El origen de la estructura está en la secuencia (El Paradigma de Anfinsen).

Ya anteriormente en numerosas ocasiones hemos mencionado a las proteínas. Lo importante que debemos saber de ellas es que son moléculas de gran tamaño que cumplen una tremenda gama de funciones en los seres vivos células: regular la expresión de los genes, efectuar reacciones químicas para el metabolismo, controlar el paso de sustancias a través de las células, transportar sustancias, formar estructuras de soporte, llevar a cabo la respuesta inmune, sirven receptoras de señales químicas, eliminar toxinas, funcionar como toxinas, permitir que las células se adhieran entre ellas, generar más proteínas… En fin, si quisiéramos hacer una lista jamás acabaríamos (figura 1). La pregunta entonces es ¿de dónde surge todas las funciones de las proteínas? Para responder esto es necesario observar su estructura.

Figura 1. Esquema simplificado de la DNA polimerasa replicando el DNA, una de las muchas funciones que una proteína puede tener.

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¡Virus! (Parte II) Máquinas de guerra

Aunque el título de esta entrada puede parecerles un tanto pretencioso al presentar los virus como máquinas de guerra, realmente, si existe algún ente biológico al cual le quede esta comparación es a los virus.

Como vimos en nuestra entrada anterior, los virus son parásitos intracelulares obligados, es decir, necesitan forzosamente entrar a una célula para utilizar su maquinaria metabólica y poder reproducirse. Debido a la carencia de metabolismo propio y a que fuera de la célula invadida son partículas inertes, muchos científicos aún debaten sobre si deben ser considerados organismos vivos o no. En esta entrada vamos a platicar un poco de algunas estrategias que utilizan los virus para atacar una célula. Sigue leyendo

Las biomoléculas cambian (Parte III). Un reloj de DNA.

Todo cambia con el tiempo, y con el paso de los siglos incluso las cosas que parecían inmutables demuestran no serlo. Las secuencias en las biomoléculas no son la excepción. Hasta ahora hemos visto que existen cambios fortuitos en las secuencias de ácidos nucleicos, a los que les llamamos mutaciones, y cómo tienen repercusión en las proteínas al ser traducidos. En esta ocasión les contaré cómo la acumulación de estos cambios puede ser muy lenta, pero constante, dando lugar poco a poco al proceso de evolución, además proveer a los científicos de una herramienta crucial en el estudio del cambio de las especies desde el punto de vista molecular: un reloj de DNA. Sigue leyendo

Las biomoléculas cambian (Parte II). Mutaciones puntuales: Lo bueno, lo malo y lo interesante.

¡Hola a todos nuestros lectores! Hoy tenemos la segunda entrada de esta serie sobre el cambio de las biomoléculas a través del tiempo y la evolución molecular. En la primera parte nos comenzamos por introducirnos al concepto de mutaciones y revisamos específicamente las mutaciones cromosómicas. En esta ocasión les voy a contar de lo bueno, lo malo y lo interesante de otro tipo de mutaciones: las mutaciones puntuales. Sigue leyendo

Las biomoléculas cambian (Parte I). Conociendo a las mutaciones.

Corría el año de 1859, se publicaba la primera edición de su libro “El Origen de las Especies”.  En este libro Charles Darwin daba a conocer su teoría de la evolución por selección natural, que entre muchas otras cosas, menciona una de las bases  más importantes de la biología evolutiva: la variación.  Así de simple: para que la selección natural pueda actuar y haya evolución, primero tiene que haber diferencias entre los individuos de una misma especie, es decir, debe haber cambios. La pregunta que durante muchos años se hicieron los científicos era: ¿De dónde provienen los cambios? Bien, el mismo Darwin no acertó a la respuesta, y en verdad que ésta es demasiado complicada como para poder ser comprendida del todo, pero hoy en día sabemos que una de las principales fuentes de la variación es el cambio de las biomoléculas a lo largo del tiempo. Sigue leyendo

¡El código genético es un degenerado!

¡Hola a todos! Hoy quiero contarles un poco de un tema que me parece muy interesante y el cual no me deja de sorprender ni a mí ni a los científicos que trabajan con las moléculas de la vida. Se trata de cómo es que la información guardada en el DNA de los genes es “leída” y entendida por las células para obtener proteínas para llevar a cabo sus funciones.

