DNA y la doble hélice

Bioquímica
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos, así como las proteínas e hidratos de carbono constituyen gran
parte de la materia viva (biomoléculas). En particular, los ácidos nucleicos son los
componentes más fundamentales e importantes de la célula viva.
Parece probable que la vida en si empezara su evolución con los ácidos nucleicos puesto
que son las únicas sustancias biológicas que poseen la notable propiedad de
autoduplicación.
Los ácidos nucleicos actúan como depositarios y transmisores de la información
genética de cada célula. Gran parte del desarrollo físico de un organismo a lo largo de
su vida está programado en estas moléculas. Las proteínas que elaborarán sus células y
las funciones que realizarán están todas registradas en esta cinta molecular.
A continuación se tratará de describir los ácidos nucleicos, se aportará una breve
introducción respecto a la forma en la que éstos mantienen y transmiten la información
genética y el papel que desempeñan en la formación de proteínas.
DNA
El DNA es una macromolécula muy larga, de aspecto filamentoso y formada por un
gran número de desoxirribonucleótidos, cada uno de ellos compuesto por una base
nitrogenada, un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. Las bases de las moléculas de
DNA son las responsables de portar la información genética, en tanto que los grupos
azúcar y fosfato tienen un papel estructural.
La unidad estructural básica del DNA es el nucleótido. Un nucleótido está formado por
una base nitrogenada, un azúcar y uno o más grupos fosfato.
La desoxirribosa es el azúcar de los desoxirribonucleótidos. Desoxi pues este azúcar
carece de un átomo de oxígeno en la posición 2’ del anillo mientras que la ribosa si lo
tiene. La base nitrogenada deriva de la purina o la pirimidina.
N
N N
N
1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N
1
2
3
4
5
6
O
OHCH2OH
OH
1'
2'3'
4'
5'
H
Purina Pirimidina
β-D-2-Desoxirribosa
El DNA contiene dos bases derivadas de la purina, la adenina (A) y la guanina (G), y
dos de la pirimidina, timina (T) y citosina (C).
N
N N
N
NH2
H
N
N N
N
O
2N
N
NO
O
CH3
O
N
N
NH2
Adenina (A) Guanina (G) Timina (T) Citosina (C)
Escuela de Vitivinicultura “Pte. Tomás Berreta” Pág. 1

Bioquímica
Un nucleósido está formado por una base púrica o pirimidínica enlazada a un azúcar.
Los cuatro nucleósidos del DNA se llaman desoxiadenosina, desoxiguanosina,
desoxitimidina y desoxicitidina. El éster fosfórico de un nucleósido es lo que se
denomina nucleótido.
O
CH2
OH
Base
O P
O
O
O
P
O
O
O P
O
O
O
Nucleótido genérico o
nucleósido trifosfato
H
El esqueleto de DNA, que es constante a lo largo de la molécula, está formado por
desoxirribosas ligadas por puentes fosfodiéster. Concretamente, el hidroxilo 3’ (3’-OH)
del azúcar de un desoxirribonucleótido está unido al hidroxilo 5’ (5’-OH) del azúcar
adyacente por un enlace fosfodiéster. La parte variable del DNA es la secuencia de los
cuatro tipos de bases (A, G, C o T) así es que se utilizan esas iniciales para hacer
referencia a una secuencia concreta de un polinucleótido.
Las cadenas de DNA tienen polaridad.
Uno de los extremos de la cadena tiene
un grupo 5’-OH y el otro un grupo 3’-OH
que no están unidos a otro nucleótido.
Por convención el símbolo ACG indica
l DNA por Watson y Crick revolucionó a la
as características más sobresalientes del modelo de DNA son (ver fig.1):
1) Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje
2) e la hélice mientras que las
3) tes están separadas por
3,4Å a lo largo del eje de la hélice y desplazadas por una rotación de 36º.
que el grupo 5’-OH de la
desoxiadenosina está libre y que también
lo está el grupo 3’-OH de la
desoxiguanosina. Así pues, la secuencia
de bases está escrita en la dirección
5’→3’.
Base
O
P OO
O
O
CH2
O H
O
CH2
H
P OO
O
Base
Puente fosfodiéster
El descubrimiento de la doble hélice de
biología (1953)
L
común. Las cadenas corren en direcciones opuestas.
Las bases de purina y pirimidina están en el interior d
unidades de fosfato y desoxirribosa están en el exterior.
El diámetro de la hélice es de 20Å, las bases adyacen

