadora hay sensores que miden el nivel de agua o jabón que entran, estos sensores pueden provocar el  retraso o la interrupción del ciclo de lavado. Igual sucede en la célula, las señales generadas en los procesos subordinados (ej. síntesis de proteínas) o por el entono, detienen el ciclo.

PROTEÍNAS REGULADORAS DEL CICLO CELULAR:

El pasaje de una célula a través del ciclo es controlado por proteínas citoplasmáticas. Los principales reguladores del ciclo en células animales son:

1.      Ciclinas: Controlan la actividad de sus proteinquinasas dependientes. La concentración de ciclinas varía en forma cíclica, aumenta o disminuye durante el transcurso del ciclo. Esto debido a variaciones en la velocidad de degradación de la ciclina, dado que la velocidad de síntesis es casi constante durante el ciclo. SE clasifican como ciclinas de G₁ y ciclinas mitóticas. Las G₁ se unen a sus quinasas dependientes de ciclinas (Cdk2) durante G₁   siendo necesarias para superar el punto de control de G₁ y pasar a la fase S, Las ciclinas mitóticas se fijan a la quinasa Cdk1 durante G₂ su presencia es necesaria para que el ciclo supere el punto de control G₂ y se inicie la mitosis.

2.      Quinasa dependientes de ciclinas (Cdk): Son enzimas que mediante la fosforilación de ciertas proteínas desencadenan procesos subodinados del ciclo celular. En los mamíferos se conocen 5 Cdk que forman tres grupos principales:

_o     Cdk de G₁

_o     Cdk de G1 (Cdk2)

_o     Cdk de fase S (Cdk2)

_o     Cdk de fase M (Cdk1)

A diferencia  de la concentración de ciclinas, la concentración de Cdk se mantiene durante todo el ciclo celular, por permanecer constantes tanto la velocidad de síntesis como la de degradación. Las Cdk se activan al unirse a las ciclinas para formar complejos, por lo que se requiere un nivel umbral para desencadenar la transición a la fase siguiente del ciclo celular.

3.   Complejo Promotor de la anafase (APC) y otras enzimas proteolíticas: El APC desencadena los eventos que conducen a la destrucción de las Cohesina, permitiendo a las cromátidas hermanas separarse e iniciando la degradación de las ciclinas mitóticas.

Control de calidad del ciclo celular:

Durante este control, la célula pasa al menos tres puntos de control (Checkpoints):

¨      Punto de control G₁: En este punto el sistema de control pondrá en marcha el proceso que inicia la fase S. El sistema evalúa la integridad del ADN (que no esté dañado), la presencia de nutrientes en el entorno y el tamaño celular; generalmente acá actúan las señales que detienen el ciclo.

¨      Punto de control G₂: En este punto se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. El sistema verificará que la duplicación del ADN se haya completado (que no esté dañado), si es favorable el entorno y si la célula es lo suficientemente grande para dividirse.

¨      Punto de control de la Metafase o del huso: Verifica si los cromosomas están alineados apropiadamente en el plano metafásico antes de entrar en anafase. Este punto protege contra pérdidas o ganancias de cromosomas, siendo controlado por la activación del APC.

DIVISIÓN CELULAR

La gran mayoría de las células eucariotas se multiplica mediante un tipo de división celular llamado mitosis, por el cual una célula "madre" da origen a dos células "hijas". La mitosis interviene en la reproducción asexual de los organismos eucariotas. También es responsable del aumento en el número de células que ocurre durante el crecimiento de los organismos pluricelulares.
La reproducción sexual requiere de la formación de gametos. Esto se logra mediante un proceso que incluye un tipo de división celular llamado meiosis. Si bien la meiosis está directamente relacionada con la función de reproducción, la mitosis no siempre lo está.

Consta de dos procesos secuenciales:

¨      Mitosis o cariocinesis (división del núcleo)

¨      Citocinesis (reparto del contenido del citoplasma y orgánulos celulares)

MITOSIS

Proceso por el cual el material genético del núcleo se divide en dos partes iguales para formar dos núcleos idénticos, con lo que las dos células hijas que resultan serán genéticamente idénticas.

