Guía N°33 de Biologia mencion del Preuniversitario PDV. Año 2012.

1. BIOLOGIA MENCIÓN
BM-33
UNIDAD I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
GENOMA, GENES E INGENIERÍA GENÉTICA
BIOLOGÍA MOLECULAR I
EXPRESIÓN GÉNICA
Segunda base del mRNA
Tercera base del mRNA (extremo 3’)
Primera base del mRNA (extremo 5’)

2. INTRODUCCIÓN
La expresión génica es el proceso mediante el cual la información almacenada en el DNA es
usada para dirigir la síntesis de un producto génico específico (proteínas; RNAr; RNAt).
Este producto génico es el responsable de llevar a cabo una función celular específica, la que
terminará manifestándose como un rasgo fenotípico adquirido por la célula en la que esta
información genética se expresa.
Sin embargo, el momento en que esta información genética es expresada, se encuentra altamente
regulada por diversos factores (entre ellos, estímulos ambientales, la acción reguladora de
ciertas hormonas, el grado de condensación de la cromatina, etc.), lo que permite controlar, en
todo momento, la producción adecuada de proteínas, para cuando ellas sean requeridas por el
metabolismo celular.
Durante el proceso de diferenciación celular, la expresión génica se regula de modo que ciertos
genes se "encienden" y otros se "apagan", permitiendo a las células modificar su contenido
proteico y, por lo tanto, su propio fenotipo, que es el requisito necesario para transformar un
tipo celular en otro diferente, lo que da origen a las distintos tipos celulares que constituyen a un
individuo.
Las mutaciones pueden alterar la información almacenada en los genes, originando a partir de
un gen inicial, distintas versiones del mismo (llamadas genes alelos). Estos genes alelos son los
responsables de las variaciones fenotípicas (diversidad biológica) que manifiestan las
poblaciones de seres vivos, sobre las que actúa el proceso de selección natural durante la
evolución de los seres vivos.
1. LOS EXPERIMENTOS QUE DEMOSTRARON QUE EL DNA ES EL
MATERIAL GENÉTICO
Hacia 1887 los investigadores habían llegado a la conclusión de que la base física de la herencia
se hallaba en el núcleo. Se demostró que la cromatina consistía en ácidos nucleicos y proteínas
pero no se sabía con certeza cuál de las dos sustancias era el material genético.
Mientras los químicos procuraban resolver la estructura del DNA, los biólogos trataban de
identificar la fuente de información genética. Se llevaron a cabo experimentos con bacterias y
con virus, que proporcionaron la evidencia fundamental de que el material genético no era la
proteína sino el DNA.
Descubrimiento del principio de transformación
En 1928, F. Griffith observó que la bacteria Streptococcus pneumoniae, productora de la
neumonía humana, se presentaba en dos cepas distintas. Una de ellas es virulenta (provoca la
enfermedad), presenta capsula y forma colonias con aspecto liso; denominada cepa IIIS y a la
otra variante de neumococo, que no presenta cápsula, no produce la enfermedad y forma colonias
rugosas se denominó cepa IIR. Con estas dos cepas Griffith realizo el siguiente experimento
(Figura 1).
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3. Experimento
Pregunta: ¿un extracto de bacterias muertas
puede transformar genéticamente células vivas?
Conclusión: una sustancia presente en las bacterias virulentas muertas por
acción del calor transformó genéticamente las bacterias de tipo IIR en
bacterias de tipo IIIS virulentas vivas,
Figura 1. Experimento de Griffith que puso en evidencia la existencia de un principio transformante
El experimento hizo que Griffith llegara a la conclusión de que las bacterias de tipo IIR se
habían transformado de algún modo y habían adquirido la virulencia genética de las bacterias
muertas de tipo IIIS. Esta transformación produjo un cambio genético permanente en las
bacterias, sin embargo Griffith no comprendió la naturaleza de la transformación y supuso que
alguna sustancia de la cubierta de polisacáridos de las bacterias muertas podría explicar el
cambio. A esta sustancia la denominó principio de transformación.
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4. Identificación del principio de transformación
Posteriormente y tras diez años de investigación Experimento
Avery junto con MacLeod y MacCArty pudieron aislar
y purificar esta sustancia. Demostraron que su Pregunta: ¿cuál es la naturaleza química de la
composición química correspondía al DNA y diferente sustancia de transformación?
de las proteínas.
Sometieron a la sustancia a la acción de
diversas enzimas, como la tripsina y la
quimiotripsina, las cuales actúan en la
degradación de las proteínas, pero no tenían
ningún efecto sobre esta sustancia. Lo
mismo sucedía con la ribonucleasa; enzima
que destruye al RNA. Sin embargo las
enzimas capaces de destruir el DNA
eliminaron la actividad biológica de la
sustancia de transformación. (Figura 2).
Además los científicos demostraron que la
sustancia de transformación purificada se
precipitaba con la misma velocidad que el
DNA purificado y absorbía la luz ultravioleta
en la misma longitud de onda que el DNA.
Estos resultados publicados en 1944, fueron
la primera evidencia convincente que el
principio transformante y por ende la
información genética está en el DNA.
Pese a que esta prueba demostraba que el
DNA era el principio transformante, muchos
biólogos se resistían en aceptar esta idea y
preferían la hipótesis de que el material
genético es la proteína.
Figura 2.Experimentos de Avery, MacLeod y
MacCArty para la identificación del principio
Conclusión: dado que solo la DNasa destruyó
de transformación.
4 la sustancia de transformación, la sustancia
responsable de la transformación es el DNA.

5. Segunda evidencia: Experimento con virus de Hershey - Chase
Frente a la resistencia de muchos biólogos,
en 1952 Alfred Hershey y Martha Chase
proporcionaron una segunda evidencia de
que el DNA es el material genético.
