Traducción: Descodificación del ARNm La transcripción es un proceso de copia donde no se cambia de idioma, pues se pasa del idioma del ADN a una especie de dialecto suyo que es el idioma del ARN. El proceso de biosíntesis de proteínas se denomina traducción porque no es un proceso de copia a partir de un molde y en él sí se pasa del idioma de los ácidos nucleicos al de las proteínas. La traducción es la etapa que sigue a la transcripción mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm para que se sintetice una proteína. El código genético establece la correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos, lo que permite traducir el idioma de los genes al de las proteínas: los aminoácidos están codificados por palabras de tres letras, que son tripletes de bases del ARNm, también llamados codones.
Características del código genético
El código genético está degenerado: existen 61 codones que codifican 20 aminoácidos; algún aminoácido debe estar codificado por dos o más tripletes distintos. Es utilizado por la práctica totalidad de los organismos como virus, bacterias, plantas, animales… Cada codón o triplete tiene siempre el mismo significado, es decir, especifica al mismo aminoácido. Todas las combinaciones o tripletes de bases tienen sentido y se leen en el ARNm de izquierda a derecha. El código carece de solapamientos; lo que significa que los tripletes se disponen en el ARNm uno a continuación de otro y no comparten ninguna base; además es unidireccional pues el mensaje del ARNm se lee en un único sentido, desde el codón de iniciación hasta el de terminación.
La función del ARNt: Interprete de los codones
Los ARNt se encargan de mantener las correspondencias entre los tripletes del ARNm y los aminoácidos. En cada molécula de ARNt se distinguen la secuencia CCA del extremo 3′ y el bucle del anticodón.
Primera adaptación: transcurre en la enzima aminoacil ARNt sintetasa
Cada ARNt se une específicamente con un único aminoácido determinado. Para ello la enzima aminoacil ARNt sintetasa actúa como adaptador, ya que dispone de dos sitios activos altamente específicos: uno de ellos reconoce al aminoácido y el otro identifica determinadas secuencias de bases características de cada ARNt. Esta enzima cataliza el enlace entre el grupo carboxilo del aminoácido con el grupo hidroxilo perteneciente al ribonucleótido de adenina del extremo 3′ del ARNt.
Segunda adaptación: transcurre dentro del ribosoma
Los ARNt «cargados» con sus aminoácidos reconocen y se unen específicamente mediante su anticodón con los correspondientes tripletes o codones del ARNm. En esta fase interviene como adaptador el ribosoma. Cada ribosoma posee un complejo sistema de proteínas y moléculas de ARNr que le confieren una estructura acanalada capaz de albergar simultáneamente al ARNm y a los diferentes ARNt «cargados» con sus aminoácidos. En su interior, tiene lugar la formación del enlace peptídico entre los aminoácidos.
Balanceo de la tercera base y degeneración del código genético
La causa de la degeneración debe encontrarse en las moléculas de ARNt. Y de hecho, así es, ya que la complementariedad entre el codón y el anticodón solo es estricta en lo que se refiere a las dos primeras bases del anticodón (leídas en sentido 3′ -t 5′); mientras que puede haber cierta relajación en lo que concierne a la tercera base del anticodón (extremo 5′), que puede aparear no solo con su base complementaria normal del codón, sino también con otras bases distintas.
Se denomina balanceo al apareamiento un tanto defectuoso de la tercera base del anticodón y es la causa de la degeneración del código genético.
Gracias al balanceo es posible que un mismo ARNt pueda unirse con su anticodón a codones diferentes que especifican al mismo aminoácido y también es posible que puedan existir más de un ARNt diferentes para ciertos aminoácidos. Se denominan isoaceptores a los diferentes ARNt con anticodones distintos que aceptan al mismo aminoácido.
Etapas de la traducción en eucariotas: síntesis de la cadena peptídica
La lectura por los ribosomas del mensaje genético transportado por el ARNm es un proceso similar en procariotas y eucariotas y se puede considerar dividido en tres etapas sucesivas: iniciación, elongación de la cadena peptídica y terminación.
