14 Del ADN a las protefnas HIIiPI~(;TOS Y PRO&L::t·iA: I La ricina y los ribosomas La ricina es una proteina altamente toxica. Esta presente en todos los tejidos de la planta de aceite de castor (Ricinus communis). que es la fuente del aceite de ricino que constituye un ingrediente de muchos plasticos, cosmeticos, pinturas, text iles y adhesivos. EI aceite (y la ricina) esta mas concentrado en los frijoles de aceite de ricino (figura 14.1), pero la ricina se deshecha cuando se extrae el aceite. La inyeccion de una dosis de ricina de solo algunos granos de esa sal , puede provocar la muerte de un adulto. Inhalada 0 ingerida requiere mayor cantidad. S610 el plutonio y la toxina de botulismo son mas mortales. No hay un antfdoto para la misma. Los efectos mortales de la ricina se conocian desde 1888, pero en la actualidad su uso como arma esta prohibido en la mayoria de los paises por el Protocolo de Ginebra. No se requ ieren destrezas especiales ni equipo para fabricar la toxina a partir de materia prima que se obtiene con faci lidad, de modo que es imposible controlar su produccion. Por tanto , la ricina aparece periodicamente en las noticias. Por ejemplo, cuando la Guerra Fda estaba en su apogeo, el escritor bu lgaro Georg i Markov escapo a Inglaterra y trabajaba como periodista para la BBe. Mientras esperaba el cam ion en una calle de Lond res , un asesino empleo la punta de una sombrilla modificada para introducir una pelota pequena que contenia ricina en la pierna de Markov, quien tres dias mas tarde agonizaba. En el 2003, la policfa respond io a datos de espionaje yen tro por la fuerza a un apartamento de Londres, donde encontraron material de laboratorio y frijoles de aceite de ricino. Se encontraron trazas de ricina en la sala de correos del Senado de Estados Unidos y en un edificio del Departamento de Estado, asi como en un sobre dirigido a la Casa Blanca. En 2005, el FB I arresto a un hombre que tenia frijoles de aceite de ricino y un rifle de asalto ocultos en su casa en Florida. Tambien se publico en las noticias el encuentro de tarros de alimento de platano para bebe mezclado con frijo les de aceite de ric ino molidos en 2005. En 2006 , la policia encontro bombas tipo pipa y un tarro de alimento para be be Ileno de ric ina en un coberliLo de c ierto hombre de Tennessee. En 2008, se encontraron frijoles de ric ino, armas de fuego y var ios frascos de ricina en la habitacion de un motel de Las Vegas despues de que su ocupante fue hospital izado por la exposic ion a la ric ina. La ricina es tox ica porque inactiva los ribosomas, organelos que ensamb lan los aminoacidos para producir proteinas en todas las celu las. Las proteinas son c riticas para todos los procesos vitales. Las celulas que no pueden sintetizarlas mueren muy rapido. Quien inhala ricina por 10 regular muere de presion arteri al baja e insuficienc ia respiratoria pocos dias despues de la exposicion. En este cap itulo estudiaremos de que manera la informacion cod ificada por un gen se transforma en un producto genetico, ya sea AR N 0 una proteina. Aunque es muy poco probab le que tus ri bosomas queden expuestos alguna vez a la ricina, es conveniente estudiar la sintesis de proteinas, ya que permite que tanto tu como otros organismos cont inuen vivos. iMira el video! Figura 14.1 Izquierda, modelo de la ricina. Una de sus eadenas polipeptidieas (verde) ayuda a que la rieina penetre en las eelulas vivas. La otra cadena (marron) destruye la eapaeidad de sintesis de proteinas de la eelula. La rie ina es una glueoproteina; se muestran los azueares unidos con la proteina. Oerecha, semillas de la planta de aeeite de rieino, fuente de la rieina, eapaz de destruir los ribosomas. Conceptos basicos Del ADN al ARN y a las protefnas Conexiones a conceptos anteriores Las proteinas consisten de cadenas de polipeptidos. Estas cadenas son secuencias de aminoacidos que corresponden a secuencias de bases nucleotidicas del ADN Ilamadas genes. La trayectoria que conduce de los genes a las proteinas es de dos pasos transcripcion y traduccion. Secci6n 14.1 Este cap itu lo aumentara tu comprens ion de las reacc iones enzimaticas (seccion 3.2) y de la energia del metabolismo (6.2). Veras como la informacion codificada en los ac idos nucleicos (3 .7) se utiliza para sintetizar proteinas De l ADN al ARN: la transcripcion Durante la transcripcion, una cadena de la doble helice del ADN actua como templado para que se ensamble una sola cadena complementaria de ARN (un transcrito). Cada transcrito es una cop ia de ARN de un gen . Secci6n 14.2 (3.5, 3.6). U ARN C CUU CCU CAU cue CCC CAC leu pro CUA eCA CAA CUG CCG CAG EI ARN mensajero (ARNm) Ileva las instrucciones del ADN para sintetizar proteinas Su secuencia de nucleotidos es leida cad a tres bases. Sesenta y cuatro tri pletes de bases de ARNm (co dones) constituyen el codigo genetico. Otros dos tipos de ARN interaccionan con el ARNm durante la traduccion de ese cod igo. Secci6n 14.3 caracteristicas en comun que esta tiene con la replicac ion del ADN (13.3) Q Mutac io nes Pequenos y permanentes cam bios en la secuencia de nucleotidos del ADN pueden deberse a errores durante la rep licacion , a la actividad de elementos transponibles, 0 la exposic ion a ri esgos ambientales. Dichas mutaciones pueden modificar el produ cto de un gen. Secci6n 14.5 Una revision de la formacion de enlaces peptidicos (3.5) te sera de ayuda para aprender acerca de la tradu cc ion. Del ARN a las prot efnas: la traduccion La traducc ion es un proceso energeticamente demand ante, durante el cual , una secuencia de cod ones del ARNm es convertido a una secuencia de aminoacidos en una cadena de polipeptidos. Secci6n 14.4 Emplearas tu s conocimientos sobre los genes (11 .1 ) Y el apareamiento de bases (13.2) para entender la transcripcion , y las multiples tJ En la ultima seccion de este capitulo se describen las mutaciones (1.4): su base molecular, la manera en que son provocadas por cie rtos factores amb ientales (2.3, 6.3, 7.1) Y algunas de sus consecuenc ias (9.5 , 12.2). La exposici6n accidental a la ricina es poco probable, pero los terroristas pueden intentar contaminar los alimentos 0 suministros de agua con ella. Los investigadores han desarrollado una vacuna contra la ricina. i,Te gustaria vacunarte? Ve mas detalles en CengageNOW y despues vota en linea. S610 disponible en ingles. 