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14.2: El dogma central
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The Central Dogma
 
TRANSCRIPCIÓN

14.2: The Central Dogma

14.2: El dogma central

Overview

The central dogma of biology states that information encoded in the DNA is transferred to messenger RNA (mRNA), which then directs the synthesis of protein. The set of instructions that enable the mRNA nucleotide sequence to be decoded into amino acids is called the genetic code. The universal nature of this genetic code has spurred advances in scientific research, agriculture, and medicine.

RNA Is the Missing Link between DNA and Proteins

In the early 1900s, scientists discovered that DNA stores all the information needed for cellular functions and that proteins perform most of these functions. However, the mechanisms of converting genetic information into functional proteins remained unknown for many years. Initially, it was believed that a single gene is directly converted into its encoded protein. Two crucial discoveries in eukaryotic cells challenged this theory: First, protein production does not take place in the nucleus. Second, DNA is not present outside the nucleus. These findings sparked the search for an intermediary molecule that connects DNA with protein production. This intermediary molecule, found in both the nucleus and the cytoplasm, and associated with protein production, is RNA.

During transcription, RNA is synthesized in the nucleus, using DNA as a template. The newly-synthesized RNA is similar in sequence to the DNA strand, except thymidine in DNA is replaced by uracil in RNA. In eukaryotes, this primary transcript is further processed, removing the protein non-coding regions, capping the 5’ end and adding a 3’ poly-A tail, to create mRNA that is then exported to the cytoplasm.

The Rules for Interpreting the mRNA Sequence Constitute the Genetic Code

Translation occurs at ribosomes in the cytoplasm, where information encoded in the mRNA is translated into an amino acid chain. A set of three nucleotides codes for an amino acid and these triplets are called codons. The set of rules that outline which codons specify a particular amino acid make up the genetic code.

The Genetic Code Is Redundant

Proteins are created from 20 amino acids in eukaryotes. Combining four nucleotides in sets of three provides 64 (43) possible codons. This means that it is possible that individual amino acid can be encoded by more than one codon. The genetic code is said to be redundant or degenerate. Often, but not always, codons that specify the same amino acids differ only in the third nucleotide of the triplet. For example, the codons GUU, GUC, GUA, and GUG all represent the amino acid valine. However, AUG is the only codon that represents the amino acid methionine. The codon AUG is also the codon where protein synthesis starts and is therefore called the start codon. Redundancy in the system minimizes the harmful effects of mutations. A mutation (i.e., change) at the third position of the codon might not necessarily result in a change of the amino acid.

The Genetic Code Is Universal

With a few exceptions, most prokaryotic and eukaryotic organisms use the same genetic code for protein synthesis. This universality of the genetic code has enabled advances in scientific research, agriculture, and medicine. For instance, human insulin can now be manufactured on a large scale in bacteria. This is done using recombinant DNA technology. Recombinant DNA consists of genetic material from different species. Genes encoding human insulin are joined with bacterial DNA and inserted into a bacterial cell. The bacterial cell performs transcription and translation to produce the human insulin encoded in the recombinant DNA. The resulting human insulin is used to treat diabetes.

Visión general

El dogma central de la biología afirma que la información codificada en el ADN se transfiere al ARN mensajero (ARNm), que luego dirige la síntesis de proteínas. El conjunto de instrucciones que permiten que la secuencia de nucleótidos de ARNm se descodifica en aminoácidos se denomina código genético. La naturaleza universal de este código genético ha estimulado los avances en la investigación científica, la agricultura y la medicina.

El ARN es el eslabón perdido entre el ADN y las proteínas

A principios de 1900, los científicos descubrieron que el ADN almacena toda la información necesaria para las funciones celulares y que las proteínas realizan la mayoría de estas funciones. Sin embargo, los mecanismos de conversión de la información genética en proteínas funcionales permanecieron desconocidos durante muchos años. Inicialmente, se creía que un solo gen se convierte directamente en su proteína codificada. Dos descubrimientos cruciales en células eucariotas desafiaron esta teoría: En primer lugar, la producción de proteínas no tiene lugar en el núcleo. En segundo lugar, el ADN no está presente fuera del núcleo. Estos hallazgos provocaron la búsqueda de una molécula intermedia que conecte el ADN con la producción de proteínas. Esta molécula intermedia, que se encuentra tanto en el núcleo como en el citoplasma, y asociada con la producción de proteínas, es el ARN.

Durante la transcripción, el ARN se sintetiza en el núcleo, utilizando el ADN como plantilla. El ARN recién sintetizado es similar en secuencia a la cadena de ADN, excepto que la timidina en el ADN es reemplazada por uracilo en ARN. En eucariotas, esta transcripción primaria se procesa aún más, eliminando las regiones no codificantes de proteínas, limitando el extremo de 5' y añadiendo una cola de poli-A de 3', para crear ARNm que luego se exporta al citoplasma.

Las Reglas para interpretar la Secuencia del ARNM Constituyen el Código Genético

La traducción se produce en ribosomas en el citoplasma, donde la información codificada en el ARNm se traduce en una cadena de aminoácidos. Un conjunto de tres códigos de nucleótidos para un aminoácido y estos trillizos se llaman codones. El conjunto de reglas que describen qué codones especifican un aminoácido en particular componen el código genético.

El código genético es redundante

Las proteínas se crean a partir de 20 aminoácidos en eucariotas. La combinación de cuatro nucleótidos en conjuntos de tres proporciona 64 (43) posibles codones. Esto significa que es posible que el aminoácido individual puede ser codificado por más de un codón. Se dice que el código genético es redundante o degenerado. A menudo, pero no siempre, los codones que especifican los mismos aminoácidos difieren sólo en el tercer nucleótido del trillizo. Por ejemplo, los codones GUU, GUC, GUA y GUG representan el aminoácido valina. Sin embargo, AUG es el único codón que representa el aminoácido metionina. El codón AUG es también el codón donde comienza la síntesis de proteínas y por lo tanto se llama el codón de inicio. La redundancia en el sistema minimiza los efectos nocivos de las mutaciones. Una mutación (es decir, cambio) en la tercera posición del codón podría no resultar necesariamente en un cambio del aminoácido.

El Código Genético Es Universal

Con algunas excepciones, la mayoría de los organismos procariotas y eucariotas utilizan el mismo código genético para la síntesis de proteínas. Esta universalidad del código genético ha permitido avanzar en la investigación científica, la agricultura y la medicina. Por ejemplo, la insulina humana ahora se puede fabricar a gran escala en bacterias. Esto se hace utilizando la tecnología de ADN recombinante. El ADN recombinante consiste en material genético de diferentes especies. Los genes que codifican la insulina humana se unen con el ADN bacteriano y se insertan en una célula bacteriana. La célula bacteriana realiza la transcripción y traducción para producir la insulina humana codificada en el ADN recombinante. La insulina humana resultante se utiliza para tratar la diabetes.


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