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¿Qué hace que el ADN produzca proteínas?

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¿Cuál es el desencadenante del ADN para producir proteínas o ARN?

He encontrado suficiente material para estudiar el funcionamiento interno de la célula y el ADN; pero no puedo encontrar una explicación de la mecánica que usa la célula para reaccionar a su estado interno o eventos externos y, a su vez, iniciar la transcripción.


Esta pregunta no se responde fácilmente ya que hay una multitud de factores involucrados en la producción de proteínas. El ADN, la molécula, no "determina" cuándo se producirán las proteínas. El entorno (verdaderamente ambiental, extracelular, intracelular, etc.) del organismo gobierna esto. Si no ha encontrado suficiente material para satisfacer sus consultas, le recomiendo Jim Watson et. Alabama. Biología molecular del gen. Un clásico.


El ADN recombinante en eucariotas es responsable de aumentar la diversidad genética. Los alelos de genes que estaban previamente ligados a un cromosoma pueden redistribuirse por completo para crear nuevas combinaciones de rasgos. Este proceso ocurre regularmente durante la meiosis para mezclar y combinar genes de fuentes paternas y maternas.

En Ingeniería genética, los científicos usan ADN recombinante creado en el laboratorio o extraído de un organismo para agregarlo al genoma de otro organismo. Debido al diseño universal del ADN, el ADN recombinante no tiene que permanecer en la misma especie. Esto significa que los científicos pueden agregar fácilmente genes de una especie a las bacterias para producir un producto.

Por ejemplo, la insulina se produce regularmente mediante ADN recombinante dentro de las bacterias. Se introduce un gen de insulina humana en un plásmido, que luego se introduce en una célula bacteriana. La bacteria luego utilizará su maquinaria celular para producir la proteína insulina, que se puede recolectar y distribuir a los pacientes.


La estructura del ARN

Hay un segundo ácido nucleico en todas las células llamado ácido ribonucleico o ARN. Como el ADN, el ARN es un polímero de nucleótidos. Cada uno de los nucleótidos del ARN está formado por una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y un grupo fosfato. En el caso del ARN, el azúcar de cinco carbonos es ribosa, no desoxirribosa. La ribosa tiene un grupo hidroxilo en el carbono 2 ', a diferencia de la desoxirribosa, que solo tiene un átomo de hidrógeno (Figura 9.1.4).

Figura 9.1.4: La diferencia entre la ribosa que se encuentra en el ARN y la desoxirribosa que se encuentra en el ADN es que la ribosa tiene un grupo hidroxilo en el carbono 2 '.

Los nucleótidos de ARN contienen las bases nitrogenadas adenina, citosina y guanina. Sin embargo, no contienen timina, que en su lugar se reemplaza por uracilo, simbolizado por una "U". El ARN existe como una molécula monocatenaria en lugar de una hélice bicatenaria. Los biólogos moleculares han nombrado varios tipos de ARN en función de su función. Estos incluyen ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr) y moléculas mdash que participan en la producción de proteínas a partir del código de ADN.


La señalización del daño persistente del ADN desencadena la secreción de citocinas inflamatorias asociada a la senescencia

La senescencia celular suprime el cáncer deteniendo de forma estable la proliferación de células dañadas. Paradójicamente, las células senescentes también secretan factores que alteran el microambiente tisular. Se desconocen las vías que regulan esta secreción. Mostramos que las células humanas dañadas desarrollan lesiones persistentes de cromatina que llevan el sello distintivo de roturas de doble hebra del ADN (DSB), que inician una mayor secreción de citocinas inflamatorias como la interleucina-6 (IL-6). La secreción de citocinas se produjo solo después del establecimiento de la señalización de daño persistente del ADN, generalmente asociado con la senescencia, no después de respuestas transitorias al daño del ADN (DDR). La iniciación y el mantenimiento de esta respuesta de citocinas requirieron las proteínas DDR ATM, NBS1 y CHK2, pero no los reforzadores de la detención del ciclo celular p53 y pRb. La ATM también fue esencial para la secreción de IL-6 durante la senescencia inducida por oncogén y por las células dañadas que evitan la senescencia. Además, la actividad DDR y la IL-6 se elevaron en los cánceres humanos, y el agotamiento de ATM suprimió la capacidad de las células senescentes para estimular la invasividad de las células cancerosas dependientes de IL-6. Por lo tanto, además de orquestar los puntos de control del ciclo celular y la reparación del ADN, una función nueva e importante del DDR es permitir que las células dañadas comuniquen su estado comprometido al tejido circundante.