Función:

¨        Permite el reparto equitativo e idéntico de la información genética. Ambas células hijas tendrán la misma información y la misma que poseía la célula madre.

¨        Permite la perpetuación de una estirpe celular y la formación de colonias de células (clones celulares).

¨        Permite el crecimiento y desarrollo de los tejidos y de los órganos de los seres pluricelulares así como la reparación y regeneración de los mismos.

¨        Todas las células (somáticas) de un organismo pluricelular, a excepción de las células sexuales (gametos), disponen de idéntica información genética. En la mitosis se mantiene constante el número de cromosomas de las células. Los cromosomas se presentan a pares, cada uno de un progenitor (hombre: 46 cromosomas, 23n). Los cromosomas de cada par se llaman cromosomas homólogos.

ETAPAS:

La mitosis, en sus aspectos básicos, es similar para células vegetales y animales, pudiéndose distinguir en ellas cuatro fases. Profase, Metafase, Anafase y Telofase, que tienen como función realizar los movimientos necesarios para repartir equitativamente el material genético. Estas fases se suelen establecer con fines puramente didácticos, ya que en realidad se trata de un proceso continuo, en el que es difícil establecer límites entre cada una de ellas.

Profase:

¨      Al principio de la profase las fibras de cromatina (ADN y proteínas) se condensan, se acortan y se visualizan al microscopio en forma de pequeños bastoncillos o filamentos gruesos (2 cromátidas) que reciben el nombre de cromosomas

¨      Las cromátidas están unidas por el centrómero.

¨       Los centriolos (2 pares) van desplazándose hacia los polos opuestos de la célula, y se forma el huso acromático (en las células vegetales, que carecen de centriolos, se forma un huso mitótico con aspecto de tonel a partir de los casquetes polares). Los cromosomas están desordenados, pero unidos a las fibras del huso.

 El nucléolo desaparece y la membrana nuclear se desintegra.y el nucleoplasma y el citoplasma se hacen uno solo. En esta fase puede aparecer el huso cromático  La función principal de los centriolos es la formación y organización de los microtúbulos, las proteínas que constituyen el huso mitótico.

Metafase:

¨    Los cromosomas, completamente condensados, se disponen en el ecuador de la célula, formando la placa ecuatorial, y se adhieren por el centrómero a las fibras del huso acromático. Cada cromosoma se visualiza con forma de X en el plano central de la célula.

¨    El citoplasma está totalmente invadido por fibras del huso, hay 3 tipos de microtúbulos:

· Astrales: irradian desde el centrosoma hacia la periferia celular.

· Cinetocóricos (fibras cromosómicas): unen los cromosomas a los polos.

· Polares (fibras continuas): se dirigen hacia el ecuador de la célula, en donde interactúan con otras fibras polares del centríolo opuesto.

Anafase:

¨        Los centrómeros se dividen y cada una de las cromátidas que formaba el par se separan (cromosomas hijos) y se dirijan a los dos polos de la célula. En este desplazamiento, los cromosomas adquieren forma de V.

¨        El centrómero precede al resto del cromosoma hijo en la migración hacia los polos.

¨        Los microtúbulos de las fibras cromosómicas del huso se acortan (tracción hacia los polos) y los microtúbulos de las fibras continuas se alargan.

¨        Van desapareciendo las fibras del huso acromático.

¨        La membrana nuclear se reconstruye.

¨        Reaparece el nucléolo.

¨        A la vez ocurre la citocinesis, la célula se divide en dos.

Telofase:

¨        Las cromátida hermana (cromosomas hijos) ya en los polos opuestos de la célula se desenrollan y la cromatina se observa dispersa.

¨        Van desapareciendo las fibras del huso acromático.

¨        La membrana nuclear se reconstruye.

¨        Reaparece el nucléolo.

¨        A la vez ocurre la citocinesis, la célula se divide en dos.

¨        Desaparece el huso mitótico.

Citocinesis:

En las células animales, la citocinesis comienza con la aparición, a la altura de la mitad de la célula, de un surco divisorio perpendicular al plano del huso mitótico. Este surco avanza produciendo un estrangulamiento progresivo que, finalmente, da lugar a la división física del citoplasma y, con ello, a la formación de dos células hijas con sus correspondientes núcleos. En las plantas, se transporta celulosa y otros materiales a la línea media de la célula, lugar donde se forma una nueva pared celular (fragmoplasto) que separa las dos células nuevas. Las células hijas entran en la interfase, iniciándose de nuevo el ciclo celular.

