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Dogma central de la biología molecular

El dogma central de la biología molecular trata sobre el flujo de información genética dentro de un sistema biológico. A menudo se enuncia como "el ADN produce ARN, y el ARN pro...

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El dogma central de la biología molecular trata sobre el flujo de información genética dentro de un sistema biológico. A menudo se enuncia como "el ADN produce ARN, y el ARN produce proteínas" [ 1 ] , aunque este no es su significado original. Fue enunciado por primera vez por Francis Crick en 1957 [ 2 ] [ 3 ] y publicado en 1958 [ 4 ] [ 5 ].

El dogma central establece que una vez que la información se ha incorporado a una proteína , no puede volver a salir. En otras palabras, la transferencia de información de un ácido nucleico a otro, o de un ácido nucleico a una proteína, puede ser posible, pero la transferencia de una proteína a otra, o de una proteína a un ácido nucleico, es imposible. Aquí, información se refiere a la determinación precisa de la secuencia, ya sea de las bases del ácido nucleico o de los residuos de aminoácidos de la proteína.

Lo reiteró en un artículo de Nature publicado en 1970: «El dogma central de la biología molecular trata sobre la transferencia detallada residuo por residuo de información secuencial . Afirma que dicha información no puede transferirse de vuelta de una proteína a otra proteína ni a un ácido nucleico». [ 6 ]

Una segunda versión del dogma central es popular pero incorrecta. Se trata de la vía simplista ADN → ARN → proteína publicada por James Watson en la primera edición de *La biología molecular del gen* (1965). La versión de Watson difiere de la de Crick porque Watson describe un proceso de dos pasos (ADN → ARN / ARN → proteína) como el dogma central. [ 7 ] Si bien el dogma tal como lo enunció originalmente Crick sigue siendo válido hoy en día, [ 6 ] [ 8 ] la versión de Watson no lo es. [ 2 ]

Información de secuencia biológica

Los biopolímeros que componen el ADN, el ARN y los (poli) péptidos son heteropolímeros lineales (es decir, cada monómero está conectado a un máximo de dos monómeros). Las secuencias de sus monómeros codifican información de manera efectiva. Las transferencias de información de una molécula a otra son transferencias fieles y deterministas , en las que la secuencia de un biopolímero se utiliza como plantilla para la construcción de otro biopolímero con una secuencia que depende completamente de la secuencia del biopolímero original. Cuando el ADN se transcribe a ARN, su complemento se empareja con él. Los códigos de ADN se transfieren a los códigos de ARN de forma complementaria. La codificación de proteínas se realiza en grupos de tres, conocidos como codones . La tabla de codones estándar se aplica a los humanos y mamíferos, pero algunas otras formas de vida (incluidas las mitocondrias humanas [ 9 ] ) utilizan traducciones diferentes . [ 10 ]

Transferencias generales de información secuencial biológica

Figura de Francis Crick de 1958 que muestra diversas transferencias de información. Las líneas continuas representan transferencias residuales que forman parte del dogma central. Las líneas punteadas representan transferencias de información virales y experimentales.

replicaciones del ADN

Dado que la replicación del ADN es necesaria para que se transmita material genético a la descendencia de cualquier célula, ya sea somática o reproductiva , la copia de ADN a ADN es, sin duda, el paso fundamental en la transferencia de información. Un complejo grupo de proteínas denominado replisoma realiza la replicación de la información desde la cadena parental a la cadena hija complementaria.

Transcripción

La transcripción es el proceso mediante el cual la información contenida en una sección de ADN se replica en forma de una nueva molécula de ARN mensajero (ARNm). Las enzimas que facilitan este proceso incluyen la ARN polimerasa y los factores de transcripción . En las células eucariotas , el transcrito primario es el pre-ARNm . El pre-ARNm debe procesarse para que se produzca la traducción. Este procesamiento incluye la adición de una caperuza 5' y una cola de poli-A a la cadena de pre-ARNm, seguida del empalme . El empalme alternativo ocurre cuando es apropiado, aumentando la diversidad de proteínas que puede producir un solo ARNm. El producto de todo el proceso de transcripción (que comenzó con la producción de la cadena de pre-ARNm) es una cadena de ARNm madura.

