Mapa mental de síntesis de proteínas

1. Principales etapas de la síntesis de proteínas

1.1. 1Iniciación 2Elongación 3Terminación En la mayoría de los aspectos, el proceso de síntesis de proteínas en las células eucariotas sigue las mismas etapas que en las procariotas. Sin embargo, sí existen diferencias específicas que es necesario resaltar.

1.1.1. Por ejemplo, en las células procariotas el proceso de traducción da comienzo antes de que se complete la transcripción

1.2. Un aspecto a tener en cuenta es que las células procariotas no tienen membrana nuclear. Por lo tanto, se entiende que no existe separación física alguna entre ambos procesos

1.3. Mientras se lleva a cabo la traducción de cada molécula de ARNm sintetizada se utiliza una de las cadenas de doble hélice propias de la estructura del ADN como si de una plantilla se tratase.

1.4. Cada una de estas fases está regulada por diversos factores de transcripción y por algunos coactivadores con el objetivo de garantizar que la molécula de ARNm sea transcrita de la forma adecuada

2. Fase de iniciación de la síntesis de proteínas

2.1. La primera de las etapas que forman parte del proceso de síntesis de proteínas es la iniciación, la cual abarca la unión de los componentes del sistema de traducción y precede a la formación de enlaces peptídicos.

2.1.1. Estos componentes que intervienen en la primera etapa de la síntesis de proteínas son:

2.1.1.1. 1.El ARNm traducido. 2.Las dos subunidades ribosomales (subunidades grandes y pequeñas). 3.El Aminoacil ARNt que se especifica en el primer codón del ARNm. 4.Trifosfato de guanosina (GTP), el cual tiene la finalidad de proporcionar energía durante el proceso (las células eucariotas requieren también trifosfato de adenosina). 5.Factores de iniciación que permiten el ensamblaje de esta compleja fase. En concreto, las células procariotas poseen 3 factores de iniciación (IF-1, IF-2 e IF-3), mientras que las eucariotas tienen más de diez factores designados con el prefijo IF.

2.1.1.2. Dos mecanismos están involucrados en el reconocimiento de la secuencia de nucleótidos (AUG) por parte del ribosoma, el cual, en realidad, da inicio a la traducción:

2.1.1.2.1. 1.Secuencia Shine-Dalgarno (SD)

2.1.1.2.2. 2.Codón de iniciación (AUG)

3. La primera fase de la síntesis de proteínas

3.1. El primer paso de la síntesis de proteínas se denomina transcripción

3.2. De hecho, se refiere a la transcripción del ADN en el ARN mensajero (ARNm a partir de este momento), lo cual ha de suceder de forma indispensable para que comience el proceso.

3.3. Nuevo TemaDurante la transcripción, las instrucciones que se encuentran codificadas en el interior del ADN de los genes son transcritas en el código de la secuencia de los nucleótidos del ácido ribonucleico (ARN).

4. El segundo paso de la síntesis de proteínas

4.1. El segundo paso de la síntesis de proteínas recibe también el nombre de traducción del ARN mensajero (ARNm a partir de ahora). Debemos recordar que, durante esta fase, la información codificada en el ADN se copia en una secuencia de ARNm que, posteriormente, puede atravesar la membrana del núcleo con el objetivo de llegar a los ribosomas contenidos en el citoplasma.

4.2. La producción de proteínas ocurre durante la segunda etapa del proceso de síntesis, es decir, durante la traducción. En algunas ocasiones toda la síntesis puede unificarse en esta fase pues, en resumidas cuentas, durante la transcripción no se genera ninguna proteína. Sin embargo, dicha transcripción es indispensable para que la segunda fase pueda tener lugar ya que es cuando se reciben las instrucciones genéticas enviadas por el núcleo hasta el citoplasma y que contienen el código de ADN/ARN.

4.3. En definitiva, sin ese paso, la traducción efectuada por los ribosomas con el propósito de crear una secuencia de polipéptidos que, posteriormente, se han de plegar para generar una proteína, sería imposible

5. El código genético

5.1. Puede decirse que el código genético es un conjunto de instrucciones que definen la forma en que la información codificada dentro del ADN y el ARN se traduce en proteínas. Este código genético es idéntico (aunque con algunas pequeñas excepciones) entre todos los seres vivos. Además, determina cómo los codones (secuencias de tripletes de nucleótidos) determinan qué aminoácido en particular se debe añadir en una posición específica dentro de la cadena polipeptídica.

