El ácido desoxyribonucleico, abreviado como ADN, contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos del ADN se corresponde con una secuencia específica de aminoácidos, actuando así el ADN como guía de instrucciones para la síntesis proteica. Sin ADN, los ribosomas celulares no sabrían en qué secuencia colocar los aminoácidos para formar las distintas proteínas que necesita el organismo; por ejemplo enzimas, anticuerpos o fibras musculares.
Esta función del ADN se da tanto en células eucariotas como células procariotas aunque existen diferencias en el proceso global de biosíntesis proteica entre ambos tipos celulares. Además, a partir del ADN se forma el rARN (ARN ribosómico), un tipo de ARN presente en los ribosomas que se encarga de la síntesis proteica. Por tanto, el papel del ADN en la síntesis de proteínas es fundamental: sin ADN, no hay proteínas.
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La expresión genética: transcripción y traducción
El ADN es una doble cadena de nucleótidos que se puede dividir en bytes de información, lo que llamamos genes. El genoma humano contiene aproximadamente 20500 genes3 y cada uno codifica para una proteína especifica. Estas proteínas son las que constituyen estructuras celulares, catalizan las reacciones bioquímicas en el interior celular o se exportan fuera de la célula para ejercer otras funciones, por ejemplo, anticuerpos, hormonas, enzimas digestivas, etc.
El proceso de biosíntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ADN se denomina expresión genética y tiene lugar en dos grandes pasos: la transcripción y la traducción. La transcripción es el proceso de lectura del ADN y copia de la información en mARN (ARN mensajero). La traducción es el proceso de transformación de la información del mARN en una secuencia específica de aminoácidos que dará lugar a una proteína funcional.
En células eucariotas la transcripción tiene lugar en el núcleo celular, dónde se forma el mARN. El mARN sale del núcleo y se dirige a los ribosomas dónde tiene lugar la traducción. En células procariotas, que no tienen núcleo, la transcripción y la traducción tienen lugar de forma simultánea pudiendo comenzar la traducción incluso antes de que la transcripción haya concluido.
La cadena de aminoácidos formada al traducir el mARN sufre posteriormente las conocidas como modificaciones postraducción hasta convertirse en la proteína funcional. Estas modificaciones incluyen una amplia variedad de procesos bioquímicos como pueden ser la unión a otras proteínas, inclusión de minerales o la unión a otras sustancias como glúcidos o lípidos.
Correspondencia de la secuencia de nucleótidos y aminoácidos
El ADN está formado por una cadena constituida por la combinación de 4 nucleótidos. Cada nucleótido está formado por una base nitrogenada unida a desoxirribosa (ribosa en el ARN) y fosfato. Se pueden clasificar los nucleótidos según la base nitrogenada implicada.
Con base nitrogenada purínica:
- Adenina (A)
- Guanina (G)
Con base nitrogenada pirimidínica:
- Timina (T)
- Citosina (C)
El mARN, encargado de llevar la información del ADN a los ribosomas, también está formado por cadenas de 4 nucleótidos pero en lugar de timina contiene uracilo (U, también formado por una base pirimidínica como la timina). Existen otros nucleótidos, como la flavina (F, con base nitrogenada isoaloxacínica), pero no intervienen en la composición del ADN ni del ARN.
La secuencia de nucleótidos del ADN se denomina con las letras de cada nucleótido, A, G, T y C (A, G, U y C en el ARN), y con ellas se construye el conocido como Código Genético. En este código, cada aminoácido se corresponde con una o varias secuencias de tres nucleótidos. Por ejemplo, el aminoácido fenilalanina está codificado en la secuencia de nucleótidos UUU y UUC.
Cada grupo de tres nucleótidos forma una unidad denominada codón. Combinando los 4 nucleótidos son posibles 64 codones diferentes y no todos codifican para aminoácidos. Algunos codones tienen un significado especial, por ejemplo para señalar los puntos de inicio y parada en la transcripción y traducción. Por ejemplo, la secuencia AUG indica el punto de inicio dónde el ribosoma comienza a leer el mARN. A partir de este punto el ribosoma va leyendo de tres en tres nucleótidos traduciendo la información a su correspondiente aminoácido que va uniendo al anterior. Así se va formando una cadena proteica hasta que se llega a alguna de las secuencias de parada (UAA, UAG, UGA).
En el ADN humano sólo se codifican 20 aminoácidos; a partir de estos 20 se pueden sintetizar otros aminoácidos que el organismo pueda necesitar. En la siguiente tabla puedes ver la correspondencia entre codones y aminoácidos:
| Alanina (Ala, A) | GCU, GCC, GCA, GCG | Lisina (Lys, K) | AAA, AAG |
| Arginina (Arg, R) | CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | Metionina (Met, M) | AUG |
| Asparagina (Asn, N) | AAU, AAC | Fenilalanina (Phe, F) | UUU, UUC |
| Ácido aspártico (Asp, D) | GAU, GAC | Prolina (Pro, P) | CCU, CCC, CCA, CCG |
| Cisteína (Cys, C) | UGU, UGC | Leucina (Leu, L) | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG |
| Glutamina (Gln, Q) | CAA, CAG | Serina (Ser, S) | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| Ácido glutámico (Glu, E) | GAA, GAG | Treonina (Thr, T) | ACU, ACC, ACA, ACG |
| Glicina (Gly, G) | GGU, GGC, GGA, GGG | Triptófano (Trp, W) | UGG |
| Histidina (His, H) | CAU, CAC | Tirosina (Tyr, Y) | UAU, UAC |
| Isoleucina (Ile, I) | AUU, AUC, AUA | Valina (Val, V) | GUU, GUC, GUA, GUG |
| Codón de inicio | AUG | Codón de parada | UAG, UGA, UAA |
Además de los 20 aminoácidos anteriores, considerado el código genético estándar o universal, aglunos organismos y en algunas circunstancias existen otros dos aminoácidos codificados en el ADN, a veces referidos como aminoácidos no estándar:
- Selenocisteína (Sec, U): aminoácido presente en muchas enzimas. El codón UGA, generalmente un codón de parada, se traduce en selenocisteína si aparece en la secuencia conocida como SecIS (secuencia de inserción de la selenocisteína).
- Pirrolisina (Pyl, O): aminoácido presente en algunas enzimas de arqueas metanógenas. El codón UAG, generalmente un codón de parada, se traduce en pirrolisina si está presente en la secuencia PylIS (secuencia de inserción de la pirrolisina).
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