MEIOSIS:

La meiosis es un mecanismo de división celular que permite la obtención de células haploides (n) con diferentes combinaciones de genes a partir de células diploides (2n). Se produce en organismos con reproducción sexual: es un mecanismo corrector que impide que el número de cromosomas se duplique en cada generación.

Dado que la meiosis consiste en dos divisiones celulares, estas se distinguen como Meiosis I y Meiosis II. Ambos sucesos difieren significativamente de los de la mitosis. Cada división meiotica se divide formalmente en los estados de: Profase, Metafase, Anafase y Telofase. De estas la más compleja y de más larga duración es la Profase I, que tiene sus propias divisiones: Leptoteno, Citogeno, Paquiteno, Diploteno y Diacinesis.
 

Meiosis I:

La meiosis I comprende cuatro fases y comienza cuando finaliza la interfase. La célula progenitora se dividirá en dos células hijas, cada una con un número haploide de cromosomas. Sus fases son: Profase I, Metafase I, Anafase I y Telofase I.

Profase I:

Es la más compleja y de más larga duración, tiene sus propias divisiones:

a)      Leptoteno,

b)       Citogeno,

c)       Paquiteno,

d)      Diploteno y

e)       Diacinesis.

  Leptoteno: En esta fase, los cromosomas se hacen visibles, como hebras largas y finas; se desarrollan pequeñas áreas de engrosamiento a lo largo del cromosoma, llamadas cromómeros, que le dan la apariencia de un collar de perlas.

Citogeno:

Es un período de apareamiento activo en el que se hace evidente que la dotación cromosómica del meiocito corresponde de hecho a dos conjuntos completos de cromosomas. Así pues, cada cromosoma tiene su pareja, cada pareja se denomina par homólogo y los dos miembros de la misma se llaman cromosomas homólogos.

Paquiteno:

Esta fase se caracteriza por la apariencia de los cromosomas como hebras gruesas indicativas de una sinapsis completa. Así, el número de unidades en el núcleo es igual al número n. A menudo, los nucleolos son muy importantes en esta fase. Los engrosamientos cromosómicos en forma de perlas, están alineados de forma precisa en las parejas homólogas, formando en cada una de ellas un patrón distintivo.

Diploteno:

Ocurre la duplicación longitudinal de cada cromosoma homólogo, al ocurrir este apareamiento las cromátidas homólogas parecen repelerse y separarse ligeramente y pueden apreciarse unas estructuras llamadas quiasmas entre las cromátidas. Además La aparición de estos quiasmas nos hace visible el entrecruzamiento ocurrido en esta fase.

Diacinesis:

Esta etapa no se diferencia sensiblemente del diploteno, salvo por una mayor contracción cromosómica. Los cromosomas de la interfase, en forma de largos filamentos, se han convertido en unidades compactas mucho más manejables para los desplazamientos de la división meiótica.

Metafase I:

Al llegar a esta etapa la membrana nuclear y los nucléolos han desaparecido y cada pareja de cromosomas homólogos ocupa un lugar en el plano ecuatorial. En esta fase los centrómeros no se dividen; esta ausencia de división presenta una diferencia importante con la meiosis. Los dos centrómeros de una pareja de cromosomas homólogos se unen a fibras del huso de polos opuestos. 

Anafase I:

Comienza con los cromosomas moviéndose hacia los polos. Cada miembro de una pareja homologa se dirige a un polo opuesto, las fibras del huso se acortan. A diferencia de la anafase de la mitosis, en este caso los centrómeros no se dividen y las cromátidas idénticas no se separan.

Telofase I:

La telofase y la interfase que le sigue, llamada intercinesis son aspectos variables de la Meiosis I porque en algunos organismos estas etapas no se producen y la célula pasa directamente a la Meiosis II. En otros organismos duran poco. En todo caso, nunca se produce nueva síntesis de ADN y no cambia el estado genético de los cromosomas.