Bioquímica
. La
5)
o está
restringida en modo
a replicación del DNA es semiconservativa
omo suele ocurrir con una buena teoría o modelo, la
structura de Watson y Crick explicaba también otros
dían. El
ioquímico Erwin Chargaff, que había determinado las
ebras son
omplementarias. Si las hebras pudieran separarse y se
4) Las dos cadenas
permanecen unidas
por puentes de
hidrógeno entre los
pares de bases
Fig. 1. Estructura del DNA
adenina siempre está
emparejada con la
timina y la guanina
con la citosina.
La secuencia de las
bases posibles a lo
largo de la cadena del
polinuceótido n
alguno. La secuencia
de bases precisa
transporta la
información genética.
L
C
e
datos que hasta entonces no se compren
b
cantidades relativas de A, T, G y C en los DNA de
muchos organismos encuentra que A y T estaban
presentes casi siempre en cantidades aproximadamente
iguales y lo mismo sucedía con G y C. Si la mayor parte
del DNA de las células era de doble hebra, con el
apareamiento entre bases de Watson y Crick, la regla de
Chargaff era una consecuencia natural de ello.
El modelo de Watson y Crick no solo explicaba la
estructura del DNA y la regla de Chargaff; como A se
aparea con T y C con G, las dos h
Fig. 2. Autorreplicación del
DNA.
c
pudiera sintetizar un nuevo DNA a lo largo de cada una
de ellas siguiendo el apareamiento de bases, podrían
obtenerse dos moléculas de DNA de doble hebra, cada
una de las cuales sería una copia exacta del original. Esta
autorreplicación es precisamente la propiedad que el
material genético debe poseer (fig. 2)

Bioquímica
La primera enzima descubierta que está dirigida por un molde: La DNA
Polimerasa I
a DNA polimerasa I no es la enzima que replica la mayor li.
parte es la DNA polimerasa más sencilla y la mejor conocida. Su estudio
rve de ejemplo para muchos principios clave de la acción de las DNA polimerasas,
n es catalizada por un único centro activo que
uede enlazarse a cualquiera de los cuatro desoxirribonucleósidos trifosfato (dNTPs) El
ibre
un molde de DNA
parte del DNA de E. co
bién
L
Sin embargo, juega un papel crítico en la replicación y tam en la reparación del
DNA. Por otra
si
tanto procarióticas como eucarióticas.
La DNA polimerasa I es una enzima con una procesividad o progresividad moderada:
antes de disociarse del DNA molde cataliza la formación de aproximadamente 20
puentes fosfodiéster. La polimerizació
p
que se enlace uno u otro depende de la base correspondiente de la hebra molde. La
probabilidad de que se forme un enlace y de que se establezca un puente fosfodiéster es
muy pequeña, a menos que el nucleótido que llegue forme un par de bases de Watson y
Crick con el nucleótido opuesto del molde.
La DNA polimerasa exige como requerimientos mínimos:
a) los cuatro dNTPs (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) y Mg2+
b) una cadena cebadora con grupo 3’-OH l
c)
La reacción que cataliza esta enzima es:
)DNA( residuosn dNTP+ iresiduos1n PP)DNA( ++
una pirofosfatasa inorgánica permite que la
acción pueda proseguir.
a DNA Polimerasa I también es una exonucleasa 3’→5’ que corrige sus errores
de catalizar la hidrólisis de cadenas de DNA así como su
olimerización. La enzima cataliza la hidrólisis de uno en uno de los nucleótidos que no
o
e actividad exonucleasa es distinto del centro de actividad polimerasa.
ad exonucleasa
ejora notablemente la exactitud de la replicación del DNA, ya que constituye un
leótido. En efecto, la DNA
olimerasa I comprueba el resultado de cada polimerización que cataliza antes de
La hidrólisis del pirofosfato (PPi) por
re
L
La DNA polimerasa I pue
p
están apareados en el extremo 3’ de las cadenas de DNA (exonucleasa 3’→5’) El centr
d
La actividad nucleasa 3’→5’ tiene una función correctora en la polimerización. En
general, la DNA polimerasa I elimina los residuos incorrectamente apareados del
extremo del cebador antes de iniciar la polimerización. Esta activid
m
control adicional para el correcto apareamiento de las bases.
Por lo general, la polimerización no se produce a menos que los pares de bases se
adapten a una doble hélice. Sin embargo, un error cometido durante esta etapa, casi
siempre puede corregirse antes que se añada el siguiente nuc
p
incorporar el siguiente nucleótido.

