Ejercicio resuelto de Biología · 2021

6- En el laboratorio se ha aislado el ADN de una bacteria que contiene la información para la síntesis de la proteína P2019 que actúa como antibiótico.
a. ¿Podemos utilizar el mismo código genético que en humanos para traducir la proteína y obtener el antibiótico? Razone la respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)\nb. Si conocemos la secuencia de aminoácidos de la proteína P2019, ¿podemos saber exactamente la secuencia de nucleótidos del ADN que la codifica? Razone la respuesta. (Calificación máxima 0,25 puntos)\nc. La proteína aislada se une a la proteína L15 que forma parte del centro activo de la ribozima peptidil transferasa de la subunidad grande del ribosoma 70S bloqueando dicha proteína. ¿Qué consecuencias tendría esto para la bacteria? (Calificación máxima 1,25 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{¿Podemos}}\mathbf{\text{utilizar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{digo}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{humanos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{traducir}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{antibi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tico?}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{S}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{podemos.}}$ La razón es que el código genético es $\mathbf{\text{universal}}$: la correspondencia entre cada triplete y su aminoácido es la misma en prácticamente todos los seres vivos, de las bacterias al ser humano, porque se estableció muy pronto en la evolución y cualquier cambio posterior habría alterado todas las proteínas a la vez.

De ahí se sigue lo que hace posible toda la ingeniería genética: un gen bacteriano leído con la tabla humana da la misma secuencia de aminoácidos, y a la inversa, un gen humano introducido en una bacteria produce la proteína humana correcta. Es lo que permite fabricar insulina humana en $\mathit{\text{Escherichia}}\mathit{\text{coli}}$.

Conviene apuntar el matiz: existen pequeñas excepciones —el código de las mitocondrias y el de algunos protozoos ciliados difieren en unos pocos codones—, por lo que se habla de código casi universal. Ninguna de ellas afecta a este caso.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{conocemos}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{amino}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{P2019,}}\mathbf{\text{¿podemos}}\mathbf{\text{saber}}\mathbf{\text{exactamente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tidos}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{codifica?}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{No,}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{exactamente.}}$ El motivo es que el código genético está $\mathbf{\text{degenerado}}$: hay 64 codones para 20 aminoácidos, de modo que casi todos los aminoácidos están codificados por varios codones sinónimos. La leucina, la serina y la arginina tienen seis cada uno; solo la metionina y el triptófano tienen uno.

La traducción es, por tanto, una operación de un solo sentido: del ADN se deduce sin ambigüedad la proteína, pero de la proteína solo se deduce el $\mathbf{\text{conjunto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{secuencias}}\mathbf{\text{posibles}}$, que puede ser enorme. Para conocer la secuencia real hay que secuenciar el gen. En la práctica, cuando se sintetiza un gen a partir de una proteína conocida se elige entre los codones sinónimos el que la especie hospedadora usa con más frecuencia.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{aislada}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{une}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{L15}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{parte}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{centro}}\mathbf{\text{activo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{ribozima}}\mathbf{\text{peptidil}}\mathbf{\text{transferasa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{subunidad}}\mathbf{\text{grande}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ribosoma}}\mathbf{\text{70S}}\mathbf{\text{bloqueando}}\mathbf{\text{dicha}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{consecuencias}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{esto}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{bacteria?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{1,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La peptidil-transferasa es la actividad que $\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{pept}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{dico}}$ entre el aminoácido del sitio A y la cadena que sostiene el ARNt del sitio P, y reside en la subunidad mayor del ribosoma. Bloquearla equivale a detener la traducción en su paso central.

Las consecuencias se encadenan. La bacteria puede seguir transcribiendo sus genes y sus ARNt pueden seguir cargándose de aminoácidos, pero el ribosoma no consigue $\mathbf{\text{alargar}}\mathbf{\text{ninguna}}\mathbf{\text{cadena}}$: la elongación se para en el primer aminoácido y no se sintetiza ni una sola proteína nueva. Como las proteínas se degradan continuamente y hay que reponerlas, la bacteria pierde enseguida sus enzimas metabólicas, sus transportadores de membrana y las proteínas necesarias para replicar el ADN y dividirse. Deja de crecer y de multiplicarse —efecto $\mathbf{\text{bacteriost}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tico}}$— y acaba muriendo.

Ahí está el fundamento del antibiótico, y también su $\mathbf{\text{selectividad}}$: la diana es el ribosoma $\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{S}}$, propio de bacterias, mientras que los ribosomas del citosol de nuestras células son 80 S y difieren en tamaño, en ARN ribosómico y en proteínas, de modo que la proteína P2019 no encaja en ellos. Es la misma estrategia del cloranfenicol. La única precaución es que las mitocondrias tienen ribosomas 70 S, por su origen endosimbiótico, y ahí pueden aparecer efectos secundarios.