Dogma Central y Código Genético

RNA en el Dogma Central

Importancia del RNA: El RNA es fundamental en el dogma central debido a su capacidad única para transferir información genética del DNA a la maquinaria de síntesis de proteínas. Actúa como intermediario clave en la expresión génica.
Proteínas: Las proteínas no almacenan información genética; en cambio, ejecutan una variedad de funciones esenciales, incluyendo funciones estructurales, enzimáticas y defensivas. Su estructura tridimensional les permite llevar a cabo estas funciones de manera eficiente y específica.
Información del RNA: El RNA, a diferencia de las proteínas, posee la capacidad de replicar DNA y, junto con el DNA, ambos almacenan información genética crucial para la vida y la herencia.

Proceso de Transcripción y Traducción

Transcripción y Splicing: El proceso de conversión de DNA a RNA mensajero implica la transcripción, donde se crea una copia de RNA a partir de una plantilla de DNA, seguido por el splicing, que elimina intrones no codificantes para producir un RNAm maduro.
Traducción: El RNA mensajero maduro se traduce en los ribosomas para sintetizar proteínas, utilizando el código genético para determinar la secuencia de aminoácidos.
Metionina Inicial en Proteínas: Todas las proteínas comienzan con metionina como su primer aminoácido, lo que indica su juventud o estado inmaduro. Sin embargo, la metionina puede ser escindida posteriormente en proteínas maduras.

Ventajas de la Metionina Inicial

Marcador de Juventud: La presencia de metionina en el extremo amino-terminal de una proteína indica que es recién sintetizada y aún no ha sufrido modificaciones postraduccionales.

Código Genético

Lectura por Codones: El código genético se lee por codones, que son tripletes de nucleótidos en el RNA mensajero que especifican un aminoácido particular o una señal de terminación.
RNA de Transferencia: El RNA de transferencia (tRNA) detecta codones específicos en el RNAm y transporta el aminoácido correspondiente para su incorporación en la cadena polipeptídica en crecimiento (e.g., AUG para metionina).
Número de Codones: Hay 64 codones posibles en el código genético, pero solo 61 codifican aminoácidos; los 3 restantes son codones de paro que señalan el fin de la traducción.
Codones de Inicio y Paro: El codón de inicio es AUG (metionina), que también inicia la traducción, y los codones de paro son UAA, UAG, UGA, que no codifican ningún aminoácido.
*Ejemplo de Codones de paro (Universidades): UAA (Universidad Autónoma de Aguascalientes), UAG (Universidad Autónoma de Guadalajara), UGA (Universidad de Guadalajara Autónoma).
Redundancia del Código: El código genético es redundante o degenerado, lo que significa que varios codones diferentes pueden codificar para un mismo aminoácido, lo que proporciona protección contra mutaciones.

Degeneración del Código Genético

No Especificidad: El código genético es degenerado, lo que significa que no es altamente específico. Múltiples codones pueden codificar para un solo aminoácido.
Ventajas de la Degeneración: La degeneración del código genético tiene varias ventajas, incluyendo la capacidad de absorber mutaciones silenciosas, permitiendo variaciones en la secuencia de DNA sin alterar el aminoácido resultante.
Polimorfismos: Polimorfismos de nucleótido único (SNPs) sirven como marcadores genéticos útiles en pruebas de paternidad y estudios de genética de poblaciones.

Mutaciones y Aminoácidos

Similitud de Codones: Cambios en la primera o segunda base de un codón tienen el potencial de alterar significativamente el aminoácido especificado, mientras que los cambios en la tercera base pueden ser silenciosos debido a la degeneración del código.
Impacto de Mutaciones: Mutaciones en la primera base de un codón suelen ser más drásticas que en la tercera base, debido a que la primera base a menudo determina la naturaleza del aminoácido.
Frecuencia de Mutaciones Dañinas: Solo una pequeña fracción del material genético en el genoma humano codifica proteínas, lo que reduce la probabilidad de que las mutaciones tengan un impacto perjudicial en la función de las proteínas.

Universalidad del Código Genético

Universalidad: El código genético es universal en la mayoría de los organismos vivos, lo que significa que los mismos codones codifican los mismos aminoácidos en bacterias, arqueas y eucariotas.
Variaciones: A pesar de su universalidad, existen ligeras variaciones en el código genético entre diferentes reinos y en algunos orgánulos, como las mitocondrias.

Regiones No Traducidas (UTR)

UTR: Las regiones no traducidas (UTR) son segmentos de RNA mensajero que se encuentran al inicio (5' UTR) y al final (3' UTR) de la secuencia codificante y no se traducen en aminoácidos.
Codón de Inicio: Después de las UTR, sigue el codón de inicio AUG, que marca el comienzo de la región codificante que se traducirá en una proteína.
Marcos de Lectura: La lectura correcta del código genético es crucial para la síntesis proteica, y desplazar el marco de lectura puede resultar en la producción de una proteína no funcional.