215 [~14-.1-~~E -1 A -D-N-,-e-I-A -RN-y --la-expre -s-j6n-g-e'n-jca------------------------~ • La transcripcion transforma la infor macion de un gen a ARN ; la traduccion convierte la informacion del ARN m a proteinas. Conexiones con Reacc iones enzimaticas 3.2, Proteinas 3.5, Nucleotidos 3.7, Genes 11 .1, Replicacion del ADN 13.3. La naturaleza de la informaci6n genetica El ADN de una celula contiene toda su informaci6n genetica, p ero Gc6mo transforma la celula esa informaci6n a componentes estructurales y funcionales? Comencemos por la propia naturaleza de la informaci6n. El ADN es como un libro, una enciclopedia que contiene todas las instrucciones para construir un nuevo individuo. Ya conoces el alfabeto para escribir ese libro, las cuatro le tras: A, T, G Y C, para las cuatro bases de nucle6- tidos adenina, timina , guanina y citosina. Cada cadena de ADN consta de una cadena de esos cuatro tipos de nucle6tidos. Su orden lineal 0 la secuencia de las cuatro bases en la cadena es la informaci6n genetica. Esta ocurre en subconjuntos llamados genes, que son las " unidades de la herencia" de Mendel acerca de las cuales hablamos en el capitulo 11. Transformaci6n de un gen en ARN Convertir la informaci6n codificada por un gen en un producto se inicia con la sintesis del ARN 0 transcripci6n. En este proceso, las enzimas emplean la secuencia de nucle6tidos de un gen como patr6n para sintetizar una cadena de ARN (acido ribonucleico): ADN t(3!"; :;(. r,'~')C/~)/ ------------~. ARN base 3 grupos fosfa to 00- - I I I 5 I I 4'1 P - 0- P - 0 - P -0-CH2 II 00 0 guanina G (ARN) trifosfato de guanosi na o azucar (ribosa) l ' OH OH A La guanina, uno de los cuatro nucleotidos del ARN. Los demas (adenina, uraci lo y citosina) difie ren unicamente en sus bases componentes. Tres de las cuatro bases de los nucleotidos del ARN son identicas a las bases de los nucleotidos del ADN. base 3 grupos fosfato 00- - 0- I I I P - 0 - P - 0- P II I I 000 guanina G (ADN) trifosfato de desox iguanosina 0- 5' CH2 41 l' azucar (desoxirribosa) Transformac i6n del ARNm en protefnas OH H B Observa el nucleotido de ADN Ilamado guanina. La unica diferencia estructural entre las versiones de guan ina en el ARN y el ADN (0 de adenina 0 citosinal es el grupo funcional del carbono 2' del azucar. Figura 14.2 Comparacion de ribonucleotidos y nucleotidos. 216 U NIDAD II Con excepci6n del ARN de doble cadena que constituye el material genetico de algunos tip os de virus, el ARN suele ser de cadena unica. Una cadena de ARN es estructuralmente semejante a una cadena unica de ADN. Por ejemplo, ambas son cadenas formadas por cuatro tipos de nucle6tidos. Al igual que un nucle6tido del ADN, un nucle6tido del ARN tiene tres grupos fosfato, un azucar ribosa, y una de las cuatro bases. Sin embargo, los nucle6tidos de ADN y de ARN difieren un poco. Tres de las bases (adenina, citosina y guanina) son iguaJes en los nucle6tidos de ADN yARN, pero la cuarta base en el ARN es uracilo, no timina, y el azucar ribosa difiere en el ARN (figura 14.2) . A pesar de estas pequei1.as diferencias en estructura, el ADN y el ARN tienen funciones muy distintas (figura 14.3). El unico papel del ADN es almacenar la informaci6n hereditaria de la celula. En contraste, una celula transcribe varios tipos de ARN, cada uno con una funci6n distinta. Los microARN son importantes en el control de los genes, tema del pr6ximo capitulo. Tres tip os de ARN juegan distintos papeles en la sintesis de proteinas. El ARN ribosomal (ARNr) es el principal componente estructural de los ribosomas, estructuras proteicas sobre las cuales se sintetizan las cadenas polipeptidicas (secciones 4.4 y 4.6). El ARN de transferencia (ARNt) lleva aminoacidos a los ribosomas, uno a uno, en el orden que especifica el ARN mensajero (ARNm). LOS PRINCIPIOS DE LA HERENC IA El ARNm es el unico tipo de ARN que porta la informaci6n para la sintesis de proteinas, codificada dentro de su propia secuencia por conjuntos d e tres bases de nucle6tidos, que actuan como "palabras geneticas" que se siguen una a otra a 10 largo del ARNm. Igual que las palabras de una oraci6n, una serie de palabras geneticas pueden formar un paquete de informaci6n con significado, en este caso, la secuencia de aminoacidos de una proteina. ADN ARN acido desoxirribonucleico acido ribonucleico adenina A NH2 N-.... /c""" I ,f' C N HC II I "w""-C'- ""CH base nucleotidica , N esqueleto principal de azucar -fosfato ~;-c~==~I-- par de bases Bases de nucle6tidos del AD N EI ADN tiene una fun ci6n: almacena permanentemente la informac i6n genetica de un a cel ula , la cua l se transmite a los descendientes. uracilo EI ARN tiene diversas fun c iones. Algunos sirven como capias desechables del mensaje genetico del ADN, otros son cata lfticos, otros mas juegan papeles en el control de genes. U Bases nucleotidicas del ARN Fig ura 14.3 Comparacion de AD N yARN . Mediante e1 proceso de traducci6n se decodifica (traduce) la informacion contenida en e1 ARNm para 1a sintesis de una secuencia de aminoacidos. E1 resultado es una cadena polipeptidica que se enrolla y pliega formando asi una proteina: ARNm iracil.lcClrJn PROTr::iNA En las secciones 14.3 y 14.4 se describe como interactuan el ARNr y e1 ARNt para traducir 1a secuencia de trip1etes de bases del ARNm en 1a secuencia de aminoacidos de una proteina. Los procesos de transcripcion y traduccion son parte de la expresi6n genic a, proceso de pasos multiples por los cuales la informacion genE?tica codificada por un gen se transforma en una parte estructural 0 funcional de la celula a el cuerpo: La secuencia del ADN de una celu1a contiene toda 1a informacion necesaria para sintetizar las mo1eculas de la vida. Cada gen codifica un ARN, y los distintos tipos de ARN interactuan para ensamblar proteinas a partir de aminoacidos (seccion 3.5). Las proteinas (enzimas) pueden ensamblar lipidos y carbohidratos complejos a partir de bloques constitutivos simples (sec cion 3.2), replicar el ADN (seccion 13.3) y fabricar ARN, como veremos en la siguiente seccion. Para repasa r en casa i,Cual es la naturaleza de la informaci6n genetica que porta el ADN? II La secuencia de nucle6tidos de un gen codifica instrucciones para sin· tetizar un ARN 0 un producto proteico. • Una celula transcribe la secuencia de nucleotidos de un gen a ARN. II Aunque el ARN es estructuralmente semejante a una cadena unica de ADN , los dos tipos de moleculas difieren funcionalmente. II EI ARN mensajero (ARNm) Ileva un c6digo de sintesis de proteinas en rlf-){ lOt' )I '- !i.'