Síntesis de proteínas

La molécula de la herencia A lo largo del estudio de las

bases químicas de la herencia varios científicos estudiaron la molécula de ADN y lograron dilucidar su función, entre ellos , dos científicos, Watson y Crick que en la década de 1950 constituyeron un modelo de ADN que concordara con los estudios anteriores. Anteriormente otros científicos mostraron que esta molécula está formada por un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y cuatro bases nitrogenadas.

El modelo del ADNEl modelo de Watson y Crick Consistía en lo siguiente: si se

toma una escalera y se pudiese torcerla para formar una hélice manteniendo los peldaños perpendiculares se tendría un modelo grosero de la molécula de ADN. Los dos parantes de los lados de la escalera están constituidos por moléculas de azúcar y fosfato que se alternan, los peldaños perpendiculares están constituidos por las bases nitrogenadas: adenina, guanina (púricas), citosina y timina (pirimídicas). Cada peldaño está formado por dos bases y cada base está unida covalentemente a un azúcar- fosfato. Una purina se aparea con una pirimidina. La adenina con timina por dos puentes de hidrógeno y citosina con guanina por tres puentes de hidrógeno. Las bases apareadas son complementarias. Además una cadena corre en dirección opuesta a la otra, por lo tanto son antiparalelas.

Replicación del ADN

Una propiedad del material genético es su capacidad para hacer copias exactas de sí mismo. Watson y Crick propusieron un mecanismo de replicación semiconservativa, según el cual, en el momento de la replicación, la molécula de ADN se abre y las bases apareadas se separan al nivel de los puentes de hidrógeno. A medida que se separan las cadenas actúan como moldes o guías, cada una siguiendo la síntesis de una nueva cadena complementaria. La iniciación de la replicación comienza en una secuencia específica de nucleótidos llamada origen de replicación, proceso que requiere proteínas iniciadoras y enzimas que ayudan a separar las dos cadenas.

Para que ocurra la síntesis de una nueva molécula de ADN es necesaria, además, una secuencia de inicio que permita que otra enzima, la ADN polimerasa prolongue la cadena. Esta secuencia de inicio es conocida como cebador o primer y está formada por nucleótidos de ARN. Sin el cebador, la ADN polimerasa no puede actuar.

En el ADN en replicación se observa un “ojo” llamado burbuja de replicación. En el extremo de la burbuja donde la enzima helicasa separa las cadenas viejas, la molécula parece formar una estructura en Y conocida como horquilla de replicación. Dentro de esta horquilla, la ADN polimerasa sintetiza las nuevas cadenas complementarias de ADN.

La replicación avanza en forma bidireccional, es decir, la síntesis y las dos horquillas de replicación se producen en direcciones opuestas desde un único origen.

Condiciones de replicación

Algunas conclusiones

La replicación tiene cuatro propiedades importantes:

1. Es semiconservativa.2. Comienza en uno o varios sitios específicos.3. Es bidireccional.4. Se requieren enzimas específicas como

helicasas, topoisomerasas, ADN polimerasas

Flujo de la información genéticaLos genes están en los cromosomas y la información

genética está codificada en un lenguaje propio. La información genética dicta la síntesis de proteínas, que son las encargadas de construir las estructuras biológicas y desarrollar las funciones en un ser vivo.

Así comenzó el estudio para descifrar el código genético. De esta manera se descubrió que los genes controlan las enzimas o cadenas polipeptídicas.

Siguiendo estos aspectos, F. Crick estableció el dogma central de la biología que dice que la información puede fuir de un ácido nucleico a una proteína, pero no de una proteína a un ácido nucleico u a otra proteína.

Dogma central de la biología

Otro ácido nucleído¿cuál es el traductor de la información genética del ADN a una secuencia de aminoácidos?El ARN , en sus tres variedades, ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN de transferencia, resultó una pieza clave para entender este procesoEl ARNm fue descubierto en 1960 por los biólogos franceses François Jacob y Jacques MonodEl ARNm copia la información del ADN que será usado en la síntesis de proteínas. Los trabajos de Jabob y Monod contribuyeron a establecer la relación entre el ADN, el ARN y las proteínas y a dilucidar los mecanismos de la transcripción y la traducción.

ADN y ARN

El código genético¿Cómo se traduce la información almacenada en los

ARNm?Las proteínas tienen 20 tipos de aminoácidos, pero el ADN

y ARN tienen solo 4 tipos de nucleótidos. Si un único nucleótido codificara un aminoácido, solo 4 aa podrían ser especificados por las BN. Si la combinación de 2 nucleótidos especificara un aa podría haber un número máximo de 16 aa, lo cual es insuficiente. Por lo tanto, por lo menos 3 nucleótidos debían especificar cada aa. Esto daría 64 combinaciones posibles.

Así surge la idea de un código genético de 3 nucleótidos o tripletes o codones.

De las 64 combinaciones de tripletes, 61 codifican 20 aa y 3 codones son sin sentido o de terminación.

Debe haber más de un codón para la mayoría de los aa, por esta razón se dice que el código genético es degenerado.