Bioquímica
La actividad 3’→5’ exonucleasa de la DNA polimerasa III elimina aproximadamente 1
de cada 10 nucleótidos apareados correctamente. La frecuencia de esrror de la enzima es
e 10-7
. Después de la replicación hay tres sistemas de reparación que mejoran la
sta enzima puede también hidrolizar DNA a partir del extremo 5’ de la cadena. El
tivos
e polimerización e hidrólisis 3’→5’.
or. Además, la actividad exonucleasa 5’→3’ complementa la actividad
xonucleasa 3’→5’ ya que corrige errores de distinto tipo. La polimerización y la
as DNA plomerasas II y III se parecen a la I en varios aspectos:
molde a partir de dNTP.
2. Se requiere un cebador con 3’-OH libres.
Un ue forma parte la DNA polimerasa III sintetiza la
may s que la DNA polimerasa I elimina el cebador y
llena los espacios vacíos. La DNA polimerasa II participa en la reparación del DNA
cen simultáneamente el desenrollamiento y la
ntesis se llama horquilla de replicación.
nuevo DNA. El sentido global de la síntesis de DNA debe ser 5’→3’ para
na hebra y 3’→5’ para la otra. Sin embargo, todas las DNA polimerasas conocidas
(1000 nucleótidos) los cuales están
mporalmente presentes en las proximidades de la horquilla de replicación. A medida
d
fidelidad hasta obtener una tasa de mutación global de 10-10
por par de bases y por
generación.
La DNA Polimerasa I es también una exonucleasa 5’→3’ que corrige errores
E
centro activo con actividad exonucleasa 5’→3’ difiere claramente de los centros ac
d
La DNA Polimerasa I contiene tres centros activos distintos en una única cadena
polipeptídica
La actividad 5’→3’ juega un papel fundamental en la replicación del DNA al eliminar
el RNA cebad
e
corrección (3’→5’) pueden tener lugar de forma casi simultánea, sin que la enzima deba
disociarse del DNA.
Descubrimiento de las DNA Polimerasas II y III
L
1. Catalizan la síntesis de DNA dirigida por un
3. Síntesis en dirección 5’→3’
4. Actividad exonucleasa 3’→5’
complejo multienzimático del q
or parte del DNA nuevo, mientra
re
pero no es necesaria para la replicación.
La síntesis de DNA nuevo está estrechamente relacionado con el desenrrollamiento del
DNA parental. El lugar donde se produ
sí
Una hebra del DNA se sintetiza en fragmentos y la otra se sintetiza en forma
continua
En la horquilla de replicación, las dos hebras del DNA parental sirven de molde para la
síntesis de
u
sintetizan DNA en sentido 5’→3’ y no 3’→5’.
Reiji Okazaki descubrió que una proporción importante del DNA recién sintetizado
existe en forma de fragmentos pequeños
te

