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¿Cómo pueden las moléculas de ADN y ARN actuar como planos para la fabricación de proteínas? Los detalles exactos fueron desentrañados a principios de la década de 1960 principalmente por Marshall Nirenberg (nacido en 1927) en los Institutos Nacionales de Salud y H. G. Khorana (nacido en 1922) en la Universidad de Wisconsin, obra que les valió el premio Nobel en 1968. Mostraron que cada aminoácido en una proteína está determinado por un codón específico de tres bases nitrogenadas en la cadena de ADN o ARN. Los detalles de este código genético se dan en la siguiente tabla. Como ejemplo de cómo funciona este código, tomemos la sección de ARN que se muestra en la Figura 3 sobre Estructura de ácidos nucleicos. Esto tiene la secuencia UCAUGG. Esto es parte de las instrucciones para construir una cadena polipeptídica que contenga el aminoácido serina (UCA) seguido del aminoácido triptófano (UGG).

Tabla\(\PageIndex{1}\) El Código Genético para ARN

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Nota

(a) Un codón de terminación se indica por TERM. (b) AUG, el codón para metionina es también el codón de iniciación. Toda la síntesis de proteínas comienza en este codón, aunque esta metionina inicial a menudo se elimina durante el procesamiento postranscripcional.

Dado que cada codón corresponde a tres lugares en la cadena de ácido nucleico y como existen cuatro tipos de bases nitrogenadas para llenar cada lugar, hay un total de 4 ³ = 64 codones diferentes posibles. Dado que solo hay 20 aminoácidos, el código genético es degenerado —varios codones diferentes corresponden al mismo aminoácido. Esta degeneración actúa como salvaguardia contra errores en la lectura del código. Así, UCU, UCC, UCA y UCG corresponden a serina. Si se comete un error al leer la tercera base en este triplete, no se hace daño ya que todavía se produce serina. En los ARN de transferencia a nivel molecular (ARNt), las moléculas que leen los codones y proporcionan el aminoácido correcto, pueden emparejarse con múltiples codones. Esto sólo ocurre en términos de la tercera base en el codón. Por ejemplo, G se empareja con C, pero también es capaz de aparearse con U. Algunos ARNt incluso emplean una quinta base nitrogenada, inosinada (I) que es capaz de aparearse con A, U o C. Este uso de emparejamiento múltiple con el tercer codón por el ARNt se llama la hipótesis de bamboleo, y fue propuesto por primera vez por Francis Crick. Observe que si bien un ARNt puede emparejarse con múltiples codones en la hipótesis de bamboleo, solo puede emparejarse con codones para el mismo aminoácido, y cada codón sigue siendo específico de solo un aminoácido. ^[1]

Hay tres características adicionales del código genético. Primero, AUG, el codón para metionina también sirve como codón de iniciación, y, con ayuda de otras señales, es donde comienza la sítesis de proteínas. Una segunda característica es que la lectura de ARN para la síntesis de proteínas va desde el extremo 5' de carbono del ácido nucleico hasta el extremo 3' de carbono. Una característica final importante del código genético es la existencia de tres codones de terminación. Estos corresponden a una instrucción para terminar una cadena polipeptídica. Cómo funcionan estas características se ilustra mejor con un ejemplo.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): RNA

Decodificar el fragmento de ARN

5' A C C U U A U G A C G C C U G U C C A U U A A A C G A U 3'

Solución

Primero, debemos decidir en qué dirección leer el código de ARN. La síntesis va del extremo 5' al extremo 3', por lo que este segmento se lee de izquierda a derecha. Si se hubiera mostrado 3' a 5', habríamos necesitado leerlo de derecha a izquierda.

Segundo, necesitamos buscar un codón de iniciación, AUG. Este codón aparece comenzando en la sexta letra en. Así, podemos dividir la secuencia así, con el codón de inicio en negrita:

AC|CUU| AUG |ACG|CCU|GUC|CAU|UAA|CGA|U

Tercero, veamos si hay un codón de parada en esta secuencia. Bastante seguro, el quinto codón después del codón de inicio, UAA es un codón de parada. Así, toda la secuencia a traducir, en negrita:

AC|CUU| AGO|ACG|CCU|GUC|CAU|UAA |CGA|U

que se traduce en la secuencia de aminoácidos:

Met-Thr-Pro-Val-su-Stop

Observe en el ejemplo, que si no hubiéramos comenzado con el codón de iniciación, se habría formado una proteína completamente diferente. Mira lo que hubiera pasado si simplemente hubiéramos comenzado al principio de la secuencia:

ACC|UUA|UGA |CGC|CUG|UCC|AUU|AAC|GAU|

un codón de parada aparece en un nuevo lugar, y el protien traducido es:

Thr-Leu-stop

Esto resalta la importancia del marco de lectura, el lugar donde empiezan a leerse los codones. Observe que, dado que los codones tienen una longitud de 3 bases, cualquier secuencia tiene tres marcos de lectura diferentes. Sin el codón de iniciación, no habría manera de identificar el marco de lectura correcto. Además del codón de iniciación AUG, otro elemento regula la iniciación. En bacterias, una secuencia de bases antes del codón de iniciación, llamada secuencia Shine-Dalgarno precede al codón AUG, especificando dónde comenzar la traducción. Una configuración diferente ocurre en los eucariotas. Se forma un complejo de iniciación, pero en lugar de tener una secuencia específica conectada al codón de iniciación, el complejo se desliza a lo largo de la cadena de ARNm, hasta que encuentra el codón de iniciación AUG. ^[2]

↑ Nelson, D.L., Cox, M.M. Lehninger Principios de Bioquímica (<sup>5ª</sup> ed). Nueva York: W.H. Freeman and Company, 2008. pp. 1070-1072.
↑ Nelson, D.L., Cox, M.M. Lehninger Principios de Bioquímica (<sup>5ª</sup> ed). Nueva York: W.H. Freeman and Company, 2008. pp. 1088-1090.