EL CODIGO GENETICOElcdigo genticoes el conjunto de reglas que define la traduccin de una secuencia de nucletidos en elARNa una secuencia de aminocidos en una protena, en todos los seres vivos. El cdigo define la relacin entre secuencias de tres nucletidos, llamadas codones, y aminocidos. De ese modo, cada codn se corresponde con un aminocido especfico. La secuencia del material gentico se compone de cuatrobases nitrogenadasdistintas, que tienen una funcin equivalente a letras en el cdigo gentico:adenina(A),timina(T),guanina(G) ycitosina(C) en el ADN yadenina(A),uracilo(U),guanina(G) ycitosina(C) en el ARN. Debido a esto, el nmero de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminocidos (siendo adems uno de ellos el codn de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado mbar; UGA, llamado palo). La secuencia de codones determina la secuencia de aminocidos en una protena en concreto, que tendr una estructura y una funcin especficas.Descubrimiento del cdigo gentico[CuandoJames Watson,Francis Crick,Maurice WilkinsyRosalind Franklincrearon el modelo de la estructura del ADN se comenz a estudiar en profundidad el proceso de traduccin en las protenas. En 1955, Severo Ochoa y Marianne Grunberg-Manago aislaron la enzimapolinucletido fosforilasa, capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo a partir de cualquier tipo de nucletidos que hubiera en el medio. As, a partir de un medio en el cual tan slo hubiera UDP (urdn difosfato) se sintetizaba un ARNm en el cual nicamente se repeta el cido uridlico, es decir, un poli-U. George Gamow postul que un cdigo de codones de tres bases deba ser el empleado por las clulas para codificar la secuencia de aminocidos, ya que tres es el mnimo nmero entero que permite, con cuatro bases nitrogenadas distintas, al menos 20 combinaciones (64 para ser exactos).Los codones constan de tres nucletidos, esto fue demostrado por primera vez en el experimento de Crick, Brenner y colaboradores. Marshall Nirenberg y Heinrich J. Matthaei en 1961 en los Institutos Nacionales de Salud descubrieron la primera correspondencia codn-aminocido. Empleando un sistema libre de clulas, tradujeron una secuencia ARN de poli-uracilo (UUU...) y descubrieron que el polipptido que haban sintetizado slo contena fenilalanina. De esto se deduce que el codn UUU especifica el aminocidofenilalanina. Continuando con el trabajo anterior, Nirenberg y Philip Leder fueron capaces de determinar la traduccin de 54 codones, utilizando diversas combinaciones deARNm, pasadas a travs de un filtro que contiene ribosomas. LosARNtse unan a tripletes especficos. Posteriormente, Har Gobind Khorana complet el cdigo, y poco despus, Robert W. Holley determin la estructura del ARN de transferencia, la molcula adaptadora que facilita la traduccin. Este trabajo se bas en estudios anteriores de Severo Ochoa, quien recibi el premio Nobel en 1959 por su trabajo en la enzimologa de la sntesis de ARN. En 1968, Khorana, Holley y Nirenberg recibieron el Premio Nobel en Fisiologa o Medicina por su trabajo.CaractersticasUniversalidad El cdigo gentico es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo virus y organelos, aunque pueden aparecer pequeas diferencias. As, por ejemplo, el codn UUU codifica el aminocido fenilalanina tanto en bacterias como en arqueas y en eucariontes. Este hecho indica que el cdigo gentico ha tenido un origen nico en todos los seres vivos conocidos. Gracias a la gentica molecular, se han distinguido 22 cdigos genticos,1que se diferencian del llamadocdigo gentico estndarpor el significado de uno o ms codones. La mayor diversidad se presenta en las mitocondrias, orgnulos de las clulas eucariotas que se originaron evolutivamente a partir de miembros del dominioBacteriaa travs de un proceso deendosimbiosis. El genoma nuclear de loseucariotasslo suele diferenciarse del cdigo estndar en los codones de iniciacin y terminacin.Especificidad y continuidadNingn codn codifica ms de un aminocido; de no ser as, conllevara problemas considerables para la sntesis de protenas especficas para cada gen. Tampoco presenta solapamiento: los tripletes se hallan dispuesto de manera lineal y continua, de manera que entre ellos no existan comas ni espacios y sin compartir ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5' - 