Bioquímica
que avanza la replicación estos fragmentos se unen covalentemente por medio de la
DNA ligasa para formar una de las hebras hijas, la hebra retrasada. La otra hebra
nueva se sintetiza en forma continua, sin interrupciones, y se denomina hebra guía.
La replicación en E. coli comienza con el desenrrollamiento en el punto oriC
(origen)
Un cebador de RNA sintetizado por la primasa permite que comience la sínte
DNA
sis de
ue no se construya un cebador. Las RNA polimerasas pueden iniciar cadenas de
ovo, así que RNA podría servir como cebador para iniciar la síntesis de DNA.
une al
omplejo carente de cebador formando un ensamblaje de múltiples subunidades llamado
dad.
ntetiza la mayor parte del DNA.
hebra guía utilizando un RNA cebador originado por la primasa. El
NA dúplex, situado por delante de la polimerasa, se desenrolla por la acción de una
Luego del desenrrollamiento, el molde está expuesto pero no se puede sintetizar DNA
hasta q
n
En efecto, el RNA actúa como cebador en la síntesis de DNA, y ese cebador está
sintetizado por una RNA polimerasa específica llamada primasa la cual se
c
primosoma. La primasa sintetiza un pequeño fragmento de RNA (5 nucleótidos) que es
complementario a una de las hebras del DNA molde. Este RNA cebador es eliminado al
final de la replicación por la actividad exonucleasa 5’→3’ de la DNA polimerasa I.
La DNA polimerasa III, una asociación de al menos 10 subunidades se caracteriza por
una elevadísima progresividad, potencia catalítica (1000 nucleótidos/seg) y fideli
si
Las hebras guía y retrasada son sintetizadas de forma simultánea por la DNA
polimerasa III
La DNA polimerasa III se encuentra sobre la horquilla de replicación, donde comienza
la síntesis de la
D
helicasa dependiente de ATP (fig. 3) La proteína de unión a las hebras sencillas
mantiene el DNA desenrollado, extendido y accesible, de modo que ambas hebras
pueden servir de molde. La hebra guía es sintetizada de forma continua por la DNA
polimerasa III. La hebra retrasada se sintetiza en fragmentos, esto se consigue mediante
la formación de un bucle en el molde de la hebra retrasada. De este modo, el molde de
la hebra retrasada atravesaría el centro activo con actividad polimerasa de una
subunidad del dímero polimerasa III en el mismo sentido en que el molde de la hebra
guía lo hace en la otra subunidad. La DNA polimerasa III tendría que abandonar el
molde de la hebra retrasada después de haber añadido unos 1000 nucleótidos a esta
hebra. Entonces se formaría un nuevo bucle y la primasa sintetizaría de nuevo un
pequeño fragmento de RNA cebador para iniciar la síntesis de otro fragmento de
Okazaki.

Bioquímica
FLUJO de INFORMACIÓN GENÉTICA
Los genes establecen las clases de proteínas que han de sintetizar las células, sin
embargo, el DNA no a que dichos moldes
n las moléculas de RNA. El RNA mensajero (mRNA) es el intermediario en el
er figura 4.
Fig. 3. Replicación del DNA en eucariotas.
es el molde directo para la síntesis proteica, y
so
transporte de información para la síntesis de proteínas. El RNA de transferencia (tRNA)
y el RNA ribosómico (rRNA) forman parte de la maquinaria propia de esta síntesis.
Todas las formas de RNA celulares son sintetizadas por las RNA polimerasas que
toman las instrucciones del DNA molde. Este proceso de transcripción se continúa con
la traducción, es decir, la síntesis de proteínas de acuerdo con las instrucciones
transmitidas por el mRNA molde.
El flujo de información genética (dogma central de la biología molecular) en una célula
normal será:
ProteínasRNADNA TraduccióniónTranscripc
 → →
V

Bioquímica
Esto nos lleva al código
ecuencias de tres bases,
Fig. 4. Dogma central de la biología molecular.
genético (fig. 5), que es la
relación entre la secuencia de
bases del DNA (o de su
transcrito de mRNA) y la
secuencia de aminoácidos de la
proteína.
Fig. 5. Arriba, tRNAs traduciendo el código genético de un
S
llamadas codones, especifican a
cada uno de los aminoácidos.
Los codones del mRNA son
leídos secuencialmente por las
moléculas de tRNA, que sirven
de adaptadores en la síntesis de
proteínas (fig. 5) Esta síntesis
tiene lugar en los ribosomas,
que son asociaciones complejas
de rRNAs y más de 50 clases de
proteínas.
mRNA. Abajo, el código genético.

