Maduración del ARNm en Organismos Eucarióticos (Splicing)

En los organismos eucarióticos, los genes que codifican las proteínas están fragmentados. El ARNm transcrito primario está formado por intrones y por exones.

La maduración consiste en la eliminación de los intrones y la unión de los exones mediante un mecanismo conocido como splicing. Este proceso requiere la presencia de una enzima llamada ribonucleoproteína nuclear pequeña (RNPpn).

El proceso de corte y empalme comienza cuando las secuencias intrónicas forman unos bucles que provocan el acercamiento de los extremos de los exones. Continúa con el corte de los intrones y la unión de los exones para formar un ARNm maduro que ya está en condiciones de salir del núcleo.

Características del Código Genético

• Es Universal: El código es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo los virus, lo que sugiere un solo origen evolutivo. Existen excepciones conocidas, como las mitocondrias, algunas bacterias y ciertos protozoos, que poseen un código genético ligeramente diferente.
• Es Degenerado: La mayor parte de los aminoácidos están codificados por más de un codón. Los distintos codones que codifican para un mismo aminoácido se denominan codones sinónimos. Esto implica que, en caso de mutaciones, no necesariamente se altera el orden de los aminoácidos que forman una proteína.
• No presenta Imperfección (No Ambiguo): Ningún codón codifica más de un aminoácido.
• Carece de Solapamiento: Los tripletes están dispuestos de manera lineal y continua, sin que existan espacios entre ellos y sin que compartan ninguna base nitrogenada. La lectura se realiza en sentido 5′ a 3′.

Nota: Existe la posibilidad de que un mismo ARNm contenga varios codones de iniciación, lo que permitiría realizar varias fases de lectura y sintetizar más de un polipéptido.

El Proceso de Traducción (Síntesis de Proteínas)

Componentes Necesarios para la Traducción

• Ribosomas
• ARN mensajero (ARNm)
• Aminoácidos
• ARN de transferencia (ARNt)
• Enzimas y energía

La traducción se realiza en los ribosomas, orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades (una pequeña y otra grande), compuestas por ARNr específicos y proteínas. La subunidad pequeña se une al ARNm, mientras que en la subunidad grande se unen los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Ambas subunidades se unen solo cuando se va a sintetizar una proteína.

Sitios de Unión del Ribosoma

En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión para los ARNt:

• Sitio P (Peptidil): Donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación.
• Sitio A (Aminoacil): Donde entran los aminoácidos que se van a unir a la cadena proteica.

El ARN de Transferencia (ARNt)

Los ARNt son los encargados de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma e incorporarlos a la proteína en formación, siguiendo la secuencia de bases del ARNm. Existen más de 20 ARNt diferentes, al menos uno por cada uno de los 20 aminoácidos proteicos.

• Anticodón: Formado por tres bases nitrogenadas complementarias a las que forman un codón del ARNm. De esta manera, cada tipo de ARNt reconoce un codón específico del ARNm.
• Extremo 3′: Lugar al que se une el aminoácido que corresponde al codón reconocido por ese ARNt.

Fases del Proceso de Traducción

1. Activación de los Aminoácidos

La activación consiste en la unión de un aminoácido con el ARNt que le corresponde. Interviene la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa, que da lugar a un complejo denominado aminoacil-ARNt.

Aminoácido + ARNt + ATP → Aminoacil-ARNt + AMP + PPi

La unión del aminoácido y su ARNt se realiza en el extremo 3′ del ARNt.

2. Iniciación de la Cadena Proteica

La iniciación está marcada por el codón iniciador AUG. Este primer ARNt lleva unido el aminoácido N-formil metionina (f-Met) en procariontes, mientras que en los eucariontes es la metionina (Met).

3. Elongación de la Cadena Proteica

La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica. Se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt ocupa el sitio A, que se halla libre. El siguiente paso es la formación de un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P y el nuevo aminoácido que ocupa el sitio A.

La reacción de formación del nuevo enlace peptídico está catalizada por la enzima peptidil-transferasa. Como consecuencia, el segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado y, por el otro, a su codón complementario. A continuación, se produce la translocación del ribosoma.

4. Terminación de la Cadena Proteica

El ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra un codón de terminación. Este codón no es reconocido por ningún ARNt, sino por unos factores de liberación, lo que finaliza la síntesis.

Mutación

El término mutación se emplea para designar los cambios que se producen en la secuencia o en el número de nucleótidos del ADN de una célula.

Tipos de Mutaciones

Clasificación según las Células Afectadas

• Germinales: Afectan a los gametos o células madre. Estas mutaciones se transmitirán a la descendencia y sobre ellas actuará la selección natural.
• Somáticas: Afectan únicamente al individuo, pudiendo causar en algunas ocasiones enfermedades graves.

Clasificación según el Material Genético Afectado

• Génicas: Provocan cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen determinado.
• Cromosómicas: Afectan a la disposición de los genes de un cromosoma.
• Genómicas: Alteran, aumentando o disminuyendo, el número de cromosomas característico de la especie.

Clasificación según el Origen

• Espontáneas: Ocurren por causas naturales.
• Inducidas: Son desencadenadas por agentes mutagénicos.

Mutaciones Génicas

Las mutaciones génicas alteran la secuencia de nucleótidos de un solo gen.

1. Sustituciones de Bases

Afectan a un solo nucleótido (un solo triplete de bases).

• Transiciones: Sustitución de una base púrica por otra púrica, o de una pirimidínica por otra pirimidínica.
• Transversiones: Sustitución de una base púrica por una pirimidínica, o viceversa.

Debido a que el código genético es degenerado, el triplete puede sustituirse por otro que codifique el mismo aminoácido, resultando en una mutación silenciosa que no afectaría al individuo.

2. Mutaciones por Corrimiento de la Pauta de Lectura (Frame Shift)

Se denominan inserciones o deleciones si consisten en la adición o en la pérdida de algún nucleótido en la molécula de ADN.

A partir del punto en el que ocurre la inserción o deleción, varían todos los tripletes de bases subsiguientes. Por ello, estas mutaciones provocan un corrimiento de la pauta de lectura. Cuando el gen afectado se traduce, se produce una proteína completamente diferente.

Mutaciones Cromosómicas Estructurales

Son las mutaciones que provocan cambios en la estructura de los cromosomas. Pueden afectar al orden de los genes o a su número, donde un gen o un grupo de genes puede estar repetido o faltar.

• Deleciones: Ocurre cuando falta un segmento cromosómico.
• Duplicaciones: Un segmento cromosómico aparece repetido más de una vez.
• Translocaciones: Cambio de localización de un segmento cromosómico.
• Inversiones: Segmentos cromosómicos que han girado 180 grados.