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BIOSÍNTESIS DE PROTEINAS
La capacidad de replicación del ADN asegura que todas las células de un individuo, originadas por
divisiones sucesivas de la célula huevo, posean en sus núcleos un ADN idéntico con el mismo
potencial. Las unidades funcionales de este material heredado son los GENES, es decir, los
segmentos de la molécula de ADN que sirven de guía en la síntesis de diversos ARN: ribosomal, de
transferencia, nucleares pequeños, citosólicos pequeños y mensajeros. Todos estos ADN tienen
asignadas misiones particulares en el proceso de síntesis de proteína, pero sólo el ARNm tiene
asignada la clave para el ordenamiento de aminoácidos.
La estructura primaria de una proteína está dada por el ordenamiento de los aminoácidos en
largas cadenas. Puede decirse que el ARNm y proteínas utilizan lenguajes distintos. Resulta
indispensable traducir la expresión original del mensaje polinucleótico de cuatro caracteres (A, G,
C y U) a su versión final en lenguaje proteínico, cuyas unidades son los 20 aminoácidos.
CÓDIGO GENETICO
El código genético es la CLAVE del mensaje contenido en el ARN. Cada aminoácido está
representado por uno o más triplete (grupo de tres bases). Estos ternos de bases que constituyen
las unidades del código genético se designan con el nombre de CODONES.
Para cada aminoácido existe más de un codón, por ejemplo arginina, leucina y serina tienen seis
tripletes diferentes cada uno, cinco aminoácidos poseen cuatro codones y nueve sólo dos. Sólo
metionina y triptófano son específicas por un codón (AUG y UGG). Los tripletes distintos
correspondientes a un mismo aminoácido se denominan SINÓNIMOS, la existencia de varios
tripletes para indicar el mismo aminoácido se conoce como DEGENERACIÓN O REDUNDANCIA
DEL CÓDIGO.
La tercera base del codón es la menos específica; en muchos casos es posible cambiar la tercera
base por otra sin modificar el significado.
Los tripletes UAA, UAG y UGA, no corresponden a aminoácidos, INDICAN TERMINACIÓN DE LA
CADENA POLIPEPTÍDICA.
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El código genético tiene las siguientes características:
UNIVERSAL: porque es el mismo para todos los seres vivos.
DEGENERADO: porque algunos aminoácidos son codificados por más de un codón.
CONSISTENTE: porque a pesar de la redundancia de codones, cada codón en particular
tiene un único significado, cada codón corresponde a un único aminoácido, por lo tanto el
código genético no es ambiguo.
ÁCIDO ASPÁRTICO
GAU – GAC
ÁCIDO GLUTÁMICO
GAA – GAC
ALANINA
GCU – GCC – GCA – GCG
ARGININA
CGU – CGC – CGA – CGG – AGA – AGA – AGG
ASPARRAGINA
AAU – AAC
CISTEINA
UGU – UGC
FENILAALANINA
UUU – UUC
GLICINA
GGU – GGC – GGA – GGG
GLUTAMINA
CAA – CAG
HISTIDINA
CAU – CAC
ISOLEUCINA
AUU – AUC – AUA
LEUCINA
UUA – UUG – CUU – CUC – CUA – CUG
LISINA
AAA – AAG
METIONINA
AUG
PROLINA
CCU – CCC – CCA – CCG
SERINA
UCU – UCC – UCA – UCG – AGU – AGC
TIROSINA
UAU – UAC
TREONINA
ACU – ACC – ACA – ACG
TRIPTOFANO
UGG
VALINA
GUU – GUC – GUA – GUG
CODONES DE TERMINACION
UAA – UAG – UGA
ADN NUCLEAR
Loa genes que codifican para proteínas contienen información que transcripta a ARNm, sirve
para dirigir el ordenamiento de aminoácidos de los polipéptidos correspondientes. Conjuntos
de tres bases consecutivas en el ARNm forman las unidades del código genético o codones; 61
de los 64 codones posibles especifican aminoácidos; tres restantes indican terminación de la
cadena polipéptida. El conjunto de codones con la información completa para la síntesis de
una cadena polipéptida se denomina CISTRON.
En bacterias, en general, cada cistrón es un trozo continuo de ADN, cuya secuencia de bases se
corresponde, en la gran mayoría de genes, con la de codones en el ARNm transcripto y ésta
con la de aminoácidos en la proteína sintetizada con esa información.
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En cambio, a diferencia de las bacterias, los eucariotes no tienen información genética
dispuesta en trozos continuos de ADN, sino dividida en segmentos llamados EXONES. Entre
ellos se extienden porciones de ADN, aparentemente sin información, a las cuales se les llama
secuencias intercaladas o INTRONES.