5.2. Las moléculas de ADN y de ARN utilizan cuatro bloques de construcción diferentes que reciben el nombre de nucleótidos y que se encargan de codificar la información genética. Con el fin de ser capaces de codificar cada uno de los 20 aminoácidos diferentes que forman parte de los polipéptidos, la información encontrada dentro de las secuencias de nucleótidos debe estar codificada por una secuencia de, al menos, 3 nucleótidos, los cuales reciben el nombre de triplete o codón. Por lo tanto, gracias al uso de estas secuencias de tripletes, la célula es capaz de definir hasta 64 códigos diferentes para un total de 20 aminoácidos diferentes, lo que significa que para cada aminoácido no habrá más de un codón responsable.

5.3. Esto es lo que se llama ‘degeneración del codón’, expresión que viene a representar el hecho de que el código genético es redundante pues un aminoácido está codificado por más de un codón, si bien es cierto que no es ambiguo puesto que que un codón solo codifica un aminoácido.

5.4. La inmensa mayoría de los genes están codificados con exactamente el mismo código, el cual suele denominarse como código genético estándar. Por otro lado, existen algunos códigos de variante como, por ejemplo, el que se encuentra codificado por el cromosoma mitocondrial, que dependen de un código genético diferente

6. Maquinarias celulares que participan en la segunda etapa de la síntesis de proteínas

6.1. Diferentes tipos de moléculas de ARN

6.1.1. El proceso de traducción requiere de la participación de tres tipos diferentes de moléculas de ARN. Cada una tiene su propia función:

6.1.1.1. 1ARN mensajero. El ARNm actúa como un intermediario entre el ADN del material genético y las zonas en las que se producen las proteínas, es decir, los ribosomas, los cuales están ubicados en el citoplasma. 2Diversas moléculas de ARN ribosomal (ARNr). Participan en la formación de diferentes subunidades de ribosomas. 3ARN de transcripción múltiple (ARNt). Moléculas que actúa con cada tipo de aminoácido.

7. Enzimas involucradas en el proceso de traducción

7.1. Una enzima llamada aminoacil ARNt sintetasa es la responsable de que se produzca correctamente la unión entre los aminoácidos y el anticodón correspondiente encuadrado dentro del ARNt. Para ser más precisos, dichas enzimas aminoacil ARNt sintetasa se encargan de catalizar la esterificación de un aminoácido en concreto o, incluso, de su precursor, con todas las moléculas de ARNt compatibles con la finalidad de formar aminoacil ARNt. En el caso de las células procariotas, el factor de elongación EF-Tu es el encargado de transferir el aminoacil ARNt al ribosoma para, una vez allí y teniendo encuenta la regla de apareamiento de las bases complementarias, hacer posible que los anticodones del ARNt coincidan con sus codones correspondientes del ARNm.

8. El proceso de traducción es el segundo paso de la síntesis de proteínas

8.1. Como ya hemos comentado en párrafos anteriores, el proceso de traducción tiene lugar en el citoplasma de la célula, lugar en el que se une el ARNm con los ribosomas, los cuales son los responsables de que la síntesis de proteínas se produzca. Los ribosomas constan de tres regiones espaciales que reciben el nombre de sitios de unión y que desempeñan un importante papel en la síntesis de proteínas. Uno de ellos es el responsable de que pueda producirse la unión con el ARNm, mientras que los otros dos sitios se usan para unir las moléculas de ARNt y se denominan, respectivamente, ‘Sitio A’ y ‘Sitio P’

8.2. La unión de la molécula de ARNm al ribosoma hace posible que también se produzca la unión de las moléculas del ARNt a este en un orden definido por la secuencia de nucleótidos alojada en el interior del ARNm. En este sentido, cada ARNt se asocia, en concreto, a un aminoácido específico. Esta función está determinada, fundamentalmente, por la estructura de la molécula en sí (el ARNt puede asemejarse a un trébol de secuencias de polinucleótidos formados).