Estos científicos realizaron un trabajo
experimental con el virus T2, un
bacteriófago que infecta a la bacteria
Escherichia coli, el cual se reproduce
uniéndose a la pared externa de la
bacteria, inyectando su DNA dentro de ella
donde se replica y dirige la síntesis de las
proteínas propias del fago. El DNA del fago
se encapsula dentro de las proteínas y
produce los fagos, que lisan o rompen la
célula y liberando los fagos de la progenie.
En ese momento los biólogos no
comprendían con exactitud cómo se
reproducían los fagos. Si sabían que los
fagos T2 se componían de un 50 % de
proteínas y de un 50 % de ácidos nucleicos
y que los fagos ingresaban a las bacterias y
se reproducían. Como la progenie portaba
los mismos rasgos de infección, el material
genético de este debía transmitirse a la
descendencia, pero se desconocía el
mecanismo.
Hershey y Chase idearon una serie de
experimentos para determinar que se
transmite durante la reproducción del fago:
la proteína o el DNA.
Para rastrear el destino de las moléculas en
la reproducción viral, utilizaron formas
radioactivas (isótopos) del fósforo y azufre.
Un isótopo radioactivo puede utilizarse
como marcador para identificar la ubicación
de una molécula específica, porque
cualquier molécula que contenga el isótopo
es radioactiva y, por ende, fácil de
detectar. El DNA contiene fósforo, pero no
azufre, por lo tanto se utilizó 32P para
marcar el DNA, en cambio la proteína tiene
azufre, pero no fósforo, por lo que se
utilizó 35S .El desarrollo del trabajo
experimental de Hershey y Chase se
presentan en la figura 4.
Figura 3 .Reproducción del bacteriófago T2.
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6. Experimento
Pregunta: ¿qué parte del fago –el DNA o la proteína- sirve como material genético y se transmite a su progenie?
Conclusión: el material genético de los bacteriófagos no es la proteína sino el DNA.
Figura 4. Experimento de Hershey y Chase para identificar si el material genético era la proteína o el DNA.
Este trabajo les permitió a los científicos concluir que es el DNA y no la proteína la que entra en la
bacteria durante la reproducción del fago y que solo el DNA se transmite a los fagos de la
progenie.
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7. No obstante, continuaba resultando necesario demostrar cómo un compuesto tan simple podía
almacenar y transmitir tanta información. La respuesta la proporcionó el progresivo conocimiento
de su estructura. Desde que, en 1953, J. Watson y F. Crick mostraron su modelo de estructura
de doble hélice, que explicaba cómo se podía almacenar y transmitir la información genética,
nadie dudó de la función y la importancia del DNA.
El DNA es la macromolécula portadora de los genes. Un gen se define como el factor genético
que contribuye a determinar una característica, las secuencias de ADN que codifica una
molécula de ARN o la secuencia completa del DNA requerida para transcribir y codificar una
molécula de RNA.
2. CONCEPTO DE GEN
En la actualidad se cuenta con nuevos elementos que permiten precisar algunas definiciones, lo
cual no significa que estos conceptos sean únicos y definitivos, ni que estas concepciones sean las
únicas imperantes.
Los genes tienen diferente longitud y no están ubicados en forma equidistante. Cada gen es una
porción de una molécula de DNA y no tiene extremos físicos. Los extremos están dados por
cambios en la calidad de la información, los genes no son contiguos, sino que están separados por
regiones no codificantes de DNA. Algunos están agrupados y otros aislados en diferentes regiones
del cromosoma.
Una de las posibles definiciones de gen corresponde a todo segmento de DNA que se
encuentra luego de un promotor y que puede ser transcrito por una RNA polimerasa y
originar un RNA funcional (mRNA, rRNA, tRNA, snRNA, ribozima y otros tipos de RNA).
Como se observa, muchos genes codifican RNA que nunca se traducen en proteínas, como los
tRNA, los rRNA y los RNA que forman parte de los snRNP. Así, las definiciones clásicas no se
ajustan a los conocimientos actuales.
Los nuevos procedimientos y modelos de la biología molecular nos llevan a revisar
constantemente los conceptos y definiciones que alguna vez resultaron útiles. Esto demuestra,
una vez más, que la biología molecular, tanto como las otras ramas de la biología, es una ciencia
que se construye por medio de un proceso de cuestionamiento permanente, formulando
modelos que siempre serán perfectibles. A su vez, es importante considerar que la biología
molecular brinda un nivel de aproximación de los fenómenos biológicos, pero que existen otros
niveles de organización que influyen y son influidos por los fenómenos que ocurren a nivel de las
bases moleculares de vida.
Los genes que contienen la información para la producción regulada de enzimas y
proteínas estructurales permiten controlar las reacciones bioquímicas y la forma de los
organismos.
El material genético se manifiesta dando forma y función a las proteínas, y debe replicarse con la
suficiente fidelidad como para asegurar la continuidad de las especies, pero al mismo tiempo
permitir algunos cambios (variaciones) que sirven de sustrato para la evolución.
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8. 3. RELACIÓN ENTRE GENOTIPO Y FENOTIPO
Primero se definirán ambos términos.
 Genotipo: corresponde a la constitución genética de una sola célula o de un organismo con
referencia a una sola característica o a un conjunto de características; la suma total de todos
los genes de un individuo.
 Fenotipo: corresponde a las características observables de un organismo que resulta de las
interacciones entre el genotipo y el ambiente.
La relación de genotipo y fenotipo en sus distintos niveles se presenta en la siguiente secuencia
de conceptos:
El fenotipo de un organismo depende del fenotipo de sus partes, que a su vez está determinado
por el fenotipo de sus células componentes.