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FOXP2 y el lenguaje articulado

Hoy les quiero platicar de algo deslumbrante: les voy a contar del increíble gen que nos permite a los humanos el maravilloso don del lenguaje articulado: FOXP2… Neh, estoy exagerando. Por supuesto que suena muy padre y hasta cierto punto ayuda a nuestro ego decir que hemos encontrado EL GEN que nos hace humanos y todo eso… Pero la verdad es que la biología evolutiva es más complicada, y es imposible ponernos a hablar de un gen o un cambio que hizo que milagrosamente diéramos el gran paso para obtener el lenguaje articulado. Pero eso sí, nadie pone en duda la gran importancia de los cambios que tuvo FOXP2 en la historia evolutiva del humano y su papel crucial en el desarrollo del lenguaje articulado, pero se necesitan más cambios y no solo en un gen para lograrlo (de nuevo nuestro ego: se necesita más que un par de cambios en un gen para hacer un humano).

Bueno, lo importante de FOXP2 es que codifica para una proteína de 714 residuos de aminoácidos con el mismo nombre, y esta proteína, durante el desarrollo del organismo, actúa como factor de transcripción, es decir, interacciona con el DNA para regular la expresión de aproximadamente otros 2000 genes. La proteína FOXP2 está involucrada en el desarrollo del lenguaje articulado en los seres humanos; una prueba de ello es que hay una enfermedad genética muy rara en que se altera un solo aminoácido de la secuencia: si solamente uno de los cromosomas que tiene el gen para FOXP2 tiene el cambio, los individuos no desarrollaron las estructuras anatómicas ni neuronales necesarias para el lenguaje articulado durante el desarrollo antes del nacimiento y tienen serios problemas para hablar; pero si los dos cromosomas que tienen FOXP2 están alterados, los individuos mueren antes de nacer. Otra evidencia es que estudios en el pinzón cebra demuestran que el sitio de expresión de esta proteína en el cerebro es el mismo que en los humanos controla el lenguaje articulado.

La secuencia de nucleótidos de FOXP2, es decir, el DNA ha tenido algunos cambios a lo largo del tiempo y por lo tanto hay relativamente muchas diferencias entre la secuencia de especies diferentes; por ejemplo, entre un chimpancé y un gorila que son parientes cercanos, hay 6 cambios de nucleótidos, es decir, 6 mutaciones. Sin embargo, la secuencia de residuos de aminoácidos, es decir, de la proteína, es increíblemente conservada: por ejemplo, entre chimpancé y ratón, que no son tan evolutivamente cercanos, hay solamente un cambio en toda la secuencia de 714 aminoácidos. Esto se debe a que aunque cambies los nucleótidos, no necesariamente cambias los aminoácidos que codifican; si recuerdan, una serie de tres nucleótidos codifica a uno y sólo uno de los aminoácido, pero un aminoácido puede ser codificado por varias secuencias diferentes, por lo que puedes tener cambios en la secuencia de nucleótidos que no alteren la secuencia de aminoácidos (por ejemplo, GUA, GUG, GUU y GUC codifican para valina, por lo que si tenemos en medio de una secuencia el triplete GUA y lo cambiamos a GUG, habrá cambiado la secuencia de nucleótidos, pero en la proteína el aminoácido codificado en ese segmento seguirá siendo valina).

No siempre el cambio de la secuencia de nucleótidos conlleva al cambio de las proteínas. FOXP2 como gen cambia, pero como proteína es muy conservada: Entre chimpancé y gorila hay 6 cambios de nucleótidos, y ninguno de aminoácidos. Por otro lado hay más de 100 cambios en la secuencia de nucleótidos entre un ratón y el chimpancé, pero sólo uno en la secuencia de aminoácidos.

Cuando una proteína es altamente conservada en la evolución quiere decir que hay una fuerte presión de selección, es decir, no significa que no haya cambios, sino que si un individuo muta y tiene un cambio en la proteína es muy probable que dicho cambio sea desfavorable y el individuo muera, sobreviviendo sólo aquellos que no tienen cambios. Sin embargo, esporádicamente pueden surgir cambios que sean favorables y que permitan la diferenciación de especies, como veremos más adelante.

Si le echamos un vistazo a la secuencia de FOXP2 de varias especies como humano, chimpancé, gorila, orangután, macaco rhesus y ratón, veremos que tiene regiones muy conservadas como largos “tracks” de glutamina (Q) y casi no hay cambios… Pero que en el humano hay dos aminoácidos que son diferentes respecto a los demás organismos: Una asparagina (N) en lugar de Treonina (T), y una Serina (S) en lugar de asparagina.

Comparación de las secuencias de la proteína FOXP2 de humano, chimpancé, gorila, orangután, mono rhesus y ratón. Las diferencias están marcadas en recuadros, se puede observar que el humano tiene dos aminoácidos que son diferentes al resto de los organismos. Svante Pääbo et al (2002).