Bioquímica
Varios tipos de RNA desempeñan papeles
as moléculas de RNA son de una sola cadena
as células contienen varios tipos de RNA:
l RNA mensajero (mRNA): es la plantilla o
E NA):
l RNA ribosómico (rRNA): es el principal componente de los ribosomas, juega un
is
uesto que las proteínas son sintetizadas en el citoplasma y no en el interior del núcleo
as propiedades propuestas para el mensajero fueron:
1. El mensajero debía ser un polinucleótido.
ebía reflejar la composición de bases
3. heterogéneo en tamaño, puesto que los genes (o
importantes en la expresión genética
L
(fig. 6), excepto en algunos virus. En
consecuencia una molécula de RNA no tiene
necesidad de mantener determinadas
proporciones de bases complementarias. Las
moléculas de RNA contienen regiones de
estructura de doble hélice producidas por la
formación de lazos o bucles en forma de
horquillas. En estas regiones se empareja A-U y
G-C, aunque también se ve G-U pero con un
enlace menos fuerte que G-C. La proporción de
regiones helicoidales en diferentes tipos de RNA
varía entre límites muy amplios, un valor típico
es 50%.
L
E
molde para la síntesis de proteínas. Existe una
molécula de mRNA correspondiente a cada gen o
grupo de genes que vaya a expresarse, en
consecuencia, las moléculas de mRNA son muy
heterogéneas.
Fig. 6. Comparación RNA, DNA
l RNA de transferencia (tR transporta los aminoácidos en forma activada al
ribosoma para la formación del enlace peptídico, en una secuencia que viene
determinada por el mRNA molde. Hay al menos un tipo de tRNA para cada uno de los
veinte aminoácidos. Es la más pequeña de las moléculas de RNA.
E
papel catalítico y estructural en la síntesis de proteínas. Es el más abundante de los tres
tipos de RNA (80%), luego se encuentra el tRNA (15%) y por último el mRNA (5%)
Descubrimiento del mRNA, el transportador de la información en la síntes
proteica
P
de las células eucarióticas, era evidente que debería existir un intermediario químico
especificado por los genes el cual debía ser de vida muy corta.
L
2. La composición de bases del mensajero d
del DNA que lo especifica.
El mensajero debía ser muy
grupos de genes) varían en longitud.

Bioquímica
4. El mensajero debía estar asociado transitoriamente con los ribosomas, los sitios
de la síntesis de proteínas.
5. El mensajero debía ser sintetizado y degradado rápidamente.
Luego de una serie de experimentos, se concluyó que los ribosomas son estructuras no
especializadas que sintetizan, en un momento determinado, la proteína dictada por el
mensajero que contienen en aquel momento. Con lo que el mRNA es el transportador de
la información entre el gen y la proteína.
Todo el RNA celular se sintetiza por las RNA polimerasas
La RNA polimerasa es la enzima que se sintetiza el RNA según las instrucciones dadas
por un DNA molde. La RNA polimerasa de E. coli requiere los siguientes componentes
para la síntesis de RNA:
1. Un molde, el cual es preferentemente un DNA de doble cadena, pero también
puede ser DNA de una sola cadena.
2. Precursores activados, que son los cuatro ribonucleósidos trifosfato: ATP, GTP,
CTP y UTP.
3. Un ión metálico divalente. Son eficaces el Mg2+
o el Mn2+
.
La RNA polimerasa cataliza la iniciación y la elongación paso a paso de las cadenas de
RNA. La reacción catalizada por esta enzima es:
riboNTP)RNA( residuosn + iresiduos1n PP)RNA( ++
La síntesis de RNA se asemeja a la de DNA en varios aspectos:
a. La dirección de síntesis es 5’→ 3’
b. El mecanismo de elongación es similar, ataque nucleofílico del grupo 3’-OH del
extremo de la cadena en crecimiento sobre el fosfato más interno del nucleósido
trifosfato recién llegado.
c. La síntesis viene favorecida por la hidrólisis de pirofosfato.
Al contrario de la DNA polimerasa, la RNA polimerasa no requiere un iniciador. Otra
diferencia es que el DNA molde se conserva íntegramente en la síntesis de RNA
mientras que en la síntesis de DNA sólo se conserva la mitad.
También, la RNA polimerasa carece de la capacidad nucleásica que utiliza la DNA
polimerasa para cortar los nucleótidos mal emparejados.
La transcripción comienza en los centros promotores y finaliza en los centros de
terminación
Los DNA moldes contienen regiones llamadas centros promotores que se unen
específicamente a la RNA polimerasa y determinan donde comienza la transcripción. En
bacterias son muy importantes las dos secuencias situadas cerca del primer nucleótido
que va a ser transcrito y ubicadas hacia el extremo 5’. Una de ellas, llamada secuencia
Pribnow, contiene la secuencia consenso TATAAT y está centrada a –10 (diez
nucleótidos hacia el lado 5’ a contar desde el primer transcrito +1) La otra, llamada

