© Mario Izquierdo
La síntesis de proteinas es imprescindile para el mantenimiento, crecimiento y desarrollo celular, uno de los procesos es la transcripción del ADN. La transcripción del ADN es la síntesis del ARN, a partir de una secuencia de nucleótidos de una región determinada de ADN, esta síntesis viene catalizada por la ARN-polimerasa. El proceso comienza con la unión de la ARN-polimerasa a una secuencia específica del ADN, denominado promotor, éste indica donde comienza la síntesis de ARN. Una vez que se ha unido la enzima, esta enzima desarrolla una vuelta, aproximadamente, de ADN, quedando al descubierto un fragmento sencillo que se utiliza como patrón para el apareamiento de bases complementarias. La molécula de ADN se forma por una doble hélice con los grupos fosfato orientados hacia el exterior, y las bases apareadas por enlaces covalentes, una base pirimidínica, con una base púrica. En el apareamiento siempre se da G-C, A-T. La enzima aparea el fragmento suelto de ADN con nuevos ribonucleótidos, además la enzima une los nuevos ribonucleósidos trifosfato, iniciando una nueva cadena de ADN. La molécula de ARN-polimerasa se desplaza a lo largo de la hebra patrón de ADN, aumentando la cadena de ARN, en dirección 5'-3', uniendo nuevos nucleótidos.
La ARN-polimerasa continúa añadiendo nucleótidos, hasta que encuentra una secuencia especial de ADN, llamada señal de terminación, en cuyo momento se separa del patrón de ADN y de la cadena recien formada de ARN, a medida que la enzima se desplaza se forma una corta hélice ADN-ARN, que es inestable y es sustituida posteriormente por una hélice sóla de ADN. De cada serie completa de ARN, se libera del ADN una forma de molécula libre de una sola cadena.
Las velocidades de polimerización tienen un valor medio, a 37°C, de unos 30 nucleótidos/segundo, en la práctica sólo se copia una de las dos hebras de ADN, y el promotor es el encargado de orientar a la ARN-polimerasa en una dirección determinada. Las secuencias que sirven de ADN-promotor se han estudiado en varios organismos, por ejemplo, la bacteria Escherichia Coli. La ARN-polimerasa reconoce dos secuencias de 6 nucleótidos, separados entre si por un fragmento de 15 nucleótidos, no reconocibles por la enzima
Si las dos cadenas de ADN produjeran dos cadenas de ARN (no ocurre en la relidad):
La hebra de ADN patrón debe ser recorrida desde 3' hasta 5', y esa dirección se indica por el movimiento de la ARN-polimerasa. Cada molécula de ARN producida tendrá una polaridad y secuencia de nucleótidos igual a la de la hebra de ADN, que aparecen con la hebra patrón, menos en la sustitución de uracilo por timina.
En las células eucarióticas existen tres tipos de ARN-polimerasas, que se diferencian unas de otras por las señales de iniciación y terminación que reconocen. En la síntesis de proteinas también intervienen otro tipo de proteinas, las llamadas de expresión génica, que determinan que regiones de ADN serán transcritas. En las células eucarióticas, las moléculas de ARN son alteradas antes de abandonar el núcleo, en un fenómeno conocido como procesamiento del ARN, desspués del cuál entran en el citoplasma convertidas en ARN-m.
Uno de los pasos más importantes es la decodificaión del ARN-m, para dar el ARN-t, para lo cual se necesita el apareamiento exacto entre los codones del ARN-m y los anticodones del ARN-t, este apareamiento es eficaz, cuando las moléculas de ARN-m y las correspondientes de ARN-t se sitúan en las localizaciones apropiadas de los ribosomas. El codón es un triplete de nucleótidos, y cada triplete de nucleótidos que forma un codón especifica un aminoácido. Un grupo especial de enzimas de aminoacil-ARN-sintetasas, que acoplan cada aminoácido a su molécula característica de ARN-t. Hay un tipo de cada una de estas enzimas cada aminoácido de reacción de acoplamiento, esto se realiza en dos etapas, por un lado se utiliza la energía de la hidrólisis de ATP. Para unir por un enlace de alta energía, cada aminoácido a su correspondiente ARN-t, el aminoácido se activa primero uniéndose a un AMP, transformándose en un aminoácido adenilado, la reacción se favorece por la hidrólisis de ATP, que proporciona el AMP, sin abandonar la enzima sintetasa, el grupo carboxilo unido al AMP, se transfiere un grupo hidroxilo de la pentosa del extremo 3' de la molécula de ARN-t.
Las moléculas de ARN-t actúan como adaptadores finales que transforman la información de secuencia de los ácidos nucleicos de secuencia proteica.
Otro paso fundamental, es la formación del enlace peptídico entre el grupo carboxilo del extremo de la cadena polipeptídica en crecimiento y el grupo amino libre de un aminoácido. El extremo carboxilo de la cadena se activa por la unión de una molécula de ARN-t, por un enlace covalente que se destruye y es sustituido, con la adición de cada aminoácido.
