14 Del ADN a las protefnas

HIIiPI~(;TOS Y PRO&L::t·iA: I La r icina y los r ibosomas

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 requieren 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 Londres , 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 yentro 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 sal a 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 FBI arresto a un hombre que tenia fr ijoles 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 toxica porque inactiva los ribosomas, organelos que ensamblan los aminoacidos para producir proteinas en todas las celu las. Las proteinas son c rit icas para todos los pro­cesos vitales. Las celulas que no pueden sintetizarlas mueren muy rapido. Quien inhala ricina por 10 regular muere de presion arterial baja e insuficienc ia respiratoria pocos dias despues de la exposicion.

En este capitulo estudiaremos de que manera la informacion cod if icada por un gen se transforma en un producto genetico, ya sea ARN 0 una proteina. Aunque es muy poco probab le que tus ri bosomas queden expuestos alguna vez a la ric ina, 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

CUU CCU CAU

cue CCC CAC C leu pro

CUA eCA CAA

CUG CCG CAG

Del ADN al ARN y a las protefnas

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

Del 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

ARN

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 (codones) constituyen el codigo genetico. Otros dos tipos de ARN interaccionan con el ARNm durante la traduccion de ese codigo. Secci6n 14.3

Del ARN a las protefnas: la traduccion

La traduccion 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 pol ipeptidos. Secci6n 14.4

Mutac iones

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 riesgos ambientales. Dichas mutaciones pueden modificar el producto de un gen. Secci6n 14.5

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.

Conexiones a conceptos anteriores

Este capitu lo aumentara tu

comprension de las reac­

c iones enzimaticas (seccion

3.2) y de la energia del meta­

bolismo (6.2). Veras como la

informacion codificada en los

ac idos nucleicos (3 .7) se uti­

liza para sintetizar proteinas

(3.5, 3.6).

U Emplearas tus conocimien­

tos sobre los genes (11 .1 )

Y el apareamiento de bases

(13.2) para entender la

transcripcion , y las multiples

caracteristicas en comun

que esta tiene con la replica­

c ion del ADN (13.3)

Q Una revision de la formacion

de enlaces peptidicos (3.5)

te sera de ayuda para apren­

der acerca de la traduccion.

tJ En la ultima seccion de este

capitulo se describen las

mutaciones (1.4): su base

molecular, la manera en que

son provocadas por ciertos

factores amb ientales (2.3,

6.3, 7.1) Y algunas de sus

consecuencias (9.5 , 12.2).

215

[~1-4-.1-~~E--1 A--D-N-,-e-I-A--R-N-y--la--e-x-p-re-s-j-6-n-g-e-'n-j-c-a------------------------~

• La transcripcion transforma la informacion 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, pero 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-

base

3 grupos fosfa to 0 -

I I I 5 0 - - P -0- P -0- P -0-CH2

II II II 4'1 0 00

guanina G (ARN) trifosfato de guanosi na OH

o

OH

l ' azucar (ribosa)

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 0 - 0-

I I I 5 ' 0 - - P -0- P -0- P - 0 - CH2

II II II 41 000

guanina G (ADN) trifosfato de desox iguanosina OH H

l' azucar (desoxirribosa)

B Observa el nucleotido de ADN Il amado 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 UNIDAD II LOS PRINCIPIOS DE LA HERENCIA

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 nucle6-tidos de un gen como patr6n para sintetizar una cadena de ARN (acido ribonucleico):

ADN t(3!"; :;(. r,'~')C/~)/

------------~. ARN

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).

Transformac i6n del ARNm en protefnas

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 de 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 acido desoxirribonucleico

base nucleotidica

esqueleto principal

de azucar -fosfato

ARN acido ribonucleico adenina A NH2

I N-.... /c"""

,f' C N HC II I

"w""-C'- ""CH , N

~;-c~==~I-- par de bases uracilo U

Bases de nucle6tidos del ADN

EI ADN tiene una fun ci6n: almacena permanentemente la informac i6n genetica de una celula , la cual se transmite a los descendientes.

Figura 14.3 Comparacion de ADN 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:

rlf-){ lOt' ADN ----'---_ _+_.