Bioquímica
regién –35, tiene la secuencia consenso TTGACA. El primer nucleótido transcrito es
normalmente una purina.
Los genes eucarióticos que codifican proteínas poseen centros promotores con una
secuencia consenso TATA centrada alrededor de –25, esta secuencia TATA es análoga
a la secuencia Pribnow de procariotas, salvo que está situada más lejos secuencia arriba.
-35 -10 +1
TTGACA∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼TATAAT∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼sitio inicio
El centro promotor se encuentra en la hebra codificadora, la hebra molde (hebra
antisentido) es complementaria del RNA.
La RNA polimerasa discurre a lo largo del molde de DNA y transcribe una de sus
hebras hasta alcanzar la secuencia de terminación. Esta secuencia codifica una señal de
terminación que en E. coli consiste en una horquilla de bases emparejadas en la
molécula de RNA recién sintetizada. Esta horquilla se forma por emparejamiento de
bases se secuencias autocomplementarias, ricas en G y C. El RNA naciente se disocia
espontáneamente de la RNA polimerasa cuando a la horquilla le sigue una hilera de
residuos U. Se sabe mucho menos sobre la terminación de la transcripción en
eucariotas.
El RNA de transferencia es la molécula adaptadora en la síntesis de proteínas
Hemos visto que el mRNA es el molde para la síntesis de proteínas. ¿Cómo dirige a los
aminoácidos para unirlos en la secuencia correcta?
Los aminoácidos son transportados hacia el molde
por una molécula adaptadora y este adaptador es la
parte que se ajusta realmente con el RNA. Se
requieren entonces al menos veinte adaptadores,
uno por cada aminoácido, pues cada uno de ellos
es específico. El adaptador en la síntesis de
proteínas es el tRNA.
El tRNA contiene un centro de unión al
aminoácido y un centro de reconocimiento del
molde. El aminoácido se une al tRNA por el
carboxilo esterificado con el 3’ o 2’-OH y la
lectura de mensajero es 5’→3’ sintetizando la
cadena polipeptídica de NH2→ COOH.
Cada molécula de tRNA transporta un aminoácido
específico en forma activada hasta el lugar de la
síntesis de la proteína. El lugar de reconocimiento
del molde en el tRNA es una secuencia de tres
bases llamada anticodón. El anticodón del tRNA
reconoce una secuencia de tres bases
complementarias del mRNA llamada codón (fig. 7)
Fig. 7. Ordenamiento e codonesd

Bioquímica
Características principales del código genético
4 codones, 61 tripletes corresponden a aminoácidos y 3 son clave para la terminación
os codones que codifican para un mismo aminoácido se llaman sinónimos. Por
Cuál es el significado biológico de la degeneración generalizada del código genético?
a degeneración del código puede ser también significativa en cuanto que permite al
l RNA mensajero contiene señales de iniciación y de parada para la síntesis de
a señal de iniciación para la síntesis proteica es compleja, las cadenas polipeptídicas en
UG es solo parte de la señal de iniciación. En bacterias el AUG (o GUG) de iniciación
l código genético es prácticamente universal
os mRNA pueden ser traducidos correctamente por la maquinaria sintetizadora de
6
de la cadena. Como hay 20 aminoácidos y 61 tripletes que lo codifican, es evidente que
el código es muy degenerado. Muchos aminoácidos están codificados por más de un
triplete. Sólo el triptófano (Trp) y la metionina (Met) están codificados por un solo
triplete, mientras que la leucina, arginina y serina son especificados por seis codones
cada uno (fig. 5) El número de codones para un aminoácido está correlacionado con la
frecuencia de aparición en las proteínas.
L
ejemplo CAU y CAC son sinónimos para histidina.
¿
Si el código no fuera degenerado, 20 codones designarían aminoácidos y los otros 44
conducirían a la terminación de la cadena. La probabilidad de mutación que originase la
terminación de la cadena sería mucho mayor con un código no degenerado que con el
código actual. Las mutaciones de terminación de la cadena conducen generalmente a
proteína inactivas, mientras que las sustituciones de un aminoácido por otro son
generalmente inocuas. Así pues, la degeneración reduce al mínimo los efectos
deletéreos delas mutaciones.
L
DNA modificar ampliamente su composición de bases sin alterar la secuencia de
aminoácidos de las proteínas codificadas por él.
E
proteínas
L
las bacterias comienzan con un aminoácido modificado, la formilmetionina (fMet) Hay
un tRNA específico, el tRNA iniciador, que transporta la fMet. Este complejo fMet-
tRNA reconoce al codón AUG o menos frecuentemente al GUG. Sin embargo, AUG es
codón para una metionina interna y GUG lo es para una valina interna. Esto significa
que la señal para el primer aminoácido de una cadena polipeptídica de procariotas debe
ser mucho más complejo que para el resto.
A
viene precedido por una secuencia rica en purinas (A, G) a varios nucleótidos de
distancia. En eucariotas el AUG más próximo al extremo 5’ del mRNA es normalmente
la señal de iniciación para la síntesis de la proteína. Este AUG particular es leído por un
tRNA iniciador cargado con metionina.
E
L
proteínas pertenecientes a especies biológicas muy alejadas. Así, por ejemplo el mRNA
de la hemoglobina humana es traducido correctamente por un extracto celular de
germen de trigo. Las bacterias expresan eficazmente las moléculas de DNA