Meiosis II:

Comprende cuatro fases similares a las de la mitosis. Estas son: Profase II, Metafase II, Anafase II y telofase II. Durante la meiosis II cada célula haploide formada en la meiosis I se divide de nuevo.

Profase II:

Esta fase se caracteriza por la presencia de cromosomas compactos en número haploide. El nucléolo desaparece y la membrana nuclear comienza a fragmentarse. Los centriolos se separan, emigrando cada uno a un polo opuesto de la célula, y se forma el huso mitótico o acromático.

Metafase II:

Los cromosomas, unidos a las fibras del huso mitótico a través de los centrómeros, se alinean justo en el centro de la célula, en el plano ecuatorial. Las cromátidas aparecen, con frecuencia, parcialmente separadas una de otra en lugar de permanecer perfectamente adosadas, como en la mitosis.

Anafase II:

Los centrómeros se dividen, lo que permite que cada una de las cromátidas que formaban el par se separen y se dirijan a los dos polos de la célula, arrastradas por los microtúbulos que forman el huso mitótico.

Telofase II:

 Los cromosomas se desenrollan y se convierten de nuevo en cromatina. Cada masa de cromatina se rodea de una membrana nuclear, aparece un nucléolo en cada nuevo núcleo y el huso mitótico desaparece.

Coincidiendo con el final de la anafase o el principio de la telofase se inicia una nueva citocinesis o división del citoplasma. El resultado final de la meiosis I y II es la formación de cuatro células haploides genéticamente distintas.

En los seres humanos, la meiosis se produce exclusivamente en las gónadas: los testículos y los ovarios. En el hombre, la meiosis origina cuatro células haploides que al madurar se convierten en espermatozoides. En la mujer, la división es irregular y se forman tres pequeños corpúsculos polares que degeneran y un solo óvulo maduro.

Función:

¨      Permite la reducción del número de cromosomas de la célula a la mitad.

¨      Se produce intercambio de material genético entre cromosomas homólogos (paternomaterno).

¨      Permite la reproducción sexual y por tanto la supervivencia y evolución de las especies.

Procesos esenciales de la meiosis:

1.      Apareamiento de cromosomas homólogos.

2.      Formación de quiasmas (expresión de la recombinación genética). Intercambio de fragmentos entre cromátidas homólogas.

3.      Segregación de los cromosomas homólogos: cada cromosoma homólogo se va a una célula hija y en la 2^a división se separan las cromátidas.

4.      Reparto de cada una de las cromátidas de los cromosomas homólogos a una célula diferente.

Consecuencias genéticas de la meiosis:

1.      Reducción del número de cromosomas a la mitad: las células diploides se convierten en haploides (gametos). Cada cromátida de los homólogos va a una célula hija. Permite que tras la fecundación se mantenga constante el número de cromosomas de la especie.

2.      La recombinación genética da lugar a la formación de cromosomas con una nueva combinación genética (paterna-materna), lo que aumenta la variabilidad genética de la especie.

3.      Es un mecanismo de distribución al azar de todos los genes de un individuo entre sus gametos, lo que también aumenta la variabilidad genética (no hay gametos iguales: importante para la evolución de las especies).

4.      Las células resultantes de la meiosis se convierten en células de reproducción sexual (gametos).

         Comparación de Meiosis y Mitosis

¨        Comportamiento de los cromosomas:

·         Mitosis: Cromosomas homólogos independientes

·         Meiosis: Cromosomas homólogos se aparean formando bivalentes hasta anafase I

¨      Numero de cromosomas- reducción en meiosis:

·         Mitosis: células hijas idénticas

·         Meiosis: células hijas haploide

¨      Identidad genética de la progenie:

·         Mitosis: células hijas idénticas

·         Meiosis: Las células hijas tienen una nueva variedad de cromosomas paternos.

·         Meiosis: Cromátidas no idénticas, intercambio de segmentos. 

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ÁCIDOS NUCLEICOS

Son macromoléculas complejas de gran importancia biológica debido a que todos los organismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN).

Se les denominan así porque fueron aislados por primera vez por Friedrich Miescher en el núcleo de células vivas. Sin embargo, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular.