) I '- !i.'/:~ ClUJ}

ARNm -----~. PROTEiNA

EI ARN t iene diversas fun c iones. Algunos sirven como capias desechables del mensaje genetico del ADN, otros son cata lft icos, otros mas juegan papeles en el control de genes.

Bases nucleotidicas del ARN

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 repasar 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 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

• 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 nucle6-tido 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

region del gen

~ ARN polimerasa, la enzima que cataliza la transcripci6n

o _ R __ R _ R " templadodeADN

a " mom mom 0 0 nueva cadena de ADN

o _ R __ R _ R " templadodeADN

b Id mom mom 0 0 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 tem­plado 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

templado de ADN 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 ARN 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.

Figura 14.5 ,t',oim:H)J", Transcripci6n.

218 UNIDAD II LOS PR INCIPI OS DE LA HERENCIA

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.

transcritos de ARN

Fig ura 14.6 Par 10 regular, muchas ARN polimerasas transcriben Sl lllultalll'dmente UI) mismo gen, can 10 que producen una estructura de COllglomerado 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 enlace ubica la polime­r,l sa ell e l sitio de inicio de la transcripci6n cerca de un gen. La polimerasa comienza a desplazarse a 10 largo del ADN ell sentido de 5' a 3' sobre el gen (figura 14.5b) . A medida que se desp laza, la polimerasa desenrolla la doble helice Ull POLl) para que pueda "leer" la secuencia de bases de la cad en,) de ADN no codificante (la cadena complementaria ). Ld po li merasa une nucle6tidos de ARN libres a la cadena, ell el ol'den que d ic ta esa secuencia de ADN. Igual que en 1,1 re~1 lilaci6n del ADN, la sintesis es direccional: Llna ARN polilll l'rclSa agrega nucle6tidos (micamente en el extremo 3' del e,l remo de una cadena de ARN en crecimien to.

CU<lndo 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 de ARN tiene una secuencia de bases com­plellleillaria a la de la cadena de ADN a partir de la cual

C ,,0 JE' ocurrio 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 palror de ADN: una copia del gen.

molecula 'de ADN

Investiga: i,Las polimerasas que transcriben esta molecula de ADN se mueven 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 due en muchas nuevas cadenas de ARN con rapidez (£igura 14.6) .

Para repasar ~~c.~sa ____ _

",C6mo 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 cual fue transcrita.

o",e._Meoeeoeooe 5' 3'

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.

CAPiTULO 14 DE L ADN A lAS PROTEiNAS 219

14.3 EI ARN y el c6digo genetico

• Los trip letes 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

ARN

ARNm

gen

r ex6n intr6n ex6n intr6n ex6n

caperuza

5' 0 I po

()

transcripci6n a ARN

t cola pol i-A I

) I ) 3'

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.

prime ra segunda base lereera

base U C A G base

• • UUU ) UCU UAU) UGUI U

phe tyr cys UUC UCC UAC UGC C

U ser UUA) UCA UAA STOP UGA STOP A

leu UUG UCG UAG STOP UGG trp G

CUU CCU CAU) CGU u his

C CUC CCC CAC CGC C leu pro arg

A CUA CCA CAA) CGA gin

CUG CCG CAG CGG G

AUU ACU AAU I AGUI U asn ser

AUC ile ACC AAC AGC C A thr

AUA ACA AAA I AGA I A

Iys arg AUG met ACG AAG AGG G

GUU GCU GAUl GGU U asp

C GUC GCC GAC GGC G val a la gly

GUA GCA GAA)

GGA A glu

G GUG GCG GAG GGG

Fig ura 14.9 Los 64 codones del codigo genelico. En la columna de la izquierda se indica la primera base del codon. En la fila superior se mueslra la segunda. y en la columna de la derecha, la ter-cera. En el apendice V se muestran los aminoacidos. i,Que 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 pro­teina, 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 efectuar apareamiento de bases con todos e11os.