ADN MITOCONDRIAL
Las mitocondrias contienen su propio genoma. El ADN mitocondrial tiene características
semejantes a las del ADN de procariotas. Entre las diferencias con el ADN nuclear se encuentran:
1. No posee intrones y prácticamente no tiene secuencias intergenéticas.
2. El ADN mitocondrial de cada individuo, a diferencia del nuclear, no procede por partes
iguales del padre y de la madre; es heredado sólo de la madre, es decir del óvulo.
3. El genoma mitocondrial se divide independientemente del ciclo celular; no es
replicado sincrónicamente con la división celular.
4. El código genético de mitocondrias difiere del universal en cuatro codones (UGA,
terminación en el código estándar, específica triptófano en mitocondrias: AGA y AGG,
arginina, indican terminación y AUA, isoleucina, es metionina.
5. El genoma mitocondrial tiene mayor tasa de mutaciones de 10 a 100 veces mayor que
el nuclear. Esto es debida a la falta de un sistema eficaz de reparación de ADN.
ARN MENSAJERO
Durante el proceso de transcripción se sintetiza un ARN cuya secuencia de nucleótidos es
complementaria con una de las hebras del ADN guía. En eucariotes, la ARN polimerasa II
dependiente de ADN cataliza el ensamble de ARNm. Como se sintetiza ARNm sobre una de
las hebras de ADN, se dice que la transcripción es ASIMETRICA. La hebra molde sobre la
cual se ensambla el ARN complementario es llamada ANTISENTIDO o NO CODIFICANTE. La
otra cadena, no transcripta, tiene la misma secuencia que ARN sintetizado (admitiendo el
cambio de T por U), y se llama CON SENTIDO O CODIFICANTE.
En eucariotes se transcribe cada gen en toda su extensión, incluyendo porciones
codificantes (exones) y no codificantes (intrones). Este ARN original, precursor del ARNm o
ARN primario, forma la mayor parte del llamado ARN nuclear heterogéneo (ARNnh) y es
sometido al núcleo a importantes modificaciones como hemos visto en el capítulo
anterior.
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Luego de haberse producido las modificaciones transcripcionales el ARNm maduro es
exportado hacia el citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear. Así este
ARNm maduro está formado por el capuchón, de 7-metil GTP en el extremo 5´seguido por
una base no codificante hasta llegar al codón de iniciación, que siempre es AUG, triplete
correspondiente a metionina. A continuación sigue la porción codificante en la cual la
sucesión de codones indica la secuencia de aminoácidos en la porteínas a sintetizar, y esta
porción concluye con un codón de terminación que puede ser UAA, UAG o UGA.
Finalmente la mayoría de los ARNm tienen la cola poli A, las dos últimas porciones no son
traducibles.
El trozo que contiene la serie de tripletes que codifican un polipéptido completo, desde el
codón de iniciación hasta el de terminación, es denominado ENCUADRE o MARCO DE
LECTURA ABIERTO.
EN EUCARIOTES, EL ARNm ES SIEMPRE MONOCISTRÓMICO, CODIFICA PARA UNA
CADENA POLIPEPTIDICA.
ARN RIBOSOMAL
Asociado a proteínas, integra los ribosomas, los están vinculados con la síntesis de proteínas.
La síntesis de ARNr mayores es catalizada por ARN polimerasa I en el nucleolo, donde se forma
un trozo precursor de 45s que contiene los tres ARNr. Estos son liberados por sección del ARNr
primario. El ARNr 55s es ensamblado fuera del nucleolo, por acción de la polimerasa II.
El ARNr maduro se une a proteínas para constituir las subunidades de los ribosomas. Cuando
dos porciones se unen para formar la partícula ribosomal, queda entre ellas una hendidura por
la cual se desliza el ARNm durante el proceso de síntesis de proteínas. La función del ribosoma
es de servir de soporte a los diferentes componentes del sistema involucrado en la síntesis.
En la partícula completa se reconocen dos sitios adyacentes, denominados A (de aminoacil) y
O (de peptidil), a los cuales se unen las moléculas de ARNt cargadas de aminoácidos.
ARN DE TRANSFERENCIA
Su síntesis es catalizada por la polimerasa III en el núcleo. El ARNt precursor debe ser
procesado para eliminar un intron y modificar bases. Este tipo de ARN es soluble y es el
encargado de unirse a aminoácidos libres en el citosol y transportarlos hacia el lugar de su
ensamble en cadenas de nuevas proteínas. Existen ARNt específicos para cada aminoácido.
