Traducción
La traducción se refiere al proceso de creación de proteínas a partir de una plantilla de ARNm. La secuencia de nucleótidos del ARN se traduce en la secuencia de aminoácidos de las proteínas y esta reacción la llevan a cabo los ribosomas. Los ribosomas y el ARNt se acoplan a una transcripción de ARNm maduro y reclutan múltiples enzimas en un proceso intensivo en energía que usa ATP y GTP.
Código genético
Cuando se descubrieron los ácidos nucleicos como material genético primario, surgió una cuestión importante. Solo hay 4 bases en los ácidos nucleicos, mientras que las proteínas están hechas de 20 aminoácidos. Por lo tanto, no es posible tener una correlación directa uno a uno entre las secuencias de nucleótidos y aminoácidos. Incluso tener dos nucleótidos codificados para un solo aminoácido es insuficiente. Por lo tanto, se sugirió que los aminoácidos se codificaran mediante tramos de tres nucleótidos llamados codones. Una serie de experimentos en la década de 1960 confirmó esta hipótesis y también mostró que estos codones no se superponen entre sí. Además, dado que tramos de 3 nucleótidos pueden dar lugar a un total de 64 codones, un solo aminoácido puede ser codificado por múltiples codones, una propiedad que se denomina «degeneración».
A menudo, la diferencia entre los codones degenerados es la tercera base que se denomina «posición de oscilación». Por ejemplo, el aminoácido serina puede estar codificado por seis codones de los cuales cuatro son: UCA, UCG, UCU o UCC. Similar, la fenilalanina puede estar representada por UUU o UUC en el ARNm y la leucina está codificada por un total de seis codones. Esta degeneración se ve favorecida por el hecho de que la tercera el nucleótido de cada codón se une libremente a su ARNt correspondiente, lo que permite que tipos inusuales de bases se emparejen entre sí.
De los 64 codones formados por varias combinaciones de 4 nucleótidos, 3 son codones de parada, que señalan el final de la traducción. Estos son UAA, UAG y UGA y son reconocidos por proteínas llamadas factores de liberación en lugar de por tRNA. Cuando un ribosoma encuentra un codón de parada, se disocia del ARNm a través de la acción enzimática de los factores de liberación.
Regiones no traducidas de ARNm
El tramo completo de ARNm maduro no consta de codones que se traducen en la secuencia de aminoácidos de una proteína. Hay una ‘tapa’ en el extremo 5 ′ del ARN, dos tramos cortos de regiones reguladoras no traducidas que lindan con la secuencia codificante (la UTR 5 ′ y la UTR 3 ′), y una cola de poliadenilato que puede determinar la secuencia de la proteína sin ser traducida directamente .
Estas regiones están involucradas en la exportación de ARNm desde el núcleo, la protección de la degradación enzimática y la regulación de la actividad de traducción. Contienen sitios de unión para proteínas que pueden mejorar o reducir la traducción, sitios de acoplamiento para ribosomas y otras partes de la maquinaria de traducción, así como enzimas que catalizan la degradación del ARNm cuando se cumple el requisito de proteína de la célula.
Estructura y función del ARNt
El ARN de transferencia actúa como moléculas adaptadoras entre el ARNm y los aminoácidos, llevando el aminoácido apropiado al ribosoma basándose en los codones del ARNm. Los ARNt contienen un anticodón de tres bases que puede reconocer y unirse al ARNm, además de actuar como una señal para el aminoácido correcto. La secuencia del anticodón es complementaria al codón del ARNm y se ejecuta en una dirección antiparalela, lo que permite que las dos moléculas se emparejen entre sí.
Un grupo de enzimas llamadas aminoacil tRNA sintetasas unen el aminoácido apropiado a las moléculas de tRNA basándose en su anticodón. Hay una aminoacil tRNA sintetasa para cada uno de los 20 aminoácidos y la enzima puede reconocer todos los anticodones que representan ese aminoácido en particular. Estas enzimas usan la energía del ATP para unir el aminoácido al último nucleótido en el extremo 3 ‘del ARNt. Ahora se considera que el ARNt está «cargado» y puede participar en las reacciones de síntesis de proteínas en el ribosoma.
Estructura y función del ribosoma
Los ribosomas son estructuras macromoleculares de múltiples subunidades que contienen ARN y proteínas y son las máquinas principales que impulsan la síntesis de proteínas. La estructura del ribosoma se deriva principalmente de su componente de ARN (ARN ribosómico o ARNr) y el apareamiento de bases con ARNm y ARNt es crucial para su función.
El ribosoma contiene dos subunidades y la traducción se inicia cuando la subunidad más pequeña se une a secuencias cadena arriba de la secuencia codificante del ARNm. La traducción procariota comienza con la unión directa del ARNr al ARNm, mientras que la traducción eucariota involucra otras proteínas llamadas factores de iniciación. La subunidad más pequeña, junto con algunas otras proteínas, reclutan la subunidad más grande del ribosoma y comienza la traducción.
Principalmente, el ribosoma contiene tres regiones importantes: el sitio P, el sitio A y el sitio E, formadas por la forma tridimensional del ARNr. El sitio P se une al polipéptido en crecimiento, el sitio A ancla un ARNt cargado entrante y, después de la formación del enlace peptídico, el ARNt se une brevemente al sitio E antes de salir del ribosoma.
Mecanismo de traducción
La traducción se realiza en tres etapas: iniciación, alargamiento y terminación. Cada uno de estos está asociado con diferentes proteínas y en cada paso, el ATP y el GTP se utilizan como fuentes de energía.
