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En lo que te toma ver la introducción de este video, tus células van a hacer algo verdaderamente impresionante: Van a construir miles de millones de péptidos - que esencialmente son proteínas bebés. A diferencia de la empanada que te echaste a la hora de comer, y que lentamente se mueve a lo largo de tu sistema digestivo, este es un proceso que no puedes sentir. A nivel celular, las proteínas ayudan a construir tus células, echan a andar reacciones químicas, ayudan a que el oxígeno se pueda mover en tu sangre y muchas cosas más. Tu cuerpo está compuesto por más de 10 000 tipos de proteínas únicas. Y para poder construir estas poderosas moléculas, tus células usan los mensajes que salen de sus núcleos y los convierten en una cadena continua, que eventualmente se convierte en una proteína, como en una línea de ensamblaje en una fábrica. A este proceso se le llama traducción, y está ocurriendo dentro de tus células ¡en este mismo instante!
¡Hola! Soy Mini Contreras y esto es Crash Course Biología.
[MÚSICA TEMA]
En lo que llevamos de esta serie, hemos conocido a nuestros amigos, el ADN y el ARN mensajero. El ADN es el gran libro de la vida: contiene la información que permite que un ser vivo exista y funcione, usando un tipo de moléculas llamadas nucleótidos, que son los componentes que se usan para construir unas moléculas más grandes, llamadas ácidos nucleicos, que son las moléculas donde se guarda nuestra información genética. Pero nuestro ADN se encuentra guardado dentro del núcleo de la célula y no puede salir. Para eso está el ARN mensajero que, como su nombre indica, funciona como mensajero. El ARN mensajero es la copia de una pequeña sección de ADN que puede salir del núcleo y llevar las instrucciones que se necesitan para construir una proteína. Al igual que el ADN, el ARN mensajero también transmite información mediante cuatro nucleótidos: Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina, o A, U, C y G. Tres de estos nucleótidos son idénticos a los del ADN, pero el cuarto es diferente: el ARN mensajero utiliza Uracilo y el ADN utiliza Timina.
Por otro lado, las proteínas se construyen a partir de un tipo de moléculas totalmente diferentes llamadas aminoácidos. Se comunican con un idioma completamente distinto al del ARN mensajero. Así que se vale preguntar, ¿cómo se comunican estos procesos que “hablan” dos idiomas diferentes? Para eso está la traducción. Ahora, la traducción de ARN mensajero no es como cuando se tiene que traducir un texto del inglés al español. Nuestro código genético no se tiene que preocupar por conjugar verbos y aprobar exámenes orales. Entonces vamos a explorar qué sucede durante este proceso.
El alfabeto de nucleótidos que utiliza el ARN mensajero siempre se lee en grupos de tres. Estas “palabras” de tres letras se llaman codones. Y, salvo algunas excepciones, cada una representa un posible aminoácido. Así que las letras G-U-A representan el aminoácido valina. U-C-C es serina y así de manera sucesiva hasta llegar a 64 combinaciones diferentes, lo que nos permite generar un diccionario genético bastante manejable. Esas excepciones que mencioné son los codones de terminación, que son como los puntos de una oración, que le dicen a la secuencia genética donde tiene que terminar. Y solamente hay tres codones diferentes que se leen como “alto”.
La maquinaria celular que se dedica a traducir estos nucleótidos a codones, y que eventualmente une a los aminoácidos se llama ribosoma. Junta y ensambla aminoácidos para construir un péptido, de la misma manera que una línea de ensamblaje junta un montón de piezas para producir un carro eléctrico de último modelo. ¡Gran trabajo, equipo! Los mismos ribosomas también están hechos de proteínas y de un tipo especial de ARN, llamado ARN ribosomal o ribosómico. ¿Ves como el ribosoma tiene dos partes? Cuando no están traduciendo, los ribosomas existen por separado como lo ves aquí.
La traducción ocurre en tres pasos diferentes. Y el primer paso, la iniciación, requiere que estas dos piezas trabajen en equipo. Para empezar, la mitad más pequeña del ribosoma se une al inicio de un segmento de ARN mensajero. La secuencia al inicio de prácticamente todos los segmentos de ARN mensajero son las mismas tres letras: A-U-G. Este es el codón de inicio y es el código que corresponde al aminoácido metionina. Es el ingrediente clave que se necesita para empezar a construir un péptido. Pero ojo, el ribosoma no sale a buscar una metionina durante este paso, de la misma manera que un trabajador no va a dejar su posición en la línea de ensamble para ir a buscar cada una de las piezas. Si pasara esto, no se podría llevar a cabo la parte del ensamblaje ya que no habría nadie para hacer esta importante labor.