El fenotipo de una célula está determinado por su química interna, que es controlada por las
enzimas que catalizan sus reacciones metabólicas.
La función de una enzima depende de su estructura tridimensional específica, además depende
de su secuencia lineal específica de aminoácidos.
Las enzimas y las proteínas estructurales, presentes en una célula, están determinadas por el
genotipo de la célula.
Los genes especifican la secuencia lineal de aminoácidos en las proteínas y por lo tanto los
genes determinan el fenotipo.
El fenotipo está determinado por el genotipo más la acción ambiental.
El genoma humano es la totalidad de la información del Homo sapiens, es decir, la
secuencia de ADN contenida en 23 pares de cromosomas en el núcleo de
cada célula humana diploide y la secuencia del ADN mitocondrial.
4. FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
F. Crick enunció lo que él llamó “el dogma central”, según el cual la información fluye del DNA a
las proteínas en una única dirección.
transcripción traducción
DNA RNA Proteínas
Así, el genotipo determina el fenotipo, dictando la composición de las proteínas. F. Crick fue
criticado por utilizar el término “dogma” ya que un dogma es algo que no se pone en duda. El
científico reconoció más tarde que debió llamarlo hipótesis central.
Una gran diversidad de experimentos han demostrado que el dogma se cumple, salvo en unas
pocas excepciones. La principal excepción corresponde a la transcripción inversa, en la cual la
información codificada por ciertos virus que contienen RNA se transcribe al DNA por la acción de la
enzima transcriptasa inversa. Por ello el dogma o hipótesis central hoy se presenta así.
transcripción traducción
replicación DNA RNA Proteínas
(transcriptasa
inversa)
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9. TRANSCRIPCIÓN O SÍNTESIS DEL RNA
La transcripción consiste en la síntesis de una molécula de RNA a partir de una de las cadenas del
DNA; esta cadena se denomina complementaria, molde, no-codificadora o templado; la otra
hebra del DNA se denomina no complementaria o codificadora (Figura 5).
5’
RNA transcrito
cadena de DNA transcrita
RNA polimerasa Región promotora
DNA
5’ 3’
3’ 3’
5’
Sentido de la transcripción
Reenrollamiento
Desenrollamiento del DNA
del DNA
cadena de DNA no transcrita
5’ 5’
3’ DNA
5’ 3’ 3’ 3’ 5’
Figura 5. Representación del proceso de transcripción. Observe que la dirección de la trascripción siempre
es de 5´ a 3´, es decir, la elongación o crecimiento de la molécula de RNA es siempre por el extremo 3´.
Es importante destacar que los RNA que se sintetizan a partir de un fragmento de hebra molde o
templada de DNA puede terminar como: RNA mensajero, RNA de transferencia y/o RNA
ribosomal; estos dos últimos no llevan información genética para la síntesis de una proteína,
pero son imprescindibles en el proceso.
Cuestiones básicas sobre la síntesis de RNA:
Todos los RNAs se sintetizan por medio de reacciones catalizadas por RNA polimerasas,
gracias a la información contenida en el DNA que sirve de patrón o molde. La dirección
de la transcripción siempre va en el sentido 5’ a 3’.
La síntesis se produce por complementariedad de bases. La cadena de RNA que se forma
es complementaria a un fragmento de una de las cadenas de DNA. En la cadena de RNA
no aparecerá la base timina que será sustituida por uracilo.
Existen notables diferencias en la transcripción de células procariontes y eucariontes.
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10. Etapas de la transcripción:
Se estudió inicialmente en Escherichia coli y el proceso consta de cuatro fases:
A) Iniciación o ensamblaje de moléculas.
B) Elongación o crecimiento de la molécula de RNA.
C) Terminación o conclusión de la cadena de RNA.
D) Maduración o transformación del RNA transcrito.
Se hará un breve análisis de cada una de ellas.
A) Iniciación
La RNA polimerasa se une fuertemente cuando entra en contacto con una secuencia específica de
DNA, llamada promotor. En el promotor se encuentran dos cortas secuencias situadas entre -35
y -10 nucleótidos del inicio (0) de la transcripción. La misión de las secuencias promotoras es
indicar dónde se inicia la transcripción, en cuál de las dos hebras del DNA y en qué lugar (Figura
6).
DNA
-35 -10 0
-
TTGACA TATATT
10
Inicio de la transcripción
Figura 6. Centros promotores y sitio de inicio de la transcripción en la hebra molde o templado de DNA.
B) Elongación
Después de unirse al promotor, la RNA polimerasa abre una región localizada de la doble hélice,
de forma que expone los nucleótidos de ambas cadenas de una pequeña zona del DNA. Una de las
dos cadenas expuestas del DNA actúa como patrón para el apareamiento de las bases
complementarias y se inicia la formación de una cadena de RNA. De esta forma, la cadena de
RNA va creciendo nucleótido a nucleótido en dirección 5’ a 3’ (Figura 7). El proceso de elongación
de la cadena continúa hasta que la enzima encuentra una segunda secuencia especial del DNA, la
señal de terminación.
Durante la elongación de la cadena de RNA, la polimerización alcanza una velocidad
de 30 nucleótidos por segundo a 37º C. Por consiguiente, una cadena de RNA de
5.000 nucleótidos tarda unos tres minutos en sintetizarse.
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11. Figura 7. Síntesis de una molécula de mRNA.
C) Terminación
Existen diversas señales de terminación en el DNA molde que son secuencias que desencadenan
la separación de la enzima RNA polimerasa de la cadena molde y del RNA transcrito.
