
La hipótesis del adaptador es un esquema teórico de la biología molecular que explica cómo la información codificada en las secuencias de ácidos nucleicos del ARN mensajero (ARNm) se utiliza para especificar los aminoácidos que componen las proteínas durante el proceso de traducción . Fue formulada por Francis Crick en 1955 en una publicación informal del RNA Tie Club , y posteriormente desarrollada en 1957 junto con el dogma central de la biología molecular y la hipótesis de la secuencia . Se publicó formalmente como artículo titulado "Sobre la síntesis de proteínas" en 1958. El nombre "hipótesis del adaptador" fue acuñado por Sydney Brenner .
Crick postuló que debía existir una molécula pequeña capaz de reconocer y unirse con precisión a las secuencias de ARNm durante la síntesis de aminoácidos. Posteriormente, se determinó que esta molécula adaptadora hipotética era un ácido nucleico hasta entonces desconocido: el ARN de transferencia (ARNt).
Desarrollo
En 1953, el biofísico inglés Francis Crick y el biólogo estadounidense James Watson , trabajando juntos en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , elaboraron la descripción correcta de la estructura del ADN , uno de los principales materiales genéticos. [ 1 ] En su artículo posterior del mismo año, introdujeron el concepto de información genética junto con la noción de que el ADN y las proteínas podrían estar relacionados. [ 2 ] Para 1954, se empezó a comprender que el ADN , el ARN (en ese momento solo se entendía el ARN mensajero, pero solo como un ácido nucleico vago, y se identificó como tal recién en 1960 [ 3 ] ) y las proteínas estaban relacionados como componentes de la misma vía de información genética. Sin embargo, la estructura del ARN y los detalles de cómo estas moléculas biológicas se relacionaban e interactuaban entre sí seguían siendo un misterio, especialmente cómo se podían sintetizar las proteínas a partir de ácidos nucleicos. [ 4 ] Watson llamó a este problema "los misterios de la vida" en su carta a Crick. [ 3 ] Watson y Alexander Rich discutieron en el PNAS , diciendo: "No podremos comprobar una relación estructural entre el ARN y la síntesis de proteínas o entre el ARN y el ADN hasta que conozcamos la estructura del ARN". [ 5 ]
Desde la década de 1940 se habían acumulado evidencias de que la síntesis de proteínas ocurre simultáneamente con un aumento en el nivel de ARN en el citoplasma . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] La relación entre el ADN y el ARN para la síntesis de proteínas fue planteada por primera vez por el biólogo francés André Boivin y Roger Vendrely en 1947. Escribieron en Experientia (más tarde renombrada Cellular and Molecular Life Sciences ): "Mediante acciones catalíticas, los ácidos desoxirribonucleicos macromoleculares gobiernan la construcción de ácidos ribonucleicos macromoleculares y, a su vez, estos controlan la producción de enzimas citoplasmáticas. En realidad, el equipo enzimático resulta simultáneamente del efecto de los ácidos ribonucleicos (acción catalítica) y del efecto de los sustratos (acción de masas). [ 9 ]
Las hipótesis de la plantilla de ácido nucleico
Alexander Dounce , del Centro Médico de la Universidad de Rochester en Nueva York, estuvo cerca de la interpretación correcta de la síntesis de proteínas a partir de ARN. [ 10 ] En 1952, propuso la primera noción, denominándola "hipótesis de la plantilla de ácido nucleico", [ 11 ] de que las proteínas se formaban a partir de ARN, en lugar de ADN. Sin embargo, dado que la estructura química exacta del ADN o del ARN no se conocía en ese momento, sugirió erróneamente que las proteínas y el ARN tienen secuencias complementarias, como describió en Enzymologia : "la disposición específica de los residuos de aminoácidos en una cadena peptídica dada se deriva de la disposición específica de los residuos de nucleótidos en una molécula de ácido nucleico específica correspondiente". [ 12 ] Fue criticado en Nature al año siguiente, [ 13 ] ante lo cual Dounce defendió su hipótesis:
En la hipótesis que propongo, el ácido ribonucleico fue elegido deliberadamente como plantilla, ya que, según diversas consideraciones e investigaciones experimentales, parece probable que la síntesis de proteínas pueda ocurrir tanto en el citoplasma como en el núcleo. Actualmente, no hay objeción a suponer que los genes son plantillas, pero no es necesario suponer que actúan directamente como tales para la síntesis de proteínas. [ 11 ]
Dounce también estuvo cerca de una explicación correcta y fundamental de la relación gen-proteína, como afirmó: «la relación entre los genes plasmáticos y los genes nucleares [postulados por Sol Spiegelman y Martin David Kamen en 1946 [ 14 ] ] podría explicarse mediante la secuencia plantilla ácido desoxirribonucleico - ácido ribonucleico - proteína, con el postulado adicional de una síntesis de ácido ribonucleico independiente coexistente, donde el ácido ribonucleico actúa como su propia plantilla». [ 11 ] La interpretación correcta de la transferencia de información genética (ADN → ARN → proteína) desarrollada por Crick en 1957 se convirtió en el dogma central de la biología molecular . [ 15 ] [ 16 ]
Hipótesis de la plantilla de ADN directa
El físico soviético-estadounidense George Gamow fue el primero en proponer un esquema coherente para la síntesis de proteínas a partir del ADN. [ 17 ] Basándose en el modelo de Watson-Crick , concibió que el propio ADN es una plantilla directa para la síntesis de proteínas. [ 18 ] Suponiendo que las cuatro bases del ADN pudieran producir 20 combinaciones diferentes como tripletes, sugirió que los diferentes aminoácidos debían corresponder a un alfabeto de veinte letras de la secuencia de nucleótidos. [ 19 ] En tal configuración, el ADN produce directamente proteínas a partir de las moléculas libres de aminoácidos. [ 20 ] En el número del 13 de febrero de 1954 de Nature explicó:
Me parece que dicho procedimiento de traducción puede establecerse fácilmente considerando la relación de " llave y cerradura " entre los distintos aminoácidos y los "agujeros" romboidales formados por los distintos nucleótidos en la cadena de ácido desoxirribonucleico... Se puede especular que los aminoácidos libres del medio circundante quedan atrapados en los "agujeros" de las moléculas de ácido desoxirribonucleico y, por lo tanto, se unen para formar las cadenas peptídicas correspondientes. [ 21 ]
Watson, entonces en el Instituto Tecnológico de California en Massachusetts, también concibió la cuestión. [ 22 ] A diferencia de Gamow, comprendió la posible importancia del ARN como etapa intermedia en la síntesis de proteínas. [ 3 ] Inicialmente imaginó que el ADN se convertía primero en ARN mediante una reacción química , pero luego cambió su perspectiva y consideró que el ADN servía de plantilla para la síntesis de ARN. [ 22 ] Este último modelo, al que llamó "no feo", comenzaba a ser más convincente. En una carta a Crick del 11 de diciembre de 1954, en la que discutía cómo se podría producir ARN a partir del ADN, dado que contienen composiciones de nucleótidos fundamentalmente similares, escribió: "Sospecho que la respuesta está frente a nosotros". [ 22 ]
Para resolver el enigma de la síntesis de proteínas, Gamow (como el Sintetizador) creó en 1954 un equipo informal de científicos al que llamó el Club de la Marea de ARN. Como predijo que representaría 20 aminoácidos, el club solo podía tener 20 miembros, con los siguientes cargos: Crick (como el Pesimista), Rich (el Lord Sello Privado) y Watson (el Optimista). En parte, tenía un carácter humorístico. [ 23 ]
La hipótesis de Crick