Para eso está el ARN de transferencia. El ARN de transferencia es como una combinación de camión de carga y director de instalación en el mundo de la traducción celular. Hay docenas de tipos y cada uno se especializa en cargar e instalar un aminoácido en particular. El ARN de transferencia tiene un aminoácido en un extremo y un grupo de tres nucleótidos desapareados en el otro. El ARN de transferencia contiene lo que se conoce como anticodones, que son las secuencias complementarias a los codones. Puedes repasar este concepto en el Episodio 33 de esta serie, pero en resumen: Todos los nucleótidos se presentan en pares o apareados - por ejemplo, la C siempre se une con la G, entonces decimos que son complementarios. Así que la molécula de ARN de transferencia que lleva a la metionina no contiene al codón A-U-G: sus nucleótidos son los complementarios, U-A-C. Y cuando este ARN de transferencia se acerca a un ribosoma, esta secuencia le permite unirse al ARN mensajero. Esos nucleótidos complementarios se unen como dos piezas de un rompecabezas. Una vez que un ARN de transferencia llega con la metionina, encaja en su lugar sobre el ARN mensajero, y así puede llegar la mitad más grande del ribosoma, para completar el proceso de iniciación. Con esto se ‘activa’ este proceso, y nuestra línea de ensamblaje ya se puede poner a trabajar. El fin de la iniciación quiere decir que se ha empezado una nueva cadena de aminoácidos, y se pueden agregar más eslabones para construir un péptido.
Entonces aquí es donde empieza el proceso de elongación. En este paso intermedio de la traducción, el ribosoma recorre la molécula de ARN mensajero y ‘lee’ los codones. Conforme hace esto, más moléculas de ARN de transferencia se acercan desde otras partes del citoplasma, ese líquido viscoso dentro de la célula, y se unen al ARN mensajero, llevando sus aminoácidos de tiro. Este equipo está muy bien coordinado y conecta todas estas piezas para construir una molécula nueva. Comparados con una fábrica, los ribosomas no son nada grandes. Solamente pueden trabajar con tres moléculas de ARN de transferencia a la vez. Así que un detalle muy importante del trabajo de un ribosoma es que tiene que trabajar tan rápido como pueda, para que las moléculas de ARN de transferencia se puedan liberar, dejando el espacio para que se pueda unir un nuevo camión de carga, con un aminoácido nuevo. Y el ribosoma sabe que tiene que terminar este proceso cuando ‘lee’ uno de los tres codones de terminación que mencioné hace poco, que le anuncia a nuestra fábrica que es hora de terminar esta traducción.
Nuestro último paso se llama terminación. Una vez el ribosoma llega a un codón de parada, puede soltar esta cadena de aminoácidos recién terminada y se vuelve a separar en sus dos partes. Entonces este proceso puede volver a empezar. Ahora bien, esta cadena de aminoácidos todavía no es una proteína completamente formada. Es una proteína inmadura, que se llama péptido y está compuesto de menos de 50 aminoácidos. Los péptidos se pueden combinar en cadenas más largas, o polipéptidos. Y eventualmente, los péptidos y polipéptidos se pliegan en formas funcionales, en ocasiones se
Así es como funciona a nivel microscópico. Pero en términos generales: las proteínas nos permiten hacer prácticamente todo lo que hacemos. Sin estas moléculas, no podríamos jugar videojuegos, patear una pelota, ni hacer videos de YouTube. La verdad es que las proteínas se encargan de todas las actividades más importantes, así que cuanto más sepamos sobre cómo funcionan y cómo se crean, mejor vamos a entender cómo funcionan nuestros cuerpos. Por ejemplo, sabemos que la traducción ocurre dentro de nuestras células a cada instante de cada día de nuestras vida, y deja que te diga algo impresionante: prácticamente todos los seres vivos de nuestro planeta usan los mismos codones. En algunos casos, se han encontrado pequeñas variaciones, pero en general, casi todas las células, desde las de tu cuerpo hasta las bacterias que viven dentro de la esponja de tu fregadero, hablan el mismo idioma. Que de una vez te recuerdo, ya es hora de cambiar esa esponja. Esta similitud nos dice que todos usamos el mismo código genético que se ha transmitido a partir de un solo ancestro común que vivió hace miles de millones de años. Y miles de millones de años más tarde, las células se han convertido en unas verdaderas máquinas de traducción.
Así que la comunidad científica se ha dedicado, por décadas, a aprender a construir péptidos en el laboratorio, porque se pueden usar como medicamentos para tratar enfermedades como la diabetes, el dolor crónico y hasta diferentes tipos de cáncer. Pero la cosa avanza a un ritmo algo más lento de lo deseado. Dependiendo del método, a un grupo de científicos le puede tomar desde 40 segundos hasta una hora agregarle un solo aminoácido a una cadena. ¡Y una proteína promedio tiene 300 aminoácidos! Por otro lado, las células animales, como las nuestras, pueden agregar hasta cinco aminoácidos cada segundo a un péptido. La evolución a veces puede ser muy presumida.