Traducción

El ARNm maduro se dirige a un ribosoma , donde se traduce . En las células procariotas , que carecen de núcleo, los procesos de transcripción y traducción pueden estar vinculados sin una clara separación. En las células eucariotas , el sitio de transcripción (el núcleo celular ) suele estar separado del sitio de traducción (el citoplasma ), por lo que el ARNm debe transportarse desde el núcleo al citoplasma, donde se une a los ribosomas. El ribosoma lee los codones tripletes del ARNm , que generalmente comienzan con un AUG ( adenina - uracilo - guanina ), o un codón de metionina iniciador , aguas abajo del sitio de unión del ribosoma . Complejos de factores de iniciación y factores de elongación incorporan ARN de transferencia (ARNt) aminoacilados al complejo ribosoma-ARNm, emparejando el codón del ARNm con el anticodón del ARNt. Cada ARNt contiene el residuo de aminoácido apropiado para incorporarse a la cadena polipeptídica que se está sintetizando. A medida que los aminoácidos se unen a la cadena peptídica en crecimiento, esta comienza a plegarse en la conformación correcta. La traducción finaliza con un codón de parada , que puede ser un triplete UAA, UGA o UAG.

El ARNm no contiene toda la información necesaria para especificar la naturaleza de la proteína madura. La cadena polipeptídica naciente liberada del ribosoma suele requerir un procesamiento adicional antes de que surja el producto final. Por un lado, el proceso de plegamiento correcto es complejo y de vital importancia. Para la mayoría de las proteínas, requiere otras proteínas chaperonas para controlar la forma del producto. Algunas proteínas escinden segmentos internos de sus propias cadenas peptídicas, empalmando los extremos libres que bordean el hueco; en estos procesos, las secciones internas "descartadas" se denominan inteínas . Otras proteínas deben dividirse en múltiples secciones sin empalmar. Algunas cadenas polipeptídicas necesitan entrecruzarse, y otras deben unirse a cofactores como el hemo antes de volverse funcionales.

Transferencias adicionales de información secuencial biológica

Transcripción inversa

Flujos de información inusuales resaltados en verde.

La transcripción inversa es la transferencia de información del ARN al ADN (el proceso inverso a la transcripción normal). Se sabe que esto ocurre en el caso de los retrovirus , como el VIH , así como en los eucariotas , en el caso de los retrotransposones y la síntesis de telómeros . Es el proceso mediante el cual la información genética del ARN se transcribe en nuevo ADN. La familia de enzimas implicadas en este proceso se denomina transcriptasa inversa .

replicación del ARN

La replicación del ARN es la copia de un ARN a otro. Muchos virus se replican de esta manera. Las enzimas que copian el ARN a nuevo ARN, llamadas ARN polimerasas dependientes de ARN , también se encuentran en muchos eucariotas, donde participan en el silenciamiento del ARN . [ 11 ]

La edición de ARN , en la que una secuencia de ARN se altera mediante un complejo de proteínas y un "ARN guía", también podría considerarse una transferencia de ARN a ARN.

Actividades no relacionadas con el dogma central

El dogma central de la biología molecular establece que, una vez que la información secuencial ha pasado del ácido nucleico a la proteína, no puede retroceder de la proteína al ácido nucleico. Algunas personas creen que las siguientes actividades contradicen el dogma central.

Modificación postraduccional

Una vez que las secuencias de aminoácidos de las proteínas se han traducido a partir de cadenas de ácidos nucleicos, pueden ser editadas por enzimas apropiadas. Este es un caso en el que la proteína afecta la secuencia de la proteína, no en el que la proteína transfiere información al ácido nucleico.