Árbol filogenético que muestra las mutaciones en FOXP2. Cada barra negra indica un cambio en la secuencia de nucleótidos, mientras las barras grises son cambios en la secuencia de aminoácidos. Svante Pääbo et al (2002).

No queda muy clara cuál es la función de estos aminoácidos que los humanos tenemos y los demás animales no, pero lo que sí sabemos es que estos cambios los obtuvimos hace ya 200,000 años y que fueron muy importantes para desarrollar el lenguaje articulado. ¿Significa esto que si agarramos un ratón y le cambiamos estos dos aminoácidos va a poder hablar? La respuesta es no. El Dr. Svante Pääbo, uno de los más destacados evolucionistas moleculares, realizó el experimento, reportando que el cambio en los ratones no lleva a ninguna diferencia notoria en el comportamiento. Citando el Dr. Víctor Valdés, “Eso no significa, que hace 200 mil años estaban ahí los humanos, si eran humanos, sucedieron las mutaciones y dijeron ‘¡Hola, qué tal! ¿Cómo estás?’. La evolución no funciona así… Porque siendo FOXP2 un gen que regula otros 2 000 genes, van a ser esos otros genes los que van a desarrollar  las estructuras anatómicas y neuronales para el lenguaje articulado.” Es decir, para desarrollar el lenguaje articulado no sólo se necesita cambiar a FOXP2, sino también a muchos otros de los 2000 genes cuya expresión es regulada por FOXP2, y es por esto por lo que no podemos hablar de EL GEN del lenguaje articulado.

Por último, les voy a contar un dato curioso más: El último ancestro común del ser humano con el hombre de Neanderthal vivió hace 600,000 años, lo cual significa que las dos líneas evolutivas se separaron antes de que el humano tuviera las dos mutaciones de FOXP2. Aún no hay un acuerdo respecto a si el hombre de Neanderthal podía hablar o no, pero si es que podía hacerlo, es casi un hecho que debía tener los dos cambios que tiene el humano en FOXP2, lo cual se podría haber logrado con una convergencia evolutiva, es decir, que los dos mismos cambios se hayan dado para humanos y para neandertales de forma independiente. El Dr. Svante Pääbo hizo un análisis a la secuencia de FOXP2 de neandertales y efectivamente encontró esos cambios… Pero nada es seguro, pues con el DNA antiguo hay que ser cautelosos, pues es muy probable que se contamine con DNA de otros organismos, incluso del mismo humano investigador. En alguna ocasión ya se intentó usar DNA antiguo para hacer filogenias de los dinosaurios, pero el resultado arrojado fue que… ¡los tiranosaurios eran parientes más cercanos al humano que los mismos chimpancés! Suena sospechosamente a que se les contaminaron las muestras con DNA de los mismos científicos, ¿no creen?

Fuentes:

1. Svante Pääbo et al (2002). Molecular evolution of FOXP2, a gene involved in speech and language.

2. http://antropologiafisicaparaque.wordpress.com

Vectores Moleculares: Jugando con los genes

Pregúntale a un matemático y te hablará de un elemento de un espacio vectorial; un físico, por su parte, te hablará de la representación de una magnitud física con módulo y dirección; si le pides su opinión a un médico te dirá de los organismos que transportan un patógeno de un huésped a otro sin ser infectados ellos mismos (como los mosquitos del dengue). Los Biólogos Moleculares tienen otra acepción de la palabra “vector”, y la verdad es que es, por mucho, la más divertida de todas (reclamo de mewcero en 3, 2, 1…).

Para un biólogo los vectores son moléculas de DNA usadas como transporte para transferir nuevo material genético a una célula. Lo interesante de los vectores es que con ellos puedes insertar segmentos nuevos de DNA a organismos que anteriormente no los tenían, es decir, modificar genéticamente a los seres vivos, ¡lo cual te abre una infinita gama de posibilidades! Desde lograr hacer plantas más resistentes a las sequías para mejores cosechas hasta bacterias que produzcan insulina humana (un milagro para muchos pacientes de diabetes) o incluso bacterias que coman moscas (sí, bacterias que coman moscas). A la tecnología de modificar genéticamente organismos se le llama ingeniería genética.

