Se conoce
como síntesis de proteínas al proceso por el cual se componen
nuevas proteínas a partir de los veinte aminoácidos
esenciales. En estre proceso, se transcribe el ADN en ARN. La
síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas situados en el citoplasma
celular.
En el proceso
de síntesis, los aminoácidos son transportados por ARN de
transferencia correspondiente para cada aminoácido hasta el ARN mensajero donde
se unen en la posición adecuada para formar las nuevas proteínas.
Al finalizar la síntesis
de una proteína, se libera el ARN mensajero y puede volver a
ser leido, incluso antes de que la síntesis de una proteína termine, ya puede
comenzar la siguiente, por lo cual, el mismo ARN mensajero puede utilizarse por
varios ribosomas al mismo tiempo.
A continuación puedes ver más
información sobre en qué consiste el proceso de la síntesis de proteínas,
cuales son sus fases y los pasos que se realizan en cada fase de la síntesis de
proteínas.
El nucléolo
En el
nucléolo tiene lugar la formación de subunidades ribosómicas, la síntesis y
procesamiento de ARNr y actualmente se considera que desempeña un importante
papel en la regulación del ciclo celular.
El nucléolo
es un aglomerado de fibras de cromatina de distintos cromosomas. En el hombre,
los pares 13,14, 15, 21 y 22, aportan sectores de cromatina que forman el
nucléolo. Todos estos cromosomas son acrocéntricos y presentan constricciones
secundarias denominadas organizadores nucleolares (NOR), donde están los genes
que codifican ARNr.
Esquema de nucléolo indicando los bucles de
los 10 cromosomas con los genes para el ARNr
Microfotografía electrónica del nucléolo.
El nucléolo aparece como una estructura
simple carente de componente membranoso, en la que diferenciamos dos regiones:
· Una zona fibrilar central, formada por ADNribosómico y ARNr naciente
· Un zona granular periférica donde los
gránulos están formados por las subunidades ribosómicas en proceso de
ensamblado (Fig. 10.20).
Los nucléolos, al igual que la
envoltura nuclear desaparecen en la mitosis y se reorganizan alrededor de los
segmentos de ADNr, que como su nombre lo indica, codifica ARNr. Siendo el ARNr
el más abundante dentro de los tipos de ARN, existen múltiples copias del gen
que lo codifica. El genoma humano presenta alrededor de 200 copias del gen para
ARNr. Estos genes que promedian los 10.000 nucleótidos se localizan en tándem.
Cada gen está separado por ADN espaciador y presenta asociado una molécula de
ARN polimerasa I. De cada enzima parten perpendicularmente los ARNr nacientes,
tomando la apariencia característica de un árbol de navidad. Cada gen produce
un transcripto llamado ARNr 45S que será luego procesado (Fig. 10.21)
El tamaño del nucleólo
varía entre células y en la misma célula según su actividad, pues si bien la
velocidad de transcripción puede acelerarse, el ensamblado de las subunidades
ribosomales requiere de un tiempo más o menos constante; es por ello que en los
nucléolos grandes observamos mayor proporción de componente granular.
Genes nucleolares (ADNr) durante la
transcripción. Observe como la longitud de los transcriptos primarios aumenta a
medida que nos alejamos del punto de inicio.
Definición: El ribosoma es un orgánulo pequeño formado por ARNr y proteínas cuya función es colaborar en la traducción, una etapa de la síntesis de proteínas.
El ribosoma está constituido por ARNr y proteínas formando dos subunidades, una pequeña y otra grande, dejando entre ellas dos surcos: uno donde encaja el ARNm y otro por donde sale la cadena polipeptídica recién sintetizada. Se encuentran tanto en bacterias como en eucariotas, diferenciándose en tamaño y número de proteínas. Cada subunidad se ensambla en el núcleo, concretamente en el nucleolo, pero son exportadas separadas al citoplasma donde tras unirse llevan a cabo su función. Aquí pueden encontrarse de forma libre, formando polirribosomas, o asociados a retículo endoplasmático. El ribosoma posee tres sitios de unión: el sitio A, donde se une el aminoacil-tRNA; el sitio P donde se encuentra la cadena naciente; y el sitio E donde se libera el tRNA libre. El ribosoma es la principal diana de antibióticos en la inhibición de la síntesis de proteínas. Hay antibióticos, como los aminoglucósidos (estreptomicina, neomicina ó gentamicina) o nuevos macrólidos como los cetólidos (telitromicina), que se unen a algunas de las subunidades del ribosoma de bacterias interfiriendo en la traducción en algunas de sus etapas, con efecto bactericida. A su vez, los aminoglucósidos inhiben el reciclamiento de los ribosomas al finalizar la traducción. Hay otros antibióticos, como el cloranfenicol y la eritromicina, que se unen a la peptidil-transferasa localizada en la subunidad mayor del ribosoma de bacterias impidiendo su acción de favorecer el enlace peptídico entre el nuevo aminoácido y el fragmento de proteína ya sintetizado produciendo un efecto bacteriostático. Las tetraciclinas presentan también efecto bacteriostático, uniéndose a la subunidad pequeña del ribosoma de bacterias, interfiriendo en una etapa de la traducción. Actualmente se está intentando identificar nuevos antibióticos que interaccionen con la subunidad grande del ribosoma, interfiriendo en su ensamblaje.
ARN RIBOSOMAL (ARNr)
Este tipo de ARN una vez transcripto, pasa al nucleolo donde se une a proteínas. De esta manera se forman las subunidades de los ribosomas. Aproximadamente dos terceras partes de los ribosomas corresponde a sus ARNr.