/:~ ClUJ} ADN - ---'---_ _+_. ARNm -----~. PROTEiNA su secueneia de nucle6tidos. Los ARNt y los ARNr interaetuan para tradueir esa secuencia en una proteina. CAPiTULO 14 DEL ADN A lAS PROT EiNAS 217 14.2 • I Transcripcion de ADN a ARN o_R__ R_ R" La ARN polimerasa enlaza nucleotidos de ARN para formar una cadena, en el orden especificado por la secuencia de bases de un gen . • Una nueva cadena de ARN es complementaria en secuencia a la cadena de ADN, a partir de la cual se transcribio. :; Conexiones con Apareamiento de bases 13.2, Replicacion del ADN 13.3. Comparacion de rep li cac ion y transcr ipc ion de l ADN Recordemos que la replicaci6n del ADN se inicia con una doble helice de ADN y termina con dos dobles helices de ADN (secci6n 13.3). Estas dos dobles helices son identicas a la molecula original porque el proceso de replicaci6n del ADN sigue reglas de apareamiento de bases. Un nucle6tido puede agregarse a una cadena de ADN en crecimiento s610 si su base se aparea con el nucle6tido correspondiente de la cadena original: G se aparea con C, y A se aparea con T (secci6n 13.2 y figura 14.4a). Las mismas reglas de apareamiento de bases rigen la sintesis del ARN en la transcripci6n. Una cadena de ARN estructuralmente es tan similar a la cadena de ADN, que las dos pueden presentar apareamiento de bases y su secuencia de nucle6tidos son complementarias. En estas moleculas hlbridas, G se aparea con C, y A se aparea con U (uracilo) (figura 14.4b). Durante la transcripci6n, una cadena de ADN actua como un templado sobre el cual se ensambla una cadena de ARN (un transcrito) a partir de nucle6tidos de ARN. Un nucle6tido puede agregarse a una cadena de ARN en crecimiento s610 cuando es complementario el nucle6tido correspondiente a la cadena original de ADN: G se aparea con C, y A se aparea con U. De este modo, cada nuevo a b mom mom 0 0 o_R__ R_ R" Id mom mom 0 0 " que cataliza la transcripci6n nueva cadena de ADN templadodeADN transcripcion de ARN Figura 14.4 Apareamiento de bases durante (a) la sintesis de ADN y (b) la transcripci6n. ARN es complementario en secuencia a la cadena de ADN que sirvi6 como su templado. Igual que en la replicaci6n de ADN, cada nucle6tido suministra la energia para unirse al extremo de la cadena en crecimiento. La transcripci6n es similar a la replicaci6n del ADN, porque una cadena de un acido nucleico sirve como temp lado para la sintesis de otro. Sin embargo, en contraste con la replicaci6n del ADN, s610 parte de una cadena de ADN, no toda la molecula, se emplea como templado para la transcripci6n. La enzima ARN polimerasa, no la ADN polimerasa, suman nucle6tidos al extremo de un transcri to en crecimiento. Ademas, la transcripci6n da lugar a una cadena unica de ARN, no ados dobles helices deADN. EI proceso de transcripcion La transcripci6n se inicia con un cromosoma, el cual es una molecula de ADN de doble helice. El proceso comienza cuando una ARN polimerasa y varias proteinas regula torias se unen a un sitio de enlace espedfico sobre el ADN --. ~ region del gen ~ ARN polimerasa, la enzima templadodeADN templado de AD N enrol landose do nuovo templado de ADN desenrollandose A La ARN polimerasa se enlaza a un promotor del ADN, junto con protein as regulatorias. EI enlace ubica a la polimerasa cerca de un gen del ADN. B La polimerasa comienza a desplazarse a 10 largo del ADN y a desenrolIarlo. AI hacerlo, enlaza nucle6tidos de AR N en una cadena de AR N en el orden especificado por la secuencia de bases del ADN. En la mayoria de los casos, la secuencia de nucle6tidos de un gen ocurre unicamente sobre una de las dos cadenas de ADN. S610 la cadena complementaria se traducira a ARN. La doble helice del ADN vuelve a enrollarse despues de que la polimerasa pasa por ella. Por su apariencia, la estructura de la molecula "abierta" de ADN en el sitio de transcripcion es Ilamado horquilla de transcripcion. Figura 14.5 ,t',oim:H)J", Transcripci6n. 218 UNIDAD II LOS PR INCIPI OS DE LA HERENCIA molecula 'de ADN transcritos de ARN Fig ura 14.6 Par 10 regular, muchas ARN polimerasas transcriben Sllllultalll'dmente UI) mismo gen, can 10 que producen una estructura de COllglomera do a menudo Ilamada "arbol de Navidad" par su forllla. En esle ca,;o, Ires genes que se encuentran uno junto a otro sabre el mismo clomosoma estan siendo transcritos. Il alll ado promotor (figura 14.51/). El enla ce ubica la polimer,l sa ell el sitio de inicio de la transcripci6n cerca de un gen. La polimerasa comienza a d esplazarse a 10 largo d el ADN ell sentid o de 5' a 3' sobre el gen (figura 14.5b) . A medida que se desp laza, la polimerasa desenrolla la doble helice Ull PO Ll) para que pueda "leer" la secuencia de b ases de la cad en,) de ADN no codificante (la cadena complementaria ). Ld poli merasa une nucle6tidos de ARN libres a la cadena, ell el ol'd en que d ic ta esa secu en cia d e ADN. Igual que en 1,1 re~1 lilac i6n d el ADN, la sintesis es direccional: Llna ARN polilll l'rclSa agrega nucle6tidos (micamente en el extremo 3' del e,l remo de una ca dena de ARN en crecimien to. CU<ln do 1a polimerasa Hega al final del gen, el ADN y la Illlc.'\'il ca dena de ARN son liberadas. La ARN polimerasa siglli l'> reglas de apareamiento de bases, de modo que la Ilueva lil dena d e ARN tiene una secuencia d e ba ses complelll eillaria a la d e la cad ena de ADN a partir de la cual Investiga: i, Las po limerasas que transcriben esta molecula de ADN se mu even de izquierda a derecha 0 de derecha a izquierda? 13lP8.18p 13 13p.l8J11bZl 8p .Bis8nds81:J se transcribi6 (figura 14.5c,d) . Es una copia de un gen en ARN. A menudo, muchas polimerasas transcriben determinada regi6n de un gen al mismo tiempo, de modo que se pro dueen muchas nuevas ca denas de ARN con rapidez (£igura 14.6) . Para repasar ~~c.