8.3. El extremo de la cola del ARNt es la zona preparada para unirse a un aminoácido específico, mientras que su cabeza posee tres nucleótidos que forman el denominado anticodón, el cual reconoce la secuencia del codón correspondiente a la molécula de ARNm.

8.4. En otras palabras, el ARNt se une al anticodón complementario y a las bases nitrogenadas del ARNm. Para garantizar la coherencia del proceso de síntesis de proteínas, todas las moléculas de ARNt que tienen la misma secuencia de anticodón siempre llevan el mismo aminoácido

9. Pasos de la síntesis de proteínas

9.1. El proceso de síntesis de proteínas traduce los codones (tripletes de nucleótidos) del ARN mensajero (ARNm a partir de este momento) en el código de los 20 aminoácidos esenciales que construyen la cadena de polipéptidos de las proteínas.

9.2. El proceso de traducción del ARNm comienza en su extremo 5’ y concluye en el extremo 3’

9.3. A lo largo del proceso, la cadena de polipéptidos se sintetiza desde su extremo amino-terminal (N-terminal a partir de ahora) a su carboxilo-terminal (C-terminal en adelante).

10. Prácticamente no existen diferencias significativas en las diversas fases de la síntesis de proteínas que tienen lugar en las células procariotas y en las eucariotas

11. Sin embargo, sí hay una diferencia importante en la estructura del ARNm de las procariotas pues este tiene, a menudo, varias regiones codificadas (ARNm policistrónico), mientras que el ARNm de las eucariotas tiene una sola región codificada (ARNm monocistrónico).

12. La razón por la cual esta molécula de ARN es denominada como ARN mensajero es porque contiene la información necesaria para llevar a cabo la síntesis de las proteínas, en la cual se incluye el ‘mensaje’ enviado por los genes a los ribosomas

13. Cuáles son los resultados de la transcripción

13.1. La mayoría de los genes codificados son transcritos en el ARNm.

13.2. Sin embargo, existen algunas excepciones ya que ciertos genes codificados son transcritos en otros tipos diferentes de moléculas de ARN ya que son indispensables para que la célula pueda desarrollar con éxito el proceso de síntesis de proteínas del que estamos hablando en este artículo.

13.3. Estos tipos de ARN son conocidos como ARN ribosomal (ARNr en adelante) y ARN de transferencia (ARNt en las siguientes líneas).

13.4. La importancia del papel de estos dos tipos de ARN dentro del proceso de síntesis de proteínas es tan grande como el desarrollado por el ARNm

14. El proceso de transcripción es diferente en las células procariotas respecto a las eucariotas

14.1. En las células eucariotas el material genético contenido dentro de una molécula de ADN se encuentra en el núcleo celular.

14.2. Por esta razón, el proceso de transcripción en este tipo de células ha de llevarse a cabo obligatoriamente en este lugar. En este sentido es posible afirma que se produce cuando las moléculas de ADN se construyen formando dos cadenas antiparalelas helicoidales construidas a partir de azúcar desoxirribosa, la cual es conocida también únicamente como desoxirribosa, y un fosfato.

14.3. Ambos elementos se unen entre sí con enlaces fosfodiéster covalentes realmente fuertes. Además, cada uno de los desoxirribonucleótidos poseen una de las cuatro bases nitrogenadas, las cuales son adenina, guanina, citosina y timina, unidos a un átomo de carbono de la desoxirribosa.

14.4. También hay que decir que las dos cadenas se mantienen juntas gracias a los enlaces de hidrógeno débiles que actúan entre las bases complementarias de las hélices opuestas

15. Resumen del proceso de transcripción

15.1. La molécula de ADN altamente compactado se desarrolla y una enzima denominada helicasa rompe los enlaces de hidrógeno a los que ya hemos hecho referencia y que tienen la función de mantener unidas ambas cadenas. De esta forma, la doble hélice se descomprime dentro de esta región y permite que la cadena del nucleótido único se abra y pueda ser copiada.

15.2. En este momento, otra enzima, la cual recibe el nombre de ARN polimerasa, se une a la hebra única que contiene el gen de codificación y empieza a leer la información contenida en la cadena de ADN entre el extremo 3′ y el extremo 5′. Por lo tanto, es posible afirmar que esta enzima, en realidad, solo sintetiza una hebra de ARNm en la dirección 5′ a 3′.

