Síntesis de péptidos
Para muchas preguntas de investigación, utilizo la información genética disponible en mi especie de investigación. Pero para entender por qué esta información es útil, primero necesito explicar un poco sobre genética. Cada organismo consta de células, todos los organismos multicelulares tienen una célula y un núcleo celular. Este núcleo contiene el ADN, el material hereditario. Pero este ADN no flota aleatoriamente a través del núcleo, está perfectamente empaquetado en algo que llamamos cromosomas (ver la figura a continuación). Las personas tenemos 46 cromosomas, las moscas de la fruta tienen 8 y el escarabajo de la harina en el que trabajo tiene 20. Casi todos los animales son diploides, lo que significa que tiene 2 copias de cada cromosoma. Entonces, de los 46 cromosomas que tiene, 23 se originan de su madre y 23 se originan de su padre. Estos cromosomas contienen toda la información hereditaria en forma de ADN bicatenario.
ADN
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El ADN es la abreviatura de D eoxyribo n ucleic a cid. El ADN en cada núcleo de un organismo es exactamente el mismo en todas las células. Las únicas excepciones son las células de esperma y los óvulos, solo contienen la mitad del ADN que contiene una célula normal (los espermatozoides y los óvulos en humanos contienen solo 23 de los 46 cromosomas).
El ADN está formado por 4 bases diferentes (nucleótidos), adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Esto es cierto para plantas, animales, bacterias, de hecho es cierto para todas las formas de vida en la tierra que contienen ADN. Las bases en una cadena de ADN forman pares de bases con una segunda cadena de ADN para formar la doble hélice. Pero los pares de bases que se pueden formar son limitados; la adenina (A) solo puede formar un par de bases con timina (T) y la guanina (G) solo puede formar un par de bases con citosina (C). Entonces, cuando conocemos la secuencia de bases en 1 cadena de ADN, también sabemos la secuencia de bases en la otra cadena de ADN. El orden de las bases se denomina secuencia . Un ejemplo de una secuencia corta de una sola cadena de ADN es: ATTGCTCAT
Como conocemos la secuencia de este capítulo, también sabemos qué bases hay en el otro capítulo:
Hilo 1:
UN
T
T
sol
C
T
C
UN
T
Hilo 2:
T
UN
UN
C
sol
UN
sol
T
UN
A menudo hablaré sobre secuencias; Esto se debe a que la secuencia de ADN codifica el tipo de proteína que se está produciendo y estas proteínas son importantes en todos los aspectos de la vida. La forma en que el ADN codifica una proteína es algo a lo que volveré en un momento. Primero, es importante saber que la información de la secuencia de ADN nos da la oportunidad de “leer” el ADN. Se necesita mucha información adicional para leer correctamente el ADN, pero no entraré en detalles aquí. La tecnología moderna ya nos ha proporcionado la secuencia completa de un par de organismos diferentes. ¡Entonces conocemos la secuencia de todo el ADN en todos los cromosomas de este organismo! Esta secuencia completa se llama genoma y se puede acceder libremente a este genoma a través de este sitio web: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Quiero señalar aquí que el ADN no es idéntico para todos los individuos de una especie, por lo que el genoma humano que está disponible en línea no es idéntico a su genoma. Pero podemos aprender mucho del genoma que está disponible en línea. Esto se debe a que las partes más importantes del genoma varían considerablemente menos que las partes menos importantes. Tomemos por ejemplo el color de los ojos, no es importante para la supervivencia si tienes ojos azules o marrones, por lo que este es un personaje menos importante. Por otro lado, los glóbulos rojos que pueden transportar oxígeno son muy importantes; las personas con glóbulos rojos que no pueden transportar oxígeno no sobrevivirán. Por lo tanto, la variación en un personaje tan importante como la capacidad de transportar oxígeno es “no tolerada”. Más adelante escribiré más sobre la selección.
Del ADN a la proteína
Pero, ¿cómo codifica el ADN para la proteína? (también conocido como el Dogma central) Para hacer proteínas a partir del ADN, primero debemos dar un paso diferente. Eso es hacer ARN a partir de ADN. El ARN es importante para muchas funciones diferentes, pero aquí solo hablaré sobre el ARN mensajero, que se utiliza para sintetizar proteínas. El ARN (ácido ribonucleico) se sintetiza en el núcleo y es muy similar al ADN. La síntesis de ARN también implica el uso de bases, pero en la síntesis de ARN no se usa timina (T) sino que se usa uracilo (U). La secuencia de ARN corresponde a la secuencia de ADN a partir de la cual se sintetiza el ARN (ver la figura a continuación).