D) Maduración
En procariontes el RNA mensajero, antes de terminar el proceso de transcripción empieza a
ser traducido, por lo tanto no necesita de maduración, habitualmente son policistrónicos. Los
RNA ribosomal y de transferencia se forman a partir de transcritos primarios. La maduración
consiste en modificaciones tales como rupturas de la cadena y añadidos de nucleótidos (-CCA)
en el extremo terminal 3’. Un solo tipo de RNA polimerasa permite transcribir todos los tipos de
RNA y es distinta a las observadas en eucariontes.
En eucariontes cada gen eucariota se transcribe separadamente (monocistrónico), con un
control transcripcional independiente para cada uno. Las células eucariontes poseen tres tipos
distintos de RNA polimerasas cada una de los cuales es responsable de la transcripción de los
diferentes tipos de RNA: La RNA polimerasa I transcribe el rRNA (RNA ribosomal) la RNA
polimerasa II el pre –mRNA y algunos snRNAy la polimerasa III el tRNA.
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12. Los distintos RNA transcritos en los eucariontes presentan una serie de especializaciones no
encontradas en procariontes. A medida que transcurre la transcripción, las moléculas de mRNA,
llamadas transcritos primarios, son modificadas. Esto ocurre antes de que sean transportadas
al citoplasma, que es el sitio donde ocurre la traducción. Las modificaciones son varias e incluyen:
1. Adición del CAP: Un nucleótido modificado (CAP) se añade al extremo 5’ del mensajero.
Este “casquete” es imprescindible para la unión del mRNA al ribosoma y protege al mRNA de
la degradación.
2. Poliadenilación: En el extremo 3’ del mRNA hay una secuencia señal (AAUAAA) a la que se
unen factores específicos y la enzima poli-A polimerasa. Esta enzima estimula la escisión en
un sitio ubicado 10 a 35 nucleótidos hacia el extremo 3’ de la señal. Luego, la enzima
agrega, de a uno, una cola de ribonucleótidos de adenina (cola de poli-A) y así se genera el
extremo 3’ del mRNA maduro. Esta cola de poli-A, contiene 200-250 nucleótidos y parecería
que influyen en la estabilidad y en la capacidad de que los mRNA sean traducidos en el
citoplasma.
3. Corte y empalme o splicing: Durante la transcripción, el mRNA sufre un proceso de corte
y eliminación de secuencias que no llevan información llamadas intrones, y el
posterior empalme de los exones; secuencias que si llevan información. En un primer paso
se unen al mRNA inmaduro unas pequeñas partículas de RNA nucleares asociadas con
proteínas denominadas snRNP (del inglés, small nuclear ribonucleo-protein particles). Las
snRNP se unen a secuencias cortas ubicadas entre los intrones y los exones. Luego se
añaden más proteínas y forman un gran complejo con el RNA que se denomina spliceosoma.
Además de desempeñar funciones de reconocimiento de esas secuencias, las snRNP llevan a
cabo funciones catalíticas.
Figura 8. Procesamiento del mRNA en eucariontes.
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13. El proceso de splicing, catalizado por spliceosomas, ocurre solo en organismos eucariotas. Las
secuencias que se eliminan son los intrones, mientras que las secuencias que permanecen y
forman parte del mRNA maduro son los exones.
En muchos casos, un mismo
transcrito primario o pre mRNA
(RNA heteronuclear) puede ser
procesado por splicing en más de
una forma. Este empalme
alternativo permite obtener
moléculas de mRNA maduro
diferentes a partir de moléculas
de mRNA inmaduro originalmente
idénticas, lo cual da por resultado
polipéptidos con distintas
funciones; un mismo gen puede
producir una proteína en un
tejido y otra distinta en otro
tejido.
Esto es posible porque algunos
genes producen moléculas de
pre-mRNA que tienen múltiples
patrones de empalme. Se ha
observado que estos pre-mRNA
presentan un segmento que
puede ser Intrón o Exón. Este
procesamiento diferencial del RNA
nuclear permite, a las células de
cada tejido, producir su propia
versión de mRNA correspondiente
al gen específico (Figura 9).
Figura 9. Procesamiento diferencial del RNA mensajero.
El investigador Thonas R. Cech y sus colaboradores, en los Estados Unidos, estudiando el splicing
del rRNA en un ciliado de agua dulce llamado Tetrahymena, encontraron que en estos organismos
unicelulares eucariontes el propio intrón del rRNA inmaduro actúa como catalizador de la escisión
y el empalme, es decir, se produce un empalme autocatalítico. Esta secuencia de RNA se pliega
formando una estructura compleja que funciona como enzima, que se ha denominado ribozima.
Se han encontrado otros ejemplos de empalme autocatalítico en varios organismos, en RNA
codificados por genes mitocondriales o de cloroplastos, en algunos genes nucleares de eucariontes
unicelulares y en algunos genes de bacteriófagos, pero no en eucariontes multicelulares.
De gran importancia es el hecho que los genes eucariontes poseen en su estructura exones
e intrones, situación no observada en procariontes. El número de intrones varía para cada
gen, sin embargo, su número aumenta a medida que el organismo es más complejo y de
reciente evolución. Se ha propuesto que los intrones promueven la recombinación genética
(vía crossing-over), y por lo tanto aumentan la velocidad de evolución (de cambio).
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14. GENES INTERRUMPIDOS POR INTRONES
En las células eucariontes existen secuencias llamadas intrones que interrumpen a los
exones. Estos intrones se transcriben a moléculas de ARN, pero se escinden antes de la
traducción en proteínas por medio del proceso corte y empalme; los exones en cambio
persisten en ADN maduro. El número y tamaño de los intrones por gen varía
considerablemente: por ejemplo el gen que codifica la ovoalbúmina, una proteína muy
abundante de los huevos de las aves posee siete intrones largos, mientras el gen para una
de las subunidades de la hemoglobina en mamíferos, la flobina beta tiene solo dos
intrones. A continuación se presenta un trabajo de hibridación de un fragmento de DNA
con su ARN mensajero maduro, que pone en evidencia los siete intrones.