Hay muchos tipos de vectores, como los plásmidos, cósmidos, cromosomas artificiales etc. A mi parecer, los más sencillos de comprender son los plásmidos, que son moléculas circulares de DNA relativamente pequeñas en las cuales se insertan los genes que se quieren transferir; de este modo, introduciendo el plásmido en una célula se introducen los genes. Aunque hay muchos tipos de vectores, todos tienen en común tres componentes:

° Origen de la replicación, es decir, una secuencia que le indica a la célula que tiene que duplicar el vector, pues estos se insertan en pequeñas cantidades y se requiere que haya suficientes para  que las células los pasen células hijas.

Esquema muy simplificado de la inserción de un plásmido. El plásmido se inserta en una bacteria que no lo tiene (en rojo el material genético de la bacteria), luego es replicado en la bacteria y, al dividirse, pasa a las células hijas.

° Un sitio múltiple de clonación, que es un segmento con numerosas secuencias pequeñas que tienen la particularidad de ser cortadas por unas enzimas especiales llamadas “de restricción”. ¿Para qué cortar? Para poder insertar los genes que queremos meter en el vector. Me explico: si tu cortas un sitio de clonación en un plásmido con determinada enzima de restricción, y con la misma enzima recortas el gen que quieres introducir, puedes pegar el gen en el plásmido justo en el sitio en que lo cortaste, y lo que hace esto muy útil es que no puedes pegar ahí otro gen que haya sido cortado con otra enzima, de tal modo que cortando con las enzimas adecuadas, puedes colocar el gen que quieras en el sitio que quieras y no en otro lugar.

° Un marcador selectivo, que es un gen que permite seleccionar fácilmente a los organismos en que la inserción del vector fue exitosa. Por ejemplo, si se agrega el gen de resistencia a la ampicilina como marcador selectivo en una colonia de bacterias, basta con hacer los cultivos en un medio con ampicilina para que sólo aquellas bacterias en que los genes fueron correctamente insertados sobrevivan.

Además, no solo puedes insertar genes, sino que cualquier bioparte que quieras. Una bioparte es un segmento de DNA que cumple cierta función determinada. Por ejemplo, hay biopartes encargadas de regular la expresión de los genes que están insertando con un vector, y los genes mismos son un tipo de biopartes.

Sin embargo, insertar genes en un nuevo organismo es todo un arte. No es tan sencillo como agarrar pedazos de DNA y aventarlos dentro de una célula. No. Para que funcionen, se necesita más que eso:

Primero que nada, tienes que conseguir insertar en gen en un vector. Para esto, debes extraer el DNA del organismo en que se encuentra el gen que quieres utilizar, ampliarlo por una técnica especial que copia sólo la parte que quieres del DNA llamada PCR, recortar el gen con enzimas de restricción, hacer un corte de restricción al vector e insertar el gen en él.

Segundo, debes garantizar su expresión. No por haber conseguido que un gen entre a un organismo significa que éste lo va a utilizar correctamente. Puede darse el caso de que no lo utilice para nada, o peor aún, que lo use de forma descontrolada y loca. Para regular la expresión de los genes debemos utilizar otro tipo de biopartes llamadas promotores, cuya función es regular la expresión de un gen. Hay promotores que se activan mediante estímulos químicos, como el famoso caso de los operones (de los cuales probablemente les hable en entradas posteriores); otros muy sofisticados se regulan por otros estímulos como la incidencia de luz sobre la célula. Con la gran variedad existente de promotores puedes jugar con la expresión de genes bajo diferentes condiciones: hacer que cuando le agregues cierta sustancia al medio de cultivo de unas bacterias un gen se active y otro se apague, o que ambos se activen, o ambos se apaguen… en fin, las posibilidades son muy grandes.

Esquema del uso de un plásmido. Primero se tiene el vector molecular con su marcador selectivo, su origen de la replicación y un sitio múltiple de clonación con sitios de corte para tres enzimas diferentes (generalmente se tienen sitios para más). Se tiene también el DNA genómico de un organismo con tres genes que se quieren pasar al plásmido. Estos genes se recortan utilizando una de las tres enzimas de restricción para las que tiene sitio el plásmido, se cortan dichos sitios también en el plásmido y se insertan los genes en él. El resultado es un plásmido con los tres genes insertados. Recuerda que es válido también para otros vectores moleculares, y que además de genes se pueden insertar otras biopartes. Observa cómo utilizando adecuadamente las enzimas de restricción se pueden insertar los genes en el orden que se quiera.

Aparte de alimentos transgénicos o bacterias que produzcan insulina humana, hay otras aplicaciones de la ingeniería genética quizás no tan útiles pero definitivamente muy divertidas. He aquí algunos ejemplos de cosas divertidas que pueden hacerse con vectores moleculares:

Conejos fluorescentes

No es fotoshop, es un conejo al que le insertaron un gen y expresa la proteína verde fluorescente (GFP), obra de Eduardo Kac, un artista contemporáneo llamado a sí mismo "Bio artista".