15.3. La secuencia del ARNm es idéntica a la estructura del ADN. De hecho, la única diferencia existente entre ambas moléculas es que las de ARN utilizan el uracilo de los nucleótidos en lugar de la timina empleada por el ADN. Una vez sintetizados, la molécula de ARNm monocatenario puede llegar al citoplasma a través de los poros nucleares.

15.4. La fase de transcripción en las células procariotas es diferente a la de las células eucariotas. La primera diferencia reseñable radica en el hecho de que el primer producto de la síntesis de proteínas en este tipo de células es el ARNm ‘normal’, es decir, el que no necesita ser sometido a ninguna modificación posterior a la transcripción. En este sentido, en las eucariotas el primer producto se denomina como transcripción primaria y requiere de llevar a cabo esa modificación.

15.5. La modificación posterior a la transcripción de los ARNm de las células eucariotas incluye estas etapas: 1Fase de tapado con 7-metil-guanosina 2Poli-adenosina

15.6. La molécula resultante de este proceso es el ARN nuclear heterófilo, el cual se dirige al espliceosoma, es decir, al lugar en el que se cortan los intrones (partes no codificadas de cada gen) para dar como resultado la molécula final de ARNm

16. El ribosoma: el taller en el que se produce la síntesis de proteínas

16.1. ¿Cuál es la función de los ribosomas? El ribosoma es, en pocas palabras, la unidad celular que se encarga de sintetizar todas las proteínas necesarias para las células. La información codificada en el ARNm es transformada por el ribosoma en una secuencia de aminoácidos. Este orgánulo celular consta de moléculas de ARN especializadas que reciben el nombre de ARNr y multitud de proteínas diferentes. Es importante señalar que dichas moléculas de ARN juegan un papel estructural y regulador.

16.2. -Estructura del ribosoma El ribosoma tiene dos subunidades formadas por el ARNr y ciertas proteínas específicas. Estas dos subunidades poseen diferente tamaño, lo que determinará cuál se llamará subunidad grande y cuál pequeña, respectivamente. Para la formación de los ribosomas, estas dos subunidades se unen y crean una estructura con una forma más o menos circular, si bien es cierto que la palabra ovalada viene a definir mejor su estructura.

16.3. Durante la síntesis de proteínas, las dos subunidades se coordinan para traducir la información codificada en el ARNm y convertirla en una cadena polipeptídica. También hay que reseñar que ambas subunidades ribosomales son ligeramente diferentes en las células eucariotas respecto a las procariotas

17. Terminación de la traducción

17.1. La terminación de la traducción sucede cuando el sitio A del ribosoma alcanza uno de los tres codones de terminación (UAA, UAG o UGA).

17.2. En las células procariotas, estos codones que hemos comentado son reconocidos por los diferentes factores de liberación (FL a partir de ahora). El FL-1 es el responsable del reconocimiento de los codones de terminación UAA y UAG, mientras que el FL-2 se encarga de los UGA y UAA. Cuando estos FL se unen al complejo se desencadena la hidrólisis del enlace que une el péptido del ARNt en el sitio P y libera la proteína naciente del ribosoma. A continuación, un tercer FL (FL-3-GTP) provoca la liberación del FL-1 o FL-2 como GTP, el cual es hidrolizado y convertido en GDP para quedar como un mero fosfato residual.

17.3. Por el contrario, las células eucariotas poseen un único factor de liberación, eFL, el cual puede reconocer los tres codones de terminación. Hay un segundo FL involucrado llamado eFL-3 que ejerce funciones similares al FL-3 de las procariotas.

17.4. Algunos antibióticos inhibidores que podrían interferir en cualquiera de las diferentes etapas de la síntesis de proteínas son:

17.5. ✓La toxina de la difteria, la cual inactiva EF-2 y evita que se produzca su translocación. ✓La clindamicina y la eritromicina, las cuales bloquean (debido a una unión irreversible) un sitio de la subunidad 50S de los ribosomas y, de esta forma, impiden la translocación. ✓La ricina procedente de las semillas de ricino es una toxina muy potente que elimina una adenina ubicada en el lugar 28S del ARNr, inhibiendo de este modo la función del ribosoma de las células eucariotas.