Las células realizan muchas funciones diferentes. Producen energía, se comunican con otras células y componen la masa física del cuerpo. Una de las principales funciones de las células es la construcción de proteínas. Las proteínas son macromoléculas biológicas que desempeñan una gran variedad de funciones en el organismo. Las células construyen proteínas a partir de la información codificada en el ADN. El proceso de extracción de información del ADN para fabricar proteínas se denomina expresión génica.
Fundamentalmente, la expresión génica tiene dos pasos:
- Transcripción – Durante la transcripción, la información del ADN se «copia» en forma de ARN mensajero (ARNm)
- Traducción – En esta etapa, el ARNm es «leído» por la maquinaria celular y se fabrican las proteínas codificadas
En este artículo, profundizaremos en la traducción y veremos los mecanismos moleculares que hay detrás de este proceso. Se recomienda leer primero este artículo sobre la transcripción.
¿Cómo almacena el ARNm la información?
Para entender la traducción debemos comprender primero cómo se almacena la información para las proteínas en el ARNm. Estrictamente hablando, el ARNm no codifica para una proteína. Más bien, el ARNm codifica – da instrucciones para una secuencia de aminoácidos llamada cadena polipeptídica. Las proteínas están formadas por numerosas cadenas polipeptídicas.
La información del ARNm se almacena en forma de secuencias de bases de nucleótidos (A, C, G y U) que se leen de tres en tres. Un triplete de bases se denomina codón. Cada codón se refiere a un aminoácido específico. Por ejemplo, el codón ACG especifica el aminoácido treonina. El orden de los codones en el ARNm especifica el orden de los aminoácidos en la cadena polipeptídica. Así, una cadena de ARNm que contenga la secuencia AUUCAGUGU codifica para los aminoácidos isoleucina (AUU), glutamina (CAG) y cisteína (UGU) en ese orden.
En el ARN humano, hay 61 codones que codifican para unos 20 aminoácidos. También está el codón especial AUG, llamado «codón de inicio», que indica dónde comienza el gen. Por último, hay tres codones especiales que no codifican para aminoácidos (UAA, UAG, UGA) que se llaman «codones de parada». Los codones de parada indican a los mecanismos de traducción cuándo se ha completado la cadena polipeptídica.
Overview Of Translation
La traducción es un proceso complejo que requiere cierta maquinaria especializada. En el proceso de traducción intervienen dos tipos de moléculas: el ARNt y los ribosomas.
ARNt
Los ARNt (ARN «de transferencia») son moléculas que sirven de puente entre los codones del ARNm y los aminoácidos que especifican. Uno de los extremos del ARNt contiene una secuencia de bases llamada anticodón que puede unirse a un codón específico mediante el emparejamiento de bases complementarias. El otro extremo del ARNt contiene el aminoácido especificado por el codón. Hay moléculas de ARNt que leen cada codón y bing el aminoácido especificado. Los ARNt se unen al ARNm y disponen los aminoácidos en el orden apropiado.
Ribosomas
Los ribosomas son las estructuras que ensamblan físicamente la proteína. Los ribosomas están compuestos por una compleja red de ARN ribosómico especial (ARNr) y proteínas. Cada ribosoma tiene dos partes: una subunidad pequeña y una subunidad grande. La subunidad pequeña se llama subunidad 40S y la grande subunidad 60S. Las dos partes de los ribosomas encierran la cadena de ARNm, casi como los dos trozos de pan de un sándwich. En sentido estricto, los ribosomas NO son orgánulos porque carecen de membrana. Los procariotas también poseen ribosomas y los procariotas no tienen orgánulos.
Las cadenas de ARNm se introducen en los ribosomas que leen los codones. Los ribosomas contienen compartimentos para que los anticodones del ARNt se unan a sus correspondientes codones del ARNm. Los tres sitios de unión del ARNt en el ribosoma se denominan sitios A, P y E. Los ribosomas también contienen enzimas que catalizan la reacción que une los aminoácidos en una cadena polipeptídica.
Proceso de traducción
La traducción en sí misma puede dividirse en tres pasos: iniciación, elongación y terminación. La mayoría de estos procesos tienen lugar en el citoplasma celular o en el retículo endoplásmico. En los eucariotas, la traducción se produce de forma totalmente independiente a la transcripción, ya que el guión del pre-ARNm creado en la transcripción debe ser modificado antes de su traducción. En los procariotas, la traducción se produce directamente después de la transcripción. En algunos casos, la traducción de un extremo de una cadena de ARNm puede comenzar mientras el otro extremo todavía se está transcribiendo.