Su extremo 3´se une al aminoácido y es idéntico para todos los ARNt; la secuencia terminal es
siempre CCA. En el asa central se encuentra un anti codón complementario con el codón
correspondiente al aminoácido transportado por el ARNt.
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MECANISMO DE BIOSINTESIS DE PROTEINA
El proceso consiste en la TRADUCCION del mensaje contenido en el ARNm y el ensamble de
aminoácidos en el orden indicado. En la síntesis de proteínas participan los tres ARN
elaborados previamente (ARNm, ARNt, ARNr).
El ARNm es recorrido codón por codón por partículas ribosomales que permiten la inserción
de los ARNt sobre los tripletes complementarios de sus respectivos anticodones. Los
aminoácidos transportados por los ARNt se unen en el orden señalado por la secuencia de
tripletes en el ARNm, para formar la cadena polipeptídica. El ARNm es traducido en el sentido
5´a 3´y la cadena polipeptídica es ensamblada desde su extremo N-terminal hasta el C-
terminal.
En sí la síntesis ocurre en cuatro etapas:
1) ACTIVACION DE AMINOACIDOS: esta etapa requiere aminoácidos libres, enzimas
activantes llamadas aminoacil-ARNt-sintetasas, ARNt, ATP y Mg
+2
. En una primera
etapa, el aminoácido reacciona con ATP para formar un complejo aminoacil-AMP-
enzima. Se libera PPi, que es hidrolizado por pirofosfatasa. La segunda etapa
comprende la transferencia del aminoácido activado al extremo 5´del ARNt. El
complejo aminoacil-ARNt se dirige hacia la síntesis, donde se reúnen los ARNt
cargados, ARNm, los ribosomas y los factores que inician el ensamble.
2) INICIACION: esta etapa comienza cuando la subunidad menor de los ribosomas
reconoce el extremo 5´del ARNm. Una vez unida al ARNm se desplaza hacia el extremo
3´, hasta encontrar alguna secuencia que le indique el punto de inicio de la traducción.
Esta secuencia está determinada por un codón AUG, llamado (CODON DE
INICIACION). Una vez que la subunidad menor reconoció el AUG iniciador del ARNm
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llega un ARNt cargado con su aminoácido, el cual contienen, en uno de sus bucles el
triplete llamado ANTICODON, el que podrá aparearse (por complementariedad de sus
bases) con el CODON de iniciación. Como el primer codón es AUG (de 5´a 3´), el ARNt
iniciador es siempre el que tiene el anticodon UAC (3´a 5´) que lleva el aminoácido
METIONINA. Una vez que se ha unido este ARNt, llega la subunidad mayor y se
ensambla el ribosoma completo, porque esta subunidad se “inserta” sobre la otra.
Como la subunidad mayor tiene dos sitios en su interior, llamados P o peptidil y A o
aminoacil, al ensamblarse el ribosoma, el primer ARNt queda ubicado en el sitio P. así
concluye la etapa de iniciación. Entonces al terminar esta etapa tenemos un ribosoma
ensamblado sobre el punto de iniciación de la traducción y el primer ARNt, cargado
con metionina, ocupando el sitio P de la subunidad mayor del ribosoma, esto se
conoce como COMPLEJO DE INICIACION.
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3) ELONGACION: en el complejo de iniciación, el met-ARNt, está ubicado en el sitio P del
ribosoma, apareado a su codón en el ARNm. El sitio A situado a la altura del codón
siguiente queda vacío. En el ARNm (bajo al sitio A), donde queda un triplete expuesto,
y así un ARNt con un anti codón complementario a ese segundo codón se fija sobre el
ARNm, uniéndose, a su vez, al ribosoma por uno de sus bucles. Este ARNt, obviamente
está cargado con un aminoácido y está ocupando el sitio A del ribosoma. De esta
manera, dos aminoácidos activados se encuentran juntos y una enzima de la
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subunidad ribosomal mayor, la peptidil-transferasa, establece la unión peptídica entre
ellos. En realidad esta enzima primero debe separar a la metionina de su transfer
`para luego unirla por su extremo C al extremo amino del aminoácido siguiente. Así se
ha formado un dipéptido, con los aminoácidos correspondientes al mensaje del
ARNm. Cuando ya la metionina está unida al segundo aminoácido, el primer ARNt se
libera, el ribosoma se trasloca hacia el extremo 3´del ARNm de manera de permitir
que el siguiente codón sea leído. Esta translocación la efectúa otra enzima llamada
traslocasa y ocurre con gasto de energía obtenida por la hidrólisis de una molécula de
GTP. Así el segundo ARNt, unido ahora en el dipéptido, queda en el sitio P, donde se
ubica siempre el dipéptido creciente, y el sitio A queda libre y sobre el codón que
sigue. Al sitio A, es donde seguirá ingresando los nuevo ARNt que acarrean los
aminoácidos correspondientes. Esto se repite hasta que se termina el polipéptido.
