Componentes principales del sistema de síntesis de proteínas
La diferencia clave entre la traducción y otras biosíntesis matriciales radica en que no existe una correspondencia complementaria entre la matriz de nucleótidos y el polipéptido sintetizado. Para traducir el «lenguaje» nucleotídico de cuatro letras a un «lenguaje» aminoacídico de veinte letras se requiere un código biológico y un aparato complejo. Este aparato incluye:
- ARNm — matriz informativa que contiene la secuencia de codones.
- Aminoácidos — sustratos para la construcción de proteínas.
- ARNt — adaptadores que poseen un extremo aceptor (-CCA) para la unión del aminoácido y un anticodón para el reconocimiento del ARNm.
- Aminoacil-ARNt sintetasas — enzimas específicas que catalizan la unión de los aminoácidos al ARNt.
- Ribosomas — estructuras ribonucleoproteicas donde tiene lugar el ensamblaje físico de la cadena.
- Factores proteicos — proteínas extrarribosómicas de iniciación (IF), elongación (EF) y terminación (RF).
- Energía y cofactores — moléculas de ATP y GTP, así como iones de magnesio necesarios para estabilizar la estructura del ribosoma.
Activación de aminoácidos
Antes de que un aminoácido entre en el ribosoma, debe ser activado. Este proceso lo llevan a cabo las aminoacil-ARNt sintetasas (existen 20 tipos de estas enzimas en la célula, una para cada aminoácido proteinogénico).
Es interesante destacar que la enzima posee una especificidad absoluta por el aminoácido, pero solo una especificidad relativa por el ARNt. Debido a la degeneración del código genético, un solo aminoácido puede ser transportado por varios ARNt isoaceptores diferentes (que difieren en la estructura de su anticodón pero se unen al mismo aminoácido).
Durante la reacción, la enzima une el grupo alfa-carboxilo del aminoácido al extremo 3'-OH del ARNt. El proceso se lleva a cabo con consumo de energía de ATP.
Ejemplo de activación del aspartato: Asp + ARNt + ATP → Asp-ARNt + AMP + pirofosfato.
La especificidad de la molécula resultante se suele indicar mediante un superíndice, por ejemplo: Met-ARNt^Met.
Iniciación de la traducción
La síntesis comienza con el ensamblaje de un ribosoma activo. En este proceso participan más de 10 factores de iniciación (IF). Pasos de la iniciación:
- Se forma el complejo de preiniciación a partir de la subunidad ribosomal pequeña (40S), el Met-ARNt^Met iniciador, los factores IF y energía en forma de GTP.
- El complejo se une al extremo 5' («caperuza» o cap) del ARNm y comienza el rastreo (escaneo), desplazándose a lo largo de la cadena hasta encontrar el codón iniciador AUG.
- El anticodón del Met-ARNt^Met reconoce por complementariedad el codón de inicio.
- Se acopla la subunidad grande (60S), se produce la hidrólisis del GTP y los factores proteicos IF se liberan.
El resultado de la iniciación es un ribosoma 80S ensamblado con dos centros activos formados. El sitio P (peptidílico) está ocupado por el ARNt iniciador, mientras que el sitio A (aminoacílico) está completamente libre y listo para recibir la siguiente molécula.
Elongación (alargamiento de la cadena)
El ciclo de elongación se repite múltiples veces y consta de tres etapas sucesivas:
- Unión del aa-ARNt. Un nuevo ARN de transferencia entra en el sitio A libre. Un requisito indispensable es que su anticodón sea complementario al codón del ARNm. El proceso ocurre con la participación del factor de elongación EF1 y energía de GTP.
- Formación del enlace peptídico. La metionina (o el péptido ya sintetizado) se transfiere desde el sitio P al grupo amino del nuevo aminoácido en el sitio A. Esta reacción es catalizada por la peptidil transferasa. Es importante señalar que el centro activo de esta enzima está formado por el ARN ribosomal de la subunidad grande, es decir, posee actividad ribozímica. Se forma un dipéptidil-ARNt.
- Translocación. El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm exactamente un codón (en dirección del extremo 5' al 3'). Esto requiere el factor EF2 y la hidrólisis de GTP. Como resultado, el peptidil-ARNt se desplaza al sitio P, el ARNt vacío abandona el ribosoma y el sitio A queda libre.
Terminación de la traducción
El proceso de ensamblaje del polipéptido concluye cuando uno de los codones de parada penetra en el sitio A: UAG, UGA o UAA.
En lugar de nuevos ARNt, interactúan con el codón de parada factores proteicos de terminación específicos: RF1 y RF3 (los números indican su similitud estructural con factores análogos de procariotas).
Bajo la acción de la peptidil transferasa se produce la escisión hidrolítica de la cadena polipeptídica ya terminada del último ARNt. Tras la liberación de la proteína, las subunidades del ribosoma se disocian, lo cual también va acompañado del consumo de una molécula de GTP.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué antibióticos inhiben el proceso de traducción en las bacterias?