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15. 5. CÓDIGO GENÉTICO
El código genético es el “diccionario” usado para lograr la traducción de la información genética,
escrita en lenguaje nucleotídico de cuatro bases nitrogenadas, a un “idioma” aminoacídico
escrito con un abecedario de veinte letras. Los veinte aminoácidos que encontramos formando
parte de las proteínas de un ser vivo, están representados en el código genético de la agrupación
de tres bases nucleotídicas (triplete o codón) de las cuatro existentes. Este código fue “descifrado”
por Marshall, Nirenberg, Heinrich Matthaei, Robert Holley y Har Gobind Khorana, 10 años
después que James D. Watson y Francis Crick “desentrañaran” el misterio de la estructura del
DNA.
Cada triplete constituye un codón; existen en total 64 codones; 61 de ellos codifican
aminoácidos y 3 son codones de término para el cese de la traducción. Tal cantidad deriva de una
relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G) se combinan de a tres, por lo que
pueden generarse 64 (43) combinaciones; en cambio la relación de 41 o 42 nucleótidos, no
permitirá generar una cantidad adecuada de combinaciones para codificar los 20 aminoácidos.
El código genético es universal, degenerado (redundante) y no traslapado.
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16. 6. TRADUCCIÓN O SÍNTESIS DE LAS CADENAS POLIPEPTÍDICAS
La síntesis de las cadenas polipeptídicas es la segunda etapa observada en el dogma central, y es
el proceso por el cual la información lineal, escrita con cuatro letras (A, U, G, C), se traduce en
información tridimensional, escrita con 20 letras (20 aminoácidos). Si bien esta etapa es, en sus
fundamentos, similar entre procariontes (bacterias) y eucariontes, existen diferencias que serán
mencionadas a medida que se avance en el desarrollo del tema.
mRNA, el transportador de la información
El mRNA es la molécula responsable de transportar la información lineal, que debe traducirse a
información tridimensional (proteínas). En bacterias, el mRNA es traducido, sin mayor
modificación, aun cuando su síntesis no haya concluido. Por esto, se puede decir que en bacterias
la transcripción y traducción son eventos paralelos, que ocurren en un mismo compartimiento (en
el citoplasma celular). En el caso de los eucariontes, los eventos de transcripción y traducción se
hallan separados, espacial y temporalmente.
Los mRNA se sintetizan fundamentalmente en el núcleo de la célula eucarionte y se combinan con
diversas proteínas, formando complejos ribonucleoproteicos heterogéneos nucleares o hnRNP.
Ribosoma, “la fábrica de proteínas”
Microscópicamente, la estructura sub-celular relacionada con la síntesis proteica es un corpúsculo
denominado ribosoma (Figura 10). Esta estructura está formada por una sub-unidad menor y una
mayor.
La sub-unidad menor presenta el sitio de reconocimiento y unión al mRNA y la sub-unidad
mayor posee la enzima que efectúa la unión peptídica (peptidil transferasa) y los sitios para los
tRNA, denominados: sitio P (por peptidil), sitio A (por aminoacil) y sitio E (por exit, salida)
Figura 10.
Subunidad mayor
Subunidad
ribosomal
mayor
Sitio
Sitio P Sitio
E A
Subunidad E P A
menor Sitio de unión
del ARNm
P
Subunidad menor
del ribosoma
Figura 10. Anatomía de un ribosoma.
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17. tRNA, el vehículo de los aminoácidos
Los tRNA son las moléculas adaptadoras que permiten traducir el código de nucleótidos a
aminoácidos para la síntesis de proteínas. Reconocen tripletes de nucleótidos (codones) por un
extremo de su molécula (anticodón) y en el otro extremo (3’) llevan un determinado
aminoácido, que la maquinaria traduccional (el ribosoma) se encarga de unir covalentemente con
otros aminoácidos, siguiendo en este caso el molde de tripletes que trae el mRNA. Figura 11.
Aminoácido leucina
A nt ic od ó n
Codón
Figura 11. Codón y anticodón.
Aminoacil-tRNA sintetasa, una enzima clave
El aminoácido se une a su correspondiente tRNA por la acción de una enzima llamada aminoacil-
tRNA sintetasa.
Cada aminoácido se activa por su aminoacil-tRNA sintetasa correspondiente. Hay 20 enzimas
distintas ,una para cada aminoácido.
Aminoácido + ATP + tRNA Aminoacil + tRNA + AMP + PPi
Aminoacil + tRNA sintetasa
Algunos investigadores se refieren a esta reacción como la carga del tRNA. La energía usada en
la carga del aminoácido a su correspondiente tRNA, queda depositada en la unión química entre el
aminoácido y el tRNA. Esta energía será utilizada posteriormente por la actividad de la peptidil
transferasa presente en la subunidad mayor del ribosoma para la formación del enlace peptídico.
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18. Etapas de la síntesis de cadenas polipeptídicas
En términos generales, se puede afirmar que la traducción es similar en procariontes y
eucariontes, salvo algunas particularidades que los diferencian. En las secciones siguientes se
concentrará la explicación en la maquinaria traductora de la bacteria Escherichia coli. En dichas
secciones, se mencionarán las diferencias con el sistema eucarionte.
A) Iniciación
Es la unión de la subunidad menor a la región del mRNA que contiene el codón de inicio AUG.
Posteriormente se une el tRNA iniciador cargado con el residuo N-formilmetionina. Por este
motivo, el primer aminoácido incorporado durante la síntesis de muchas proteínas bacterianas es
una metionina modificada, la N-formilmetionina (Figura 12).