3'), desde el codn de iniciacin hasta el codn de parada. Sin embargo, en un mismo ARNm pueden existir varios codones de inicio, lo que conduce a la sntesis de varios polipptidos diferentes a partir del mismo transcrito.DegeneracinEl cdigo gentico tiene redundancia pero no ambigedad (ver tablas de codones). Por ejemplo, aunque los codones GAA y GAG especifican ambos el cido glutmico (redundancia), ninguno especifica otro aminocido (no ambigedad). Los codones que codifican un aminocido pueden difeiones puntuales en la tercera posicin. Debido a que las mutaciones de transicin (purina a purina o pirimidina a pirimidina) son ms probables que las de transversin (purina a pirimidina o viceversa), la equivalencia de purinas o de pirimidinas en los lugares dobles degenerados aade una tolerancia a los fallos complementaria.Agrupamiento de codones por residuos aminoacdicos, volumen molar e hidropata[editar]Una consecuencia prctica de la redundancia es que algunos errores del cdigogentico slo causen una mutacin silenciosa o un error que no afectar a la protena porque la hidrofilidad o hidrofobidad se mantiene por una sustitucin equivalente de aminocidos; por ejemplo, un codn de NUN (N =cualquier nucletido) tiende a codificar un aminocido hidrfobo. NCN codifica residuos aminoacdicos que son pequeos en cuanto a tamao y moderados en cuanto a hidropata; NAN codifica un tamao promedio de residuos hidroflicos; UNN codifica residuos que no son hidroflicos.23Estas tendencias pueden ser resultado de una relacin de las aminoacil ARNt sintetasas con los codones heredada un ancestro comn de los seres vivos conocidos. Incluso as, las mutaciones puntuales pueden causar la aparicin de protenas disfuncionales. Por ejemplo, un gen de hemoglobina mutado provoca la enfermedad de clulas falciformes. En la hemoglobina mutante un glutamato hidroflico (Glu) se sustituye por una valina hidrofbica (Val), es decir, GAA o GAG se convierte en GUA o GUG. La sustitucin de glutamato por valina reduce la solubilidad de -globina que provoca que la hemoglobina forme polmeros lineales unidos por interacciones hidrofbicas entre los grupos de valina y causando la deformacin falciforme de los eritrocitos. La enfermedad de las clulas falciformes no est causada generalmente por una mutacin de novo. Ms bien se selecciona en regiones de malaria (de forma parecida a la talasemia), ya que los individuos heterocigotos presentan cierta resistencia ante el parsito malrico Plasmodium (ventaja heterocigtica o heterosis). La relacin entre el ARNm y el ARNt a nivel de la tercera base se puede producir por bases modificadas en la primera base del anticodn del ARNt, y los pares de bases formados se llaman pares de bases wobble (tambaleantes). Las bases modificadas incluyen inosina y los pares de bases que no son del tipo Watson-Crick U-G.Usos incorrectos del trmino[editar]La expresin "cdigo gentico" se utiliza con frecuencia en los medios de comunicacin como sinnimo degenoma, degenotipo, o deADN. Frases como Se analiz el cdigo gentico de los restos y coincidi con el de la desaparecida, o se crear una base de datos con el cdigo gentico de todos los ciudadanos son cientficamente incorrectas. Es insensato, por ejemplo, aludir al cdigo gentico de una determinada persona, porque el cdigo gentico es el mismo para todos los individuos. Sin embargo, cada organismo tiene ungenotipopropio, aunque es posible que lo comparta con otros si se ha originado por algn mecanismo demultiplicacin asexual.Tabla del cdigo gentico estndarEl cdigo gentico estndar se refleja en las siguientes tablas. La tabla 1 muestra qu aminocido est codificado por cada uno de los 64 codones. La tabla 2 muestra qu codones especifican cada uno de los 20 aminocidos que intervienen en la traduccin. Estas tablas se llaman tablas de avance y retroceso respectivamente. Por ejemplo, el codn AAU es el aminocido asparagina, y UGU y UGC representan cistena (en la denominacin estndar por 3 letras, Asn y Cys, respectivamente). Ntese que elcodn AUGcodifica lametioninapero adems sirve de sitio de iniciacin; el primer AUG en unARNmes la regin que codifica el sitio donde latraduccinde protenas se inicia.La siguiente tabla inversa indica qu codones codifican cada uno de los aminocidos.Ala (A)GCU, GCC, GCA, GCGLys (K)AAA, AAG