La síntesis de ARN a partir del ADN se llama transcripción (el ADN se transcribe en ARN). En esta figura, el ARN se sintetiza a partir de la cadena roja de ADN (que sirve como plantilla), esta cadena de ADN comienza con la base T. La cadena de ARN comienza con la única base que puede formar un par de bases con esta T, la A. Esto continúa hasta que se sintetiza la secuencia completa de ARN. Debido a que la cadena roja sirve como plantilla, la secuencia de ARN será idéntica a la cadena azul de ADN, solo con la base U en lugar de la base T.
Entonces ahora tenemos una cadena de ARN. A partir de esta cadena, la proteína se sintetizará, esto se llama traducción (el ARN se traduce en proteína). Una proteína está hecha de aminoácidos, estos forman una cadena. Muestro la cadena de proteínas como una línea lineal, pero en realidad las interacciones complejas entre aminoácidos conducen a formas tridimensionales que son esenciales para el funcionamiento de la proteína. La traducción de ARN a proteína es diferente a la síntesis de ARN a partir de ADN (transcripción). Cuando el ADN se transcribió en ARN, una base de ADN correspondía a una base de ARN, esta relación 1 a 1 no se usa en la traducción a proteína. Durante esta traducción, se agrega 1 aminoácido a la cadena de proteína por cada 3 bases en el ARN. Entonces, una secuencia de ARN de 48 bases codifica una cadena de proteína de 16 aminoácidos. Una cierta combinación de 3 bases siempre da los mismos aminoácidos, por lo que podemos poner la traducción en una tabla (ver más abajo). Tomamos las primeras 3 bases de la figura anterior como ejemplo, que son AGO. La primera base es A, la buscamos en el lado izquierdo de la tabla, lo que nos muestra que tenemos que buscar en el 3
rd
fila de la mesa. La segunda base es U, lo buscamos en la parte superior de la tabla, lo que nos muestra que tenemos que buscar en el 1
S t
columna y 3
rd
fila. Allí vemos nuestra tercera base y nuestra combinación. Podemos ver que la combinación de códigos AUG para el aminoácido Metionina (Met). De esta manera podemos traducir la secuencia completa de ARN en la secuencia de la proteína.
En la celda
Pero, ¿cómo funciona esto en una celda real? ¿Y por qué hacer ARN primero y luego proteínas? ¿Por qué no hacer proteínas directamente del ADN? Bueno, el ADN está ubicado en el núcleo de la célula, aquí el ARN se transcribe pero la proteína no se traduce. Después de la transcripción, el ARN se reubica en el citoplasma de la célula, aquí se traduce en proteína. Por lo tanto, la separación del núcleo y el citoplasma evita que la proteína se produzca directamente a partir del ADN. Pero hay otras razones por las cuales se produce ARN. Mencionaré algunos, pero no todos (hay tantos).
Primero, el ADN está bien protegido en el núcleo contra todo lo que flota en el citoplasma, lo que evita que el ADN se dañe. La transcripción de ADN a ARN evita que el ADN tenga que traducirse en el citoplasma y, por lo tanto, evita el daño del ADN. Otra razón es que solo tenemos 1 copia de ADN en cada célula, pero a veces necesitamos mucha de la misma proteína. Por lo tanto, sería conveniente si pudiéramos hacer más de una copia de la misma proteína al mismo tiempo. Cuando el ADN se transcribe en ARN 10x, hay 10 plantillas de ARN para producir proteínas. Por lo tanto, las proteínas se pueden hacer 10 veces más rápido. Por lo tanto, hacer ARN previene el daño del ADN y proporciona flexibilidad en la cantidad y velocidad de síntesis de proteínas (ver la figura a continuación).
¡Estas proteínas son esenciales en todos los organismos vivos, las proteínas están involucradas en la síntesis de ADN, la síntesis de ARN, la respuesta inmune, la estructura celular y mucho más! Por lo tanto, las proteínas son importantes para casi todo en los organismos vivos. Hay varios pasos para pasar del ADN a la proteína y no he hablado sobre muchos procesos involucrados, pero estas son solo modulaciones en el proceso general que acabo de explicar. Espero poder aclarar cómo se traduce el ADN en proteínas y por qué las secuencias de ADN pueden ser herramientas poderosas en la investigación. Más adelante, escribiré más específicamente sobre mi investigación y luego quedará claro cómo se relaciona esta historia con mi investigación.
Aquí hay un video de Nature del mismo proceso:
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