Cada aminoácido que se agrega al extremo en crecimiento de una cadena polipeptídica se selecciona por el apareamiento de bases complementarias, que tiene lugar entre el anticodón de la molécula de ARN-t que está unido a él, y el codón correspondiente de la cadena de ARN-m. El desplazamiento se realiza a lo largo de la molécula de ARN-m en dirección 5'-3'. Existen 64 secuencias diferentes compuestas por 3 nucleótidos, 3 de estas 64 secuencias no codifican ningún aminoácido sino que determinan el final de la cadena polipeptídica, a estos se les conoce con el nombre de codones de terminación, entonces quedan 61 secuencias para especificar los 20 aminoácidos y por lo tanto estos 20 aminoácidos estarán en su mayoria representados por más de un codón, por esto se dice que el código genético es degenarado:
Algunas moléculas de ARN-t se forman de tal manera que sólo exigen un apareamiento exacto de las bases sólo en las dos primeras posiciones del codón, y por tanto pueden tolerar una adaptación defectuosa, conocida también como balanceo en la tercera posición del codón.
Los procesos de la síntesis proteica se realizan mediante un gran complejo multienzimático que corresponde al ribosoma, formado por moléculas de proteinas y ARN. En el ribosoma menor, la subunidad está formada por una molécula de ARN-r, unida a 33 proteinas ribosómicas diferentes. La subunidad mayor se encuentra formada por tres moléculas diferentes de ARN-r, unido a más de 40 proteinas ribosómicas distintas, esta estructura corresponde a los ribosomas de las células eucarióticas. Los ribosomas eucarióticos son menores y tienen menos componentes. En los ribosomas existe un surco en el que se ajusta la cadena polipeptídica en crecimiento, con una longitud de 30 aminoácidos, y otro surco en el que encaja la cadena de ARN-m, con una longitud de 35 nucleótidos. En el ribosoma existen dos centros de unión, uno denominado punto P, que es donde se une la cadena polipeptídica en crecimiento al ARN-t, y por eso se llama también centro de unión peptidil-ARN-t, y el otro punto se llama A, y es la zona donde se recibe a la nueva molécula de ARN-t unida a un aminoácido, también conocida como centro de unión aminoacil-ARN-t.
En los dos puntos de unión de los ARN-t tiene que formar pares de bases complentarias con el ARN-m. Durante la síntesis de proteinas, en primer lugar se ocupan los dos centros de unión, después la cadena polipeptídica del centro P se une al aminoácido del centro A, formándose un enlace peptídico y catalizándose la reacción por la enzima peptidil-transferasa, que es una enzima fuertemente unida al ribosoma, después el nuevo peptidil-ARN-t formado se traslada del puente A al P cuando el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos o un codón a lo largo de la cadena de ARN-m. Este proceso requiere energía, la cual viene suministrada por la hidrólisis de una molécula de ATP que se encuentra unida al ribosoma, produciendo cambios en la estructura proteínica de este orgánulo. Una molécula de ARN-t se separa del ribosoma y va a formar parte del conjunto de ARN-t citoplasmático.
Para que se produzca la terminación, el ribosoma debe desplazarse a lo largo de la cadena de ARN-m hasta que un codón ocupe el centro A. Una proteina llamada factor de liberación se une a un codón de terminación que llega al centro A, esta unión perturba la acción enzimática de la peptidil-transferasa que cataliza la unión del peptidil-ARN-t a una molécula de H2O, entonces el extremo carboxilo de la cadena polipeptídica queda libre y la cadena se libera separándose del ARN-t y la cadena polipeptídica al citoplasma. Esquema:
Las dos subunidades tienen una anchura de 170Å, cuando los ribosomas se asocian a las membranas del retículo endoplasmático la conexión se verifica a través de la subunidad mayor (>), las dos subunidades se unen por 4 a 6 filamentos densos centrales. La unidad de función ribosómica se conoce como poliribosoma, la cual está formada por la conexión de varios ribosomas sobre una cadena de ARN-m. En los organismos procarióticos, los ribosomas son más peuqeños y están compuetos por dos subunidades con un peso molecular ligeramente superior a la mitad del peso molecular de los ribosomas eucarióticos. En los ribosomas se encuentran: ARN-r, proteinas enzimáticas y estructurales, iones de Mg (Mg+2) y K+ y coenzimas (guanosin-trifosfato (GTP)), que actúa como dador de energía en la síntesis de proteinas. Las proteinas enzimáticas se encuentran dentro de las subunidades unidas a las moléculas de ARN-r, formando ribonucleoproteinas.
El proceso de iniciación de la síntesis de proteinas comprende varias etapas en las que actúan proiteinas catalizadoras llamadas factores de iniciación, una molécula especial de ARN-t iniciador reconoce el codón AUG que transporta al aminoácido metionina, este se une a la subunidad del ribosoma catalizándose la unión por un factor de iniciación llamado FI-2. La subunidad menor se une a la zona de iniciación del ARN-m, apareándose el ARN-t iniciador a un codón AUG. Los factores de iniciación asociados a la subunidad menor se liberan y esta subunidad se une a la mayor, después el ARN-t iniciador pasa a ocupar el centro P, y puede iniciarse la síntesis. Los factores de iniciación además controlan la velocidad general de la síntesis proteica, las proteinas recien sintetizadas poseen entonces metionina como residuo amino terminal, o un derivado amino-formil de la metionina en los organismos procarióticos.
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