Inicio de la Traducción

Subunidades Ribosomales: Los ribosomas están formados por dos subunidades, una subunidad mayor y una subunidad menor, que se ensamblan durante la iniciación de la traducción.
Factores de Iniciación: Los factores de iniciación (1, 3, 4) desempeñan un papel crucial en el reclutamiento del RNAm y el tRNA iniciador al ribosoma, bloqueando la asociación prematura de las subunidades ribosomales y ayudando a montar el ribosoma en el codón de inicio.
Anticodón: El anticodón del tRNA iniciador (generalmente UAC) se une al codón de inicio (AUG) en el RNA mensajero, estableciendo el marco de lectura correcto para la traducción.
Complejo de Preiniciación: Se forma el complejo de preiniciación antes de que comience la traducción, que incluye el RNAm, el tRNA iniciador y varios factores de iniciación.

El Ribosoma y la Traducción

Sitios del Ribosoma: El ribosoma tiene tres sitios principales para la unión de tRNA: el sitio A (aminoacil), el sitio P (peptidil) y el sitio E (exit).
Sitio A (Access): El sitio A es el punto de entrada para los tRNA cargados con aminoácidos.
Sitio P (Peptidyl Transferase): En el sitio P, se forma el enlace peptídico entre el aminoácido en el tRNA en el sitio A y la cadena polipeptídica en crecimiento.
Sitio E (Exit): El sitio E es el punto de salida para los tRNA descargados después de que hayan entregado su aminoácido.
Iniciación con Metionina: Todas las proteínas inician con metionina como su primer aminoácido, y el tRNA iniciador se une al codón de inicio AUG para formar el complejo de preiniciación.
Elongación: Durante la elongación, el ribosoma se mueve a lo largo del RNA mensajero, permitiendo la adición secuencial de aminoácidos a la cadena polipeptídica en crecimiento.
Gasto de Energía: Se gasta GTP (guanosín trifosfato) para proporcionar la energía necesaria para el movimiento ribosomal y la formación de enlaces peptídicos.
Traducción Simultánea: Varios ribosomas pueden traducir un mismo RNA mensajero simultáneamente, formando polisomas, lo que aumenta la eficiencia de la síntesis proteica.
Ribosima: La actividad peptidil transferasa que cataliza la formación del enlace peptídico reside en el RNA ribosomal en el sitio P, lo que convierte al ribosoma en una ribosima.

Especificidad de los Aminoácidos

Aminoacil tRNA Sintetasas: Enzimas específicas (61 en total) que unen el aminoácido correcto al tRNA apropiado, asegurando que el aminoácido correcto se incorpore a la cadena polipeptídica en crecimiento. Estas enzimas juegan un papel fundamental en la fidelidad de la traducción.

Propiedades de los Aminoácidos

Polaridad y Carga: Los aminoácidos pueden ser clasificados según su polaridad (polares o no polares) y carga (ácidos, básicos o neutros), lo que influye en sus propiedades químicas y biológicas.
Interacciones: Las cargas y la polaridad de los aminoácidos influyen en cómo interactúan entre sí y con otras moléculas, incluyendo agua, lípidos y otras proteínas.
Ubicación de Proteínas: La composición de aminoácidos de una proteína determina su ubicación dentro de la célula o en las membranas celulares (p.ej., proteínas periféricas en membranas).

Influencia del pH

*PK: El valor de PK afecta la carga de las moléculas, lo que influye en su absorción y excreción en el cuerpo. El PK es el valor de pH en el que una especie química tendrá la mitad de sus moléculas desprotonadas y la otra mitad protonadas.

Envenenamiento: El pH del medio circundante puede afectar la carga de venenos y fármacos, lo que a su vez influye en su absorción en el cuerpo.
Tratamientos: Ajustar el pH puede ayudar a modificar la carga de ciertos venenos o fármacos, facilitando su eliminación del cuerpo.

Enlace Peptídico

Reacción de Condensación: El enlace peptídico se forma mediante una reacción de condensación, donde se elimina una molécula de agua entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro aminoácido.
Grupo Amida: El enlace peptídico es un enlace tipo amida, que conecta los aminoácidos en una cadena polipeptídica.