Evidencia para demostrar que el ADN es material genético | Genética | Biología

Las evidencias más concluyentes en apoyo del ADN como material genético provienen de diferentes vías de enfoque sobre microorganismos: transformación de bacterias y transducción con bacteriófagos.

1. Experimento Griffith & # 8217s y transformación bacteriana:

En 1928, Frederick Griffith, un bacteriólogo inglés, realizó experimentos de transformación en dos cepas de bacteria, Streptococcus pneumoniae (Diplococcus).

Las dos cepas son las siguientes:

una. Tipo liso (S) o encapsulado:

La cepa suave tiene una cápsula compuesta de polisacárido (un polímero de glucosa y ácido glucurónico). Este tipo de cepa es virulenta y causa neumonía. Se cree que la cápsula protege a la bacteria del ataque del sistema inmunológico del huésped.

B. Tipo rugoso (R) o no encapsulado:

En esta cepa, la cápsula está ausente. Estas bacterias no son virulentas y no producen neumonía.

El tipo S y R se presentan en varios subtipos y se representan como SI, SII, SIII, etc. y RI, RII, RIII, etc. respectivamente. Estos subtipos se diferencian entre sí por el tipo de antígenos que producen. Griffith inyectó a ratones ambas formas de la bacteria y obtuvo los resultados que se muestran en la Tabla 1.

En el cuarto experimento, cuando se realizó la autopsia en los ratones muertos, se obtuvieron formas encapsuladas vivas. Griffith concluyó que alguna sustancia pasó de las formas encapsuladas muertas por calor a las formas vivas no encapsuladas y las hizo virulentas. Sin embargo, Griffith no conocía la naturaleza de este principio transformador.

Después de diez años de experimentación, en 1944 Avery, McLeod y McCarty identificaron la naturaleza del principio transformador. Separaron el extracto de las bacterias lisas virulentas en fracciones de proteína, ADN y carbohidratos. Cada fracción se añadió por separado al cultivo de bacterias rugosas vivas y se obtuvieron los siguientes resultados (Tabla 2).

El cultivo al que se añadió el ADN podría producir bacterias lisas. Esto demostró que el ADN era el agente transformador. Se proporcionó más prueba cuando se añadió la enzima desoxirribonucleasa al ADN y luego, si se añadió el ADN digerido, no se produjo la transformación. Este experimento confirmó que el ADN es el material genético.

El fenómeno de transferir caracteres de una cepa a otra mediante el uso de un extracto de ADN de la cepa anterior se conoce como transformación o efecto Griffith. La transformación es un cambio hereditario permanente producido en una cepa de bacterias por una sustancia que se aísla de otra cepa del mismo tipo. La sustancia se conoce como sustancia o agente transformador.

2. Experimento de transducción o mezclador:

En la década de 1940, los virus eran el principal material experimental. Los virus tienen una estructura simple que consiste en una capa de proteína que rodea una molécula de ADN o ARN. En 1952, Hershey y Chase llevaron a cabo el experimento de la licuadora con T2 bacteriófago, que es un virus que ataca específicamente a las células bacterianas, es decir, Escherichia coli.

El fago se multiplica rápidamente dentro de las células de E. coli en un período de tiempo muy corto. Hershey y Chase demostraron que solo el ADN del fago ingresa a la célula bacteriana y, por lo tanto, contiene la información genética necesaria para el ensamblaje de nuevas partículas de fago.