~s a_____ ",C6m o se ensambla el ARN? • En la transcripcion, la ARN polimerasa emplea la secuencia de nucleotidos de una region de un gen en un cromosoma como templado para ensamblar una cadena de ARN. • La nueva cadena de ARN es una copia del gen a partir del cua l fue transcrita. o",e._Meoeeoeooe 5' C ,,0 JE' ocu rrio con la region del gen? La ARN polimerasa calallzo el en lace covalente de muchos nucleotidos entre si para fOrlnal ulla cadena de ARN. La secuencia de bases en la nueva cadel ld de ARN es complementaria a la secuencia de bases de su pa lror de ADN: una copia del gen. D Parte superior, al final de la region del gen, el ultimo tramo de l nuevo transcrito se desenrolla y se desprende del templado de ADN. Inferior, modelo de bolas y palos de una cadena de ARN. CA PiTU LO 14 DE L ADN A lAS PROTEiNAS 219 3' 14.3 EI ARN y el c6digo genetico • Los tripletes de bases del ARNm son las palabras del mensaje que construira una proteina. Otros dos tipos de ARN (ARNr y el ARNt) traducen dichas palabras en una cadena de polipeptido. Modificaciones postranscripc ionales En los eucariontes, la transcripci6n tiene lugar en el nucleo, donde el nuevo ARN se modifica antes de ser enviado al citoplasma. Del mismo modo que el sastre corta los hilos flojos 0 agrega lazos a un vestido antes de que salga de la tienda, las celulas eucariontes llevan su ARN al sastre antes de que salga del nucleo. Por ejemplo, la mayor parte de los genes eucariontes contienen intrones, secuencias de nucle6tidos que son retiradas del nuevo ARN. Los intrones estim intercalados con los exones, secuencias que permanecen en el ARN (figura 14.7). Los intrones son transcritos junto con los exones, pero retirados antes de que el ARN salga del nucleo. Todos los exones permanecen en el ARN maduro, 0 bien algunos son retirados y el resto se empalma en diversas combinaciones mediante el proceso de splicing (corte y uni6n de exones y e/iminaci6n de intrones) . Por este splicing alternativo, un gen puede codificar diferentes proteinas. Nuevos transcritos que se transformaran en el ARNm se modifican despues del splicing. Una caperuza (cap) de guanina modificada se une al extremo 5' de cada una. Mas tarde, esta caperuza ayudara a que el ARNm se enlace con un ribosoma. Tambien se agrega una cola de 50 a 300 adeninas en el extremo 3' del nuevo ARNm; de alli su nombre, cola poli-A. EI ARNm: el mensajero El ADN almacena informaci6n hereditaria sobre las proteinas, pero para sintetizar esas proteinas requiere de ARNm, ARNt y ARNr. Los tres tipos de ARN interactuan para traducir la informaci6n del ADN a una proteina. El ARNm es una copia desechable de un gen; su tarea es llevar informaci6n del ADN para construir proteinas a gen r ex6n intr6n ex6n intr6n ex6n transcripci6n a ARN t caperuza ARN 5' 0I po cola pol i-A I ) I ) 3' () ARNm Figura 14.7 La modificaci6n postranscripcional del ARN en el nucleo. Se retiran los intrones, se empalman los exones. Un ARNm tam bien recibe una cola poli-A y una caperuza de guanina modificada. 220 UNlOAD II LOS PRINCIPIOS DE LA HERENCIA aminoacidos Figura 14.8 Ejemplo de correspondencia entre el ADN y las pro· teinas. Una cadena de ADN se transcribe en ARNm, y los cod ones del ARNm especifican una cadena de aminoacidos. los otros dos tipos de ARN para su traducci6n. Igual que si fueran oraciones, el mensaje genetico que lleva el ARNm puede ser entendido por los que saben ese idioma. Cad a ARNm es una secuencia lineal de "palabras" genetic as, todas escritas en un alfabeto de s610 cuatro nucle6tidos. Cada "palabra" mide tres nucle6tidos de largo, y cada una es un c6digo (un codon) para determinado aminoacido. Un cod6n sigue a otro a 10 largo del ARNm. Asi, el orden de codones del ARNm determina el orden de aminoacidos en la cadena polipeptidica que se traducira a partir de el (figura 14.8). Con cuatro distintos nucle6tidos posibles en cada una de tres posiciones, hay un total de 64 (0 sea, 43) codones de ARNm. Colectivamente, los codones constituyen el codigo genetico (figura 14.9). Cual de los cuatro nucle6tidos sera el primero, el segundo y el tercero en un triplete determina el aminoacido que especifica dicho cod6n. Por ejemplo, el cod6n AUG (adenina-uracilo-guanina) codifica el aminoacido metionina, y UGG codifica al tript6fano. Hay muchos mas codones de los necesarios para especificar los 20 tipos de amino acid os que se encuentran en las proteinas. La mayoria de los aminoacidos son codificados por mas de un cod6n. Por ejemplo, GAA y GAG codifican al acido glutamico. Algunos codones indican el inicio y el fin de un gen. En la mayoria de las especies, el primer AUG espedfica el inicio de la traducci6n (es un cod6n de inicio) . AUG tambien codifica para la mctionina, pOl' 10 que esta siempre es el primer aminoacido en los nuevos polipeptidos de este tipo de organismos. UAA, UAG Y UGA no codifican ningun aminoacido, sino que son senales que detienen la traducci6n, son codones de termino. El cod6n de termino marca el final de la secuencia codificante del ARNm. El c6digo genetico es altamente conservado, 10 cual significa que muchos organismos emplean el mismo c6digo y tal vez siempre 10 hay an hecho. Los procariontes y algunos protistas tienen algunos codones que varian, igual que las mitocondrias y los cloroplastos. Esta variaci6n fue un indicio que condujo a la teo ria de c6mo evolucionaron los organelos, la cual se dis cute en la secci6n 20.4. segunda base prime ra base U • A C lereera base G • UUU ) phe UUC UCU UUA) leu UUG UCA UAA STOP UGA UCG UAG STOP UGG trp U UCC UAU) tyr UAC UGUI cys UGC U A ser STOP G tunel subunidad grande CCU CUU CCC CUC leu C A G CUA CCA CUG CCG AUU ACU AUC ile ACC AUA ACA AUG met ACG GUU GCU GUA GUG CAU) his CAC pro val CGC C arg CAA) gin CAG CGA A CGG G AAU I asn AAC AGUI ser AGC U AAA I Iys AAG AGA I arg AGG GAUl asp GAC GGU a la GCA GCG GAA) glu GAG GGC subunidad pequena ribosoma intacto u CGU thr GCC GUC = + C Figura 14.10 EI ribosoma consta de una subunidad grande y otra pequena. Observa el tunel al interior de la subunidad grande. Los componentes de ARNr del ribosoma (marron) catalizan el ensamblaje de las cadenas polipeptidicas , que pasan por este tunel a medida que se fo rman. Se muestra un ARNm (rojo) unido con la subunidad pequena. _J....... -- anticodon -"""i -1f'~ ~~ :'. " ~ C A G U gly C GGA A GGG G Los 64 codones del codigo genelico. En la Fig ura 14.9 colu mna de la izquierda se indica la primera base del codon. En la fila superior se mueslra la seg unda. y en la columna de la derecha, la teri,Que cera. En el apendice V se muestran los aminoacidos. codones especifican al aminoacido lisina (Iys)? 