¡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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¿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.