Estructuras Proteicas

Ángulos Phi y Psi: Los ángulos phi ( $φ$ ) y psi ( $ψ$ ) son ángulos de torsión que describen la rotación alrededor de los enlaces en el esqueleto peptídico y que influyen en la conformación tridimensional de las proteínas.
Rigidez: Los enlaces amida son rígidos debido a la doble naturaleza del enlace, lo que restringe la rotación y contribuye a la estabilidad de las estructuras proteicas.
Estructuras Secundarias: Las proteínas adoptan estructuras secundarias, como alfa hélices y hojas beta plegadas, que se estabilizan mediante enlaces de hidrógeno entre los átomos del esqueleto peptídico.
Beta Plegada es extremadamente rígida, generalmente forma estructuras.
Alfa Hélice te da cierto grado de flexibilidad
Proteínas Intrínsecamente Desordenadas: Proteínas que carecen de una estructura tridimensional fija hasta que interactúan con otras moléculas, adoptando una conformación específica al unirse a su objetivo.
*Factores de Transcripcion tienden a ser desordenadas y se ordenan en el momento en que contactan la superficie con la que van a interactuar.

Interacciones en Proteínas

Tipos de Interacciones: Las proteínas se mantienen unidas y estabilizadas mediante una variedad de interacciones, incluyendo puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas.
Estructuras Primaria, Secundaria, Terciaria y Cuaternaria: Las proteínas exhiben diferentes niveles de organización estructural: primaria (secuencia de aminoácidos), secundaria (alfa hélices y hojas beta plegadas), terciaria (plegamiento global de la cadena polipeptídica) y cuaternaria (ensamblaje de múltiples subunidades).
Puentes Disulfuro: Los puentes disulfuro, formados entre residuos de cisteína, pueden estar presentes en estructuras terciarias y cuaternarias y contribuyen a la estabilidad de la proteína.

Tipos de Proteínas

Fibrilares: Las proteínas fibrilares son estructurales (ej., colágeno en tendones y ligamentos).
Globulares: Las proteínas globulares desempeñan funciones diversas, incluyendo enzimas, receptores, transportadoras y proteínas reguladoras.

Separación de Proteínas

Por Tamaño y Carga: Las proteínas se pueden separar y purificar en función de su tamaño (electroforesis) y carga (cromatografía iónica).
Mutaciones: La separación de proteínas permite identificar mutaciones que alteran el tamaño o la carga de las proteínas.

Factores de Transferencia

Péptidos Pequeños: Los factores de transferencia son péptidos pequeños que han demostrado rejuvenecer células en experimentos.

Enzimas

Acción: Las enzimas actúan como catalizadores biológicos, disminuyendo la energía de activación necesaria para que ocurra una reacción química.
Modelos: Los modelos que describen la interacción enzima-sustrato incluyen el modelo llave-cerradura (poco común) y el modelo de Koshland (ajuste inducido), donde la enzima cambia su forma para unirse al sustrato.

Modificaciones Postraduccionales

Diversidad: Las modificaciones postraduccionales (PTM) son modificaciones químicas que ocurren en las proteínas después de su síntesis y que incluyen hidroxilación, glucosilación, fosforilación, acetilación, ubiquitinación, metilación, entre otras.
Impacto: Las modificaciones postraduccionales aumentan significativamente la diversidad proteica y modulan la función, la localización y las interacciones de las proteínas.

Degradación de Proteínas

Proteasoma: El proteasoma es un complejo enzimático grande que degrada proteínas marcadas con ubiquitina, un proceso conocido como ubiquitinación.
Lisosomas: Los lisosomas son orgánulos celulares que contienen enzimas digestivas y degradan proteínas en un ambiente ácido a través de un proceso llamado autofagia.
Proteínas Chaperonas: Las proteínas chaperonas ayudan a rescatar proteínas mal plegadas, previniendo la agregación y asegurando el plegamiento correcto.
Importancia del Reciclaje: La degradación y el reciclaje de proteínas permiten ahorrar energía metabólica al reutilizar los aminoácidos liberados en la síntesis de nuevas proteínas.

Enfermedades por Plegamiento Erróneo

Alzheimer: La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la acumulación de proteína amiloide en el cerebro.
Parkinson: La enfermedad de Parkinson se asocia con la acumulación de alfa-sinucleína en los cuerpos de Lewy.
Huntington: La enfermedad de Huntington es causada por la expansión de repeticiones de glutamina en la proteína huntingtina.
Diabetes Tipo 2: La diabetes tipo 2 está relacionada con la acumulación de amilina en las células pancreáticas.
Enfermedades Priónicas: Las enfermedades priónicas son causadas por cambios conformacionales en proteínas priónicas sin mutación genética, como el Curu, la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (Jacob), la encefalopatía espongiforme bovina (Vacas Locas).

Enfermedades Priónicas

Modificación de proteínas: El prión actúa como una plantilla que modifica las proteínas normales, volviéndolas infecciosas a través de un cambio conformacional.
Resistencia: Las proteínas priónicas son extremadamente resistentes al calor, las proteasas (enzimas que degradan proteínas) y los ácidos, lo que dificulta su eliminación y contribuye a su persistencia en los tejidos.