Los antibióticos que inhiben la traducción en las bacterias suprimen la síntesis proteica en los ribosomas procariotas y bloquean diferentes etapas de la traducción.
- Tetraciclinas — bloquean el sitio A del ribosoma.
- Levomicetina (cloranfenicol) — se une a la subunidad 50S del ribosoma, inhibe la peptidil transferasa y bloquea la formación del enlace peptídico.
- Estreptomicina / aminoglucósidos — alteran la iniciación y la lectura del código.
- Eritromicina / macrólidos — bloquean la translocación.
- Doxiciclina y clindamicina — suprimen la síntesis proteica.
Los fármacos antibacterianos que suprimen la traducción son específicos para el sistema de síntesis de proteínas de los procariotas.
¿Qué es un polisoma y cuál es su función?
Un polisoma es un complejo formado por una molécula de ARNm, varios ribosomas y las cadenas peptídicas de diferentes longitudes que estos están sintetizando. La función de los polisomas consiste en la síntesis activa y simultánea de proteínas.
Se distinguen dos tipos principales:
- Polisomas unidos a membranas — sintetizan proteínas de exportación, proteínas de membrana y enzimas de lisosomas y peroxisomas.
- Polisomas libres — permanecen en el hialoplasma y sintetizan proteínas para las necesidades propias de la célula (citosol, núcleo, mitocondrias, citoesqueleto).
¿Cuáles son las diferencias en la iniciación de la traducción entre procariotas y eucariotas?
Las diferencias principales en la iniciación de la traducción radican en el método de búsqueda del codón de inicio y en la estructura de las secuencias de señalización del ARNm.
| Característica | Procariotas | Eucariotas |
|---|---|---|
| Señal de iniciación | Secuencia de Shine-Dalgarno | Estructura de caperuza (cap) en el extremo 5' del ARNm |
| Mecanismo de búsqueda de inicio | Interacción de una región del ARNm con el extremo 3' del ARNr | Iniciación terminal (escaneo de la cadena hasta el codón AUG) |
En eucariotas, la subunidad pequeña se une a la estructura de caperuza con la participación de un complejo proteico de factores de iniciación y luego se desplaza a lo largo de la cadena.
¿Qué es la modificación postraduccional de las proteínas?
Las modificaciones postraduccionales son modificaciones químicas y cambios estructurales en las cadenas polipeptídicas que ocurren una vez finalizada la traducción para que la proteína adquiera su actividad funcional.
Procesos principales:
- Proteólisis parcial: eliminación de una parte de la cadena polipeptídica.
- Plegamiento (folding): formación de la estructura espacial con la participación de proteínas chaperonas.
- Modificaciones de aminoácidos: fosforilación, carboxilación, hidroxilación, glicosilación, yodación, acilación.
- Formación de enlaces disulfuro: ocurre entre residuos de cisteína.
- Adición de grupos prostéticos: adición de componentes no proteicos.
- Formación de estructuras oligoméricas: formación de la estructura cuaternaria.
Para recordar los nombres de los centros activos del ribosoma: el centro A (aminoacídico) siempre acepta un nuevo aminoácido. El centro P (peptidílico) retiene firmemente el péptido en crecimiento.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es el problema principal de la codificación durante la traducción?
En que la matriz (ARNm) está construida con tan solo 4 tipos de nucleótidos, mientras que el producto final (proteína) consta de 20 tipos de aminoácidos. No existe complementariedad química entre ellos, por lo que se requiere un código biológico y ARNt adaptadores para su decodificación.
¿Qué enzima cataliza la formación del enlace peptídico y dónde se encuentra?
La reacción es catalizada por la peptidil transferasa. La singularidad de esta enzima radica en que su centro activo está formado por el ARN ribosómico (ARNr) de la subunidad mayor del ribosoma. Este es un ejemplo clásico de ribozima.
¿Por qué solo hay 20 aminoacil-ARNt sintetasas, pero muchos más tipos de ARNt?
Debido a la degeneración del código genético, un mismo aminoácido puede ser codificado por varios codones diferentes. En consecuencia, existen ARNt isoaceptores con diferentes anticodones, pero la enzima los reconoce a todos al poseer solo una especificidad relativa hacia el ARNt.
¿En qué etapas de la traducción se consume energía de GTP?
El GTP se utiliza en la etapa de formación del complejo de preiniciación (iniciación), la unión del nuevo aminoacil-ARNt en el centro A, la translocación del ribosoma a lo largo del ARNm (elongación) y durante la disociación de las subunidades ribosómicas (terminación).
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y propiedades del código genético
- Estructura de los ARN de transferencia: extremo aceptor y bucle del anticodón
- Mecanismo de escaneo del ARNm y el papel del capuchón 5' en la iniciación
- Actividad ribozímica del ARNr: mecanismos de catálisis
- Características de los ARNt isoaceptores
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