Arg (R)CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGGMet (M)AUG

Asn (N)AAU, AACPhe (F)UUU, UUC

Asp (D)GAU, GACPro (P)CCU, CCC, CCA, CCG

Cys (C)UGU, UGCSec (U)UGA

Gln (Q)CAA, CAGSer (S)UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC

Glu (E)GAA, GAGThr (T)ACU, ACC, ACA, ACG

Gly (G)GGU, GGC, GGA, GGGTrp (W)UGG

His (H)CAU, CACTyr (Y)UAU, UAC

Ile (I)AUU, AUC, AUAVal (V)GUU, GUC, GUA, GUG

Leu (L)UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG

ComienzoAUGParadaUAG, UGA, UAA

Aminocidos 21 y 22Existen otros dos aminocidos codificados por el cdigo gentico en algunas circunstancias y en algunos organismos. Son la selenocistena y la pirrolisina. Laselenocistena(Sec, U)4es un aminocido presente en multitud de enzimas (glutatin peroxidasas, tetraiodotironina 5' deiodinasas, tiorredoxina reductasas, formiato deshidrogenasas, glicina reductasas y algunas hidrogenasas). Est codificado por el codn UGA (que normalmente es de parada) cuando estn presentes en la secuencia los elementos SecIS (secuencia de insercin de la selenocistena). El otro aminocido, lapirrolisina(Pyl, O),56es un aminocido presente en algunas enzimas de arqueas metangenas. Est codificado por el codn UAG (que normalmente es de parada) cuando estn presentes en la secuencia los elementos PylIS (secuencia de insercin de la pirrolisina). Excepciones a la universalidad Como se mencion con anterioridad, se conocen 22 cdigos genticos. He aqu algunas diferencias con el estndar:Mitocondrias devertebradosAGATer*