Como veremos en la siguiente secci6n, los ARNt !levan aminoacidos uno tras otro a un complejo de ribosoma-

+ =

tunel subunidad grande subunidad pequena ribosoma intacto

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'~

~~ :'. "~

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 a li 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 repasar 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 especifica 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 pue-den 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

A Un ARNm maduro sale del nucleo y entra en el citoplasma que contiene muchos aminoa­cidos libres, ARNt y subu­nidades ribosomales.

Un ARNt iniciadar se enlaza con una subuni­dad ribosomal pequena y el ARNm .

B Una subunidad ribosomal grande se une, y ahara el complejo se denomina complejo de iniciaci6n.

ONGWNeNWOe&WNeGONmONWOij&.Oi~

ARNm

Yi

ARNt subunidad iniciadar ribOSOmal

pequena

ribosomal grande

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 inicia­dor forman un complejo 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.

Elongaci6n

C Un ARNt iniciador carga con el aminoacido metionina, 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 que el ARNt que se en laza Ileva el aminoacido valina).

D EI primer ARNt es liberado y el ribosoma se mueve al siguiente codon del ARNm. Un tercer ARNt se enlaza con el tercer codon del ARNm (en este caso UUA, de modo que el ARNt Ileva el aminoacido leucina).

E EI segundo ARNt es liberado y el ribosoma se mueve al siguiente 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 ARNm. 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).

Se forma un enlace 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).

••••••••••••••••••

CAPiTULO 14 DEL A DN A lAS PROTEiNAS 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 nucle6-tidos 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).

parte del ADN

ARNm transcrito a partir del ADN

secuencia de aminoacidos

resultante

sustituci6n de base en el ADN

ARNm alter ado

secuenc ia alterada de aminoacidos

deleci6n en el ADN

ARNm alterado

secuencia alterada de aminoacidos

Figura 14.13 ",,: , .: Ejemplos de mutaci6n.

224 UNlOAD II LOS PRINCIPIOS DE LA HERENCIA

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.

2-Que ocasiona las mutaciones?

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.

A Segmento de ADN, ARNm y secuencia de aminoacidos de la cadena i3 de una molecula de hemoglobina normal.

B Sustituci6n de un par de bases en el ADN que reemplaza la tim ina por adenina. Cuando se traduce el ARNm 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).

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.

- -- ---- - ---- - - ---- -- - ------ ----- ---- --------- - ----

Figura 14.14 Barbara McClintock descubrio los elementos trans po· nibles que entran y salen de distintas ubicaciones del ADN . La colora­cion curiosamente no uniforme de mazorcas individuales de maiz indio (Zea mays) Ie sirvio de inspiracion para su investigacion , por 10 cual gano un Premio Nobel en 1983.

Varios genes determinan la formac ion y el deposito de pigmentos en las mazorcas de maiz, que son un tipo de semilla. Las interacciones entre estos genes Y sus productos dan lugar a mazorcas amarillas, blancas, rojas, anaranjadas 0 purpuras. McClintock se d io cuenta de que 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 transponible son inactivos. Los elementos transponib les se desplazan mientras los tejidos de la mazorca estan en formacion , por eso pueden terminar en di ferentes ubicaciones del ADN de distintos li najes ce lulares. Las rayas y manchas en las mazorcas evidencian desplazamiento 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-

b

Figura 14.15 Dos tipos de dana al ADN que origina mutacio­nes. (a) Cromosomas de una celula humana tras exposicion a rayos"y (radiacion ionizante). Los pedazos rotos (f/echa roja) tal vez se pierdan durante la replicacion del ADN. EI grado de dana en la celu la expuesta por 10 comun depende de cuanta radiacion absorba. (b) Un dimero de timina.

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 manera 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?

• Una mutacion es un cambio permanente a pequena esc ala en la secuencia de nucle6tidos del ADN. Una sustitucion , insercion 0 delecion de un par de bases puede alterar un producto genetico.

• La mayor parte de las mutaciones surgen durante replicac ion del ADN como resultado de errores no reparados por la ADN polimerasa. Dichas mutaciones ocurren tras exposici6n a la radiacion 0 productos quimicos nocivos.

• Una mutacion hereditaria puede ocasionar un efecto positivo 0 negativo sobre la capacidad del individuo para funcionar en su entorno.