8\f\f f.. \f\f\f .f3jsandsaCl ARNr y ARNt: los traductores Un ribosoma tiene una subunidad grande y otra pequena. Cada uno consta de proteinas y ARNr (figura 14.10). El ARNr es uno de los pocos ejemplos de ARN que posee acti vidad enzimc'itica: el ARNr de un ribosoma, no la protein a, cataliza la formaci6n de un enlace peptidico entre aminoacidos. Como veremos en la siguiente secci6n, dos subunidades ribosomales convergen como un ribosoma intacto sobre un ARNm durante la traducci6n. Los ARNt llevan aminoacidos a este complejo. El ARNt tiene dos sitios de enlace: uno de ellos es un anticodon, un triplete de nucle6tidos que efectuan apareamiento de bases con un cod6n del ARNm (figura 14.11). El otro se enlaza con un aminoacido libre, aquel especificado por el cod6n. Algunos ARNt pueden permitir aparearniento de bases con mas de un tipo de cod6n. Por ejemplo, los codones AUU, AUC Y AUA especifican a la isoleucina; un ARNt que transporta isoleucina puede efec tuar apareamiento de bases con todos e11os. Como veremos en la siguiente secci6n, los ARNt !levan aminoacidos uno tras otro a un complejo de ribosoma- a b Figura 14.11 ARNt. (a) Modelos del ARNt que Ileva el aminoacido triptofano. Cada anticodon del ARNt es complementario a un codon de ARNm. Cada uno tambien lIeva el aminoacido que especifica ese codon. (b) Durante la traduccion, los ARNt se anclan sobre un ribosoma intacto. Aquf, tres ARNt (marron) estan anclados en la subunidad ribosomal pequena (no se muestra la subunidad grande, para mayor claridad). Los anticodones de los ARNt se ali nean con los codones complementarios en el ARNm (rojo). ARNm durante la traducci6n. El orden de codones en el ARNm es el mismo en el cuallos ARNt aportan su carga de aminoacidos a los ribosomas. A medida que !legan los aminoacidos, el ribosoma los une a traves de enlaces peptidicos formando una nueva cadena de polipeptidos (secci6n 3.5). De este modo, el orden de codones en el ARNm, el mensaje para sintetizar protein as del ADN, se traduce en W1a proteina. Para rep asar en casa --_._-- - --- ---- -- i,Cuales son las funciones del ARNm, ARNt y ARNr? • Las bases de nucleotidos del ARNm se "Ieen" en conjuntos de tres durante la sfntesis de protefnas. La mayor parte de estos tripletes de bases (codones) codifican aminoac idos. EI codigo genetico abarca los 64 codones. • EI ARNt tiene un anticodon complementario al codon del ARNm , y tiene un sitio de enlace para el aminoacido que especific a ese codon . Los ARNt Ilevan aminoacidos a los ribosomas. • Los ribosomas, que constan de dos subun idades de ARNr y protefnas, enlazan aminoacidos a cadenas polipeptidicas. CAPiTULO 14 DEL ADN A lAS PROTEiNAS 221 ,---------,--------------------------------------------------------------------------------------------------- 14.4 Traducci6n: del ARN a la protefna • En la traducci6n se transforma la informaci6n que porta e l ARNm en una nueva cadena polipeptidica . • EI orden de los codones en el AR Nm determina el orden de los aminoacidos en la cadena pol ipeptidica. Conexi ones con Enlaces peptidicos 3.5, Energ ia en el metabolismo 6.2. La traduccion, segunda parte de la sintesis de proteinas, tiene lugar en el citoplasma de todas las celulas. Ocurre en tres etapas: inicio, elongacion y terminacion. La etapa d e inicio comienza cuando una subunidad ribosomal pequena se enlaza con un ARNm. A continuacion, el anticodon de un ARNt iniciador especial se aparea con el primer codon AUG del ARNm. Despues, una subunidad ribosomal grande se une a la subunidad pequena. Este complejo recibe el nombre de complejo de iniciacion (figura 14.12a,b). En la etapa de elongacion, el ribosoma ensambla una cadena de polipeptido al desplazarse a 10 largo del ARNm, tejiendo dicha cadena entre sus dos subunidades. El ARNt iniciador lleva el aminoacido metionina, de modo que el primer aminoacido de la nueva cadena de polipeptido es la metionina. Otros ARNt llevan aminockidos sucesivos al complejo a medida que sus anticodones se aparean con los cod ones del ARNm, uno tras otro. El ribosoma une cada aminoacido con el extremo de la cadena de polipeptido en crecimiento a traves de un enlace peptidico (figura 14.12c-e y sec cion 3.5). La terminacion ocurre cuando el ribosoma encuentra el codon de termino en el ARNm. Proteinas llamadas factores de liberacion reconocen este codon y se enlazan con el ribosoma. Este enlace desencadena una actividad enzimatica que libera el ARNm y la cadena polipeptidica del ribosoma (figura 14.12j). polisoma En celulas que fabrican mucha proteina, se pueden formar nuevos complejos de iniciacion sobre un ARNm antes de que otros ribosomas terminen de traducirlo. Muchos ribosomas pueden traducir en forma simultanea el mismo ARNm, caso en el cual se les llama polisomas (izquierda). La transcripcion y la traduccion ocurren en el citoplasma de los procariontes, y estos procesos ocurren casi al mismo tiempo yen el mismo lugar. Como la traduccion se inicia antes que la transcripcion termine, en estas celulas aparece con frecuencia un "arbol de Navidad" de transcripcion (figura 14.6) decorado con "esferas" de polisomas. La traduccion es un proceso de biosintesis que requiere mucha energia para realizarse (seccion 6.2). Esa energia se suministra principalmente en forma de transferencias de grupo fosfato del nucleotido GTP del ARN (figura 14.2a). GTP es la "tapa" de los los ARNm eucariontes, y su hidrolisis tambien alienta la formacion del complejo de iniciacion, el enlace de ARNt con el ribosoma, el desplazamiento del ribosoma a 10 largo del ARNm, la formacion de enlaces peptidicos y la liberacion de las subunidades ribosomales del ARNm durante la terminacion. Se emplea ATP para enlazar aminoacidos a los ARNt libres. 222 UNIDAD II LOS PRINCIPIOS DE LA HERENCIA Iniciacion ONGWNeNWOe&WNeGONmONWOij&.Oi~ A Un ARNm maduro sale del nucleo y entra en el citoplasma que contiene muchos aminoacidos libres, ARNt y su bunidades ribosomales. ARNm Un ARNt iniciadar se enlaza con una subunidad ribosomal pequena y el ARNm . i Y ARNt subunidad iniciadar ribOSOmal pequena ribosomal grande B Una subunidad ribosomal grande se une, y ahara el complejo se denomina com plejo de iniciaci6n. Figura 14.12 Animada Un ejemplo de traducci6n como ocurre en las celulas eucariontes. (a,b) En la iniciaci6n, un ARNm, un ribosoma intacto y un ARNt inicia- dor forman un com plejo de iniciaci6n. (c-e) En la elongaci6n, la nueva cadena polipeptidica crece conforme el ribosoma cataliza la formaci6n de en laces peptidicos entre los aminoticidos aportados par los ARNt. (f) En la terminaci6n, el ARNm y la nueva cadena de polipeptido son liberados, y el ribosoma se desensambla. Para repasar en ca::..:s:..:a=--_ _ __ ____ _ _ __ _ _ __ ",C6mo se traduce un ARNm a proteina? • La traducci6n es un proceso que requiere energia y se inicia cuando un ARNm se une con un ARNt iniciadar y dos subunidades ribosomales. • Los ARNt aportan aminoticidos al complejo en el arden que dictan los cod ones sucesivos del ARNm. AI lIegar al ribosoma, este