AGGTer*

AUAMetM

UGATrpW

Mitocondrias deinvertebradosAGASerS

AGGSerSAnGyBeL

AUAMetM

UGATrpW

AGGAusente enDrosophila

Mitocondrias delevadurasAUAMetM

CUUThrT

CUCThrT

CUAThrT

CUGThrT

UGATrpW

CGAAusente

CGCAusente

Ciliados,DasycladaceaeyHexamita(ncleo)UAAGlnQ

UAGGlnQ

Mitocondrias demohos,protozoosyCoelenterateMycoplasmaySpiroplasma(ncleo)UGATrpW

Mitocondrias deequinodermosyplatelmintosAAAAsnN

AGASerS

AGGSerS

UGATrpW

Euplotidae(ncleo)UGACysC

Endomycetales(ncleo)CUGSerS

Mitocondrias deAscidiaceaAGAGlyG

AGGGlyG

AUAMetM

UGATrpW

Mitocondrias de platelmintos (alternativo)AAAAsnN

AGASerS

AGGSerS

UAATyrY

UGAW

Blepharisma(ncleo)UAGGlnQ

Mitocondrias deChlorophyceaeTAGLeuL

Mitocondrias de trematodosTGATrpW

ATAMetM

AGASerS

AGGSerS

AAAAsnN

Mitocondrias deScenedesmus obliquusTCATer*

TAGLeuL

El origen del cdigo gentico[editar]A pesar de las variaciones que existen, los cdigos genticos utilizados por todas las formas conocidas de vida son muy similares. Esto sugiere que el cdigo gentico se estableci muy temprano en la historia de la vida y que tiene un origen comn en las formas de vida actuales. El anlisis filogentico sugiere que las molculas ARNt evolucionaron antes que el conjunto actual de aminoacil-ARNt sintetasas.7El cdigo gentico no es una asignacin aleatoria de los codones a aminocidos.8Por ejemplo, los aminocidos que comparten la misma va biosinttica tienden a tener la primera base igual en sus codones9y aminocidos con propiedades fsicas similares tienden a tener similares a codones.1011 Experimentos recientes demuestran que algunos aminocidos tienen afinidad qumica selectiva por sus codones.12Esto sugiere que el complejo mecanismo actual de traduccin del ARNm que implica la accin ARNt y enzimas asociadas, puede ser un desarrollo posterior y que, en un principio, las protenas se sintetizaran directamente sobre la secuencia de ARN, actuando ste comoribozimay catalizando la formacin de enlaces peptdicos (tal como ocurre con el ARNr 23S del ribosoma). Se ha planteado la hiptesis de que el cdigo gentico estndar actual surgiera por expansin biosinttica de un cdigo simple anterior. La vida primordial pudo adicionar nuevos aminocidos (por ejemplo, subproductos del metabolismo), algunos de los cuales se incorporaron ms tarde a la maquinaria de codificacin gentica. Se tienen pruebas, aunque circunstanciales, de que formas de vida primitivas empleaban un menor nmero de aminocidos diferentes,13aunque no se sabe con exactitud que aminocidos y en que orden entraron en el cdigo gentico. Otro factor interesante a tener en cuenta es que la seleccin natural ha favorecido la degeneracin del cdigo para minimizar los efectos de las mutaciones y es debido a la interaccin de dos tomos distintos en la reaccin14. Esto ha llevado a pensar que el cdigo gentico primitivo podra haber constado de codones de dos nucletidos, lo que resulta bastante coherente con la hiptesis del balanceo del ARNt durante su acoplamiento (la tercera base no establece puentes de hidrgeno de Watson y Crick).ReferenciasVolver arribaThe Genetic Codes.1. Volver arribaYanget al.1990. In Reaction Centers of Photosynthetic Bacteria. M.-E. Michel-Beyerle. (Ed.) (Springer-Verlag, Germany) 209-2182. Volver arribaGenetic Algorithms and Recursive Ensemble Mutagenesis in Protein Engineeringhttp://www.complexity.org.au/ci/vol01/fullen01/html/3. Volver arribaIUPAC-IUBMB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) and Nomenclature Committee of IUBMB (NC-IUBMB) (1999). Newsletter 1999(reprint, with permission).European Journal of Biochemistry264(2): pp.607609.doi:10.1046/j.1432-1327.1999.news99.x.4. Volver arribaJohn F. Atkins and Ray Gesteland (2002)..The 22nd Amino Acid. Science 296 (5572): 14091410..5. 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(2003)The Case for an Error Minimizing Genetic Code.Orig Life Evol Biosph.33(4-5), 457-77.Vase tambin Genoma Gen Codn Biosintesis proteica Transcripcin genticaEnlaces externos[editar]Servicios en lnea para convertir ADN (DNA, en ingls) en protena: DNA Sequence -> Protein Sequence converter DNA to protein translation (6 frames/17 genetic codes)Tablas del cdigo gentico The Genetic Codes Genetic Code TablesRevisiones Niremberg y Khorana, los hackers del ADN, en el Museo Virtual Interactivo sobre la Gentica y el ADN.