CAPiTU LO 14 DEL ADN A l A S PROT EiNAS 225

REPASO DE IMPACTOS Y PROBLEMAS I La ricina y los ribosomas

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 alrededor de 1,500 riboso­mas por minuto. La sfntesis de protefnas se detiene conforme la ricina inactiva los demas ribosomas de la celula.

Resumen 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 14.2 En las ceJuias eucariontes, la transcripcion ocurre en el nucleo y la traduccion en el citoplasma. Ambos procesos tienen lugar en el citoplasma de las celulas procariontes.

En la transcripcion, la ARN polimerasa se enlaza con un promotor en el ADN cerca de un gen, y a continuaci6n ens am­bla una cadena de ARN al enlazar nucle6tidos de ARN en el orden que dicta la secuencia de bases del ADN.

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.

II Usa la anima cion de CengageNOW para explorar la transcripcion.

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 agregan al nuevo ARNm.

El ARNm lJeva la informacion del ADN para sintetizar pro­tefnas. 5u mensaje genetico esta escrito en codones, que son conjuntos de tres nucleotidos. 5esenta y cuatro codones, la mayor parte de los cuales especifican aminoacidos, constituyen eJ codigo genetico. Ocurren variaciones en este c6digo en los 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

Transcripcion Ensamblaje de ARN sobre regiones enrolladas de la moleeula de AON catalitico y las proteinas constituyen las dos subunidades de los ribosomas.

proeesamiento deARNm

Traduccion

en un ribosoma intaeto, se sintetiza una cadena polipeptidiea en los sitios de enlace para ARNm yARN!

transcritos de ARNm maduro

I

-.../ ARNr

protefnas -i subunidades ribosomales

I

\ ARNt

ARNt maduro

I

t \ .... eonvergeneia deARN

rI - .r .. .". I

~ reserva citoplasmica de aminoacidos,

i subunidades

jribosomales / yARNt

Proteinas

226 UN lOAD II LOS PRI NCIP IOS DE LA HERE NCIA

III Usa la interaccion de CengageNOW para aprender acerca del procesamiento de la transcripcion y el codigo genetico.

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.

III Usa la animacion de CengageNOW para ver la traduce ion de una transcripci6n de ARNm.

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.

&1 Usa la animaci6n de CengageNOW para investigar los efectos de las mutaciones.

Figura 14,16 Animad., Resumen de la sintesis de proteinas que ocurre en las celulas eucariontes.

EjerciciO de amllisis de datos l\pr"~ in",dJJ11cn te una de cada 3,500 personas Ileva una nlllt,)(il'1I1 que afecta e l producto de l gen NFl, que es un

Cromosoma marcador Tumor Sangre 1 2 3 456

. 'el)I' tumora l (seccion 9.5). Q ui enes son heteroClgotos cromosom.1 / D17S33 •••••• • " / ~ LI~")I L .' .. . .

. In 1 de es tas mutacLOnes tlenen neurofibroma tosIs, u n F' lll tl l ( _ .. . ,

t >I'no "cnetico au tosomlco dOlTI mante (secclOn 12.2). tr (l ~ l h

LntrL' otros problemas, se form an tu mores blandos y fibro-sos (neurofibromas) en la piel y el s is tema nerv ioso. La ,1Iceeil)n homocigota p uede ser m orta l.

~,::, ' ' /

RFLP (exon 5)

§§§§§I I IVS27 AAAT2.1 IVS27 AC28.4 IVS27 AC33. 1

Lil 111,' \'01' ~)ilf te de las mutaciones asociadas con neuro­fibwm"tosis da lugar a un splicillg defectuoso en los 60 eXLlI1L'S de l gen. Cada neurofibrom a por 10 regular surge de un,' nUl'\'il mutacion que altera e l unico alel0 funcional de l indi\·iduo. En un es tudio realizado en 1997, Eduard Serra \' cobboradores probaron varios tu mores d e un individuo ~on 101 "fecci6n para d ichas mutaciones (figura 14.17) .

1. (En que tu mores falta el marcador D17S250? LSe cneuentra es ta secuencia dentro 0 fuera del gen N Fl?