Hershey y Chase utilizaron isótopos radiactivos para marcar el ADN y la proteína del virus. La proteína del fago contiene azufre, mientras que el ADN contiene fósforo. Cultivaron la bacteria con el fago en un medio que contenía azufre radiactivo, 35 S o fósforo radiactivo 32 P. La proteína del fago se marca con 35 S y el ADN con 32 P.

Se permitió que los fagos marcados infectaran bacterias cultivadas normalmente en experimentos separados. Las células se agitaron en una licuadora. Esto despojó de las células bacterianas de las paredes bacterianas. Luego, la mezcla se incubó y luego se centrifugó. Luego se observó radiactividad en el cultivo.

En el primer conjunto de células bacterianas, se observó radiactividad fuera de las células en el sobrenadante, mientras que en el segundo conjunto, se observó radiactividad dentro de las células. Esto mostró claramente que solo el ADN ingresa al huésped bacteriano y no a la proteína. El ADN, por tanto, es la parte infecciosa del virus y lleva toda la información genética (Fig. 1).


El ADN aleatorio no codificante puede evolucionar rápidamente para producir nuevas proteínas

Oryza sativa es el tipo de arroz más común utilizado como cultivo alimentario. [C T Johansson [CC BY 3.0], a través de Wikimedia Commons] Un equipo dirigido por científicos de la Universidad de Chicago (UChicago) ha publicado un estudio (“Evolución rápida de la diversidad de proteínas por origen de novo en Oryza") en Ecología y evolución de la naturaleza que desafía una de las suposiciones clásicas sobre cómo evolucionan las nuevas proteínas. La investigación muestra que las secciones aleatorias y no codificantes de ADN pueden evolucionar rápidamente para producir nuevas proteínas. Estos genes de novo, o desde cero, proporcionan una forma nueva e inexplorada en la que las proteínas evolucionan y contribuyen a la biodiversidad, según los científicos.

& # 8220 Usando una gran comparación del genoma, mostramos que las secuencias no codificantes pueden evolucionar a proteínas completamente nuevas. Eso & # 8217 es un gran descubrimiento & # 8221, dijo Manyuan Long, PhD, Edna K. Papazian, distinguida profesora de servicio de ecología y evolución en UChicago y autora principal del nuevo estudio.

“Los nuevos genes que codifican proteínas que surgen de novo a partir de secuencias de ADN no codificantes contribuyen a la diversidad de proteínas. Sin embargo, es un desafío estudiar el origen de genes de novo, ya que requiere genomas de referencia de alta calidad para especies estrechamente relacionadas, evidencia de secuencias ancestrales no codificantes y transcripción y traducción de los nuevos genes. Genomas de alta calidad de 13 estrechamente relacionados Oryza Las especies brindan oportunidades sin precedentes para comprender los eventos de origen de novo. Aquí, identificamos una gran cantidad de genes jóvenes de novo con secuencias no codificantes ancestrales recientes discernibles y evidencia de traducción ”, escribieron los investigadores.

“Utilizando canalizaciones que examinan la relación sintética entre los genomas y las mejores alineaciones recíprocas del genoma completo, detectamos al menos 175 marcos de lectura abiertos de novo en las especies focales. O. sativa subespecie rosal japonés, que fueron todos detectados en transcriptomas basados ​​en secuenciación de ARN. La proteómica dirigida basada en espectrometría de masas y el perfil ribosómico muestran evidencia de traslación para el 57% de los genes de novo. En reciente divergencia de Oryza, se generó y retuvo un promedio de 51,5 genes de novo por millón de años. Observamos patrones evolutivos en los que el exceso de indeles y la transcripción temprana se vieron favorecidos en el origen con una formación escalonada de la estructura genética. Estos datos revelan que los genes de novo contribuyen a la rápida evolución de la diversidad de proteínas bajo selección positiva ”.