Bioquímica
recombinante que codifican proteínas humanas tal como la insulina. Estos resultados
sugieren firmemente que el código genético es universal.
Sin embargo existen excepciones a esto. Las mitocondrias humanas leen el triplete
UGA como codón para el triptófano en vez de señal STOP. Además AGA y AGG
significan STOP en vez de arginina y AUA corresponde a metionina en vez de
isoleucina. Las mitocondrias pueden tener un código genético diferente al del resto de la
célula debido a que el DNA mitocondrial codifica unos tRNAs distintos.
El código genético es prácticamente, pero no absolutamente universal. Existen
variaciones en mitocondrias y en especies como los ciliados, que se separaron muy
pronto en la evolución de los eucariotas. Es interesante advertir que dos de los codones
modificados en las mitocondrias humanas disminuyen la información asignada a la
tercera base del triplete (por ej. tanto AUA como AUG codifican metionina) La mayoría
de las modificaciones observadas respecto al código genético estándar van en la
dirección simplificadora.
La gran mayoría de los genes eucarióticos son mosaicos de intrones y exones
En las bacterias las cadenas polipeptídicas están codificadas por una disposición
continua de codones del DNA. En genes de organismos superiores no es siempre así,
diversos genes son discontinuos.
Las cadenas de RNA recién
sintetizadas (transcrito primario)
son mucho mayores que las
moléculas de mRNA derivadas
de ellas. Las regiones que se
eliminan de este transcrito
primario se llaman intrones
(secuencias intercaladas),
mientras que aquellas que se
mantienen en el mRNA maduro
se denominan exones (regiones
expresadas) Un aspecto común
de la expresión de estos genes
discontinuos es que sus exones
están ordenados en la misma
secuencia en el mRNA y en el
DNA. Así pues, los genes
entrecortados, como los genes
continuos, son colineales con sus
productos polipeptídicos. El
entrecortado (splicing) es una
operación compleja realizada por
los “spliceosomas” que son
asociaciones de proteínas y
pequeñas moléculas de RNA.
Esta maquinaria enzimática
reconoce las señales del RNA
naciente que especifican los
Fig. 7 . Intrones y exones