une cada uno al extremo de la cadena polipeptidica. • La traducci6n termina cuando el ribosoma encuentra un cod6n de termino en el ARNm. Elo ngaci6n C Un AR Nt iniciador carga con el ami noacido metion ina, por 10 que este sera el primer aminoacido del nuevo polipeptido. Un segundo ARNt se enlaza con el segundo codon del ARNm (en este caso es GUG, de modo q ue el ARNt que se en laza Il eva el aminoacido vali na). D EI prime r AR Nt es liberado y el ribosoma se mueve al sigu iente codon del ARNm. Un tercer AR Nt se enlaza con el tercer codon del ARNm (en este caso UUA, de modo que el AR Nt Ileva el aminoacido leucina). Se forma un en lace peptidico entre los dos primeros aminoacidos (en este caso , metionina y valina). Se forma un enlace peptidico entre el noacido (en este caso, valina y leucina). E EI segundo ARNt es liberado y el ribosoma se mueve al sigu iente codon. Un cuarto ARNt se enlaza con el cuarto codon de ARNm (que aqui es GGG , de modo que el ARNt Ileva el aminoacido glicina). Terminaci6n F Se repiten los pasos d y e una y otra vez hasta que el ribosoma encuentra un codon de termino en el ARN m. La transcripcion de ARNm y el nuevo polipeptido son liberados del ribosoma. Las dos unidades ribosomales se separan una de otra. Asi termina la traduccion. La cadena se unira a la reserva de proteinas en el citoplasma o entrara al reticulo endoplasmico rugosa del sistema endomembranal (seccion 4.9). •••••••••••••••••• CA PiTU LO 14 D EL A D N A lAS PR OTEiNAS 223 14.5 I Genes mutados y sus productos proteicos • Cuando la secuenc ia de nucle6tidos de un gen cambia, puede dar lugar a un producto genetico alterado con efectos nocivos. Conexiones con Mutaci6n 1.4, Electrones 2.3, Estructura de la proteinas 3.6, Radicales libres 6.3 , Energia radiante 7.1 , Cancer 9.5, Enfermedad de Huntington 12.2, Replicaci6n del ADN 13.3. Ya hemos mencionado de manera repetida el dana que las mutaciones pueden provocar, y hemos hecho referencia a estas como la materia prima de la evoluci6n. Las mutaciones son cambios a pequena esc ala en la secuencia de nucle6tidos del ADN de la celula. Uno 0 mas nucle6tidos pueden ser sustituidos por otro 0 se pierden, 0 bien se insertan otros. Dichos cambios pueden alterar las instrucciones geneticas codificadas en el ADN y obtener un producto genetico alterado. Recuerda que como mas de un cod6n puede codificar el mismo arninoa.cido, las Ct~lulas tienen cierto margen de seguridad. Por ejemplo, una mutaci6n que modifique UCU por UCC en un ARNm quiza no tenga efecto posterior, ya que ambos codones codifican a la serina. Sin embargo, muchas mutaciones tienen consecuencias negativas. Mutaciones comunes Un nucle6tido mal apareado durante la replicaci6n del ADN puede terminar como una sustitucion de par de bases, en la cual un nucle6tido y su companero son reemplazados por un par de bases distinto. La sustituci6n puede provocar cambio del aminmicido 0 cod6n de termino prematuro en el producto proteico del gen. La anemia falciforme es ocasionada por sustituci6n de un par de bases en el gen de la cadena de [3-hemoglobina (figura 14.13b). AR Nm transcrito a partir del ADN secuencia de aminoacidos resultante ARNm alter ado secuenc ia alterada de aminoacidos C La deleci6n de la misma timina provoca un desplazamiento en el marco de lectura. EI marco de lectura para el resto del ARNm se desplaza y as! se forma un diferente producto proteico. Esta mutaci6n produce una molecula de hemoglobina defectuosa. EI resultado es la talasemia, un cierto tipo de anemia. deleci6n en el ADN ARNm alterado secuencia alterada de aminoacidos UNlOAD II Las mutaciones por inserci6n a menudo son provocadas por la actividad de elementos transponibles (transpoones), que son segmentos de ADN que pueden insertarse en cualquier lugar del cromosoma (figura 14.4). Los elementos transponibles pueden ser de cientos 0 miles de pares de bases de longitud. Cuando uno interrumpe la secuencia genetica, se transforma en una inserci6n mayor que modifica el producto del gen. Ocurren elementos transponibles en el ADN de todas las especies, y aproximadamente 45% del ADN humano consta de ellas 0 de sus residuos. Ciertos tipos se desplazan de manera espontanea de un sitio a otro dentro del mismo cromosoma, 0 bien a un cromosoma distinto. Muchas mutaciones ocurren de repente durante la replicaci6n del ADN. Eso no es sorprendente, dada la gran velocidad a la que se replica el ADN (cerca de 20 bases por segundo en los humanos, y mil bases por segundo en las bacterias). Las ADN polimerasas cometen errores a tasas predecibles, pero la mayoria corrigen los errores conforme ocurren (secci6n 13.3). Los errores que no son corregidos constituyen las mutaciones. B Sustituci6n de un par de bases en el ADN que reemplaza la tim ina por adenina. Cuando se traduce el ARN m modificado, la valina reemplaza al glutamato como sexto aminoacido de la nueva cadena de polipeptido. Una hemoglobina con esta cadena es HbS: hemoglobina falciforme (secci6n 3.6). sustituci6n de base en el ADN 224 2-Que ocasiona las mutaciones? A Segmento de ADN, ARNm y secuencia de aminoacidos de la cadena i3 de una molecula de hemoglobina normal. parte del ADN Figura 14.13 Una mutaci6n de delecion, en la cual se pierde una o mas bases, es mas pequena que una deleci6n cromosomal (secci6n 12.5), pero cualquiera puede provOcar un desplazamiento en el marco de la lectura de los codones del ARNm. Este desplazamiento provoca confusi6n en el mensaje genetico (figura 14.13c). Los desplazamientos de marcos tambien son ocasionados por mutaciones de insercion, en las cuales se insertan bases adicionales al ADN. La mutaci6n por expansi6n que provoca la enfermedad de Huntington (secci6n 12.2) es un tipo de inserci6n. ",,: , .: Ejemplos de mutaci6n. LOS PRINCIPIOS DE LA HERENCIA - - - - -- - - - -- - - - - - -- - - - - -- - -- - - - -- - - -- - - -- -- - -- - - - -- Fig ura 14.14 Barbara McCli ntock descubrio los elementos trans po· nibles que entran y salen de distintas ubicac iones del ADN . La coloracion curiosamente no uniforme de mazorcas individuales de maiz indi o (Zea mays) Ie sirvi o de inspiracion para su investig ac ion , por 10 cual gano un Prem io Nobel en 1983. Varios genes determinan la formac ion y el deposito de pigmentos en las mazo rcas de maiz, que son un tipo de semilla. Las interacc iones entre estos genes Ysus productos dan lu gar a mazorcas amarillas, blancas, rojas, anaranjadas 0 pu rpu ras. McC lintock se d io cuenta