Bacterias devora moscas.

Un grupo de jóvenes japoneses logró desarrollar bacterias E. coli capaces de comer moscas. En la liga viene más información.

http://2011.igem.org/Team:Kyoto

Pececitos de colores.

A estos ejemplares de pez cebra (Danio rerio) se les insertaron genes de proteínas fluorescentes diferentes. El resultado: peces de colores.

Al ser este un tema muy controversial en el sentido ético, quiero dar mi punto de vista. Muchas personas le tienen miedo a la modificación genética de los organismos vivos. Algunos dicen que es jugar a ser Dios, otros que es alterar el curso de la evolución y que es completamente antidarwinista, mientras que otros catastrofistas piensan que si modificamos genéticamente a los organismos terminaremos extinguiendo a la mayoría de las especies del planeta. Francamente yo soy mucho más optimista: no veo por qué sea jugar a ser Dios, si no lo es hacer una herramienta de madera o domesticar a un perro, que al final de cuentas es lo mismo: modificar a un organismo; ¿antidarwinista? La modificación genética es una posibilidad de variación y selección más, y se supone que así evolucionamos los seres vivos, además, aún así fuese antidarwinista (que según yo no lo es), estar en contra de ello sólo por esto es darle un tinte dogmático a la obra de Darwin, lo cual en ciencia no se vale; y por último, las especies van y vienen en el planeta, además no creo que los organismos modificados desplacen a los silvestres siempre que se tomen las precauciones necesarias: lo que en verdad mantengo la esperanza de que los organismos transgénicos extingan es el hambre en el mundo.

¡Hemos sido engañados! El Dogma Central de la Biología Molecular es vigente

El dogma central de Crick, enunciado en 1958 y la piedra angular de la Biología Molecular desde entonces, es probable que resulte ser una considerable sobre simplificación.” Frase sacada de un artículo anónimo llamado “El Dogma Central Revertido”, el cual resume perfectamente la errónea percepción generalizada sobre el Dogma Central, el cual en esta ocasión trataré de defender.

Dr. Francis Crick (1916-2004), premio Nobel a la Medicina y Fisiología en 1962 junto con James Watson y Frederick Wilkins por su descubrimiento de la estructura del DNA. Francis Crick propuso el Dogma Central de la Biología Molecular.

Bueno, antes de comenzar, creo que para comprender este tema hay algunos aspectos muy básicos de la Biología Molecular que tienen que quedar entendidos, que si bien, ya los repasamos en una entrada anterior, no está de más mencionarlos brevemente:

1)      El DNA guarda la información genética. Es un ácido nucléico y está conformado por secuencias de nucleótidos, que dependiendo de cómo se ordenen significan algo. Guardan la información (genes) que determina las secuencias de proteínas. Los nucleótidos son Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T). Cuando una célula da origen a otra, el mismo DNA pasa su información a otra cadena de DNA (Duplicación o Replicación).

2)      Las proteínas son moléculas complejas que cumplen una gran cantidad de funciones. Están formadas por secuencias de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Son 20 diferentes.

3)      El RNA también es un ácido nucléico, y su función en las células casi siempre es ser intermediario en el flujo de información de DNA a proteínas, es decir, copia la secuencia de los genes del DNA (Transcripción) y la traduce a una secuencia de aminoácidos (Traducción). Está formado por los mismos nucleótidos que el DNA excepto que en lugar de Timina tiene Uracilo (U).

4)      Cada secuencia de tres nucleótidos en los genes significa un aminoácido, por ejemplo, AUG significa Metionina (hablaré de esto en mi próxima entrada).

Listo, ahora sí comencemos.

Hace poco salió en las noticias que el LHC había descubierto neutrinos que supuestamente viajan más rápido que la luz y que esto destruiría la teoría de la relatividad de Einstein. Lo más probable es que esto no sea verdad, que se trate de errores en las mediciones o algo más interesante como el descubrimiento de nuevas dimensiones. Aunque este no es el tema de mi entrada, me hizo reflexionar mucho sobre  el gran daño y confusión que una mala y precipitada divulgación de parte de los medios de comunicación pueden causar sobre la opinión general respecto a los temas científicos. Fue unas pocas semanas después que me di cuenta que el reciente caso del daño causado a la opinión colectiva respecto a la relatividad no es uno aislado, sino que hay uno en particular que durante años ha sido objeto de gran controversia en torno a uno de los científicos más importantes de la historia de la biología: Francis Crick y su Dogma Central de la Biología Molecular.