2. En cua tro de estos seis tumores, todo el brazo largo del crt>1110soma 17 experimento supresion. LCuales son esos

cU(1trn?

3. Las personas a fectadas pOI' neurofibroma tosis tienen de 200 a SllO mas p robabilidades de desarrollar tu mores m alig­nos que las no afectadas. LPor que crees que ocnrre esto?

a

Aut, "evaluaci6n Respuestas en el apendlce If I

1. Un cromosoma contiene m uchos genes que son transcritos a difL'rL'ntes _ _ _ __ _

". proteinas c. ARN b. poJipeptidos d. a y b

2. Un sitio de enlace para la ARN polimerasa es _____ _

3. L, energia que imp ulsa la transcripcion proviene de _ __ .

4 . Un" moleClJ!a de ARN pOl' 10 regular tiene cadena

5. Los ARN se form an p or _ _____ ; las proteinas se forman por _____ _

". replicacion; traduccion c. traduccion; transcripcion b. transcripcion; traduccion d. replicacion; transcripcion

6 . quedan en el ARNm. a. los intrones b. los exones

7. LCuantos codones con stituyen el codigo gene tico?

8 . La mayor parte de los codones especifican un(a) ____ _ a. proteina c. aminoacido b. polipep tido d . ARNm

9 . Los anticodones se ap arean con _ ___ _ a. cod ones de ARNm c. anticodones de ARN b. cod ones de ADN d. aminoacidos

10. La energia que impulsa la tradllccion es s llminis trada por

a. ATP c. UI P b. CTr d. a y b son correc tos

11 . Con base en la figura 14.9, traduce esta secuen cia de nucleo­tidos cn una secuencia de aminoacidos, com enzando p or la pri­mL'ra base:

5'-CCUUUCUUCAAGAGA - 3'

12. ML'nciona una cau sa d e las mutaciones.

\

\ IVS38DT53.0

\ t D17S57 §§~§§~ I \ D17S73 \J=-D17S250

Figura 14.17 Neu rofibromatos is . (a) Ana li s is genetico de seis tumo­res de un so lo ind ividuo afectado por neurof ibromatosis. Cad a tumor fue examinado para detectar la presencia de nuevp. secuencias de nucleoti­dos (marcadores ) en 0 cerca del gen NF l.

Para cada tumor (1-6), los cuadros verdes indican que el ma rcador esta presente; los cuad ros amarillos senalan que el ma rcador lalta y los cuadros blancos, resultados no concluyentes . Tambien se e lectua ron ana lis is de sangre como control.

(b) Individuo afectado por ne urofibromatos is.

13. Correlaciona cada termino d e la columna de la izquierda con su d escripcion mas adecuada.

___ mensaje genetico secuen cia

___ polisoma exon

_ __ codigo genetico intron elemento transponible

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 ones g . es retirado antes de la

traduccion

: J Visita ':,i-', .:.1./1 '\i,' para preguntas adic ionales.

Pensamiento crftico 1. Cada posicion de un codon puede ser ocupada por uno de cuatro (4) nucleotidos. Si los codones fueron de dos (2) nucleo­tid os de largo, podrian codificar un maximo de 42 = 16 aminoa­cidos. LCUa! es la cantidad minima de nucleotidos por codon necesarios para esp ecificar los 20 aminoacidos biolog icos?

2 . EI humo de ciga rro contiene por 10 menos 55 productos quimi­cos diferentes identificados como carcinogenos (que provocan can­cer) por 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 de intermediarios quimicos mas faciles de excretar. AlgllTIOS de estos intermediarios se enJazan de manera irreversible con el ADN. Propon un mecanismo por eL cual dicho enlace provoca cancer.

3. La terminacion de la transcripcion del ADN procarionte a menudo depende de la estructura de un ARN recien formado. La transcripcion se detiene cuando el ARNm se repliega sobre si mismo formando una estructura tipo asa, como la que se muestra a la derechn. LPodrias sugerir como detien e esta es tructura La transcri pcion?

CAPiTULO 14 DEL ADN A l AS PROTEiNAS 227