Durante décadas, los científicos creyeron que solo había dos formas en que los nuevos genes evolucionaban: duplicación y divergencia o recombinación. Durante el proceso normal de replicación y reparación, se copia una sección de ADN y se crea una versión duplicada del gen. Entonces, una de estas copias puede adquirir mutaciones que cambian su funcionalidad lo suficiente como para divergir y convertirse en un nuevo gen distinto. Con la recombinación, las piezas de material genético se reorganizan para crear nuevas combinaciones y nuevos genes. Sin embargo, estos dos métodos solo dan cuenta de un número relativamente pequeño de proteínas, dado el número total de posibles combinaciones de aminoácidos que las componen.

Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo sobre un tercer mecanismo, en el que los genes de novo podrían evolucionar desde cero. Todos los organismos tienen grandes extensiones de material genético que no codifican proteínas, a veces hasta el 97% del genoma total. ¿Es posible que estas secciones no codificantes adquieran mutaciones que de repente las hagan funcionales?

Esto ha sido difícil de estudiar porque requiere genomas de referencia de alta calidad de varias especies estrechamente relacionadas que muestren tanto las secuencias ancestrales no codificantes como los nuevos genes posteriores que evolucionaron a partir de ellas. Sin esta línea de evolución clara y visible, no hay forma de demostrar que es realmente un gen de novo. Los supuestos nuevos genes informados anteriormente podrían ser simplemente un & # 8220 gen huérfano & # 8221 que divergió o se transfirió de organismos no relacionados en algún momento, luego desaparecieron todos los rastros de sus predecesores.

Para superar estos desafíos, el equipo de Long & # 8217s aprovechó 13 nuevos genomas secuenciados y anotados recientemente de 11 especies de plantas de arroz estrechamente relacionadas, incluidas Oryza sativa, el cultivo alimenticio más común. Trabajó con grupos encabezados por Rod Wing, PhD, en la Universidad de Arizona. Yidan Ouyang, PhD, de la Universidad Agrícola de Huazhong, China, también dirigió un equipo que cultivó sus propias plantas de arroz en Hainan, una isla tropical frente a la costa sur de China, y las cosechó para muestreos proteómicos.

Tras analizar los genomas de estas plantas, detectaron al menos 175 genes de novo. Otro grupo dirigido por Siqi Liu, PhD, en BGI-Shenzhen, un centro de secuenciación del genoma ubicado en Shenzhen, China, llevó a cabo más análisis de espectrometría de masas de la actividad de las proteínas. Encontraron evidencia de que el 57% de estos genes en realidad se traducían en nuevas proteínas, incluidos más de 300 nuevos péptidos.

Con este primer gran conjunto de datos de genes auténticos de novo, el equipo de Long & # 8217s detectó un patrón en su evolución. Comenzó con la evolución temprana de la expresión, seguida de una mutación posterior en potenciales codificadores de proteínas para casi todos los genes de novo.

"Esto tiene sentido dada la expresión ampliamente observada de regiones intergénicas en varios organismos", dijo Li Zhang, PhD, investigador postdoctoral en UChicago y autor principal del artículo.

Long dijo que el Oryza las plantas son buenos genomas para buscar genes de novo porque son relativamente jóvenes; todavía se pueden ver evidencias de evolución en sus genomas existentes.

& # 8220Las 11 especies divergieron entre sí hace sólo unos tres o cuatro millones de años, por lo que todas son especies jóvenes & # 8221, dijo. & # 8220 Por esa razón, cuando secuenciamos los genomas, todas las secuencias son muy similares. No han & # 8217t acumulado varias generaciones de cambios, por lo que todas las secciones anteriores sin codificación siguen ahí. & # 8221

A continuación, Long y su equipo quieren estudiar las nuevas proteínas para comprender mejor su función y evolución y ver si hay algo único en su estructura. Si los genes de novo abren un camino inexplorado para la evolución, podrían revelar mecanismos para crear funciones celulares nuevas y mejoradas. Por ejemplo, los investigadores detectaron evidencia de que la selección natural actúa para corregir inserciones y deleciones en el genoma para generar nuevas secuencias de proteínas, y la secuencia y la evolución hacia funciones mejoradas.