Los aminoácidos

Del ADN al ARNLa transcripción es el proceso por el cual se sintetiza

ARN a partir de un molde de ADN. Las moléculas de ARNm son cadenas copiadas del ADN, donde solo una cadena se transcribe y su información está codificada en forma de tripletes o codones. Este proceso está regulado por la ARN polimerasa que cataliza el agregado de nucleótidos al extremo 3‘. Se mueve en dirección 3‘ a 5‘ a lo largo del ADN, pero su dirección de síntesis es 5‘ a 3‘. Por lo tanto la cadena de ARN es antiparalela y complementaria con respecto a la cadena molde.

Síntesis de ARNmLa ARN polimerasa no requiere un cebador como la ADN

polimerasa. Para comenzar la síntesis, la ARN polimerasa se une a una región específica del ADN llamada promotor.

En los procariotas los genes que se encuentran en una sucesión en el cromosoma bacteriano, se encuentran controlados por un único promotor, y por lo tanto, se transcriben en una única cadena de ARNm que contiene secuencias que codifican para varias cadenas polipeptídicas diferentes.

Síntesis de ARNm En eucariotas la transcripción está regulada por la

unión al promotor de factores de transcripción. Además a medida que transcurre este proceso, las moléculas de ARNm, llamadas transcriptos primarios sufren modificaciones antes de salir del núcleo:

1. Se añade un nucleótido o casquete en el extremo 5‘ necesario para unión del ARNm al ribosoma

2. Se produce una poliadenilación en el extremo 3‘ en el que se unen una secuencia poli A y la enzima poli A polimerasa que estimula la maduración del ARNm.

3. Corte y empalme donde el ARNm sufre el corte y eliminación de secuencias llamadas intrones y el empalme de las otras secuencias , los exones.

Procesamiento de transcripción ARNm en eucariotas

Corte y empalme o splicing1.Secuencias consenso

involucradas en el splicing.

2.Ensamblado de spliceosomas.

3.Corte en el sitio 5‘ y formación de un lazo.

4.Corte en el sitio 3‘ y empalme de los exones.

5.Degradación de los intrones y desensamblado de los spliceosomas.

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ARN ribosómicoEl ARNr forma los ribosomas. Consisten en ARNr

asociado a proteínas. Está constituido por dos subunidades. Durante la síntesis proteica, el ARNm y el ARNt se unen a lasa subunidades más pequeñas. La subunidad mayor se agrega después y su función es catalizar las uniones peptídicas. Existen tres sitios en la subunidad mayor: el sitio A (aminoacílico), el sitio P (peptidílico), y el sitio E (exit, salida).

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ARN de transferenciaLos ARNt son moléculas con dos sitios de

unión. Uno de ellos es el anticodón que se aparea al codón del ARNm. El otro sitio se encuentra en el extremo 3‘ y se acopla de manera específica a un aminoácido. Así los ARNt permiten que los aminoácidos se alineen según la secuencia de ARNm

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Iniciación de la síntesis de proteínas

Este proceso comienza con la formación de un complejo constituido por la subunidad menor del ribosoma, el ARNm y el ARNt iniciador. El codón iniciador es en eucariotas 5‘-AUG- 3‘ que es complementario a la secuencia del anticodón del ARNt 3‘- UAC- 5‘. La subunidad menor se acopla a la cadena de ARNm, después el primer ARNt aparea su anticodón con el primer codón del ARNm o codón iniciador. Esta iniciación requiere factores proteicos de iniciación y energía que obtiene del ATP o GTP, por lo tanto es endergónico.

Iniciación

Elongación de la cadena polipeptídicaDurante esta etapa en el sitio A del ribosoma se

ocuparán con ARNt portando su aminoácido específico. Los ARNt que ocupen el sitio A serán aquellos cuyo anticodón sea complementario al codón del ARNm. La entrada del ARNt con su aminoácido al sitio A requiere su unión con una proteína llamada factor de elongación que está unida al GTP. Cuando los sitios A y P están ocupados, la peptidiltransferasa cataliza la formación de un enlace peptídico entre dos aminoácidos. El primer ARNt se desplaza al sitio E y se libera. El ribosoma se mueve un codón. Así el segundo ARNt se transfiere de la posición A a la P y un tercer ARNt ocupa el sitio vacante A. La posición P acepta al ARNt que tiene la cadena polipeptídica y la posición A acepta al ARNt que porta el nuevo aminoácido que se añade a la cadena.

Elongación

Finalización de la síntesis proteicaEn la secuencia del ARNm hay codones que

actúan como señal de terminación -UAG, UAA, y UGA- y no hay ningún ARNt cuyo anticodón se aparee con estos codones. Existen factores proteicos de liberación que se unen a codones de terminación que llega al sitio A del ribosoma. Estas proteínas alteran la propiedad de la peptidiltransferasa, lo que provoca que el polipéptido se separe del ARNt. Así se detiene la traducción, la cadena polipeptídica se desprende y las dos subunidades del ribosoma se separan

Terminación

Caminos de las proteínas en la célula