Entonces como resultado de etas etapa, tendremos una secuencia de aminoácidos
que va creciendo y se mantiene unida al última ARNt que haya llegado al ribosoma.
Pero como en todo mensaje, existe una señal que marca el punto final de la
traducción del mimo.
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4) TERMINACION: cuando en una translocación, el sitio A del ribosoma queda ubicado
sobre un CODON DE TERMINACION, que puede ser UAA, UAG o UGA (5´a 3´), no
ingresa ningún transfer. Esto se debe a que NO existe ningún transfer que tenga un
anti codón complementario a alguno de los codones de terminación. Pero SI ingresan
ciertas proteínas llamadas FACTORES DE TERMINACION, que se ubican, entonces, en
el sitio A. una vez que ingresaron los factores de terminación, la peptidil transferasa
escinde el enlace entre el último aminoácido del péptido y el último ARNt. De esta
manera, una vez finalizada la traducción del mensaje, le péptido se libera y todos los
componentes de la maquinaria traduccional se desensamblan.
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Después de todos estos procesos, la información contenida en el ADN ha sido expresada en la
estructura primaria de las proteínas, las mismas se pliegan posteriormente, ayudadas por factores
celulares, alcanzando estructuras secundarias y terciarias y en algunos casos cuaternaria. De esta
manera adquieren funcionalidad biológica.
En todos los esquemas, con el fin de facilitar al comprensión de los procesos, se mostró un único
ribosoma traduciendo. Sin embargo, no es así como ocurre realmente, ya que varios ribosomas
pueden estar deslizándose a la vez sobre un mismo mensajero, lo que permite que varias
moléculas se sinteticen simultáneamente, a partir de un único ARNm. Estas estructuras formadas
por un ARNm, varios ribosomas traduciendo y los péptidos crecientes que se están sintetizando,
reciben el nombre de POLIRRIBOSOMAS O POLISOMAS.
CUANDO UNA PROTEÍNA COMIENZA A SINTETIZARSE, EL PRIMER SEGMENTO PEPTÍDICO QUE SE
FORMA DETERMINA EL DESTINO DE LA PROTEÍNA. A ESTE SEGMENTO, CUANDO ESTÁ FORMADO
POR AMINOÁCIDOS HIDROFÓBICOS, SE LO CONOCE COMO PÉPTIDO SEÑAL, EL CUAL,
CONSTITUYE UN INDICADOR PARA QUE EL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS UBIQUE A LA
PROTEÍNA EN EL LUGAR DE LA CÉLULA DONDE CUMPLIRÁ SU ACTIVIDAD BIOLÓGICA.
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MECANISMO DE INHIBICIÓN DE LA SINTESIS DE PROTEÍNAS
Los antibióticos son sustancias producidas por microorganismos que tienen la propiedad de inhibir
el desarrollo de otros microorganismos. Muchos de ellos ejercen su acción interfiriendo alguna de
las etapas de la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas.
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ANTIBIÓTICOS QUE BLOQUEAN LA TRANSCRIPCIÓN:
ACTINOMICINA D: bloquea la transcripción fijándose ala doble hélice del ADN,
preferentemente en sitios con restos guanina. De esta manera impide al ADN actuar como
molde para la síntesis de ARN. En condiciones bajas no afecta la duplicación del ADN.
Actúa tanto en organismos procariotes como eucariotes. Ha sido utilizada para controlar el
crecimiento de tumores malignos, pero su uso clínico es muy limitado debido a su
toxicidad. Se lo emplea con fines experimentales.
ANTIBIÓTICOS QUE BLOQUEAN LA TRADUCCIÓN:
PUROMICINA: tiene una estructura similar a la del extremo 3´del aminoacil-ARNt portador
de tirosina o fenilalanina. Por esta razón puede ocupar el sitio A del ribosoma y unirse a la
cadena polipeptídica en formación en la reacción catalizada por peptidil transferasa. Su
inserción en la cadena bloquea el ingreso del próximo aminoacil-ARNt.
ESTREPTOMICINA: interfiere la iniciación de la traducción en procariotas. Perturba las
interacciones del ARNt con el ribosoma y el ARNm.
CLORAFENICOL: se fija a la subunidad ribosomal mayor (50s), e impide el proceso de
elongación más allá de la primera unión dipeptídica. Actúa como inhibidor de la peptidil
transferasa. Afecta a procariotes y también puede inhibir la síntesis de proteínas en
mitocondrias de eucariotes.
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