El código genético, expresado en codones, es un sistema de codificación de información sobre la estructura de las proteínas, inherente a todos los organismos vivos del planeta. Su decodificación tomó una década, pero el hecho de que exista, la ciencia lo comprendió durante casi un siglo. La universalidad, la especificidad, la unidireccionalidad y, especialmente, la degeneración del código genético son de gran importancia biológica.
Historial de descubrimientos
El problema de codificar la información genética siempre ha sido clave en biología. La ciencia avanzó con bastante lentitud hacia la estructura matricial del código genético. Desde el descubrimiento por J. Watson y F. Crick en 1953 de la estructura de doble hélice del ADN, se inició la etapa de desentrañar la estructura misma del código, lo que impulsó la fe en la grandeza de la naturaleza. La estructura lineal de las proteínas y la misma estructura del ADN implicaban la presencia de un código genético como correspondencia de dos textos, pero escritos en alfabetos diferentes. Y sise conoció el alfabeto de las proteínas, luego los signos del ADN se convirtieron en objeto de estudio de biólogos, físicos y matemáticos.
No tiene sentido describir todos los pasos para resolver este acertijo. En 1964, C. Janowski y S. Brenner llevaron a cabo un experimento directo que probó y confirmó que existe una correspondencia clara y consistente entre los codones del ADN y los aminoácidos de las proteínas. Y luego, el período de descifrado del código genético in vitro (in vitro) utilizando las técnicas de síntesis de proteínas en estructuras libres de células.
El código de E. coli totalmente descifrado se hizo público en 1966 en un simposio de biólogos en Cold Spring Harbor (EE. UU.). Luego se descubrió la redundancia (degeneración) del código genético. Lo que esto significa se explicó de manera bastante simple.
La decodificación continúa
La obtención de datos sobre la decodificación del código hereditario se ha convertido en uno de los hechos más significativos del último siglo. Hoy, la ciencia continúa estudiando en profundidad los mecanismos de las codificaciones moleculares y sus características sistémicas y una sobreabundancia de signos, lo que expresa la propiedad de la degeneración del código genético. Una rama de estudio separada es la aparición y evolución del sistema de codificación del material hereditario. La evidencia de la relación entre los polinucleótidos (ADN) y los polipéptidos (proteínas) impulsó el desarrollo de la biología molecular. Y eso, a su vez, a la biotecnología, la bioingeniería, los descubrimientos en la selección y la producción de cultivos.
Dogmas y reglas
El dogma principal de la biología molecular: la información se transfiere del ADN a la informaciónARN, y luego de él a proteína. En sentido contrario, es posible la transmisión de ARN a ADN y de ARN a otro ARN.
Pero la matriz o base es siempre el ADN. Y todas las demás características fundamentales de la transmisión de información son un reflejo de esta naturaleza matricial de la transmisión. Es decir, la transferencia por síntesis en la matriz de otras moléculas, que se convertirán en la estructura de reproducción de la información hereditaria.
Código genético
La codificación lineal de la estructura de las moléculas de proteínas se lleva a cabo utilizando codones complementarios (tripletes) de nucleótidos, de los cuales solo hay 4 (adeína, guanina, citosina, timina (uracilo)), lo que conduce espontáneamente a la formación de otra cadena de nucleótidos. El mismo número y complementariedad química de nucleótidos es la principal condición para tal síntesis. Pero durante la formación de una molécula de proteína, no hay correspondencia entre la cantidad y la calidad de los monómeros (los nucleótidos de ADN son aminoácidos de proteínas). Este es el código hereditario natural: un sistema de registro en la secuencia de nucleótidos (codones) de la secuencia de aminoácidos en una proteína.
El código genético tiene varias propiedades:
- Tripletismo.
- Singularidad.
- Orientación.
- Sin superposición.
- Redundancia (degeneración) del código genético.
- Versatilidad.
Vamos a dar una breve descripción, centrándonos en el significado biológico.
Tripletidad, continuidad y semáforos
Cada uno de los 61 aminoácidos corresponde a un triplete semántico (triple) de nucleótidos. Tres tripletes no llevan información sobre el aminoácido y son codones de parada. Cada nucleótido de la cadena es parte de un triplete y no existe por sí solo. Al final y al principio de la cadena de nucleótidos responsable de una proteína, hay codones de parada. Comienzan o detienen la traducción (la síntesis de una molécula de proteína).
Específico, no superpuesto y unidireccional
Cada codón (triplete) codifica un solo aminoácido. Cada triplete es independiente del vecino y no se superpone. Un nucleótido puede incluirse en un solo triplete de la cadena. La síntesis de proteínas siempre va en una sola dirección, que está regulada por codones de terminación.
Redundancias del código genético
Cada triplete de nucleótidos codifica un aminoácido. Hay 64 nucleótidos en total, de los cuales 61 codifican aminoácidos (codones de sentido) y tres no tienen sentido, es decir, no codifican un aminoácido (codones de parada). La redundancia (degeneración) del código genético radica en el hecho de que en cada triplete se pueden realizar sustituciones: radicales (conducen al reemplazo de aminoácidos) y conservativas (no cambian la clase de aminoácidos). Es fácil calcular que si se pueden hacer 9 sustituciones en un triplete (posiciones 1, 2 y 3), cada nucleótido puede ser reemplazado por 4 - 1=3 otras opciones, entonces el número total de posibles opciones de sustitución de nucleótidos será 61 x 9=549.
La degeneración del código genético se manifiesta en el hecho de que 549 variantes son mucho más quenecesaria para codificar información sobre 21 aminoácidos. Al mismo tiempo, de 549 variantes, 23 sustituciones conducirán a la formación de codones de parada, 134 + 230 sustituciones son conservativas y 162 sustituciones son radicales.
La regla de la degeneración y la exclusión
Si dos codones tienen dos primeros nucleótidos idénticos y el resto son nucleótidos de la misma clase (purina o pirimidina), entonces llevan información sobre el mismo aminoácido. Esta es la regla de degeneración o redundancia del código genético. Dos excepciones, AUA y UGA, la primera codifica metionina, aunque debería ser isoleucina, y la segunda es un codón de parada, aunque debería codificar triptófano.
El significado de la degeneración y la universalidad
Son estas dos propiedades del código genético las que tienen el mayor significado biológico. Todas las propiedades enumeradas anteriormente son características de la información hereditaria de todas las formas de organismos vivos en nuestro planeta.
La degeneración del código genético tiene un valor adaptativo, como la duplicación múltiple del código de un aminoácido. Además, esto significa una disminución en el significado (degeneración) del tercer nucleótido en el codón. Esta opción minimiza el daño mutacional en el ADN, lo que conducirá a graves violaciones en la estructura de la proteína. Este es el mecanismo de defensa de los organismos vivos del planeta.