 Tipos de ácidos nucleicos:

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

 ADN (ácido desoxirribonucleico): fue descubierto por el químico suizo Friedrick Miescher en 1868. Está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos, cuya secuencia actúa como un alfabeto molecular almacenando toda la información genética del individuo. En 1953 se logró conocer el modelo del ADN. Ese año, James Watson y Francis Crick, dedujeron la estructura tridimensional de la molécula de ADN conocida como ADN-B. Es generalmente el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las células eucarióticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos.

 ARN (ácido ribonucleico): representa alrededor del 7% del peso de una célula. Está constituida por largas cadenas de ribonucleótidos, unidos por enlaces fosfodiester.

Diferencias entre el ADN y el ARN:

¨      Por el glúcido (pentosa) que contienen: Ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN.

¨      Por las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina en el ADN y adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.

¨      En los organismos eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena y la del ARN es monocatenaria, pero uede presentarse extendida como el ARNm o plegada como el ARNt y el ARNr.

¨      La masa molecular del ADN es generalmente mayor que la del ARN.

Nucleótidos:

Compuesto químico formado por la unión de una molécula de ácido fosfórico, un azúcar de cinco átomos de carbono y una base nitrogenada derivada de la purina o la pirimidina. Los nucleótidos son las unidades constituyentes de los ácidos nucleicos. También se encuentran libres en las células y forman parte de ciertas coenzimas.

Nucleósidos:

Es la unión formada por la pentosa y la base nitrogenada.

Características del ADN:

Está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud, esta doble cadena puede disponerse linealmente (ADN del núcleo de células eucariotas) o circular (ADN de células procariotas, mitocondrias y cloroplastos eucarióticos). Porta la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas del individuo, conteniendo los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus funciones

Características del ARN:

Sus cadenas con más cortas que las de ADN. Constituido casi siempre por una única cadena, aunque en situaciones como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras plegadas complejas.

Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa la información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar la información, se necesitan varias etapas y por ellos existen varios tipos de ARN.

Tipos de ARN:

¨      ARN mensajero (ARNm): Sintetizado en el núcleo de la célula; actúa como intermediario en el traslado de información genética del núcleo al citoplasma. El nombre mensajero deriva de su papel  intermediario: actúa como vehículo de transporte de información genética entre el ADN y las proteínas. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.

¨      ARN transferencia (ARNt): Son moléculas relativamente pequeñas que intervienen en la síntesis de proteínas, complementando la función del ARNm. Su función es la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia de nucleótidos del ARNm  para llegar a la síntesis de una cadena polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína.

¨      ARN ribosómico (ARNr): Es el más abundante, se encuentra en los ribosomas formando parte de ellos; El ARNr  recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas, dando lugar a las subunidades del ribosoma.

CODIGO GENETICO

Es un conjunto de normas mediante las cuales la información codifica en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas en la células vivas. El código define la relación entres secuencias de tres nucleótidos (codones) y aminoácidos

Descubrimiento del código genético:

Se comienza a estudiar en profundidad el proceso de traducción en las proteínas cuando James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin crean el modelo de la estructura del ADN.

En 1955 Severo Ochoa y Marianne Grunberg-Manago aíslan la enzima polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo a partir de cualquier tipo de nucleótido que hubiera en el medio.

George Gamow postula un código de tres bases indicando que éste debía ser empleado por las células para codificar la secuencia aminoacídica.

Crick , Brenner y colaboradores, demostraron que los codones constan de tres nucleótidos.

Marshall Nirenberg y Heinrich J. Matthaei en 1961 descubren la primera correspondencia codón-aminoácido.

Nirenberg y Philip Leder fueron capaces de determinar la traducción de 54 codones, utilizando diversas combinaciones de ARNm, pasadas a través de un filtro que contiene ribosomas.

Posteriormente, Har Gobind Khorana completó el código, y poco después, Robert W. Holley determinó la estructura del ARN de transferencia.

Severo Ochoa, recibió el premio Nobel en 1959 por su trabajo en la enzimología de la síntesis de ARN.

Características del código genético:

¨      Es un código de tripletes: un codón se forma de la unión de 3 nucleótidos que codifican un aminoácido concreto.

