¿Es posible hacer ARN a partir de proteína?

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Cromosomas

Para muchas preguntas de investigación, utilizo la información genética que está disponible en mi especie de investigación. Pero para entender por qué esta información es útil, primero necesito explicar un poco sobre genética. Todo organismo está formado por células, todos los organismos multicelulares tienen una célula y un núcleo celular. Este núcleo contiene el ADN, el material hereditario. Pero este ADN no flota al azar a través del núcleo, está cuidadosamente empaquetado en algo que llamamos cromosomas (ver la figura a continuación). Las personas tenemos 46 cromosomas, las moscas de la fruta tienen 8 y el escarabajo de la harina con el que trabajo tiene 20. Casi todos los animales son diploides, lo que significa que tiene 2 copias de cada cromosoma. Entonces, de los 46 cromosomas que tiene, 23 provienen de su madre y 23 provienen de su padre. Estos cromosomas contienen toda la información hereditaria en forma de ADN bicatenario.

ADN

El ADN es la abreviatura de D eoxyribo n ucleic a cid. El ADN en cada núcleo de un organismo es exactamente igual en todas las células. Las únicas excepciones son las células espermáticas y los óvulos, solo contienen la mitad del ADN que contiene una célula normal (los espermatozoides y los óvulos en humanos contienen solo 23 de los 46 cromosomas).
El ADN se compone de 4 bases diferentes (nucleótidos), adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Esto es cierto para plantas, animales, bacterias, de hecho es cierto todas las formas de vida en la tierra que contienen ADN. Las bases en una cadena de ADN forman pares de bases con una segunda cadena de ADN para formar la doble hélice. Pero los pares de bases que se pueden formar son limitados; la adenina (A) solo puede formar un par de bases con timina (T) y la guanina (G) solo puede formar un par de bases con citosina (C). Entonces, cuando conocemos la secuencia de bases en 1 cadena de ADN, también conocemos la secuencia de bases en la otra cadena de ADN. El orden de las bases se conoce como la secuencia . Un ejemplo de una secuencia corta de una sola cadena de ADN es: ATTGCTCAT

Como conocemos la secuencia de esta cadena, también sabemos qué bases están en la otra cadena:

Strand 1:

UN

T

T

GRAMO

do

T

do

UN

T

Strand 2:

T

UN

UN

do

GRAMO

UN

GRAMO

T

UN

A menudo hablaré sobre secuencias; esto se debe a que la secuencia de ADN codifica el tipo de proteína que se está produciendo y estas proteínas son importantes en todos los aspectos de la vida. La forma en que el ADN codifica una proteína es algo a lo que volveré en un momento. Primero, es importante saber que la información de la secuencia de ADN nos da la oportunidad de “leer” el ADN. Se necesita mucha información adicional para leer correctamente el ADN, pero no entraré en detalles aquí. La tecnología moderna nos ha proporcionado la secuencia completa de un par de organismos diferentes. ¡Así que sabemos la secuencia de todo el ADN en todos los cromosomas de este organismo! Esta secuencia completa se llama genoma y este genoma es de libre acceso a través de este sitio web: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Quiero señalar aquí que el ADN no es idéntico para todos los individuos de una especie, por lo que el genoma humano que está disponible en línea no es idéntico a su genoma. Pero podemos aprender mucho del genoma que está disponible en línea. Esto se debe a que las partes más importantes del genoma varían considerablemente menos que las partes menos importantes. Tomemos, por ejemplo, el color de los ojos, no es importante para la supervivencia si tiene los ojos azules o marrones, por lo que este es un personaje menos importante. Los glóbulos rojos que pueden transportar oxígeno por otro lado son muy importantes; las personas con glóbulos rojos que no pueden transportar oxígeno no sobrevivirán. Entonces la variación en un personaje tan importante como la capacidad de transportar oxígeno es algo así como “no tolerado”. Más adelante escribiré más sobre la selección.

Del ADN a la proteína

¿Pero cómo el código de ADN para la proteína? (también conocido como el Dogma Central) Para fabricar proteínas a partir del ADN, primero debemos dar un paso diferente. Eso es para hacer ARN a partir del ADN. El ARN es importante para muchas funciones diferentes, pero aquí solo hablaré sobre el ARN mensajero, que se utiliza para sintetizar proteínas. El ARN (ácido ribonucleico) se sintetiza en el núcleo y es muy similar al ADN. La síntesis de ARN también implica el uso de bases, pero en la síntesis de ARN no se usa timina (T), sino que se usa uracilo (U). La secuencia de ARN corresponde a la secuencia de ADN a partir de la cual se sintetiza el ARN (ver la figura a continuación).