Uno puede abrir incluso los más afamados libros de texto de Biología general y encontrar una severa crítica al Dogma Central y al mismo Crick por haberlo postulado, diciendo que es una sobre simplificación, dando a entender que lo que dice el Dogma es que la información genética SÓLO puede fluir del DNA al DNA (duplicación), del DNA al RNA (transcripción)y del RNA a las proteínas (traducción). Así es, este dogma central ha sido criticado una y otra vez, a tal grado que cualquiera podría decir “¿Pero qué le pasaba por la cabeza a Crick al aventurarse a hacer semejante afirmación? ¿Qué no se daba cuenta de su error? ¡Y encima llamarlo dogma!” Bueno, he de confesar que yo hasta hace poco pensaba lo mismo, pero hace un par de semanas, en una clase de Biología Molecular el Dr. Víctor Valdés, me di cuenta de mi error.

Este esquema representa lo que la mayoría de las personas cree que es el Dogma Central de la Biología Molecular. Uno puede buscar en internet y encontrar este esquema y otros parecidos.

Primero que nada, Crick literalmente metió la pata con el nombre de “dogma”, pero aparentemente él no conocía el significado de esta palabra, pues creía que era un postulado científico para cuya comprobación no se tienen suficientes pruebas. Sí, metió la pata, respecto a esto hay poco que decir. Ya que quedó zanjada esta brecha, podemos defender no al nombre, sino a lo que dice el Dogma Central.

Contrario a lo que muchos creen, el Dogma Central no es una sentencia que dictamina arbitrariamente que la información genética fluye únicamente de DNA a otro DNA, de DNA a RNA y de RNA a proteínas. Si tal fuera el caso, con los descubrimientos del Dr. Howard Temin de la transcripción inversa (es decir, flujo de información de RNA a DNA) habría quedado destruido, como es lo que la gente piensa.

No. Si uno se detiene a leer a Crick, puede ver que el Dogma lo que en realidad dice es que “una vez que la información ha pasado a una proteína no puede salir de ahí” Crick (1970). Es decir, el flujo de información en los seres vivos puede ser de ácido nucleíco a ácido nucléico o de ácido nucléico a proteína, pero nunca de proteína a ácido nucléico ni de proteína a proteína. Para hacer énfasis en este punto, Crick propone tres grupos para clasificar a las 9 posibilidades de transferencia de información:

1) Transferencias generales, que son las que se dan en todas las células:

DNA —> DNA

DNA —> RNA

RNA —> Proteína

2) Transferencias especiales, que no se dan en todas las células, sino sólo en casos especiales, como los virus de RNA o experimentos in vitro. A diferencia de lo que normalmente se cree, nunca fueron negadas estas posibilidades por el dogma central de Crick:

RNA —> RNA

RNA —> DNA

DNA —> Proteína

3) Y las transferencias desconocidas, que el dogma central postula que nunca ocurren y no se conocen casos ni en la naturaleza ni en experimentos en que sucedan:

Proteína —> DNA

Proteína —> RNA

Proteína —> Proteína

Posibles transferencias de información entre familias de biomoléculas propuestas por Francis Crick. El esquema A) muestra en líneas continuas todas las transferencias teóricamente posibles. El esquema B) resume el Dogma Central de la Biología Molecular; en líneas continuas muestra las transferencias generales, en líneas puntuadas las transferencias especiales, y no muestra las transferencias desconocidas en los seres vivos. Imagen: Crick (1970).

Para lograr una traducción inversa se requeriría de una maquinaria celular tan compleja como la utilizada para la transcripción, la transcripción inversa y la traducción, y sin embargo, no hay siquiera indicios de que tal maquinaria exista, ni razones para creer que sería necesaria (es decir, no hay casos misteriosos en que la existencia de la traducción inversa esclareciera las incógnitas). Por último, Crick claramente postula que el Dogma aplica sólo a organismos vivientes hoy en día, y que no hace referencia a sucesos en el pasado como el origen de la vida o del código genético.

Para concluir, junto con el Dogma, Crick propuso la Hipótesis de la Secuencia, la cual es frecuentemente confundida con el Dogma. Estos dos postulados son muy diferentes pues la Hipótesis de la Secuencia es una declaración positiva que afirma que el flujo de información DNA —> Proteína existe; mientras que el Dogma Central es una declaración negativa que afirma que el flujo Proteína —> Biomolécula NO existe.