de q ue mutaciones inestables en los genes provocan rayas 0 manchas de color en las mazorcas individuales. Los mismos genes para pigmento se presentan en todas las ce lulas de una mazorca, pero los que estan cerca de un elemento transpon ible son inactivos. Los elementos transponib les se desplazan mientras los teji dos de la mazorc a estan en form ac ion , por eso pueden terminar en di ferentes ubicac ion es del ADN de distintos li najes ce lulares. Las rayas y manchas en las mazorcas evidencian despl azamiento de un elemento transponible que inactiv6 y reacliv6 di ferentes genes de pigmentos en distintos linajes celulares. Los agentes ambientales nocivos pueden provocar mutaciones. Por ejemplo, algunas formas de energia, como los rayos X, pueden ionizar los atomos expulsando electrones de ellos. Dicha radiaci6n ionizante puede romper los cromosomas en pedazos y algunos de e110s quiza se pierdan durante la replicaci6n del ADN (figura 14.1Sa). La ionizaci6n tambien dana el ADN de manera indirecta al penetrar tejido vivo, dejando un rastro de radicales libres destructivos. Recuerda que los radicales libres danan el ADN (seccion 6.3). Por eso los medicos y dentistas usan la dosis mas baja posible de rayos X en sus pacientes. La radiacion no ionizante eleva los electrones a un nivel energetico mas alto, pero no suficiente para sa carlos del Momo. El ADN absorbe cierto tipo, la luz ultravioleta (UV) . La exposicion a esta luz puede provocar que dos bases de timina adyacentes se enlacen en forma covalente una con otra. Este enlace, que forma un dimero de timina, provoca retorcimiento del ADN (figura 14.1Sb). Durante la replicacion, si la parte retorcida se copia incorrectamente, se intro- duce una mutaci6n al ADN. Las mutaciones que ocasionan ciertos tipos de cancer se inician con dimeros de timina. Son el motivo por el cual la exposici6n sin protecci6n a la luz solar aumente el riesgo de cancer de la pie I. Algunos productos quimicos naturales 0 sinteticos tambien ocasionan mutaciones. Por ejemplo, ciertos productos del humo del cigarrillo transfieren grupos pequenos de hidrocarburos a las bases del ADN. Las bases alteradas se aparean de m anera erronea durante la replicaci6n, 0 de tienen la replicacion en su totalidad. La prueba esta en las protefnas Una mutaci6n en una celula somatic a de un individuo que se reproduce sexualmente no se transmite a sus descendientes, par 10 que los efectos no perduran. Sin embargo, una mutacion en una celula germinal 0 en un gameto puede entrar en el terreno evolutivo cuando es transmitida a los descendientes por reproducci6n sexual. De cualquier manera, la mutaci6n hereditaria tal vez afecte la capacidad de funcionar del individuo en el entomo predominante. Los efectos de incontables mutaciones en millones de especies han producido consecuencias evolutivas espectaculares - ese sera el tema de los proximos capitulos . .I?ara repasar en casa tOU/!; es una mutaci6n? b Figu ra 14.15 Dos tipos de dana al ADN que origina mutaciones. (a) Cromosomas de una celula humana tras ex posi cion a rayos"y (rad iacion ionizante). Los p edazos rotos (f/echa roja) tal vez se pierdan durante la replicacion del ADN . EI grado de dana en la celu la exp uesta por 10 comu n depende de cuanta radiacion absorba. (b) Un dimero de timina. • Un a mutacion es un cambio permanente a pequena esc ala en la secuencia de nucl e6tidos del ADN. Una sustitucion , in se rcion 0 delecio n de un par de bases puede alterar un producto genetico. • La mayor parte de las mutaciones surgen durante rep licac ion del ADN como resultado de errores no reparados por la ADN polimerasa. Dic has mutaciones ocurren tras exposi ci6 n a la radiacion 0 productos quimicos nocivos. • Una mutacion hereditaria puede ocasionar un efecto positivo sobre la capacid ad del individuo para funcionar en su ento rno . CAP iTU LO 14 0 DEL AD N A l A S PR OT EiN AS negativo 225 REPASO DE IMPACTOS Y PROBLEMAS I La ricina y los ribo so mas Una de las dos cadenas de polipeptidos de la ric ina se enlaza con un receptor en las membranas de celulas ani males que desencadenan la endocitosis. La otra cadena es una enzima que retira determinada base de adenina de una de las cad en as de ARNr en la subun idad ribosomal grande. Cuando ocurre eso, el ribosoma deja de funcionar. Una sola molecula de ricina puede inactivar alred edor de 1,500 ribosomas por minu to. La sfntesis de protefnas se detiene conforme la ricina inactiva los demas ribosomas de la celula. Los terroristas podrfan intentar contaminar los alimentos 0 el suministro de agua con ricina. i,Te gustarfa recibir una vacuna para exposici6n a la ricina? Ve mas detalles en CengageNOW y despues vota en linea. Resumen Usa la anima cion de CengageNOW para explorar la transcripcion. II Seccion 14.1 El proceso de expreslOn gemca incluye dos pasos: transcripcion y traduccion (figura 14.16). Requiere de la participaci6n del ARN mensajero (ARNm), el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosomal (ARNr) . Seccion 14.3 El ARN de los eucariontes se modifica antes de dejar el nucleo. 5e retiran intrones asi como algunos exones, y los restantes se empalman en diferentes combinaciones (splicing alternativo). Una caperuza y una cola poli-A tambien se Seccion 14.2 En las ceJuias eucariontes, la transcripcion ocurre agregan al nuevo ARNm. en el nucleo y la traduccion en el citoplasma. Ambos procesos El ARNm lJeva la informacion del ADN para sintetizar protienen lugar en el citoplasma de las celula s procariontes. tefnas. 5u m ensaje genetico esta escrito en codones, que son En la transcripcion, la ARN polimerasa se enlaza con un conjuntos de tres nucleotidos. 