Ahora, si has visto los últimos episodios de esta serie, ya has visto todos los pasos necesarios para crear una proteína. El ADN se transcribe creando una molécula de ARN mensajero, la cual se traduce para formar una cadena de aminoácidos, y esa cadena se dobla hasta generar una proteína con una estructura particular, que se convierte en una maquinita genética super eficiente. ¡Pero la historia de cómo se produce una proteína todavía no se termina! Ahora que la comunidad científica entiende cómo funcionan los pasos y componentes básicos - y eso llevó varias décadas, por cierto - se están desarrollando nuevas técnicas para aplicar este conocimiento. Muchas veces, esto puede ser construir proteínas artificiales en un laboratorio para hacer un medicamento, y otras veces, es mandar instrucciones a los ribosomas y decirles a estas fábricas qué moléculas tienen que producir dentro de nuestros cuerpos.
Te cuento una historia muy particular en nuestro Teatro de La Vida… En 1985, la Doctora en Bioquímica Katalin Karikó estaba rellenando con dinero el osito de peluche de su hija. El laboratorio en Hungría en el que trabajaba la Dra. Karikó ya no tenía fondos para su investigación, así que decidió migrar a los Estados Unidos, para poder continuar su trabajo. Pero esta nueva etapa de su vida no iba a salir barata, y en aquel entonces a su familia solo se le iba a permitir sacar cierta cantidad de dinero del país. Lo que nadie podría imaginar era que esta nueva trayectoria de vida le iba a permitir a la Dra. Karikó salvar millones de vidas. Verás, Katalin era una especialista en el área de investigación del ARN mensajero y ella creía que estos pequeñísimos carteros genéticos se podían usar para decirles a las células como producir medicamentos para ellas mismas. Pero conforme desarrollaba proyectos para explorar esta idea, siempre se enfrentaba al mismo problema: a los ratones que usaban como modelos experimentales no les gustaba para nada el ARN mensajero producido en su laboratorio, y sus cuerpos siempre lo rechazaban.
Después de varios años de mucho trabajo, la Dra. Karikó y su colega, el doctor estadounidense Drew Weissman, finalmente encontraron el ingrediente que hacía falta. Aprendieron que el ARN mensajero que hay de manera natural en un cuerpo tiene una pequeña molécula que evita que el sistema inmunológico lo ataque. Y cuando agregaron esta molécula al ARN mensajero que producían de manera artificial, entonces boom! ¡Las células de sus ratones lo podían traducir sin ningún problema! Durante más de 15 años, este descubrimiento pasó de manera bastante desapercibida. A muy pocas personas les importaba tanto el ARN mensajero. Pero cuando surgió el COVID-19, Karikó, Weissman y un sinnúmero de investigadores usaron su experiencia con el ARN mensajero para desarrollar las primeras vacunas contra esta nueva enfermedad. Crearon un ARN mensajero que le dice a nuestras células cómo producir una proteína que se encuentra en el virus que causa el COVID-19. Una vez que nuestros ribosomas producen estas proteínas, nuestros sistemas inmunológicos las reconocen y así aprenden lo que tienen que hacer para combatirlas. Y si se llega a presentar un virus de verdad, nuestros cuerpos están más preparados para combatirlo.
Sin conocer esta historia, puede parecer que las vacunas de ARN mensajero contra el COVID-19, esas que fueron distribuidas por Pfizer-BioNTech y Moderna, salieron de la nada. Pero la tecnología con la que se producen se ha probado, estudiado y perfeccionado a lo largo de varias décadas. Y hoy en día, a todo el mundo le interesa el ARN mensajero, ya que la comunidad científica está explorando qué otros tipos de enfermedades se pueden tratar y prevenir con la ayuda de esta tecnología previamente ignorada.
En nuestra vida cotidiana, solo pensamos en las proteínas cuando estamos decidiendo lo que nos toca comer o cuando nos preparamos para ir al gimnasio, pero estas moléculas son mucho más interesantes y diversas de lo que tendemos a darles crédito. La sangre en un pez, las reacciones químicas de un girasol, las vacunas de ARN mensajero que nos mantienen saludables - todas estas cosas dependen de la actividad de muchas proteínas, y de los ribosomas que las generan a toda velocidad. Y el aprender cómo funciona el proceso de creación de las proteínas nos hace apreciar lo eficientes y poderosas que son las células - y todo lo que todavía nos queda por saber.
En nuestro próximo episodio, vamos a aprender cómo es que nuestros genes se expresan. ¡Nos vemos pronto!
Esta serie fue producida en colaboración con HHMI BioInteractive. Si eres educador, visita BioInteractive.org/es/CrashCourse para obtener recursos para el salón de clases y desarrollo profesional relacionado con los temas tratados en este curso. Gracias por ver este episodio de Crash Course Biología, que se hizo con la ayuda de todas estas personas super inteligentes. Si quieres ayudar a que Crash Course sea gratis para todos, por siempre, puedes unirte a nuestra comunidad en Patreon.