& # 8220Las nuevas proteínas pueden mejorar ciertas funciones o ayudar a regular mejor los genes & # 8221, dijo. & # 8220Cada paso del camino, pueden traer algún tipo de beneficio al organismo hasta que gradualmente se fija en el genoma. & # 8221


ARN: replicado a partir de ADN

Es posible que el ARN se replique mediante mecanismos relacionados con los utilizados por el ADN, aunque tenga una estructura monocatenaria en lugar de bicatenaria. En las primeras células, se cree que el ARN se ha replicado de esta manera. Sin embargo, todo el ARN de las células actuales se sintetiza mediante enzimas especiales que construyen una cadena de ARN monocatenaria utilizando una hebra de la hélice de ADN como plantilla. Aunque las moléculas de ARN se sintetizan en el núcleo celular, donde se encuentra el ADN, la mayoría de ellas se transportan al citoplasma antes de que lleven a cabo sus funciones.

Las moléculas de ARN en las células tienen dos funciones principales. Algunas, las ribozimas, se pliegan de manera que les permiten servir como catalizadores para reacciones químicas específicas. Otros sirven como "ARN mensajero", que proporciona plantillas que especifican la síntesis de proteínas. Los ribosomas, diminutas máquinas sintetizadoras de proteínas ubicadas en el citoplasma, "leen" las moléculas de ARN mensajero y las "traducen" en proteínas mediante el uso del código genético. En esta traducción, la secuencia de nucleótidos en la cadena del ARN mensajero se decodifica tres nucleótidos a la vez, y cada triplete de nucleótidos (llamado codón) especifica un aminoácido particular. Por tanto, una secuencia de nucleótidos en el ADN especifica una proteína siempre que se produzca una molécula de ARN mensajero a partir de esa secuencia de ADN. Cada región de la secuencia de ADN que especifica una proteína de esta manera se llama gen.

Mediante los mecanismos anteriores, las moléculas de ADN catalizan no solo su propia duplicación, sino que también dictan las estructuras de todas las moléculas de proteína. Una sola célula humana contiene alrededor de 10,000 proteínas diferentes producidas por la expresión de 10,000 genes diferentes. En realidad, se cree que un conjunto de cromosomas humanos contiene ADN con suficiente información para expresar entre 30.000 y 100.000 proteínas, pero la mayoría de estas proteínas parecen estar fabricadas solo en tipos especializados de células y, por lo tanto, no están presentes en todo el cuerpo. (Para mayor discusión, vea abajo El núcleo.)


Bibliografía

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Esta enigmática proteína esculpe el ADN para reparar daños nocivos

Los modelos estructurales de una hebra de ADN discontinua (izquierda) y una hebra discontinua doblada por un núcleo catalítico de XPG unido se superponen en una micrografía electrónica de proteína XPG de longitud completa unida a una burbuja central de ADN discontinuo. Crédito: Jack Griffith / UNC Chapel Hill y Susan Tsutakawa / Berkeley Lab

A veces, cuando algo se rompe, el primer paso para arreglarlo es romperlo aún más.

En un ejemplo reciente, los científicos que buscan comprender el mecanismo de una enzima reparadora de ADN han descubierto que la molécula realiza sus funciones marcando primero y luego rompiendo aún más el ADN dañado. Los sorprendentes hallazgos del equipo sobre la proteína, llamada XPG, han proporcionado información muy necesaria sobre cómo funciona la reparación del ADN en células sanas, así como sobre cómo diferentes mutaciones pueden traducirse en diferentes enfermedades y cáncer.