La síntesis de ARN del ADN se llama transcripción (el ADN se transcribe en ARN). En esta figura, el ARN se está sintetizando a partir de la cadena roja de ADN (que sirve de plantilla), esta cadena de ADN comienza con la base T. La cadena de ARN comienza con la única base que puede formar un par de bases con esta T, la A. Esto continúa hasta que se sintetiza la secuencia completa de ARN. Debido a que la cadena roja sirve como plantilla, la secuencia de ARN será idéntica a la cadena azul de ADN, solo con la base U en lugar de la base T.

Entonces ahora tenemos una cadena de ARN. A partir de este capítulo, la proteína se sintetizará, esto se llama traducción (el ARN se traduce en proteína). Una proteína está hecha de aminoácidos, estos forman una cadena. Muestro la cadena de proteína como una línea lineal, pero en realidad las interacciones complejas entre aminoácidos conducen a formas tridimensionales que son esenciales para el funcionamiento de la proteína. La traducción de ARN a proteína es diferente a la síntesis de ARN a partir del ADN (transcripción). Cuando el ADN se transcribió en ARN, una base de ADN correspondía a una base de ARN, esta relación de 1 a 1 no se utiliza en la traducción a proteínas. Durante esta traducción, se agrega 1 aminoácido a la cadena de proteína por cada 3 bases en el ARN. Entonces, una secuencia de ARN de 48 bases codifica una cadena de proteína de 16 aminoácidos. Una cierta combinación de 3 bases siempre da los mismos aminoácidos, por lo que podemos poner la traducción en una tabla (ver a continuación). Tomamos las primeras 3 bases de la figura anterior como ejemplo, que son AUG. La primera base es A, la buscamos en el lado izquierdo de la mesa, lo que nos muestra que tenemos que buscar en el 3

rd

fila de la mesa La segunda base es U, la buscamos en la parte superior de la tabla que nos muestra que debemos buscar en el 1

S t

columna y 3

rd

fila. Ahí vemos nuestra tercera base y nuestra combinación. Podemos ver que la combinación de códigos AUG para el aminoácido metionina (Met). De esta manera, podemos traducir la secuencia de ARN completa en la secuencia de la proteína.

En la celda

Pero, ¿cómo funciona esto en una celda real? ¿Y por qué hacer primero ARN y luego proteína? ¿Por qué no hacer proteína del ADN directamente? Bueno, el ADN está ubicado en el núcleo de la célula, aquí el ARN se transcribe pero la proteína no se traduce. Después de la transcripción, el ARN se reubica en el citoplasma de la célula, aquí se traduce en proteína. Por lo tanto, la separación del núcleo y el citoplasma impide que la proteína se fabrique directamente a partir del ADN. Pero hay otras razones por las que se fabrica ARN. Voy a nombrar algunos, pero no todos (hay tantos).
Primero, el ADN está bien protegido en el núcleo contra todo lo que flota en el citoplasma, lo que impide que el ADN se dañe. La transcripción de ADN a ARN impide que el ADN se traduzca a sí mismo en el citoplasma y, por lo tanto, previene el daño al ADN. Otra razón es que solo tenemos 1 copia de ADN en cada célula, pero a veces necesitamos mucha proteína. Por lo tanto, sería conveniente si pudiéramos hacer más de una copia de la misma proteína al mismo tiempo. Cuando el ADN se transcribe en ARN 10x, hay 10 plantillas de ARN para producir proteína. Por lo tanto, la proteína se puede hacer 10 veces más rápido. Entonces, hacer ARN previene el daño al ADN y proporciona flexibilidad en la cantidad y velocidad de la síntesis de proteínas (ver la figura a continuación).

Estas proteínas son esenciales en todos los organismos vivos, las proteínas están involucradas en la síntesis de ADN, la síntesis de ARN, la respuesta inmune, la estructura celular y ¡mucho más! Entonces las proteínas son importantes para casi todo en los organismos vivos. Hay varios pasos para pasar del ADN a la proteína y no he hablado sobre muchos procesos involucrados, pero estos son solo modulaciones en el proceso general que acabo de explicar. Espero poder dejar en claro cómo el ADN se traduce en proteínas y por qué las secuencias de ADN pueden ser herramientas poderosas en la investigación. Más adelante, escribiré más específicamente sobre mi investigación y luego se aclarará cómo esta historia se relaciona con mi investigación.

Aquí hay un video de Nature del mismo proceso:

Síntesis de péptidos personalizada