Con todo esto podemos darnos cuenta de que el Dogma que todos creíamos destruido sigue vigente hoy en día, y que, en contra de lo que dice la frase al principio de esta entrada, no es realmente una sobre simplificación, sino que aparentemente el autor anónimo de esta frase crítica sobre simplificó el verdadero significado del Dogma Central. Además, esto nos deja la lección de que siempre tenemos que ser cautelosos con la información de los medios e investigar lo que realmente ocurre antes de dar algo por sentado. Y para que no crean que les estoy cuenteando todo, aquí les dejo el link en el que pueden encontrar un artículo de la revista Nature en el cual el mismísimo Crick defiende el Dogma. Es una lectura muy rápida, amena y comprensible, sin necesidad de ser muy letrado en el tema.

http://www.nature.com/nature/focus/crick/pdf/crick227.pdf

El club de la corbata de RNA era un club de miembros científicos selectos que compartían sus ideas sobre cómo leer el mensaje del DNA y entender cómo se relaciona con las proteínas; además de usar una corbata muy fea, pero exageradamente genial. Adelante (izquierda a derecha) Alexander Rich y James Watson. Atrás (izquierda a derecha) Francis Crick y Leslie Orgel. Cabe decir que muero por tener una corbata como estas.

Para leer sobre las aventuras del Club de la Corbata del RNA les dejo la siguiente liga:

http://www.ambion.com/main/tieclub/flash/print_form/story_2.html

¿Qué fue primero, el DNA o la proteína?

Hoy en día nadie se sorprendería si empezara esta entrada por decirles que el Ácido desoxirribonucleico, también conocido como DNA o ADN, es el portador de la información genética. No, es tal el auge de la biología molecular y la genética que está incluso en la cultura popular, pues ¿quién no vio en Jurassic Park cómo clonaban dinosaurios con el DNA obtenido de la sangre de estos reptiles que extraían de mosquitos fosilizados en ámbar? ¿Cuánto superhéroe (o súper villano) no hay que modificó en un accidente sus genes y por eso tiene sus habilidades extraordinarias? No hay duda, el DNA es el portador de la información biológica, la cual se expresa para formar proteínas, que son componentes clave de los organismos vivos. ¿Pero cómo es el DNA? Bueno, es una biomolécula muy grande en forma de hélice doble, constituida por escalones de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos (hay cuatro diferentes), que dependiendo de la secuencia en que se ordenen, tienen cierta información.

Quizás las proteínas no son tan populares como el afamado DNA, pero nunca faltan en la información nutrimental de toda la comida. Estas complicadas biomoléculas son secuencias plegadas de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos, que son veinte diferentes, y dependiendo de la secuencia es la identidad de la proteína. La información para formar a las proteínas, es decir, la descripción de qué secuencia de aminoácidos utilizar, está codificada en el DNA de los genes. Las proteínas cumplen funciones muy variadas, desde la contracción muscular hasta el transporte de oxígeno y la catálisis de procesos metabólicos. A ver, a ver, ¿catálisis? ¿Qué es eso? Todas las actividades que llevamos a cabo los seres vivos, desde la respiración de los animales y la fotosíntesis de las plantas hasta la duplicación del DNA para pasarlo de una célula a otra son reacciones químicas, y una gran diferencia entre el mundo vivo y el no vivo es que en el primero unas proteínas especiales llamadas enzimas facilitan y hacen mucho más rápidas dichas reacciones, a lo cual se le llama catálisis.

Incluso para la formación de las proteínas se necesitan otras proteínas. La información se guarda en los genes de DNA, llegan unas enzimas especiales y hacen una copia de RNA (Ácido ribonucléico, otra biomolécula muy parecida al DNA, pero de cadena sencilla) de uno o más genes, y a partir de esta copia se lee la información del RNA en un complejo de RNA y proteínas llamado ribosoma para sintetizar las nuevas proteínas.

De izquierda a derecha: DNA, RNA y Proteínas. El DNA es una hélice doble formada por secuencias de nucleótidos que según su acomodo expresan cierta información. El RNA es muy parecido al DNA, pero de cadena sencilla y con otros detalles diferentes, copia la información del DNA para que se pueda leer y formar proteínas, las cuales son cadenas muy plegadas de aminoácidos, cuya secuencia es determinada por la secuencia de nucleótidos del DNA. Imagen: Proyecto Exploring Origins.