Al encontrar el artículo de Gamow, Crick notó de inmediato algunos problemas en el esquema. El primero era que ni él ni Watson habían contado antes los 20 aminoácidos ni los posibles 20 tripletes de nucleótidos [ 19 ] (aunque posteriormente se demostró que Gamow tenía razón y su modelo fue la primera predicción del código genético [ 17 ] [ 23 ] ). El otro problema era que la síntesis de ARN y proteínas parecía tener lugar exclusivamente en el citoplasma, y no en el núcleo, lo que indicaba que la vía del ADN a las proteínas no solo requiere una unión química directa, sino que debe estar involucrado algún tipo de mediador. [ 10 ]
Crick comenzó a pensar en una solución a este problema siguiendo la idea de Watson de que se había pasado por alto el papel del ARN. Rechazó la suposición de Gamow de que moléculas como los aminoácidos, químicamente muy diferentes de los ácidos nucleicos, serían estructuralmente imposibles de unir al ADN. En cambio, visualizó un tipo específico de molécula, aún desconocida, que unía los ácidos nucleicos y transportaba los aminoácidos a los ribosomas para formar cadenas peptídicas. [ 3 ] Al discutirlo con su colega Sydney Brenner sobre las características de dicha molécula, Brenner quedó impresionado con la idea y denominó al concepto "hipótesis del adaptador". [ 24 ] El adaptador era entonces una molécula hipotética que aparentemente ayudaba en una interacción indirecta entre el ADN, el ARN y los aminoácidos durante la síntesis de proteínas. [ 3 ] Como explicó Crick:
No creo que nadie que observe el ADN o el ARN los consideraría plantillas para los aminoácidos si no fuera por otras evidencias indirectas... [En un posible esquema] cada aminoácido se combinaría químicamente, en una enzima especial, con una molécula pequeña que, al tener una superficie específica de enlaces de hidrógeno, se combinaría específicamente con la plantilla de ácido nucleico. Esta combinación también proporcionaría la energía necesaria para la polimerización. En su forma más simple, habría 20 tipos diferentes de moléculas adaptadoras, una para cada aminoácido, y 20 enzimas diferentes para unir el aminoácido a sus adaptadores. Sydney Brenner, con quien he discutido esta idea, llama a esto la "hipótesis del adaptador", ya que cada aminoácido está provisto de un adaptador para unirse a la plantilla... La hipótesis del adaptador implica que el conjunto actual de veinte aminoácidos que se encuentran en las proteínas se debe a un accidente histórico o a la selección biológica en una etapa extremadamente primitiva." [ 24 ]
Crick admitió que no tenía forma de saber qué tipo de sustancia química era un adaptador, pero luego sugirió prudentemente que estaba compuesto de nucleótidos, una especie de ARN, que tenía características comunes tanto del ADN como del ARN. [ 3 ] Incluso especuló que "la insulina, por ejemplo, probablemente sea una proteína hecha de ARN. Tal vez exista una clase especial de proteínas hechas de ADN, casi siempre en pequeñas cantidades (y por lo tanto normalmente pasadas por alto). [ 24 ]
La plantilla podría consistir, por ejemplo, en una sola cadena de ARN… Cada molécula adaptadora, que contiene, digamos, un dinucleótido o trinucleótido, se uniría a su propio aminoácido mediante una enzima especial. Estas moléculas se difundirían entonces hacia las partículas microsomales y se unirían al lugar adecuado en función del ARN mediante el apareamiento de bases.
El artículo que circuló entre los miembros del RNA Tie Club en enero de 1955 como "Sobre plantillas degeneradas y la hipótesis del adaptador: una nota para el RNA Tie Club" se describe como "uno de los artículos no publicados más importantes en la historia de la ciencia" [ 25 ] [ 26 ] y "el artículo no publicado más famoso en los anales de la biología molecular" [ 27 ] .
La hipótesis del adaptador se formalizó por completo en 1957. Crick presentó la explicación detallada en una conferencia titulada "Síntesis de proteínas" el 19 de septiembre de 1957 en el simposio de la Sociedad de Biología Experimental sobre la replicación biológica de macromoléculas, celebrado en el University College de Londres .