El inicio es algo diferente en los eucariontes, donde el mRNA es reconocido por la subunidad
menor solo cuando ésta ha unido previamente la molécula de tRNA iniciador cargado con el
residuo aminoacídico metionil, y algunos factores de iniciación eucarióticos.
Figura 12. Formación del complejo de iniciación.
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19. B) Elongación
El proceso de elongación de la cadena polipeptídica sobre un ribosoma se puede considerar como
un ciclo de tres etapas (Figura 13):
1) El tRNA cargado que se introduce en el sitio A, vacío, quedará cerca de la N-fornilmetionil-
tfMetRNA, que está localizada en el sitio P.
2) Formación del primer enlace peptídico cuando la N-formilmetionina del tRNA iniciador se une
al residuo aminoacídico unido al segundo tRNA ubicado en el sitio A. El ribosoma se desplaza
tres nucleótidos en dirección del extremo 3´ del mRNA, quedando libre un nuevo sitio A.
3) Los procesos citados se repiten de forma sucesiva codón tras codón. Se calcula que se agregan
a la cadena, en promedio, cinco aminoácidos por segundo, deteniéndose la incorporación
cuando al sitio A llega alguno de los codones de término.
Figura 13. Elongación de la cadena polipeptídica.
C) Terminación
En esta etapa, el sitio A del ribosoma es abordado por alguno de los codones de término y
ocupado por un factor de terminación, RF en las bacterias y eRF (eucaryotic releasing factor) en
eucariontes. La cadena polipeptídica terminada se libera del último tRNA. Se disocian las sub-
unidades ribosomales y el mRNA, quedando disponibles la subunidades ribosomales para ser
utilizados en una nueva síntesis (Figura 14).
Figura 14. Terminación de la traducción.
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20. Traducción y Polirribosomas
Tanto en las células procariontes y eucariontes las moléculas de mRNA se traducen por la
acción de múltiples ribosomas, las estructura resultante –un mRNA con varios ribosomas -se
denomina polirribosa o polisoma. Cada ribosoma se une sucesivamente al sitio que une
ribosomas en el extremo 5’ del mensajero y se mueve hacia el extremo 3’; el polipéptido
asociado con cada ribosoma progresivamente se torna más largo a medida que el ribosoma
se mueve sobre el mRNA.
En las células procariontes la transcripción y traducción son simultáneas; por tanto, pueden
unirse múltiples ribosomas al extremo 5’ del mRNA, mientras que la transcripción aun está en
proceso en el extremo 3’.
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21. 7. MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES
Las mutaciones en los organismos unicelulares se transmiten necesariamente a la descendencia.
En los organismos pluricelulares solo se transmite a la descendencia una mutación si esta ocurre
en las células germinales, es decir, aquellas que darán lugar a gametos.
En las mutaciones génicas se afecta la secuencia de pares de bases de un gen, estas mutaciones
pueden ser consecuencia de: sustituciones, adiciones o deleciones.
Sustituciones: se cambia una base por otra, según sea el problema causado, se clasifican
como: neutras, con sentido erróneo y sin sentido.
 Neutras: al cambiar la base, cambia el triplete pero codifica el mismo aminoácido
 Con sentido erróneo: al cambiar una base cambia el triplete y este codifica otro aminoácido.
 Sin sentido: aparece un triplete de término que pone fin a la síntesis de la proteína por adelantado.
Tipo de Sustituciones
Mensaje original
ADN 3’ TAC TCA AAC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU UUG UGC UAU
Proteína met ser leu cys tyr
Sustitución neutra
ADN 3’ TAC TCA GAC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU CUG UGC UAU
Proteína met ser leu cys tyr
Con sentido erróneo
ADN 3’ TAC TCA AGC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU UCG UGC UAU
Proteína met ser ser cys tyr
Sin sentido
ADN 3’ TAC TCA ATC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU UAG UGC UAU
Proteína met ser Stop
21

22. Deleción y Adición de bases: En estos tipos de mutaciones puntuales se corre el marco de
lectura de los tripletes del ARNm, y aparecen proteínas muy distintas .En la deleción se pierde
un par de bases del DNA indicándose en el esquema con una flecha la perdida correspondiente a
la base de la hebra molde y en la adición se incorpora un par de bases en el ADN, también
indicándose en el esquema con una flecha la base que se adicionó en la hebra molde.
DELECIÓN
Mensaje original
ADN 3’ TAC TCA AAC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU UUG UGC UAU
Proteína met ser leu cys tyr
C
ADN 3’ TAC TCA AA A CGA TA...
ARN 5’ AUG AGU UUU GCU AU
Proteína met ser phe ala
ADICIÓN
Mensaje original
ADN 3’ TAC TCA AAC ACG ATA
ARN 5’ AUG AGU UUG UGC UAU
Proteína met ser leu cys tyr
ADN 3’ TAC TCA CAA CAC GAT …..A
ARN 5’ AUG AGU GUU GUG CUA….. U
Proteína met ser val val leu
22

23. TRANSCRIPCIÓN INVERSA: Infección por Retrovirus
El retrovirus, corresponde a una inversión del flujo habitual de la información del ADN y RNA La
enzima que la realiza es la transcriptasa inversa, el genoma retroviral, que en una cadena
simple de ARN, que codifica esta enzima y unas pocas moléculas de enzima son empaquetadas
juntas con el genoma de ARN en cada virus.