Un solo ARNm puede ser traducido por múltiples ribosomas en un proceso llamado translatome. Estos complejos se denominaron inicialmente ergosomas y ahora se denominan polisomas o polirribosomas.
Iniciación
La traducción comienza con la transcripción de ARNm maduro que se exporta desde el núcleo y su capa 5 ‘se reconoce por la subunidad más pequeña de un ribosoma. La subunidad ribosómica, junto con un ARNt especial, escanea el ARNm para encontrar el sitio de inicio de la traducción, que a menudo es AUG, el codón de la metionina. Las secuencias alrededor del codón de inicio AUG también son importantes y pueden determinar con qué fuerza se traduce un ARNm. La iniciación también implica la actividad de una serie de proteínas auxiliares llamadas factores de iniciación, cuya función es asegurar que las diversas partes de la maquinaria de traducción se unan de manera ordenada.
El ribosoma y el ARNt iniciador se mueven lentamente a lo largo del ARNm hasta que se localiza el codón de inicio. Las características estructurales de este tRNA aseguran que sea reconocido por factores de iniciación y discriminado por factores de elongación de traducción. La metionina unida a este ARNt también está adaptada para ser exclusiva para la iniciación: el grupo amino se modifica para producir N-formil metionina, lo que evita que participe en la fase de elongación de la traducción.
Una vez que la subunidad más grande del ribosoma llega al sitio de inicio de la traducción y el ARNt se localiza en su sitio P, se dice que la iniciación está completa.
Alargamiento
La unión del ARNt iniciador al sitio P del ribosoma lo pone en estrecho contacto con el sitio amino o «A» del ribosoma, donde el siguiente codón espera la traducción. Nuevos ARNt que transportan aminoácidos ingresan al ribosoma en el sitio A. A través del emparejamiento de bases complementarias y la energía de una molécula de GTP, el tRNA correcto se une al ribosoma.
A continuación, el ARN ribosómico cataliza la formación de un enlace peptídico entre el primer y el segundo aminoácidos, donde la primera metionina parece haber sido «transferida» al ARNt en el sitio A. Una vez que se forma el enlace peptídico, el ARNt vacío sale del ribosoma y el propio ribosoma avanza exactamente un codón, de modo que el ARNt del sitio A se mueve hacia el sitio P. Esto también expone el siguiente codón al sitio A, listo para el tercer ARNt. Este proceso continúa hasta que se alcanza un codón de parada.
Terminación
Cuando un codón de parada está presente en el sitio A, es reconocido por un conjunto de proteínas llamadas factores de liberación. Inducen que el ribosoma adhiera una molécula de agua a la cadena polipeptídica en crecimiento, en lugar de otro aminoácido. Esto termina el proceso de traducción y libera el polipéptido del ribosoma. Las dos subunidades del ribosoma también se disocian entre sí, listas para el siguiente ciclo de traducción.
Traducción del retículo endoplásmico
La traducción puede ocurrir en los ribosomas libres del citoplasma o en los ribosomas presentes en la superficie del retículo endoplásmico (RE). La traducción comienza en el citoplasma para casi todas las proteínas. Sin embargo, las proteínas que se necesitan como proteínas de la membrana interna o las que deben secretarse de la célula se dirigen para su posterior traducción en el RE. Estas proteínas contienen un tramo corto de hidrófobo residuos llamados péptido señal al comienzo de su secuencia.
Tan pronto como estos residuos se traducen, el péptido señal es reconocido por proteínas específicas llamadas partículas de reconocimiento de señales, que pueden transportar todo el ribosoma y las moléculas asociadas a la membrana del RE. El péptido señal se incrusta en la membrana del RE y el resto de la proteína se libera en el espacio interior del RE. El péptido señal se elimina de las proteínas que necesitan ser secretadas por la célula, mientras que las destinadas a las membranas internas retienen ese corto tramo que proporciona un anclaje a la membrana.
Ocasionalmente, las proteínas necesarias dentro de orgánulos como mitocondrias y cloroplastos se traducen en el citoplasma. Estas proteínas se transportan selectivamente a estos orgánulos utilizando proteínas específicas en un proceso intensivo en energía.
Blancos de antibióticos
Las diferencias entre la maquinaria de traducción procariota y eucariota los convierten en dianas farmacológicas ideales para combatir infecciones, dejando las células del cuerpo intactas. Estos antibióticos incluyen cloranfenicol, tetraciclina, puromicina y eritromicina. Sin embargo, dado que la mayoría de los animales también contienen un rico bioma interno de bacterias simbióticas, estos antibióticos también pueden causar una serie de efectos secundarios, incluidas las deficiencias de vitaminas.
Términos de biología relacionados
- Orientación 3 ′ -> 5 ′ : direccionalidad de una sola hebra de ácido nucleico que se deriva de la numeración de átomos de carbono en el anillo de azúcar de nucleótido. Un extremo del ácido nucleico tiene un grupo hidroxilo libre en el tercer carbono y el otro extremo tiene un grupo fosfato libre unido al quinto carbono.
- Orientación antiparalela : dos biopolímeros que corren paralelos entre sí pero en orientaciones opuestas. Las dos hebras de un ADN son antiparalelas entre sí, con respecto a la orientación de sus cadenas principales de azúcar-fosfato.
- Moneda energética de la célula : pequeños nucleótidos que contienen enlaces de alta energía que se utilizan para almacenar y liberar energía dentro de la célula. ATP y GTP son monedas de energía comunes en la celda.
- Retículo endoplásmico rugoso : retículo endoplásmico que está salpicado de ribosomas, dondese traducen lasproteínas destinadas a las membranas internas o para la secreción.