"Vimos que XPG va directo al ADN discontinuo, lugares donde los enlaces de hidrógeno entre las bases de cada hebra de la hélice se han interrumpido, y luego dobla de forma muy drástica la hebra en esa ubicación exacta, rompiendo la interfaz que conecta las bases apiladas. ", dijo Susan Tsutakawa, bióloga estructural del Área de Biociencias del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y primera autora del trabajo, publicado este mes en PNAS. "La actividad de flexión se suma a un arsenal ya impresionante, ya que XPG se identificó por primera vez como una enzima cortadora de ADN, responsable de eliminar las bases de nucleótidos con daño químico y de radiación UV".

Sin embargo, a pesar de esta habilidad para la destrucción, el equipo señala que XPG se parece más a un maestro escultor que a un equipo de demolición.

"Un hallazgo inesperado de nuestros datos de imágenes es que las partes flexibles de la proteína, que antes eran imposibles de examinar, tienen la capacidad de reconocer perturbaciones asociadas con muchos tipos diferentes de daños en el ADN", dijo la coautora Priscilla Cooper, bioquímica senior científico del Área de Biociencias. "XPG luego usa sus propiedades esculpidas para doblar el ADN con el fin de reclutar y cargar en su lugar las proteínas que pueden reparar ese tipo de daño".

Una proteína con muchas funciones

Aunque el alcance de lo que hace la XPG en las células humanas todavía se comprende solo parcialmente, los científicos saben desde hace mucho tiempo que la proteína es esencial para la salud humana al observar los devastadores síntomas que ocurren cuando falta o no funciona normalmente. Se sabe que el síndrome de Cockayne, una enfermedad caracterizada por un deterioro neurológico progresivo y en última instancia fatal que comienza en la infancia, y la xerodermia pigmentosa, una afección de gravedad variable caracterizada por una sensibilidad extrema al sol y un riesgo muy elevado de cáncer de piel, son causadas por mutaciones en el gen que codifica XPG.

Fascinados por sus múltiples funciones, Tsutakawa, Cooper y John Tainer, director de biología estructural del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas y profesor visitante en el Área de Biociencias, han estado colaborando en estudios de XPG durante 20 años. El trío, y sus muchos colegas, combinan su experiencia en biología estructural, imágenes moleculares, bioquímica y biología celular para poder mapear la estructura de la proteína e interpretar cómo su forma tridimensional interactúa con el ADN y otras proteínas. Habían descubierto anteriormente que XPG a menudo se une al ADN dañado sin involucrar su actividad de corte de ADN, pero no pudieron examinar la proteína con el suficiente detalle para descubrir qué hace realmente en estos casos.

Las mutaciones en XPG pueden conducir a dos enfermedades, xeroderma pigmentoso (esferas grises) y síndrome de Cockaynes (esferas magenta) y se mapearon en la estructura de XPG en este estudio para comprender el impacto directo en la integridad de las proteínas. Crédito: Susan Tsutakawa

Después de muchos años dedicados al desarrollo de tecnología que pudiera alcanzar sus ambiciones, el equipo finalmente pudo construir un modelo preciso del núcleo catalítico de XPG, la región responsable de la actividad de corte del ADN, y producir imágenes de la molécula grande de unidades múltiples en general. estructura utilizando una trifecta de tecnología de imagen de vanguardia.

Realizaron cristalografía de rayos X en el Laboratorio de Radiación de Sincrotrón de Stanford y dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en la línea de luz SIBYLS de la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab. SAXS es ​​una técnica que ha evolucionado recientemente para permitir a los científicos analizar moléculas flexibles que se mueven libremente entre sus estados naturales en lugar de conformaciones estáticas o congeladas, como lo requiere la cristalografía. Este enfoque es muy necesario para una proteína como XPG, cuyo núcleo catalítico es solo una cuarta parte de la estructura total y el resto está hecho de regiones "desordenadas" altamente flexibles sin forma predeterminada.

Para visualizar el ADN unido a XPG, los científicos reclutaron a Jack Griffith, un pionero de la microscopía electrónica de sombra rotatoria en el Lineberger Comprehensive Cancer Center en UNC Chapel Hill. La microscopía electrónica de sombreado rotatorio permite la visualización directa de moléculas de ADN individuales con proteínas unidas a ellas, incluida la forma en que fueron dobladas por XPG.