Fig. 2.49 - Diagrama de un ribosoma procarionte
ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt)
Este es el más pequeño de todos, tiene aproximadamente 75 nucleótidos en su cadena, además se pliega adquiriendo lo que se conoce con forma de hoja de trébol plegada. El ARNt se encarga de transportar los aminoácidos libres del citoplasma al lugar de síntesis proteica. En su estructura presenta un triplete de bases complementario de un codón determinado, lo que permitirá al ARNt reconocerlo con exactitud y dejar el aminoácido en el sitio correcto. A este triplete lo llamamos anticodón.
Molécula de ARNt ARN PEQUEÑO NUCLEAR (ARNpn o snRNA)
En eucariontes encontramos un grupo de seis ARN que están en el núcleo, el ARN pequeño nuclear, estos desempeñan cierto papel en la maduración del ARNm.
RIBOZIMAS
Son ARN que tienen función catalítica, participan activamente en la maduración de los ARNm.
Función de los ARN
Un gen está compuesto, como hemos visto, por una secuencia lineal de nucleótidos en el ADN, dicha secuencia determina el orden de los aminoácido en las proteínas. Sin embargo el ADN no proporciona directamente de inmediato la información para el ordenamiento de los aminoácidos y su polimerización, sino que lo hace a través de otras moléculas, los ARN. Todo el proceso que se lleva a cabo para la síntesis de proteínas se verá detalladamente en otro capítulo.
Duplicación del ADN
El dogma central de la genética molecular es que la información fluye del ADN al ARN y a través de este a la proteína.
La replicación del ADN es una propiedad esencial del material genético. Es la única molécula capaz de hacer copias idénticas de ella misma y ocurre una vez en cada ciclo celular durante la fase S previa a la mitosis o meiosis, mientras que la transcripción y traducción ocurren repetidamente durante toda la interfase.
La duplicación del ADN es un proceso notablemente rápido, a razón de 50 nucleótidos por segundo. Este proceso comienza cuando unas enzimas conocidas como helicasas rompen uniones entre las bases nitrogenadsa de las dos cadenas de nucleótidos que conforman la molécula de ADN, de esta manera se abre la doble hélice.
Una vez que las dos cadenas se separan, proteínas adicionales, conocidas como proteínas de unión a cadena simple, se unen a las cadenas individuales, manteniéndolas separadas y evitando que se retuerzan. Esto posibilita el siguiente paso, la síntesis real de las nuevas cadenas, catalizadas por enzimas conocidas como ADN polimerasas. Además es necasria otra enzima, la ARN polimerasa. Una vez que se han sintetizados las cadenas nuevas, actua otro grupo de enzimas, las ADN ligasas que une las cadenas.
Como se podrá apreciar en la animación, es un proceso muy complejo.
Transcripción del ADN
Las instrucciones para fabricar una proteína están en la molécula de ADN, pero esta no la puede fabricar, para ello es necesarop el ARN. El ARN se sintetiza a partir de la molécula de ADN mediante el proceso conocido como transcripción.
La transcripción comienza cuando la la enzima ARN polimerasa, toma contacto con el ADN y lo abre y, a medida que la enzima se mueve a lo largo de la molécula de ADN, se separan las dos cadenas de la molécula. Los nucleótidos que constituyen los bloques estructurales, se ensamblan en el ARN, siendo esta última cadena complementaria a la del ADN que tomo como molde (Fig. 3)
Fig. 3: Transcrición del ADN a ARNm.
La molécula de ARNm formada abandona el núcleo y se dirige hacia los ribosomas que se hallan en el citoplasma libres o adheridos al retículo endoplasmático.
Traducción
La traducción ocurre en varias etapas:
Primero está la iniciación. Esta comienza cuando la molécula de ARNm se une a la subunidad ribosómica más pequeña. La primera molécula de ARNt, que lleva el aminoácido se acopla con el codón iniciador AUG de la molécula de ARNm. Luego se acopla la subunidad ribosómica más grande. Un segundo ARNt, con su aminoácido unido, se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con el ARNm. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el enlace entre el primer aminoácido y su ARNt (Fig. 4).
Fig. 4: Iniciación
El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de ARNm en una dirección 5' a 3', y el segundo ARNt, con el dipéptido unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que el primer ARNt se desprende del ribosoma.
Un tercer ARNt se coloca en el sitio A y se forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está unida al ARNt que se está moviendo del sitio A al sitio P y el ARNt entrante que lleva el siguiente aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta que se completa el polipéptido. A esta parte del proceso se la llama elongación (Fig. 5).
Fig. 5: Elongación.
Cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación (ver código genético)(en este ejemplo UGA), el polipéptido se escinde del último ARNt y el ARNt se desprende del sitio P. El sitio A es ocupado por un factor de liberación que produce la disociación de las dos subunidades del ribosoma. A este proceso se lo llama terminación (Fig. 6).
Fig. 6: Terminación.
En el siguiente video se pueden apreciar las estapas antes mencionadas
Referencias.
Julio Soza , Adriana M. (2008) Sintesis de Proteínas. Articulo Publicado en: http://proteinas.org.es/sintesis-proteinas
Cortez Maria (11-11-2007) Ribosoma. Articulo Publicado en: http://medmol.es/glosario/37/
Lopez Tenue J. Sintesis de proteínas: Traducción. Articulo Publicado en: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/erichard/biofisica/teoria/traduccion.pdf
silvia Márquez- Sergio Daniel Ifrán- Enrique Zabala. Ciclo celular y duplicación del ADN. Articulo publicado en: http://genomasur.com/lecturas/Guia12a.htm
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