Síntesis de péptidos no ribosomales

Algunas proteínas son sintetizadas por sintetasas de péptidos no ribosomales , que pueden ser grandes complejos proteicos, cada uno especializado en la síntesis de un solo tipo de péptido. Los péptidos no ribosomales suelen tener estructuras cíclicas o ramificadas y pueden contener aminoácidos no proteinogénicos ; ambos factores los diferencian de las proteínas sintetizadas por los ribosomas. Un ejemplo de péptidos no ribosomales son algunos antibióticos.

Inteínas

Una inteína es un segmento "parásito" de una proteína que puede separarse de la cadena de aminoácidos a medida que emergen del ribosoma y unirse a las porciones restantes mediante un enlace peptídico, de manera que la estructura principal de la proteína no se desintegre. Este es un caso en el que una proteína modifica su propia secuencia primaria con respecto a la secuencia codificada originalmente por el ADN de un gen. Además, la mayoría de las inteínas contienen un dominio de endonucleasa de homing o dominio HEG, capaz de encontrar una copia del gen original que no incluya la secuencia de nucleótidos de la inteína. Al entrar en contacto con la copia sin inteína, el dominio HEG inicia el mecanismo de reparación de roturas de doble cadena del ADN . Este proceso provoca que la secuencia de la inteína se copie del gen fuente original al gen sin inteína. Este es un ejemplo de edición directa de la secuencia de ADN por parte de una proteína, así como de aumento de la propagación hereditaria de la secuencia.

Priones

Los priones son proteínas con secuencias de aminoácidos y conformaciones específicas. Se propagan en las células huésped mediante cambios conformacionales en otras moléculas de proteína con la misma secuencia de aminoácidos, pero con una conformación diferente que resulta funcionalmente importante o perjudicial para el organismo. Una vez que la proteína se ha transformado al plegamiento del prión, cambia su función. A su vez, puede transmitir información a nuevas células y reconfigurar más moléculas funcionales de esa secuencia a la forma alternativa del prión. En algunos tipos de priones en hongos , este cambio es continuo y directo; el flujo de información es proteína  →  proteína.

Algunos científicos, como Alain E. Bussard y Eugene Koonin, han argumentado que la herencia mediada por priones viola el dogma central de la biología molecular. [ 12 ] [ 13 ] Sin embargo, Rosalind Ridley, en Molecular Pathology of the Prions (2001), escribió que «la hipótesis del prión no es herética al dogma central de la biología molecular —que la información necesaria para fabricar proteínas está codificada en la secuencia de nucleótidos del ácido nucleico— porque no afirma que las proteínas se repliquen. Más bien, afirma que existe una fuente de información dentro de las moléculas de proteínas que contribuye a su función biológica, y que esta información puede transmitirse a otras moléculas». [ 14 ]

Uso del término dogma

En su autobiografía , *What Mad Pursuit* , Crick escribió sobre su elección de la palabra dogma y algunos de los problemas que le causó:

"Llamé a esta idea dogma central, sospecho que por dos razones. Ya había usado la palabra obvia ' hipótesis' en la secuencia 'hipótesis' , y además quería sugerir que esta nueva suposición era más central y más poderosa. ... Al final, el uso de la palabra dogma causó casi más problemas de los que valía la pena. Muchos años después, Jacques Monod me señaló que no parecía comprender el uso correcto de la palabra dogma, que es una creencia indiscutible . Lo intuía vagamente, pero como pensaba que todas las creencias religiosas carecían de fundamento, usé la palabra según mi propia concepción, no como la mayoría del mundo la usa, y simplemente la apliqué a una gran hipótesis que, por muy plausible que fuera, tenía escaso respaldo experimental directo."

De manera similar, Horace Freeland Judson registra en El octavo día de la creación : [ 15 ]

«Yo pensaba que un dogma era una idea para la que no existía evidencia razonable . ¿Lo ves?», dijo Crick, y soltó un grito de júbilo. «Simplemente no sabía qué significaba dogma . Y bien podría haberlo llamado "Hipótesis Central", o... ya sabes. Que es lo que quería decir. Dogma era solo una frase hecha».