En el ciclo vital del retrovirus (figura 15), cuando el genoma de ARN de cadena simple entra a la
célula, la transcriptasa inversa que lleva consigo produce, una cadena de ADN complementaria
para formar una doble hélice híbrida ADN/ARN. La cadena de ARN es eliminada y la transcriptasa
inversa ahora sintetiza una cadena complementaria para producir una hélice de ADN. Este ADN,
luego es integrado al genoma del huésped por una enzima integrasa codificada por el virus. En
este estado el virus está latente: cada vez que la célula huésped se divide, pasa una copia
del genoma viral integrado a sus células progenitoras. (Lisogenia)
INTEGRACIÓN DE
LA COPIA DE DNA
EN EL CROMOSOMA
HUÉSPED
DNA DNA integrado
DNA
LA TRANSCRIPTASA RNA
REVERSA FORMA UNA
DOBLE HÉLICE DE DNA/RNA DNA
Y LUEGO DE DNA/DNA TRANSCRIPCIÓN
muchas
envoltura
RNA copias
cáspide transcriptasa de RNA
reversa
TRADUCCIÓN
Proteínas de la cáspide ENSAMBLE DE MUCHAS
PARTÍCULAS VIRALES
INGRESO EN LA + NUEVAS, CADA UNA CON
CÉLULA Y PÉRDIDA Proteínas de la envoltura TRANSCRIPTASA REVERSA
DE LA ENVOLTURA + EN LA CUBIERTA PROTEICA
Transcriptasa reversa
Figura 15. El ciclo vital de un retrovirus incluye la transcripción reversa y la integración en el genoma del
huésped.
La replicación de un retrovirus - que puede ocurrir mucho tiempo después de su integración en el
genoma del huésped – es el copiado del ADN viral integrado en ARN por la enzima de la célula
huésped, que puede producir gran cantidad de ARN de cadena simple idénticos al genoma
infectado original. Los genes virales luego son expresados por la maquinaria de la célula huésped
para producir la cubierta proteica, la envoltura de proteínas y la transcriptasa inversa,
ensambladas todas con el genoma del ARN en nuevas partículas virales.
El agente causal del SIDA, es un retrovirus – VIH, como sucede con otros retrovirus, el genoma
del VIH puede persistir en estado latente como un provirus de ADN insertado en una célula
infectada.
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24. RNA genómico
Proteínas de la envoltura
Cápsula
La transcriptasa reversa La envoltura viral proviene
es una enzima capaz de de la célula infectada
sintetizar DNA a partir
de un molde de RNA
Figura 16. Esquema del virus VIH, mostrando su cápside y su membrana.
Cuadro 1. Virus que causan enfermedades en humanos.
VIRUS TIPO DE GENOMA ENFERMEDAD
Virus del herpes simple DNA de doble cadena herpes labial recurrente
Virus de Epstein-Barr (EBV) DNA de doble cadena mononucleosis infecciosa
Virus varicela-zoster DNA de doble cadena varicela y herpes
Virus de la viruela DNA de doble cadena viruela
DNA parte de doble
Virus de la hepatitis B cadena, parte simple hepatitis sérica
Virus de la inmunodeficiencia síndrome de inmunodeficienda
humana (HIV) RNA de cadena simple adquirida (SIDA)
Virus de la gripe tipo A RNA de cadena simple enfermedad respiratoria (gripe)
Poliovirus RNA de cadena simple parálisis infantil
Rinovirus RNA de cadena simple resfriado común
Virus de la hepatitis A RNA de cadena simple hepatitis infecciosa
Virus de la hepatitis C RNA de cadena simple hepatitis C
Virus de la fiebre amarilla RNA de cadena simple fiebre amarilla
Virus de la rabia RNA de cadena simple rabia
Virus de la parotiditis RNA de cadena simple parotiditis
Virus del sarampión RNA de cadena simple sarampión
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25. GLOSARIO
Codón (triplete): Secuencia de tres nucleótidos en el mRNA que codifica para un aminoácido.
Expresión génica: Proceso por el cual la información codificada en los genes se convierte en las
estructuras operacionales presentes en las células. Los genes expresados incluyen a aquellos que
han sido transcritos a mRNA y luego traducidos a proteínas y aquellos que han sido transcritos a
RNA pero no traducidos a proteínas (p.ej. tRNA y rRNA).
Exón: Porción de una molécula de DNA en eucariontes que codifica parte de un polipéptido.
Genes: Unidades hereditarias que conforman los cromosomas. Estos segmentos específicos de
DNA controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia
de bases de DNA que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos.
Inserción: Tipo de mutación en la cual se intercalan una o más bases de DNA en una secuencia
de bases de DNA preexistente. Esto produce un corrimiento del marco de lectura en el proceso
de síntesis proteica dando, por lo general, como resultado una proteína alterada.
Intrón: La secuencia de bases de DNA en eucariontes que interrumpe la secuencia de un gen que
codifica para una proteína, esta secuencia se transcribe al mRNA pero en un proceso de "corte y
empalme" se separa del mismo antes que el mRNA sea traducido a proteína.
Mutación: El cambio de un gen de una forma alélica a otra, cambio que resulta heredable.
Modificación hereditaria del material genético espontánea o inducida.
Mutágeno: Agente desencadenante de mutaciones.
Polimerasa (DNA o RNA): Enzimas que catalizan la síntesis de ácidos nucleicos en base a
templados preexistentes, utilizando ribonucleótidos para el RNA y desoxirribonucleótidos para el
DNA.
Promotor: Sitio del DNA donde se unirá la RNA polimerasa para iniciar la transcripción.
RNA (ácido ribonucleico): Ácido nucleico formado por una cadena polinucleotídica. Su
nucleótido, consiste en una molécula del azúcar ribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro
bases nitrogenadas: adenina, uracilo, citosina y guanina.
RNA mensajero: "Molde" para la síntesis proteica que es copiado de una de las hebras de DNA y
que se traduce en los ribosomas en una secuencia proteica. Se abrevia mRNA.