5esenta y cuatro codones, la promotor en el ADN cerca de un gen, y a continuaci6n ens ammayor parte de los cuales especifican aminoacidos, constituyen bla una cadena de ARN al enlazar nucle6tidos de ARN en el eJ codigo genetico. Ocurren variaciones en este c6digo en los orden que dicta la secuencia de bases del ADN. procariontes, organelos y eucariontes unicelulares. Cada ARNt tiene un anticodon que puede aparearse con un cod6n, el cual especifica con que tipo de aminoacido se enlaza. El ARNr catalitico y las proteinas constituyen las dos Transcripcion Ensamblaje de ARN sobre regiones enrolladas de la moleeula de AON subunidades de los ribosomas. III Usa la interaccion de CengageNOW para aprender acerca del procesamiento de la transcripcion y el codigo genetico. -.../ \ ARNr proeesamiento deARNm protefnas -i subunidades ribosomales transcritos de ARNm maduro ARNt ARNt maduro I I I t \ Traduccion rI - .r .. .". I eonvergeneia deARN ~ en un ribosoma intaeto, se sintetiza una cadena polipeptidiea en los sitios de enlace para ARNm yARN! .... i / reserva citoplasmica de aminoac idos, subunidades jribosomales yARNt Seccion 14.4 La informacion genetica que lleva el ARNm dirige la sintesis de una cadena polipeptidica durante la traduccion. Primero, un ARNm, un ARNt iniciador y dos unidades ribosomales coinciden. A continuaci6n, el ribosoma intacto cataliza la formacion de un enlace peptidico entre aminoacidos sucesivos, aportados por los ARNt en el orden que especifican los codones del ARNm. La traduccion term ina cuando la polimerasa encuentra un cod6n de termino. Usa la animacion de CengageNOW para ver la traduce ion de una transcripci6n de ARNm. III Seccion 14.5 Inserciones, deleciones y sustituciones de par de base pueden modificar el producto de un gen. Estas mutaciones surgen por un error de replica cion, actividad de un elemento transponible, 0 exposici6n a riesgos ambientales. Usa la animaci6n de CengageNOW para investigar los efectos de las mutaciones. &1 Proteinas Figura 14,16 Animad., Resumen de la sintesis de proteinas que ocurre en las celulas eucariontes. 226 UN lOAD II LOS PRI NC IP IOS D E LA H ERE NC IA EjerciciO de amllisis de datos l\pr" ~ in",dJJ11cn te una de cada 3,500 personas Ileva una Cromosoma marcador nll lt ,)(il'1I1 que a fecta e l producto de l gen NFl, q ue es un . 'el)I' tumora l (secc ion 9.5). Q ui enes son . heteroClgotos ~ LI~")I L .' . . . . In 1 de es tas mutacLOnes tlenen neurofibroma tosIs, u n F' lll tl l ( _ . . . , >I'no h"cnetico a u tosomlco dOlTI m ante (secclOn 12.2). tr (l ~ tl LntrL' otros problemas, se form an tu mores bla ndos y fibrosos (neurofibromas) en la piel y el s is tema nerv ioso. La ,1Iceeil)n homocigota p uede ser m orta l. Lil 111,' \'01' ~)ilf te de las mutacion es asociad as con n eu rofibwm"tosis da lugar a un splicillg d efectuoso en los 60 eXLlI1L'S de l gen. Cada n eurofibrom a p or 10 regular surge d e un,' nUl'\'il mutacion qu e altera e l unico alel0 funcional d e l indi\·iduo. En u n es tud io realiza d o en 1997, Eduard Serra \' cobboradores probaron varios tu mores d e un individuo ~on 101 "fecci6n p ara d ich as mutaciones (figura 14. 17). cromosom.1 ~,: , ' RFLP (exon 5) IVS27 AAAT2.1 IVS27 AC28.4 IVS27 AC33. 1 IVS38DT53.0 ' \ \ a cneuentra es ta secu encia dentro 0 fuera del gen N Fl? 2 . En cua tro de estos seis tumores, todo el brazo largo d el crt>1110soma 17 exp erim ento supresion. LCuales son esos cU(1trn? 3. Las personas a fectad as pOI' neurofib roma tosis tienen d e 200 a SllO mas p robabilidad es d e desarrollar tu mores m alignos que la s no afectadas. LPor que crees que ocnrre esto ? Respuestas en el apendlce If I Un cromosoma contiene m uchos gen es que son transcritos a difL'rL'ntes _ _ _ _ __ c. ARN ". proteinas d. a y b b. poJipeptidos 1. 2. Un siti o d e enlace para la ARN polimerasa es ___ __ _ 3. L, energia que im p ulsa la transcripcion provien e de _ __ . 4 . Un" mo leClJ!a de ARN pOl' 10 regular tiene ca d ena t D17S57 \ D17S73 \J=-D17S250 6. quedan en el ARNm. b. los exon es a. los intrones 7. LC uantos codones con stituyen el codigo gen e tico? 8 . La mayor parte d e los codones especifican un(a) _ __ __ a. proteina c. aminoacido b. polipep tido d . ARNm 9 . Los anticodon es se ap arean con _ _ _ __ a. cod ones de ARNm c. anticodones d e ARN b. cod ones d e ADN d. aminoacid os 10. La energia q ue impulsa la tradllccion es s llminis trad a por ATP b. CTr a. c. UI P d. a y b son correc tos 11. Con base en la figura 14.9, tra du ce esta secu en cia d e nucleotidos cn una secu encia d e aminoac idos, com enzando p or la primL'ra base: 5'-CCUUUCUUCAAGAGA - 3' 12. ML'nciona una ca u sa d e la s mu taciones. •••••• • §§§§§I I §§~§§~ I Figura 14.17 Neu rofibrom atos is . (a) Ana li s is geneti co de seis tumores de un so lo ind ivid uo afectado por neurof ibromatosis. Cad a tumor fue exam inado para detectar la presencia de nuevp. se cuencias de nucleotidos (marcadores ) e n 0 cerca del gen NF l. Para cada tumor (1-6), los cu a dros verdes indican qu e el ma rcador esta presente; los c uad ros amarillos senalan q ue el ma rcador lalta y los cuadros blancos, resultados no conc luyentes . Tambien se e le ctua ron a na lis is de sangre como control. (b) In dividuo afectado por ne urofibromato s is. 13. Correlaciona cad a termino su d esc ripcion mas ad ecuada. ___ mensaje genetico secuen cia _ __ polisoma exon _ __ codigo genetico intron elemento transponible :J 5. Los ARN se form an p or _ _____ ; las proteina s se forman por _ _ _ _ __ c. traduccion; tran scripcion ". rep licacion; traduccion b. transcripcion; tradu ccion d. replicacion; tran scripcio n D17S33 / \ 1. (En que tu mores falta el marca d or D1 7S250? LSe Au t, "evaluaci6n / / " Sang re Tumor 1 2 3 456 Visita d e la columna de la izquierda con a. ARN m que codifica proteinas b. se transmite c. se lee como tripletes de bases d . orden lineal de bases e. ocurre solo en grupos f. conjunto de 64 cod on es g . es retirado antes d e la traduccion ':,i-', .:.1./1 '\i,' p ara preguntas adic ionales. Pensamiento crftico 1. Ca d a posicion d e un codon puede ser ocupada p or uno de cuatro (4) nucleotidos. Si los codones fueron de dos (2) nucleotid os d e largo, podrian codificar un maximo de 42 = 16 aminoacidos. LCUa! es la cantidad minima de nucl eotidos por codon necesarios para esp ecificar los 20 aminoacidos biolog icos? 2 . EI humo de ciga rro contiene por 10 m enos 55 productos quimicos diferentes identificados como carcinogenos (que provocan cancer) p or la Agencia Internacional de Investigaciones sobre Cancer (IARC; p or sus siglas en ingles). Cuando estos carcinogenos entran al torrente sanguineo, las enzimas los transforman en ill1a serie d e intermediarios quimicos mas faciles de excretar. AlgllTIOS de estos intermediarios se enJazan de manera irreversible con el A DN. Propon un mecanismo por eLcual dicho enlace provoca cancer. 3. La terminacion d e la transcripcion d el ADN procarionte a menudo depende d e la estructura de un ARN recien formado. La transcripcion se detien e cuando el ARNm se repliega sobre si mismo formando una estru ctura tipo asa, como la que se muestra a la derechn. LPodrias sugerir como deti en e esta es tructura La tran scri pcion? CAP iT ULO 14 DEL ADN A l AS PROTEiNAS 22 7