La conferencia se amplió y publicó en 1958 con el título de "Sobre la síntesis de proteínas", sobre la cual el historiador de la ciencia Horace Freeland Judson comentó: "El artículo alteró permanentemente la lógica de la biología". [ 28 ] Esto se debe a que fue la primera visión integral de la información genética (posteriormente denominada dogma central de la biología molecular), la síntesis de proteínas (conocida como la hipótesis de la secuencia ), el papel del ARN (la hipótesis del adaptador) y la existencia del código genético. [ 3 ]
Explicación

La hipótesis del adaptador se formuló para explicar cómo se podía extraer información de un ácido nucleico y utilizarla para ensamblar una cadena de aminoácidos en una secuencia específica, determinada por la secuencia de nucleótidos del molde de ácido nucleico (ADN o ARN ). Crick propuso que cada aminoácido se une primero a su propio "adaptador" específico de ácido nucleico (en una reacción catalizada por enzimas ). El orden de ensamblaje de los aminoácidos se determina entonces mediante un reconocimiento específico entre el adaptador y el ácido nucleico que sirve como molde informativo. De esta manera, el molde podría alinear los aminoácidos en un orden específico. El acoplamiento entre aminoácidos adyacentes daría lugar a la síntesis de un polipéptido cuya secuencia está determinada por el molde de ácido nucleico.
Base
El razonamiento de Crick para esta propuesta se basaba en una consideración general de las propiedades químicas de dos clases de moléculas: ácidos nucleicos y proteínas. Los aminoácidos se caracterizan por tener diversas cadenas laterales que varían desde hidrofílicas hasta hidrofóbicas ; sus características individuales residen en las propiedades tan diferentes que poseen estas cadenas laterales. Por el contrario, un ácido nucleico está compuesto por una cadena de nucleótidos cuya secuencia presenta una superficie geométricamente definida para la formación de enlaces de hidrógeno . Esto hace que los ácidos nucleicos sean buenos para reconocerse entre sí, pero malos para distinguir las diversas cadenas laterales de los aminoácidos. Fue esta aparente falta de posibilidad de reconocimiento específico de las cadenas laterales de los aminoácidos por una secuencia de nucleótidos lo que llevó a Crick a concluir que los aminoácidos se unirían primero a un pequeño ácido nucleico —el adaptador— y que este, mediante el apareamiento de bases con el molde (presumiblemente como ocurre entre las hebras de ADN en la doble hélice), transportaría los aminoácidos para que se alinearan en el molde.
Prueba

Gamow no estaba del todo equivocado. Si bien su concepto sobre la síntesis directa de aminoácidos a partir de las cadenas dobles de ADN resultó ser falso, su predicción sobre la naturaleza de los aminoácidos y cómo eran codificados por las secuencias de ADN (nucleótidos tripletes) se confirmó como componentes clave de la síntesis de proteínas. [ 17 ] Este concepto amplio se conoce ahora como código genético. Fue Crick, junto con J.S. Griffith y Leslie Orgel (miembro del RNA Tie Club), quien describió la predicción de 20 aminoácidos como el "número mágico", e introdujo el concepto adecuado en 1957:
El orden de los aminoácidos está determinado por el orden de los nucleótidos del ácido nucleico. Existen unos veinte aminoácidos naturales que se encuentran comúnmente en las proteínas, pero (generalmente) solo cuatro nucleótidos diferentes. El problema de cómo una secuencia de cuatro elementos (nucleótidos) puede determinar una secuencia de veinte elementos (aminoácidos) se conoce como el problema de la codificación. [ 29 ]
Mientras Crick impartía su hipótesis, el equipo de Mahlon Hoagland y Paul Zamecnik ya había descubierto la existencia de dichos adaptadores en la naturaleza , cuyo artículo se publicó al año siguiente, en marzo de 1958. [ 30 ] Estos "ARN solubles" se denominan ahora ARN de transferencia y median la traducción de los ARN mensajeros en los ribosomas según las reglas contenidas en el código genético . Crick imaginaba que sus adaptadores serían pequeños, quizás de 5 a 10 nucleótidos de longitud. De hecho, son mucho más grandes, desempeñan un papel más complejo en la síntesis de proteínas y tienen una longitud cercana a los 100 nucleótidos.
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Enlaces externos
- Sobre la síntesis de proteínas
- Un intermediario soluble del ácido ribonucleico en la síntesis de proteínas. Archivado el 29/09/2007 en Wayback Machine.
- 1955 en biología
- Hipótesis biológicas
- Biosíntesis de proteínas
- ARN
- Historia de la genética