RNA polimerasa: Complejo enzimático que cataliza la síntesis de RNA (transcripción) utilizando
como molde la cadena de una molécula de DNA. En eucariontes existen tres RNA polimerasas: la I
sintetiza rRNA de gran tamaño; la II es la que forma al mRNA; y la III se encarga de transcribir
rRNA pequeños y tRNA.
Secuencia de bases: el orden de las bases de los nucleótidos en una molécula de DNA.
Traducción: La síntesis de una proteína sobre un "molde" de mRNA, consiste en tres etapas:
iniciación, elongación y terminación.
Transcripción: síntesis de RNA.
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26. Preguntas de selección múltiple
1. Se presenta un codón y su anticodón complementario
Sentido de la traducción
Al respecto es correcto afirmar que
I) el anticodón de izquierda a derecha necesariamente va de 3’ a 5’
II) el aminoácido que trae el ARN de transferencia está codificado en el ARN
mensajero.
III) las bases complementarias del codón y anticodón se unen por puentes de
hidrógeno.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo I y III.
D) Solo II y III.
E) I, II y III.
2. ¿Cuál de los siguientes procesos ocurre en los cloroplastos y no en las mitocondrias?
A) Formación de ATP.
B) Replicación del DNA.
C) Síntesis de proteínas.
D) Transcripción de genes.
E) Liberación del oxígeno.
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27. 3. El siguiente diagrama representa el proceso de transcripción. Con los números, se indican
diferentes estructuras. Señale la alternativa incorrecta
A) I: RNA en transcripción.
B) II: cadena de DNA molde.
C) III: doble cadena híbrida.
D) IV: codón de inicio AUG.
E) V: cadena codificadora.
4. En el proceso de transcripción de las células eucariontes, el transcrito primario de ARN
I) posee exones e intrones.
II) siempre se elonga por el extremo 3’.
III) sale al citoplasma una vez que ha madurado.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
5. Si el código genético estuviese especificado por codones constituidos por secuencias de dos
nucleótidos, ¿cuántos aminoácidos, como máximo, podrían ser especificados en tal lenguaje
genético?
A) 64 aminoácidos.
B) 61 aminoácidos.
C) 20 aminoácidos.
D) 16 aminoácidos
E) 4 aminoácidos.
6. ¿En cuál célula es posible que NO se realice el proceso de transcripción?
A) neurona.
B) célula hepática.
C) célula muscular.
D) célula pancreática.
E) glóbulo rojo maduro.
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28. 7. Los dibujos siguientes ilustran cuatro de los seis codones que codifican al aminoácido leucina
(Leu). Los dos de la izquierda se aparean con un mismo anticodón, igual que el par de
codones de la derecha. Ello es posible porque
Leu Leu Leu Leu
5’ 5’ 5’ 5’
GAG GAG GAU GAU
CUC CUU CUA CUG
5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’
I) el código genético se modifica.
II) el ARN mensajero experimenta mutaciones puntuales.
III) la primera base de los anticodones suele ser “adaptable”.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y II.
E) I, II y III.
8. En una célula eucariótica no se sintetiza en el citoplasma
A) ARN polimerasa.
B) ADN polimerasa.
C) histonas básicas.
D) ARN de transferencia.
E) proteínas estructurales.
9. Si el codón del ARN mensajero es 5’ CGU 3’, el anticodón complementario es
A) 5’ GCA 3’
B) 5’ GCT 3’
C) 3’ GCA 5’
D) 3’ CGU 5’
E) 3’ GCT 3’
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29. 10. En un trabajo hipotético se presenta un transcrito primario de ARN, encuentre los segmentos
de ADN indicados con números, la secuencia correcta en que debió haber sido transcrito
5’ UUAUGCGAGGAACGUAACC 3’
I II III
5’ AATACGC 3’ 3’ AATACGC 5’ 3’ TCCTTGCA 5’
IV V VI
5’ TCCTTGCA 3’ 3’ TTGG 5’ 3’ AACC 5’
A) segmento I, II y V
B) segmento II, III y V
C) segmento I, III y VI
D) segmento II, IV y VI
E) segmento I, IV y VI
11. El código genético es degenerado porque más de un
A) codón codifica para el mismo aminoácido.
B) aminoácido es codificado por el mismo codón.
C) codón codifica para el fin de la transcripción.
D) codón codifica para el fin de la traducción.
E) codón codifica para inicio de la traducción
12. La secuencia de una hebra codificadora es
5’ CGC AAA TCT GCA 3’
Al respecto la secuencia en el transcrito primario (ARN) debería ser
A) 5’ GCG UUU UCU CGA 3’
B) 5’ CGC AAA UCU GCA 3’
C) 3’ CGC UUU UCU GCA 5’
D) 3’ GCG TTT AGA CGT 5’
E) 3’ CGC AAA UCU GCA 5’
13. ¿Cuál(es) de las siguientes moléculas está relacionada con la transcripción?
I) ARN mensajero.
II) ADN polimerasa.
III) ARN polimerasa.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo I y II.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
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30. 14. Se estudió la expresión de un gen bacteriano que codifica para una enzima oxidativa,
determinando la cantidad de su RNA mensajero sintetizado en diferentes condiciones de
aerobiosis y en anaerobiosis, según muestran los siguientes resultados:
A partir de estos resultados se puede concluir correctamente que
I) a mayor temperatura mayor síntesis de ARN.
II) la enzima oxidativa formada tiene mayor actividad en anaerobiosis.
III) en presencia de un 100% de O2 la velocidad de transcripción es menor.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
15. ¿Cómo se llama la mutación en que un cromosoma pierde parte de su estructura y contenido
génico?
A) adición.
B) deleción.
C) inversión.
D) sustitución.
E) translocación.
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31. RESPUESTAS
Preguntas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Claves E E D E D E C D C B A B D D B
DMDO-BM33
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