¨      Es degenerado: un mismo aminoácido es codificado por varios codones, salvo el triptófano y metionina que están codificados por un único codón. Existen 64 codones diferentes paa codificar 20 aminoácidos lo que obliga a un certo grado de degeneración en el código.

¨      El codón AUG que codifica la metionina es el codón de inicio y hay tres codones que establecen la señal de terminación de la traducción (UAA, UAG, UGA). Las mutaciones que ocurren en estos codones dan lugar a la síntesis de proteínas anómalas.

¨      No hay superposición en el código: en un codón puede intervenir cualquier base.

¨      Su lenguaje es universal, con excepciones por ejemplo los retrovirus.

¨      El orden de los codones especifica el orden de los aminoácidos en una cadena de polipéptidos.

¨      No posee comas o sea no hay pausa entre aminoácido y aminoácido, la lectura se inicia en un punto y parti de allí se continua.

¨      Cada triplete siempre significa lo mismo, hay un triplete iniciador y uno que indica terminación.

Mutaciones en el ADN:

Existen tres tipos principales de mutaciones:

¨      Por cambio de base: Solo afectan a un triplete y solo afectarían a un aminoácido. Dependiendo del aminoácido será más o menos importante la mutación. También se pueden dar mutaciones silenciosas.

¨      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 se les llama “mutaciones sin sentido” porque a esos codones se les llama “codones sin sentido”.

¨      Por deleción o duplicación de bases: en el primer caso se elimina una región del ADN. En la duplicación se añaden nuevas bases, están las translocaciones donde grandes fragmentos de ADN se cortan e integran nuevas localizaciones, incluso a veces en diferentes cromosomas e inversiones donde la orientación de segmentos particulares del ADN resulta invertida con respecto al resto del cromosoma.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Es el proceso por el cual se componen nuevas proteínas a partir de los 20 aminoácidos esenciales. Durante este proceso se transcribe el ADN en ARN. La síntesis de proteínas es realizada en los ribosomas situados en el citoplasma celular. Los aminoácidos son transportados por ARNt correspondiente para cada aminoácido hasta el ARNm donde se unen en la posición adecuada para formar las nuevas proteínas.

Una vez finalizada la síntesis de una proteína, es liberado el ARNm y puede volver a ser leído, incluso antes de que la síntesis de una proteína termine, ya puede iniciarse la siguiente, por tanto, el mismo ARNm puede utilizarse por varios ribosomas al mismo tiempo.

Fases de la síntesis de proteínas:

¨      Fase de activación de los aminoácidos: Mediante la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP, los aminoácidos pueden unirse ARNt específico, dando lugar a un aminoacil-ARNt. En este proceso se libera AMP y fosfato, y tras él, se libera la enzima, que vuelve a actuar.

¨      Fase de traducción: la cual comprende:

1.      Inicio de la síntesis proteica: El ARN se une a la subunidad menor de los ribosomas, a los que se asocia el aminoacil-ARNt. A este grupo, se le une la subunidad ribosómica mayor, con lo que forma el complejo activo o ribosomal.

1.      Elongación de la cadena peptídica: EL complejo ribosomal posee dos centros o puntos de unión. El centro P o centro peptidil y el centro A. El radical amino del aminoácido iniciado y el radical carboxilo anterior se unen mediante un enlace peptídico y se cataliza esta unión mediante la enzima peptidil-transferencia. DE forma que el centro P se ocupa por un ARNt carente de aminoácido. Se libera el ARNt del ribosoma produciéndose la translocación ribosomal y queda el dipeptil-ARNt en el centro P. Al finalizar el tercer codón, el tercer aminoacil-ARNt se sitúa en el centro A. Se forma entonces el tripéptido A y después el ribosoma procede a su segunda translocación. Este proceso puede repertirse muchas veces y depende del número de aminoácidos que intervengan en la síntesis.

3.      Finalización de la síntesis de proteínas: Aparecen los llamados tripletes sin sentido, conocidos como codones stop. Estos tripletes son tres: UGA, UAG Y UAA. No existe ARNt tal que su anticodón sea complementario, es por ello que la síntesis se interrumpe y esto indica la finalización de la cadena peptídica.