Bioquímica
puntos de corte. Los intrones casi siempre empiezan con GU y terminan con una pareja
AG, precedida de un tramo rico en pirimidinas (U, C) Esta secuencia consenso es parte
de la señal de empalme.
Muchos exones codifican dominios de proteínas
La mayoría de los genes de los eucariotas superiores (aves, mamíferos) están
entrecortados. Los eucariotas inferiores, como las levaduras, tienen una mayor
proporción de genes continuos.
La comparación entre secuencias de DNA de genes que codifican proteínas muy
conservadas durante la evolución sugiere firmemente que había intrones en los genes
ancestrales y que se perdieron durante la evolución en aquellos seres especializados en
un crecimiento muy rápido, tales como las eubacterias y las levaduras.
Un dominio completo de una proteína puede estar codificado por un solo exón. Una
hipótesis muy atrayente es que las proteínas nuevas aparecen durante la evolución por
reordenamiento de los exones que codifican elementos estructurales discretos, centros
de enlace y centros catalíticos.
Transcripción en eucariotas
Las tres etapas de la transcripción: (1) iniciación, (2) elongación y (3) terminación
(1) La RNA polimerasa desenrolla casi dos vueltas del DNA molde antes de iniciar la
síntesis de RNA. El inicio de la transcripción se origina en los centros promotores del
DNA molde. Existen dos tramos de secuencias comunes más allá del lado 5’ del punto
de iniciación (secuencia arriba) en procariotas, son la secuencia –10 (TATAAT) y –35
(TTGACA) Los números corresponden a la hebra codificadora.
Hebra codificadora es aquella del DNA que posee la misma secuencia que el RNA
transcrito cambiando U por T (hebra con sentido +); hebra molde es la hebra antisentido
y es la complementaria a la codificadora o al mRNA transcrito primario (hebra con
sentido -)
5’∼∼∼∼∼∼Compart. CAAT∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼Compart. GC∼∼∼∼∼∼∼∼∼Compart. TATA∼∼∼∼∼∼∼∼∼3’
-110 -40
Centro de iniciación
del mRNA
En levaduras, una secuencia TATAAA centrada entre los nucleótidos –30 y –90
desempeña el mismo papel.
La mutación de una única base en la TATA box daña sensiblemente la actividad del
promotor. Asimismo los intercambios de bases A y T producen pérdida de actividad,
demostrando con ello que es esencial la secuencia exacta y no solo un alto contenido de
pares AT.
El compartimiento TATA es necesario pero insuficiente para una alta actividad del
promotor. Se localizan elementos adicionales entre las posiciones –40 y –110 CAAT y
GC que pueden ser también eficaces estando en la hebra molde.

Bioquímica
Secuencias intensificadoras pueden estimular la transcripción en centros de iniciación
alejados a millares de bases. Las secuencias intensificadoras pueden encontrarse
secuencia arriba, secuencia abajo o incluso en medio de un gen transcrito. Son efectivos
tanto si están situados sobre la hebra codificadora como sobre la hebra molde.
(2) La elongación tiene lugar en las burbujas de transcripción que se desplazan a lo
largo del molde de DNA. La RNA polimerasa es una enzima muy progresiva o
procesiva. Su velocidad de síntesis es de 50 nucleótidos por segundo y posee una tasa
de error de un fallo cada 104
o 105
bases agregadas.
(3) Las regiones transcritas de los moldes de DNA contienen señales de terminación. La
más sencilla es una región palindrómica rica en GC seguida de una región rica en AT.
El transcrito de RNA de este DNA palindrómico es autocomplementario, por lo tanto,
sus bases se pueden emparejar para formar una estructura en horquilla con un tallo y un
bucle, estructura favorecida por su alto contenido en GC. Esta horquilla estable viene
seguida de una secuencia de 4 o más residuos U. El transcrito de RNA finaliza en ellos
o justamente después.
Los precursores de mRNA adquieren casquetes 5’ durante la transcripción
El extremo 5’ trifosfato de la cadena de RNA naciente se modifica de inmediato. Se
libera un fosfato, luego el extremo 5’ difosfato ataca al átomo Pα del GTP para formar
un enlace 5’-5’-trifosfato nada corriente se denomina casquete CAP.
Los casquetes contribuyen a la estabilidad de los mRNAs porque protegen sus extremos
5’ frente a las fosfatasas y las nucleasas. Además los casquetes facilitan la traducción
del mRNA por los sistemas eucarióticos de síntesis proteica.
Después de la ruptura debida a una endonucleasa se añade una cola de 3’-
poliadenilato a la mayoría de los precursores de mRNAs
La endonucleasa que reconoce la secuencia AAUAAA rompe los transcritos primarios
eucarióticos (el entorno también incide en el sitio de ruptura) Luego, la poli(A)
polimerasa añade unos 250 residuos A al extremo 3’ y esa cola de A se enrolla
alrededor de varias copias de una proteína de unión.
Función de la cola poli(A): un mRNA sin cola poli(A) es un molde menos efectivo para
síntesis proteica. La vida de una molécula de mRNA se determina en parte por la
velocidad de degradación de su cola de poli(A)
En el núcleo de eucariotas el mRNA transcrito primario sufre de un procesamiento a
cargo de ribonucleoproteínas (RNA y enzimas de corte y empalme) encargadas de
eliminar intrones y empalmar exones.

Bioquímica
Fig. Diferencias desde transcripción a traducción entre eucariotas y procariotas.

DNA y la doble hélice

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