El Proceso de Traducción: Síntesis de Proteínas
Para que tenga lugar el proceso de traducción, se necesitan:
- Ribosomas
- ARN mensajero
- Aminoácidos
- ARN de transferencia
- Enzimas y energía
La traducción se realiza en los ribosomas, orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades, una pequeña y otra grande, formadas por ARN ribosómico (ARNr) específico y por proteínas. En la subunidad pequeña se une el ARNm, mientras que en la subunidad grande se unen los aminoácidos para formar una cadena polipeptídica. En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión de los ARN de transferencia: el sitio P, el sitio A y el sitio E.
ARN de Transferencia
Los ARNt son los encargados de transportar los aminoácidos hasta el ribosoma e incorporarlos a la proteína, según indica la secuencia de bases del ARN mensajero. Hay más de 20 ARNt diferentes. Existen dos zonas para su función:
- Anticodón: Formado por tres bases nitrogenadas que son complementarias con las que forman un codón de ARNm.
- El extremo 3′: Lugar que se une al aminoácido que corresponde al codón que reconoce ese ARNt.
Activación de Aminoácidos
Consiste en la unión de un aminoácido con el ARNt que le corresponde. Interviene la enzima aminoacil-ARNt sintetasa. La reacción requiere energía, que es aportada por la molécula de ATP. Existen 20 aminoacil-ARNt sintetasas, una para cada aminoácido.
Etapas de la Síntesis de Proteínas
Excepto con pequeñas diferencias, la síntesis proteica transcurre de igual forma en procariotas y en eucariotas. El proceso se puede dividir en varias etapas:
1. Iniciación de la Cadena Proteica
La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma se une a una secuencia complementaria de una secuencia que forma parte del ARN ribosómico. Esta secuencia se llama Shine-Dalgarno y tiene una secuencia de bases muy conservada a lo largo de la evolución y está localizada cerca del codón AUG, que es el codón iniciador y marca el inicio de la proteína. A continuación, entra en el sitio P del ribosoma un primer aminoacil-ARNt. Este primero lleva el aminoácido N-formilmetionina en procariontes, mientras que en las eucariontes es la metionina. La subunidad pequeña del ribosoma y su primer aminoacil-ARNt forman el complejo de iniciación.
2. Elongación de la Cadena Proteica
Consiste en el alargamiento de la cadena proteica, y se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt entra en el ribosoma y ocupa el sitio A. El siguiente paso es la formación de un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P y el nuevo que ocupa el sitio A. Se produce la translocación del ribosoma, que implica el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5′ → 3′. En otras condiciones, el aminoacil-ARNt se puede incorporar al sitio A, repitiéndose el ciclo.
3. Terminación de la Cadena Proteica
La terminación de la cadena proteica tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra un codón de terminación (UAA, UGA, UAG) que no es reconocido por ningún ARNt y sí por unos factores de liberación de naturaleza proteica que hacen que la peptidil-transferasa separe la cadena. Una vez completada la traducción, la proteína formada, el ARNm y el ARNt abandonan el ribosoma, que se disocia. A medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la estructura secundaria y terciaria que les corresponde. Tanto en procariontes como en eucariontes, si el ARNm es largo, puede ser leído por más de un ribosoma, formando un polirribosoma. Este hecho permite que las células sinteticen muchas copias de un mismo polipéptido.
Regulación de la Expresión Génica
Una célula no sintetiza todas las proteínas que puede, sino las que necesita en un momento determinado.
En Procariotas
Uno de los modelos de regulación de la expresión génica mejor conocidos es el modelo del operón. Un operón es un grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por distintos elementos de control. Se compone de:
- Genes estructurales
- Promotor
- Gen regulador
- Proteína reguladora
- Inductor
Operón Lactosa
El operón mejor estudiado es el lac (lactosa), que regula la síntesis de las enzimas implicadas en el metabolismo de la lactosa.
- En ausencia de lactosa, el represor se sitúa sobre el operador.
- Cuando hay lactosa, se forma un derivado, la alolactosa, que se une al represor y forma un complejo inactivo. El complejo no se une al ADN. De este modo, la bacteria solo produce las enzimas propias para metabolizar la lactosa cuando son necesarias.
Los genes del operón lactosa también están regulados por los niveles de glucosa. Si hay glucosa en el medio, los niveles de AMPc son bajos y no se produce la transcripción. Si no hay glucosa, los niveles de AMPc son altos y este se une a una región del ADN estimulando la unión del ARN polimerasa al promotor, que, si hay lactosa en el medio, continuará con la transcripción.