ARN: Síntesis
de proteínas.
INTRODUCCION
Cuatro son las reglas que siguen las células para
la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos:
- Las proteínas y los ácidos nucleicos están compuestos por un número limitado de subunidades: en el caso de las proteínas, son 20 los aminoácidos que constituyen estas subunidades, mientras que sólo cuatro bases nucleicas son utilizadas para construir el RNA o el DNA.
- Durante el proceso de polimerización, las subunidades son añadidas una a una: el el caso de las proteínas, la síntesis empieza en el grupo NH2 del aminoácido inicial y continua hasta el -COOH del aminoácido terminal; en el caso de los ácidos nucleícos, la síntesis comienza por el extremo 5' y prosigue hasta el extremo 3´.
- Cada cadena tiene un punto específico de iniciación y el crecimiento procede en una dirección hasta una terminación también especificada. Esto requiere unas señales de inicio y de fin.
- El producto sintético primario no es usualmente empleado como tal sino que es modificado. Mediante una serie de enzimas, las cadenas de polímeros experimentan una serie de transformaciones (rotura, unión a otra cadena, entrecruzamiento, etc)
Describir
la síntesis de proteínas y del DNA dentro de una célula es como describir un
círculo: el DNA dirige la síntesis del RNA; el RNA dirige la síntesis de
proteínas y, finalmente, una serie de proteínas específicas catalizan la
síntesis tanto del DNA como del RNA.
Las instrucciones para construir las proteínas
están codificadas en el DNA y las células tienen que traducir dicha información
a las proteínas. El proceso consta de dos etapas:
- TRANSCRIPCION:
La transcripción es el proceso durante el cual la
información genética contenida en el DNA es copiado a un RNA de una cadena
única llamado RNA-mensajero. La transcripción es catalizada por una
enzima llamada RNA-polimerasa. El proceso se inicia separándose una
porción de las cadenas de DNA: una de ellas, llamada hebra sentido es
utilizada como molde por la RNA-polimerasa para incorporar nucleótidos con
bases complementarias dispuestas en la misma secuencia que en la hebra
anti-sentido, complementaria de la hebra sentido inicial. La única
diferencia consiste en que la timina del DNA inicial es sustituída por uracilo
en el RNA mensajero. Así, por ejemplo, una secuencia ATGCAT de la hebra sentido
del DNA inical producirá una secuencia UACGUA.
Además de las secuencia de nucleótidos que
codifican proteínas, el RNA mensajero copia del DNA inicial unas regiones que
no codifican proteínas y que reciben en nombre de intrones. Las partes
que codifican proteínas se llaman exones. Por lo tanto, el RNA
inicialmente transcrito contiene tanto exones como intrones. Sin embargo, antes
de que abandone el núcleo para dirigirse al citoplasma donde se encuentran los
ribosomas, este RNA es procesado mediante operaciones de "corte y empalme ,
eliminándose los intrones y uniéndose entre sí los exones. Este RNA-m maduro es
el que emigra al citoplasma. Un único gen puede codificar varias proteínas si
el RNA-m inicial puede ser cortado y empalmado de diversas formas. Esto ocurre,
por ejemplo, durante la diferenciación celular en donde las operaciones de
corte y pegado permite producir diferentes proteínas.
Además de utilizarse como molde para la síntesis
del RNA-m, el DNA también permite la obtención de otros dos tipos de RNA:
1
El RNA de transferencia
(t-RNA) que se une específicamente a cada uno de los 20 aminoácidos y los
transporte al ribosoma para incorporarlos a la cadena polipeptídica en
crecimiento.
2 El RNA ribosómico (r-RNA)
que conjuntamente con las proteínas ribosómicas constituye el ribosoma.
TRADUCCION:
El m-RNA maduro contiene la
información para que los aminoácidos que constituyen una proteína en vayan
añadiendo según la secuencia correcta. Para ello, cada triplete de nucleótidos
consecutivos (codón) especifica un aminacido. Dado que el m-RNA contiene
4 bases, el número de combinaciones
posibles de grupos de 3 es de 64, número más que suficiente para
codificar los 20 aminoácidos. De hecho, un aminoácido puede ser coficado por
varios codones.
La síntesis de proteínas tiene lugar de la manera
siguiente:
·
Iniciación: Un
factor de iniciación, GPT y metionil-tRNA[Met] forman un complejo que se une a
la subunidad ribosómica grande. A su vez, el m-RNA y la subunidad ribosómica
pequeña se unen al encontrar esta última el codón de iniciación que lleva el
primero. A continuación ambas subunidades ribosómicas se unen. El
metionil-tRNA[met] está posicionado enfrente del codón de iniciación (AUG).
El GPT y los factores de iniciación de desprenden quedando el tRNA[Met] unido
al ribosoma.
·
Elongación: Un
segundo aminoacil-tRNA (en el ejemplo Phe-tRNa[Phe]) se coloca en la posición A
de la subunidad grande del ribosoma. Un complejo activado por GPT se ocupa de
formar el enlace peptídico quedando el peptido en crecimiento unido al
aminoacil-tRNA entrante. Al mismo tiempo, el primer t-RNA se separa del primer
aminoácido y del punto P del ribomosa.
El ribosoma se mueva un triplete hacia la derecha, con los que el peptidil-tRNA[Phe] queda unido al punto P que había quedado libre. Un tercer aminoacil-tRNA (en el ejemplo Leu-tRNA[Leu]) se coloca en la posición A y se repite el proceso de formación del enlace peptidico, quedando el peptido en crecimiento unido al Leu-tRNA[Leu] entrante. Se separa el segundo t-RNA del segundo aminoacido y del punto P del ribosoma.
El ribosoma se mueva un triplete hacia la derecha, con los que el peptidil-tRNA[Phe] queda unido al punto P que había quedado libre. Un tercer aminoacil-tRNA (en el ejemplo Leu-tRNA[Leu]) se coloca en la posición A y se repite el proceso de formación del enlace peptidico, quedando el peptido en crecimiento unido al Leu-tRNA[Leu] entrante. Se separa el segundo t-RNA del segundo aminoacido y del punto P del ribosoma.
·
Terminación: el
m-RNA que se está traduciendo lleva un codón de terminación (UAG).
Cuando el ribosoma llega a este codón, la proteína ensamblada es liberada y el
ribosoma se fragmenta en sus subunidades quedando listo para un nuevo proceso.
En el proceso que acabamos de describir, el
ribosoma se desplazaba a lo largo de una hebra de m-RNA leyendo los tripletes
de uno en uno. La síntesis de proteínas progresa a razón de 15 aminoácidos/segundo.
Dada la longitud del m-RNA, varios ribosomas pueden ir leyendo codones y
sintetizando proteínas. El conjunto se denomina poliribosoma
A partir del anterior proceso se puede definir como
gen un conjunto de nucleótidos de una molécula de DNA que sirve como
molde para la producción de una proteína o una familia de proteínas si se
producen operaciones de corte y empalme en el RNA. Como usualmente una proteína
tiene entre 100 y 1000 aminoacidos, el m-RNA maduro contendrá entre 300 y 3000
nucleótidos. El tamaño del gen dependerá, de los intrones que tenga