3.1 Iniciación de la síntesis de la cadena peptídica
El primer paso de la traducción en eucariotas consiste en la construcción del complejo de iniciación 80 S, que está formado por un ribosoma unido al ARNm y al ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina (ARNt¡Met). La formación del complejo de iniciación se lleva a cabo en varias fases sucesivas:
- Determinados factores de iniciación (FI) y la energía que suministra el GTP provocan la unión de la subunidad pequeña del ribosoma (40 S) con el ARNt iniciador, cargado con el aminoácido metionina (ARNt¡Met).
- Otros factores de iniciación facilitan que la subunidad menor del ribosoma (40 S), unida al ARNt¡Met, reconozca la «caperuza» de metil guanosina trifosfato y se una con el ARNm en el extremo 5′.
- La subunidad pequeña del ribosoma se desplaza por el ribosoma en sentido 5′ -t 3′, con la energía aportada por el ATP, y rastrea la secuencia del ARNm hasta encontrar el primer codón de iniciación AUG. En este momento se produce la unión del ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina (ARNt¡Met), el cual posee el anticodón UAC.
- Al encajar el ARNt¡Met exactamente en el codón de iniciación AUG, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma (60 S), que se acopla con la subunidad pequeña, el ARNm y el ARNt¡Met, para formar el complejo de iniciación 80 S completo y funcional. En la subunidad mayor del ribosoma se localizan tres hendiduras o sitios de fijación: A, P y E.
Elongación de la cadena peptídica
La elongación es el proceso catalizado por el complejo enzimático peptidil transferasa mediante el cual los sucesivos aminoácidos que se van añadiendo a la cadena peptídica, en el seno del ribosoma, quedan unidos mediante un enlace peptídico. La incorporación de cada aminoácido a la cadena peptídica en formación se lleva a cabo mediante un mismo proceso de elongación que consta de tres fases; cuando finaliza la tercera, comienza un nuevo proceso de elongación al incorporarse un nuevo aminoácido transportado por su correspondiente ARNt, y así sucesivamente.
Primera fase: entrada del ARNt-aminoácido (1)
El sitio P está ocupado inicialmente por el ARNt~et, y los sitios A y E están vacíos. En esta etapa interviene el factor de elongación (FE-1) y la energía suministrada por el GTP.
Segunda fase: formación del enlace peptídico (2)
El complejo enzimático peptidil transferasa posee varios componentes proteicos, pero se ha descubierto que la catálisis del enlace peptídico entre los aminoácidos se lleva a cabo, esencialmente, mediante ribozimas, con la probable participación directa del ARNr.
Tercera fase: traslocación (3)
Interviene ahora un segundo factor de elongación (FE-2) que, utilizando la energía suministrada por el GTp, obliga al ribosoma a desplazarse exactamente tres nucleótidos a lo largo del ARNm, en sentido 5′ —. 3′: primero se trasloca y avanza la subunidad grande del ribosoma, quedando un nuevo codón en un sitio A libre, y luego lo hace la subunidad pequeña. Este desplazamiento trasloca todo el complejo peptidil-ARNt-ARNm del sitio A al P:
- El sitio P queda ocupado por el péptido en formación unido al ARNt (en nuestro ejemplo, Met-Thr-ARNt).
- El sitio A queda vacante y dispuesto a recibir a otro ARNt cargado con su correspondiente aminoácido (en este caso, ARNt Phe).
- El sitio E queda ocupado con el ARNt¡ correspondiente a la metionina liberado de su carga.
Fases sucesivas (4)
La entrada de un tercer ARNt cargado con su correspondiente aminoácido (Phe) provoca la salida del ARNtMet del sitio E y se repiten las tres fases anteriores. Yasí transcurre el proceso de elongación (a un ritmo de unos 3 a 5 aminoácidos por segundo), mediante las sucesivas entradas de los ARNt cargados con sus correspondientes aminoácidos, hasta que se incorpora el último aminoácido (en este caso, Lys) a la cadena peptídica.