Comparación con la barrera de Weismann

En la teoría del plasma germinal de August Weismann , el material hereditario, el plasma germinal, se limita a las gónadas . Las células somáticas (del cuerpo) se desarrollan de nuevo en cada generación a partir del plasma germinal. Lo que les ocurra a esas células no afecta a la siguiente generación.

La barrera de Weismann , propuesta por August Weismann en 1892, distingue entre los linajes de células germinales "inmortales" (el plasma germinal ) que producen gametos y las células somáticas "desechables". La información hereditaria se transmite únicamente de las células germinales a las somáticas (es decir, las mutaciones somáticas no se heredan). Esto, antes del descubrimiento de la función o la estructura del ADN, no predice el dogma central, pero sí anticipa su visión de la vida centrada en los genes, aunque en términos no moleculares. [ 16 ] [ 17 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Leavitt SA (junio de 2010). "Descifrando el código genético: Marshall Nirenberg" . Oficina de Historia de los NIH. Archivado del original el 17 de marzo de 2015. Recuperado el 2 de marzo de 2012 .
  2. 1 2 Cobb M (septiembre de 2017). " Hace 60 años, Francis Crick cambió la lógica de la biología" . PLOS Biology . 15 (9) e2003243. doi : 10.1371/journal.pbio.2003243 . PMC 5602739. PMID 28922352 .  
  3. ↑ "Archivos CSHL | Sobre la síntesis de proteínas" . libgallery.cshl.edu . Consultado el 13 de noviembre de 2018 .
  4. ↑ Crick FH (1958). "Sobre la síntesis de proteínas". En FK Sanders (ed.). Simposios de la Sociedad de Biología Experimental, Número XII: La replicación biológica de macromoléculas . Cambridge University Press. págs. 138–163 . 
  5. ↑ Crick, Francis. HC (1958). "Sobre la síntesis de proteínas" . Simposios de la Sociedad de Biología Experimental . 12. Simposios de la Sociedad de Biología Experimental número XII: La replicación biológica de macromoléculas. pág. 153. PMID 13580867 . 
  6. 1 2 Crick F (agosto de 1970). "Dogma central de la biología molecular" . Nature . 227 ( 5258): 561– 3. Bibcode : 1970Natur.227..561C . doi : 10.1038/227561a0 . PMID 4913914. S2CID 4164029 .  
  7. ↑ Moran LA (15 de enero de 2007). "Sandwalk: Conceptos básicos: El dogma central de la biología molecular" . sandwalk.blogspot.com . Consultado el 17 de marzo de 2018 .
  8. ↑ Cobb, Matthew (2015). El mayor secreto de la vida: La carrera por descifrar el código genético . Basic Books. ISBN 978-0-465-06267-6Cuando Crick enunció el dogma central, su objetivo no era reformular la división celular de Weismann en línea somática y línea germinal, ni defender la comprensión moderna de la evolución por selección natural frente a la idea de la herencia de caracteres adquiridos. El dogma central se basaba en patrones conocidos o supuestos de transferencia de información bioquímica en la célula, más que en una postura dogmática. Por ello, era vulnerable a ser invalidado por descubrimientos futuros. Sin embargo, en sus fundamentos se ha demostrado su veracidad. Excepciones reales o aparentes a esta regla, como la enfermedad priónica por retrotranscripción o los efectos epigenéticos transgeneracionales, no han socavado su veracidad básica. (p. 263)
  9. ↑ Barrell BG, Bankier AT, Drouin J (1979). "Un código genético diferente en las mitocondrias humanas". Nature . 282 (5735): 189– 194. Bibcode : 1979Natur.282..189B . doi : 10.1038/282189a0 . PMID 226894. S2CID 4335828 .  ()
  10. ↑ Elzanowski A, Ostell J (2008-04-07). "Los códigos genéticos" . Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) . Recuperado el 2021-08-03 .
  11. ↑ Ahlquist P (mayo de 2002). "ARN polimerasas dependientes de ARN, virus y silenciamiento de ARN". Science . 296 ( 5571): 1270–3 . Bibcode : 2002Sci...296.1270A . doi : 10.1126/science.1069132 . PMID 12016304. S2CID 42526536 .  
  12. ↑ Bussard AE (agosto de 2005). " ¿Una revolución científica? La anomalía del prión podría desafiar el dogma central de la biología molecular" . EMBO Reports . 6 (8): 691–4 . doi : 10.1038/sj.embor.7400497 . PMC 1369155. PMID 16065057 .  
  13. ↑ Koonin EV (agosto de 2012). " ¿ Sigue vigente el dogma central?" . Biology Direct . 7 : 27. doi : 10.1186/1745-6150-7-27 . PMC 3472225. PMID 22913395 .  
  14. ↑ Ridley R (2001). "¿Qué habría pensado Thomas Henry Huxley de las enfermedades priónicas?". En Baker HF (ed.). Patología molecular de los priones . Métodos en medicina molecular. Humana Press. pp. 1-16 . ISBN  0-89603-924-2.
  15. ↑ Judson HF (1996). «Capítulo 6: Mi opinión era que un dogma era una idea para la cual no existía evidencia razonable . ¿Lo ves? ». El octavo día de la creación: Creadores de la revolución en biología (edición del 25.º aniversario ). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN  978-0-87969-477-7.
  16. ↑ De Tiège A, Tanghe K, Braeckman J, Van de Peer Y (enero de 2014). "Del centrismo del ADN al centrismo de los ácidos nucleicos y las condiciones para el centrismo genético revisitadas". Biology & Philosophy . 29 (1): 55– 69. doi : 10.1007/s10539-013-9393-z . S2CID 85866639 . 
  17. ↑ Turner JS (2013). Henning BG, Scarfe AC (eds.). La segunda ley de la biología: homeostasis, propósito y deseo . Rowman and Littlefield. pág. 192. ISBN  978-0-7391-7436-4Mientras que Weismann afirmaba que era imposible que los cambios adquiridos durante la vida de un organismo influyeran en los rasgos transmisibles de la línea germinal, el CDMB añadió que era imposible que la información codificada en las proteínas influyera y afectara a la información genética de ninguna forma, lo que constituía esencialmente una reformulación molecular de la barrera de Weismann.{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )

Lecturas adicionales

  • Bussard AE (agosto de 2005). " ¿Una revolución científica? La anomalía de los priones podría desafiar el dogma central de la biología molecular" . EMBO Reports . 6 (8): 691–4 . doi : 10.1038/sj.embor.7400497 . PMC 1369155. PMID 16065057 .  
  • Baker, Harry F. (2001). Patología molecular de los priones (Métodos en medicina molecular) . Humana Press. ISBN 0-89603-924-2
  • Li JJ, Biggin MD (marzo de 2015). "Expresión génica. La estadística recuantifica el dogma central" . Science . 347 (6226): 1066–7 . Bibcode : 2015Sci...347.1066L . doi : 10.1126/science.aaa8332 . PMID 25745146 . 
  • Piras V, Tomita M, Selvarajoo K (2012). "¿Es el dogma central una propiedad global del flujo de información celular?" . Frontiers in Physiology . 3 : 439. doi : 10.3389/fphys.2012.00439 . PMC 3505008 . PMID 23189060 .  
  • Robinson VL (2009). "Repensando el dogma central: los ARN no codificantes son biológicamente relevantes". Oncología Urológica . 27 (3): 304– 6. doi : 10.1016/j.urolonc.2008.11.004 . PMID 19414118 . 
  • La elaboración del dogma central – Scitable: Educación por naturaleza
  • Animación del Dogma Central de RIKEN - NatureDocumentaries.org
  • Debate sobre los desafíos al "Dogma Central de la Biología Molecular".
  • Explicación del dogma central mediante una analogía musical.
  • "Francis Harry Compton Crick (1916–2004)" por A. Andrei en la Enciclopedia del Proyecto Embrión.