"La capacidad de ver las formas de las moléculas de ADN individuales nos dio una pista esencial sobre cómo funciona XPG para identificar y procesar el ADN dañado", dijo Griffith, profesor de bioquímica y biofísica y experto en interacciones proteína-ADN.

Las imágenes de microscopía electrónica también proporcionaron evidencia visual que respalda el sorprendente hallazgo anterior de los científicos de que el XPG desempeña un papel en la recombinación homóloga, un proceso de reparación del ADN que las células utilizan con frecuencia para reparar roturas peligrosas de doble hebra antes de la replicación. Esto significa que XPG podría estar en el lugar correcto para ayudar a las proteínas de recombinación homólogas conocidas, como BRCA1 y BRCA2, defectos en los que se sabe que causan cáncer.

Mientras tanto, la cristalografía realizada en el núcleo catalítico arrojó luz sobre cómo las mutaciones heredadas del paciente en el gen de XPG pueden traducirse en disfunción proteica grave y diferentes enfermedades. El equipo elaboró ​​y probó proteínas del núcleo catalítico que tienen cada una de las 15 mutaciones puntuales conocidas que causan el xeroderma pigmentoso o el síndrome de Cockayne, y descubrió que estas sustituciones de un solo aminoácido pueden desestabilizar toda la proteína, pero en diferentes grados. Las propiedades de la proteína mutante residual determinarán qué enfermedad resultará. "Esta estructura nos ayuda a comprender la distinción entre las dos enfermedades", dijo Cooper, "y refuerza la complejidad de la proteína".

Animado por la nueva información, el equipo ya ha comenzado un estudio que analiza el papel de XPG en diferentes cánceres, así como un estudio estructural de seguimiento de las regiones desordenadas de la proteína para aprender más sobre sus propiedades de escultura de ADN.

"Las magníficas fortalezas técnicas y de colaboración de Berkeley Lab y nuestros socios hicieron que este avance multidisciplinario fuera factible", señaló Tainer.

"Pero también nos gustaría destacar la contribución de los pacientes y sus familias", añadió Tsutakawa. "Gran parte de lo que hemos descubierto fue posible gracias a que eligieron compartir sus secuencias de ADN con la comunidad científica".


OGM en la agricultura

Los alimentos genéticamente modificados (GM) se aprobaron por primera vez para el consumo humano en los Estados Unidos en 1994, y para 2014-15 alrededor del 90 por ciento del maíz, el algodón y la soja plantados en los Estados Unidos eran GM. A fines de 2014, los cultivos transgénicos cubrían casi 1.8 millones de kilómetros cuadrados (695,000 millas cuadradas) de tierra en más de dos docenas de países en todo el mundo. La mayoría de los cultivos transgénicos se cultivaron en las Américas.

Los cultivos de ingeniería pueden aumentar drásticamente el rendimiento de los cultivos por área y, en algunos casos, reducir el uso de insecticidas químicos. Por ejemplo, la aplicación de insecticidas de amplio espectro disminuyó en muchas áreas donde se cultivan plantas, como la papa, el algodón y el maíz, que estaban dotadas de un gen de la bacteria. bacilo turingiensico, que produce un insecticida natural llamado toxina Bt. Los estudios de campo realizados en la India en los que se comparó el algodón Bt con el algodón no Bt demostraron un aumento del 30 al 80 por ciento en el rendimiento del cultivo transgénico. Este aumento se atribuyó a una marcada mejora en la capacidad de las plantas transgénicas para superar la infestación por gusanos de la cápsula, que por lo demás era común. Los estudios de la producción de algodón Bt en Arizona, EE. UU., Demostraron solo pequeñas ganancias en el rendimiento, alrededor del 5 por ciento, con una reducción de costos estimada de $ 25 a $ 65 (USD) por acre debido a la disminución de las aplicaciones de pesticidas. En China, donde los agricultores obtuvieron acceso por primera vez al algodón Bt en 1997, la cosecha transgénica fue inicialmente exitosa. Los agricultores que habían plantado algodón Bt redujeron el uso de pesticidas entre un 50 y un 80 por ciento y aumentaron sus ganancias hasta en un 36 por ciento. Sin embargo, en 2004, los agricultores que habían cultivado algodón Bt durante varios años descubrieron que los beneficios del cultivo se erosionaban a medida que aumentaban las poblaciones de plagas de insectos secundarios, como los míridos. Una vez más, los agricultores se vieron obligados a rociar pesticidas de amplio espectro durante la temporada de cultivo, de modo que el ingreso promedio de los productores de Bt fue un 8 por ciento más bajo que el de los agricultores que cultivaron algodón convencional. Mientras tanto, la resistencia al Bt también había evolucionado en las poblaciones de campo de las principales plagas del algodón, incluido el gusano de la cápsula del algodón (Helicoverpa armigera) y el gusano rosado (Pectinophora gossypiella).

