El sesgo de codones entre organismos

Por Francisco R. Villatoro, el 27 mayo, 2016. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • Noticias • Science ✎ 10

Dibujo20150526 Translation in the Ribosome and tRNA Structure cell press sciencedirect com

El código genético es redundante, 61 codones (tripletes) codifican 20 aminoácidos. Las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) conectan cada anticodón con un aminoácido concreto. El código genético es (casi) universal, pero presenta un sesgo de codones entre organismos. Entre los 61 posibles ARNt, los Homo sapiens solo usamos 45, la bacteria Escherichia coli usa 39, la arquea Sulfolobus solfataricus usa 35 y los Mycoplasma solo usan 28.

En la traducción a proteínas del ARN mensajero (ARNm) en los ribosomas se observan pares de bases oscilantes (wobble) entre codón y anticodón para compensar el sesgo de codones. Por ejemplo, en el genoma humano la fenilalanina (Phe o F) se codifica con los codones TTT y TTC en el ADN (UUU y UUC en el ARNm), pero no hay ARNt con el anticodón AAA, usándose en ambos casos el ARNt con anticodón AAG. No se conoce la función exacta del sesgo de codones, pero se sabe que influye en la velocidad de traducción, el plegamiento final de la proteína y en otros aspectos de la traducción.

Recomiendo la lectura de Tessa E.F. Quax, Nico J. Claassens, …, John van der Oost, «Codon Bias as a Means to Fine-Tune Gene Expression,» Molecular Cell 59: 149–161 (16 Jul 2015), doi: 10.1016/j.molcel.2015.05.035.

Dibujo20150526 codon frequencies and trna gene copy numbers e coli s solfataricus h sapiens cell press sciencedirect com

El dogma central de la biología molecular afirma que el ADN se transcribe a ARNm, que a su vez se traduce a proteínas en los ribosomas. Las moléculas claves para la traducción son los ARNt, que enlazan cada triplete de nucleótidos con el aminoácido correspondiente. El código genético es redundante, ya que 18 de los 20 aminoácidos son codificados por más de un codón sinónimo; en concreto 59 codones codifican dichos 18 aminoácidos, dos son codificados por un solo codón y hay tres codones de parada de la treducción.

El sesgo de codones (la ausencia de ciertos ARNt en un organismo concreto) fue descubierto gracias al desarrollo de las técnicas de secuenciación de ADN. El efecto de este sesgo en la cinética de la traducción todavía es una incógnita. Se han publicado resultados contradictorios sobre el efecto de la interacción de la oscilación (wobbling) entre codón y anticodón. Algunos autores han observado que retrasa la traducción y otros que la agiliza. Podría ser resultado de un accidente evolutivo, ya que parte del sesgo de codones depende del reino de la vida (siendo diferente entre eucariotas, procariotas y arqueas).

Dibujo20150526 different types of codon bias cell press sciencedirect com

Las proteínas más expresadas, en general, están codificadas por los genes que contienen proporciones más altas de codones reconocidos por los ARNt más abundantes. Más aún, los codones sinónimos no están distribuidos de forma aleatoria en un gen, sino que presentan correlaciones y agrupaciones. Este sesgo de ocurrencia compartida (o co-ocurrencia) también es más abundante en eucariotas y en genes altamente expresados. También se observa un sesgo de codones por parejas; en humanos para codificar alanina y glutamato adyacentes casi siempre se usa la pareja de codones GAG-GCA, siendo muy rara la pareja GCC-GAA (a pesar de que el codón GCC es el más frecuente para representar la alanina).

Dibujo20150526 Codon Landscapes and Intergenic Codon Bias cell press sciencedirect com

El mecanismo exacto de acción de estos sesgos de codones a la hora de mejorar la eficacia de la traducción aún no se entiende bien. Para quienes no somos biólogos, resulta sorprendente lo poco que sabemos sobre los mecanismos físicoquímicos de la vida. Cada día aprendemos cosas nuevas que van más allá del dogma de la biología molecular (que a algunos nos enseñaron hace más de 30 años). Sin lugar a dudas el siglo XXI será el siglo de la Biología.



10 Comentarios

      1. ¿Son secuencias conservadas en la evolución en esos sitios concretos? Lo digo por eso de la mayor estabilidad de los triples enlaces por puente de hidrógeno del par GC frente a los dobles del par AT.🤔☺️

  1. Creo que hay que aclarar que los ARNt enlazan los aminoácidos con los codones, no con los anticodones cono se dice al principio. Los anticodones sirven para reconocer el aminoácido que se unirá al ARNt y para unirse específicamente a los codones.

    1. Las dos cosas. Y seguramente varias cosas más.
      Resumiendo: «lo uno no quita lo otro».

      Desde luego, entre la genética, la epigenética (con aplicaciones incluso a nivel nutricional y de medicamentos), la medicina regenerativa tanto con células madre (tanto inducidas como naturales), etcétera… Entre otras cosas, será el siglo de la biología. Y también de la física, claro. La energía nuclear de fusión (ojalá una rentabilidad energética y económica muy cercana en el tiempo), quizá experimentos fructíferos (o no tan exitosos) sobre cosas que parecen fantásticas como los viajes en el tiempo, etcétera.☺️👍

  2. Buenos días.
    Recientemente he escuchado un podcast de «Hablando con Científicos» de Ciencias.com, donde han entrevistado a Jorge Laborda, profesor de Bioquímica y Biología molecular de la UCLM. Hablaba sobre el sesgo de codones del nuevo SARS-Cov-2 y de las hipótesis sobre lo que dicho sesgo puede significar. Básicamente venía a decir que la tasa natural de mutaciones del virus es muy baja como para poder explicarlo. Tampoco se apuntaba a la tesis de un origen «artificial». Pero sí dejaba más abierta la posibilidad de un origen (involuntario claro) en cultivos celulares con fines experimentales, o a la coexistencia del virus desde hace algunos años en poblaciones humanas cerradas en contacto con murciélagos.
    Como yo no tengo argumentos para evaluar bien tanto el sesgo en sí como sus posibles significados, he estado buscando en la red algunas respuestas. Y he encontrado su blog (ya he oído hablar, muy bien, de usted antes) hablando precisamente del sesgo de codones. Agradecería me dijese su opinión.
    Le dejo el link por si le interesa.
    http://cienciaes.com/entrevistas/2020/05/03/codigo-genetico-coronavirus/
    Muchas gracias.
    Julio.

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