13 julio, 2009

Reglas generales para la elección del codón óptimo

En nuestros cursos de Biología general nos han enseñado que el código genético es degenerado, osea, un mismo aminoácido puede ser codificado por varios codones (tripletes de nucleótidos). A pesar de esto, los organismos vivos tienen una preferencia por usar uno de ellos en mayor proporción que los otros. Aún no está claro si es que esta "preferencia" se debe a la selección natural a nivel de la traducción, o es debido a fuerzas evolutivas que ha dirigido la preferencia a determinados codones, o es por causas más complejas que el mismo azar.

ResearchBlogging.orgInvestigadores de la Universidad de Arizona realizaron un estudio para entender mejor este fenómeno que ha intrigado a los biólogos por muchos años. Hershberg et al. enfocaron su estudio al porcentaje de GC contenido en las regiones intergenéticas. Para esto usaron los genomas completos de 675 bacterias, 52 arqueas y 10 hongos.

Para este estudio, los investigadores calcularon el número efectivo de codones (Nc) de cada una de las proteínas codificadas por cada genoma (solo se tomaron en cuenta aquellas proteínas con más de 50 aminoácidos). De los 18 aminoácidos estudiados, que son aquellos codificados por más de un codón, se examinó la frecuencia con la que aparecían cada uno de los codones para determinar el codón favorito (óptimo) usado cada aminoácido. Luego se clasificaron los codones en familias según si eran ricos en GC o en AT. A los más ricos en GC se les dio un valor de 1, a los más ricos en AT se les dio un valor de -1 y 0 a los aminoácidos que tienen un contenido intermedio de GC. Luego se sumaron los escores y se dividieron entre el número de familias. Si un organismo tiene más codones ricos en GC tendrá un escore final mayor a 0, si tiene más codones ricos en AT tendrá un escore menor a 0. Estos valores luego se plotearon con el contenido de GC del organismo en las regiones intergenéticas y se encontró una clara correlación entre los que tienen más contenido intergenético de GC tienen más codones óptimos ricos en GC; lo mismo con los que son más ricos en AT tienen más codones óptimos ricos en AT. Estos resultados se repitieron en arqueas y hongos.

Un resultado raro se obtuvo con la Drosophila melanogaster, ya que esta mosca a pesar de tener un contenido intergenético rico en AT, sus codones óptimos son ricos en GC. La explicación que le dan es que a pesar de su bajo contenido en GC la D. melanogaster usa una mayor proporción de codones ricos en GC que otros organismos.

Otros resultados que se obtuvieron es que aquellos organismos que tenían altos porcentajes de GC en las regiones intergenéticas, para los aminoácidos que eran codificados por 4 codones preferían usar codones con C en vez de G para la Treonina y Glicina, y usaban preferiblemente G en vez de C para Prolina y Valina. En cambio, cuando el organismo era rico en AT en las regiones intergenéticas, no tenía una clara preferencia por T o A en los aminoácidos codificados por 4 codones. Otros resultados similares se obtuvieron con los otros aminoácidos que eran codificados por 2, 3 y 6 codones; siempre habían codones preferidos a pesar que sus contenidos de GC o AT eran similares.

Esto es solo un primer avance en determinar que reglas rigen la elección del codón óptimo en los organismos vivos. Hasta ahora se ha concluido que el porcentaje de GC presenten en las regiones intergenéticas juegan un papel importante en la elección del codón óptimo.

Hershberg, R., & Petrov, D. (2009). General Rules for Optimal Codon Choice PLoS Genetics, 5 (7) DOI: 10.1371/journal.pgen.1000556

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