Traducción en Procariotas
La iniciación de la traducción en procariotas comienza con las subunidades ribosomales 50S y 30S separadas. El factor de iniciación 1 (IF-1) bloquea el sitio A, asegurando que el fMet-ARNt solo se una al sitio P y que ningún otro aminoacil-ARNt se acople durante la iniciación. IF-3 bloquea el sitio E, evitando la asociación prematura de las subunidades. IF-2, una GTPasa pequeña, se asocia con fMet-ARNt y facilita su unión a la subunidad ribosómica pequeña.
El ARNr 16S de la subunidad 30S reconoce la secuencia Shine-Dalgarno del ARNm (5-10 pares de bases antes del codón de iniciación AUG), presente solo en procariotas. Esto posiciona correctamente el ribosoma, colocando el sitio P sobre el codón AUG. IF-3 ayuda a posicionar el fMet-ARNt en el sitio P, permitiendo la interacción con el codón de iniciación. La iniciación finaliza cuando la subunidad 50S se une, liberando los factores de iniciación. Las procariotas distinguen entre un codón AUG normal (metionina) y uno de iniciación (formilmetionina).
Traducción en Eucariotas: Iniciación Dependiente de Cap
La iniciación de la traducción en eucariotas generalmente implica la interacción de proteínas clave (factores de iniciación) con la caperuza 5′ (cap 5′) y la región 5′ UTR del ARNm. Estas proteínas se unen a la subunidad ribosomal pequeña (40S) y mantienen el ARNm en su lugar. eIF3, asociado a la subunidad 40S, evita la unión prematura de la subunidad grande (60S) e interactúa con el complejo eIF4F, compuesto por eIF4A, eIF4E y eIF4G.
eIF4G actúa como proteína de andamiaje, asociándose con eIF3 y los otros componentes. eIF4E es la proteína de unión a la caperuza, siendo este paso limitante en la iniciación dependiente de cap. La concentración de eIF4E es un punto de control regulador. Algunos virus escinden eIF4G para inhibir la traducción dependiente de cap y favorecer la traducción de sus propios ARNm (independientes de cap). eIF4A, una ARN helicasa dependiente de ATP, ayuda al ribosoma a resolver estructuras secundarias en el ARNm. La proteína de unión a poli(A) (PABP) también se asocia con eIF4F a través de eIF4G, uniéndose a la cola poli-A del ARNm.
Elongación y Terminación de la Traducción (Procariotas y Eucariotas)
Los pasos en el microciclo de elongación son:
- Colocación del aminoacil-ARNt correcto en el sitio A del ribosoma.
- Formación del enlace peptídico.
- Desplazamiento del ARNm en un codón respecto al ribosoma.
En eucariotas, la transcripción y la traducción ocurren en compartimentos separados (núcleo y citoplasma), a diferencia de las bacterias. Los precursores de ARNm eucarióticos se procesan en el núcleo (capping, poliadenilación, empalme) antes de ser exportados al citoplasma.
La terminación del alargamiento depende de factores de liberación eucarióticos. eRF1, un factor universal, reconoce los tres codones de parada. eRF3, una GTPasa, ayuda a eRF1 a liberar el polipéptido. El ribosoma se desmonta y el polipéptido se libera.
Regulación Génica: Operón Triptófano (trp)
El operón trp opera mediante un mecanismo de inhibición por retroalimentación negativa. El represor, codificado por el gen trpR, se expresa constitutivamente a bajo nivel. Los monómeros de TrpR forman tetrámeros inactivos en el citoplasma. En presencia de triptófano, los tetrámeros se unen al aminoácido, cambiando su conformación y permitiendo su unión a la región operadora. Esto impide que la ARN polimerasa transcriba los genes del operón, deteniendo la producción de triptófano. En ausencia de triptófano, el represor está inactivo y no puede unirse al operador, permitiendo la transcripción. El represor TrpR actúa en el inicio de la transcripción, mientras que la atenuación afecta la transcripción ya iniciada.
Regulación Génica: Operón Lactosa (lac)
El operón lac, necesario para el transporte y metabolismo de la lactosa en E. coli, es un sistema inducible bajo control negativo y positivo. La proteína reguladora (producto del gen i) es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor (lactosa). Los genes estructurales son:
- z+: Codifica la β-galactosidasa (hidroliza lactosa en glucosa y galactosa).