¡Espera un momento! Acabamos de decir que el DNA codifica a las proteínas, pero también que las proteínas ayudan a la síntesis del DNA y de otras proteínas… Entonces, una proteína proviene del DNA, pero el DNA proviene de proteínas, que a su vez provienen de DNA… Cuando apareció la vida en la Tierra, ¿qué fue primero, el DNA o la proteína?

Esta paradoja, muy parecida a la del huevo y la gallina, estremeció durante años a los científicos de todo el mundo ¡Es aparentemente el más vicioso de todos los círculos viciosos! Nadie podía dudar que la información genética era portada por el DNA, pero tampoco que la catálisis de su síntesis era producida por proteínas… hasta que un buen día allá por principios de los años 80’s Thomas Cech y su equipo recibieron una gran sorpresa al estudiar el procesamiento del RNA en el protozoario Tetrahymena thermophila. Este RNA por supuesto era codificado a partir de DNA y se leería en el ribosoma para formar nuevas proteínas, pero había algo muy raro en él: ¡el RNA se procesaba químicamente sin la ayuda de enzimas, era autocatalítico! Pero hay más. Sidney Altman descubrió en aquellos mismos tiempos que la actividad de una enzima llamada RNucleasa P, constituida por proteína y RNA… ¡no proviene de su parte proteica! ¡El RNA puede sustituir a las proteínas en la actividad catalítica! Por supuesto, Premio Nobel seguro para estos dos grandes señores.

Estos fueron unos de los descubrimientos clave para resolver la gran paradoja, pero sigue de pie una pregunta crucial: ¿será acaso que…? Sí, el RNA también puede cumplir la función del DNA como portador de la información genética. Seguramente has oído hablar del virus del SIDA. Bien, los biólogos no se han puesto de acuerdo si se debe considerar a los virus como organismos vivos o no, pero si de algo estamos seguros es de que están compuestos por proteínas y llevan información genética. En muchos virus ésta información está en forma de DNA, pero en otros, como el del SIDA y los de las muchísimas influenzas, esta información está codificada en RNA.

Virus de la Influenza. Lo que puedes ver es una cubierta de proteínas, en su interior están sus genes, pero a diferencia de ti y de mí, sus genes son de RNA, no de DNA. Imagen: Lodish et al. Molecular Cell Biology. 5th edition.

Entonces ahora no te sorprenderá saber lo siguiente. Como ya mencionamos, los ribosomas, que sintetizan las proteínas, están compuestos por RNA y proteína. Uno podría creer (de hecho en un principio se creía) que son las proteínas las que llevan a cabo la catálisis, pero como de seguro estás sospechando, así es, es el RNA el que cataliza la reacción clave de unión de los aminoácidos en la formación de las proteínas. Y aquí el gran punto clave: Todos, pero absolutamente todos los seres vivos, desde la más pequeña bacteria hasta el más grande árbol, tenemos ribosomas para la síntesis de nuestras proteínas, y la secuencia de RNA que tiene la función catalítica de éstos ribosomas es la información genética más conservada en todos los seres vivos del orbe, es decir, la más fundamental y primigenia de todas las secuencias de biomoléculas informacionales ¡Paradoja resuelta! ¡No era antes el DNA ni la proteína, sino que el RNA! Hoy en día los científicos creen que en el mundo prebiótico las primeras actividades biológicas que involucraban información genética eran llevadas a cabo por RNA, tanto en las cuestiones de portar la información como en la catálisis de la replicación de ésta: Un mundo de RNA.

Esquema de un ribosoma. La maraña roja es RNA, que es el que lleva a cabo la catálisis para la formación de proteínas. Las secuencias de otros colores son diferentes proteínas.

¿Cómo es entonces que hoy en día la información genética está codificada en el DNA y la actividad catalítica es llevada a cabo principalmente por las proteínas? Bien, todo parece indicar que tiene que ver con eficiencia, es decir, el DNA es mucho más estable y menos propenso a cambios que el RNA, lo cual lo hace un portador más seguro de la información de los genes. Entonces, todo parece indicar que en un proceso evolutivo todavía desconocido, la información genética pasó de almacenarse en RNA al DNA, y la actividad catalítica pasó del RNA a las proteínas, ¿cómo? Los estudiosos del origen de la vida aún luchan por averiguarlo.

Así como el pollito nace del huevo y el huevo proviene de una gallina, el DNA depende de las proteínas y las proteínas dependen del DNA. Un biólogo evolutivo podría resolvernos la paradoja del huevo y la gallina, mientras que un científico del origen de la vida nos puede responder la del DNA y la proteína: ninguno de los dos fue primero, antes que todos estaba el RNA.