Otras plantas transgénicas fueron diseñadas para resistir a un herbicida químico específico, en lugar de resistir a un depredador o plaga natural. Los cultivos resistentes a herbicidas (HRC) están disponibles desde mediados de la década de 1980, estos cultivos permiten un control químico efectivo de las malas hierbas, ya que solo las plantas de HRC pueden sobrevivir en campos tratados con el herbicida correspondiente. Muchos HRC son resistentes al glifosato (Roundup), lo que permite una aplicación generosa del químico, que es muy eficaz contra las malas hierbas. Estos cultivos han sido especialmente valiosos para la labranza cero, lo que ayuda a prevenir la erosión del suelo. Sin embargo, debido a que los HRC fomentan una mayor aplicación de productos químicos al suelo, en lugar de una menor aplicación, siguen siendo controvertidos con respecto a su impacto ambiental. Además, para reducir el riesgo de seleccionar malezas resistentes a herbicidas, los agricultores deben utilizar múltiples y diversas estrategias de manejo de malezas.

Otro ejemplo de cultivo transgénico es el arroz “dorado”, que originalmente estaba destinado a Asia y fue modificado genéticamente para producir casi 20 veces el betacaroteno de las variedades anteriores. El arroz dorado se creó modificando el genoma del arroz para incluir un gen del narciso. Narcissus pseudonarcissus que produce una enzima conocida como fiteno sintasa y un gen de la bacteria Erwinia uredovora que produce una enzima llamada fiteno desaturasa. La introducción de estos genes permitió que el betacaroteno, que se convierte en vitamina A en el hígado humano, se acumulara en el endospermo del arroz, la parte comestible de la planta de arroz, aumentando así la cantidad de betacaroteno disponible para la síntesis de vitamina A en el cuerpo. En 2004, los mismos investigadores que desarrollaron la planta de arroz dorado original mejoraron el modelo, generando arroz dorado 2, que mostró un aumento de 23 veces en la producción de carotenoides.

Se generó otra forma de arroz modificado para ayudar a combatir la deficiencia de hierro, que afecta a cerca del 30 por ciento de la población mundial. Este cultivo transgénico se diseñó introduciendo en el genoma del arroz un gen de ferritina del frijol común, Phaseolus vulgaris, que produce una proteína capaz de unirse al hierro, así como un gen del hongo Aspergillus fumigatus que produce una enzima capaz de digerir compuestos que aumentan la biodisponibilidad del hierro mediante la digestión del fitato (un inhibidor de la absorción del hierro). El arroz transgénico fortificado con hierro fue diseñado para sobreexpresar un gen de arroz existente que produce una proteína similar a la metalotioneína rica en cisteína (que se une a metales) que mejora la absorción de hierro.

También se encuentran en producción una variedad de otros cultivos modificados para soportar las condiciones climáticas extremas comunes en otras partes del mundo.


Ver el vídeo: Del ADN a las Proteinas (Agosto 2022).