- y+: Codifica la galactósido permeasa (transporta β-galactósidos al interior celular).
- a+: Codifica la tiogalactósido transacetilasa (función no relacionada directamente con el metabolismo de la lactosa, implicada en la circularización del ARNm).
El complejo de preiniciación 43S (43S PIC), junto con factores proteicos, se mueve a lo largo del ARNm hacia el extremo 3′ («escaneo») para alcanzar el codón de inicio (generalmente AUG).
En presencia de lactosa: La lactosa (inductor) se une al represor Lac I, disminuyendo su afinidad por el operador. La ARN polimerasa transcribe los genes estructurales, y la β-galactosidasa degrada la lactosa.
En ausencia de lactosa: El represor Lac I se une al operador, impidiendo la transcripción y ahorrando energía a la bacteria.
Elongación de la Cadena Polipeptídica en Procariotas
La elongación consiste en la adición de aminoácidos al extremo carboxilo. Comienza cuando el nuevo aminoacil-ARNt, facilitado por el factor de elongación Tu (EF-Tu, una GTPasa), se acopla al sitio A. El sitio P contiene el inicio de la cadena peptídica, y el sitio A, el siguiente aminoácido. La peptidil-transferasa (una ribozima, actividad intrínseca del ARNr 23S de la subunidad 50S) cataliza la formación del enlace peptídico entre el polipéptido del sitio P y el aminoácido del sitio A. El sitio P queda con el nuevo péptido, y el sitio A, con un ARNt descargado. En la traslación, el ribosoma se mueve 3 nucleótidos hacia el extremo 3′ del ARNm, catalizado por el factor de elongación G (EF-G) usando GTP. Los ARNt se mueven respecto al ribosoma: el polipéptido pasa del sitio A al P, y el ARNt descargado, al sitio E de salida. El proceso continúa hasta que se alcanza un codón de parada (UAA, UGA o UAG).
Terminación de la Traducción en Procariotas
La terminación ocurre cuando un codón de parada entra en el sitio A. Estos codones son reconocidos por factores de liberación: RF-1 (UAA y UAG) o RF-2 (UAA y UGA). RF-3 cataliza la liberación mediada por RF-1 y RF-2. Estos factores hidrolizan el enlace éster del peptidil-ARNt, liberando la proteína y el ribosoma.
Traducción en Eucariotas: Iniciación y Elongación
En eucariotas, el codón de inicio codifica metionina. El ARNt iniciador cargado (Met-tRNAiMet) es llevado al sitio P de la subunidad pequeña por el factor eIF2, que hidroliza GTP. Esto señala la disociación de factores y la asociación de la subunidad grande (60S). El ribosoma completo (80S) comienza la elongación. La elongación depende de factores de elongación eucarióticos. El ARNm se coloca para que el siguiente codón sea traducido. El tRNA iniciador ocupa el sitio P, y el sitio A está listo para recibir un aminoacil-tRNA. La elongación ocurre en un microciclo de tres pasos, como se describió anteriormente.
Reciclaje del Ribosoma Procariota
El reciclaje del ribosoma procariota requiere el factor de reciclaje del ribosoma (RRF), que simula un ARNt y se une al sitio A. EF-G, hidrolizando GTP, disocia las subunidades ribosomales. El factor IF3 elimina el último ARNt, devolviendo el ribosoma a la situación inicial, listo para un nuevo ciclo de traducción.
Control Positivo del Operón Lactosa y Represión Catabólica
El operón lac también está sujeto a control positivo por la proteína activadora por catabolitos (CAP) o proteína receptora de AMP cíclico (CRP). En sistemas de control negativo, una proteína impide la transcripción; en sistemas de control positivo, una proteína activadora la estimula. El control positivo del operón lac está relacionado con la represión catabólica.
La transcripción de los genes estructurales no solo depende de la ausencia del represor Lac I, sino también de la unión de CRP-AMPc cerca de la región -60 del gen lacZ. CRP es activa solo cuando se une a AMPc. La alta concentración de AMPc se debe a la actividad de la adenilato ciclasa, que aumenta en ausencia de transporte de glucosa. Mutantes sin adenilato ciclasa (sin AMPc) o sin CRP muestran baja expresión de los genes del operón lac. Sin CRP o AMPc, el sistema permanece cerrado. La glucosa disminuye los niveles de AMPc, explicando la represión por catabolito.