Iniciación
En el primer paso de la traducción, se liberan las proteínas del factor de iniciación. Estas son las proteínas que desencadenan los primeros pasos del proceso de traducción. Los iniciadores de la traducción se unen al extremo 5′ del ARNm y lo acercan a los ribosomas. El ARNm se une a la subunidad pequeña del ribosoma y se mantiene en su lugar. En los eucariotas, una molécula de ARNt que contiene metionina se une a la subunidad pequeña y juntos descienden por la cadena de ARNm hasta alcanzar el codón de inicio, que casi siempre es el codón AUG. Una vez alcanzado, la subunidad ribosómica grande encierra el resto de la cadena, formando el complejo de iniciación completo.
En procariotas, la historia es un poco diferente. En los procariotas, la subunidad ribosomal pequeña no recorre la cadena de ARNm en busca del codón AUG. En su lugar, se une directamente a ciertas secuencias de la cadena de ARNm. Los mecanismos de traducción de los procariotas pueden reconocer la zona de inicio por la presencia de secuencias Shine-Dalgarno que aparecen antes del codón de inicio. Las bacterias utilizan secuencias Shine-Dalgarno porque una secuencia de ADN puede codificar para múltiples proteínas
Elongación
Una vez que el ARNt portador de metionina encuentra el codón de inicio, comienza la siguiente fase de la traducción. Durante la elongación, se construye la cadena polipeptídica propiamente dicha. Uno puede recordar lo que ocurre durante la elongación por el nombre: En la elongación, la cadena polipeptídica se alarga.
Cuando comienza la elongación, el ARNt portador de metionina se encuentra en el sitio P en el centro del ribosoma. Junto al sitio P se encuentra el sitio A, que está sobre un codón expuesto en la cadena de ARNm. El sitio A es la «ranura» para la siguiente molécula de ARNt que se unirá al codón expuesto a través del emparejamiento complementario codón-anticodón.
Una vez que el siguiente ARNt aterriza en el sitio A, el ribosoma cataliza una reacción que une los dos aminoácidos. La reacción que une dos aminoácidos es una reacción de hidrólisis (eliminación de agua) que une el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro. Esta reacción transfiere la metionina del primer ARNt al ARNt del sitio A. Ahora tenemos una cadena polipeptídica primitiva formada por dos aminoácidos. La metionina se llama extremo N-terminal y el otro extremo opuesto se llama C-terminal.
La mayoría de las cadenas polipeptídicas son más largas que dos aminoácidos. Una vez realizado el primer enlace peptídico, el ARNm es arrastrado por el ribosoma exactamente un codón. Este desplazamiento mueve el ARNt con la cadena del sitio A al sitio P y mueve el ARNt vacío en la ranura P a la ranura E («de salida»), donde se elimina. El desplazamiento también expone un nuevo codón de ARNm en el sitio A.
El proceso se repite a lo largo de la cadena de ARNm hasta que se completa la cadena polipeptídica. Algunas proteínas sólo constan de unas pocas docenas de aminoácidos, mientras que otras pueden tener miles. La proteína más larga que se conoce se llama titina y consiste en una cadena de 33.000 aminoácidos.
Terminación
¿Cómo saben los ribosomas cuando la cadena polipeptídica está completa? Esa es la función del último paso de la traducción, llamado terminación. La terminación de los mecanismos de traducción se produce cuando un codón de parada (UAA, UAG, UGA) entra en el sitio A. Cuando un codón de parada entra en el sitio A, no es reconocido por el ARNt, sino por unas proteínas especiales llamadas factores de liberación. Estas proteínas hacen que las enzimas ribosómicas añadan una molécula de agua al último aminoácido de la cadena, haciendo que las subunidades ribosómicas se disocien y liberen la cadena polipeptídica. Después, las subunidades ribosómicas pueden utilizarse de nuevo para traducir otra cadena polipeptídica.
Modificación postraducción
Ahora que tenemos una cadena polipeptídica completa, puede salir y empezar a hacer su trabajo en el cuerpo, ¿verdad? Bueno, no del todo.
En procariotas, las proteínas suelen estar listas para funcionar tan pronto como se traducen. Sin embargo, en los eucariotas, las cadenas polipeptídicas a menudo deben pasar por un puñado de modificaciones antes de convertirse en una proteína madura que funcione plenamente. Estas modificaciones posteriores a la traducción implican la alteración o eliminación de algunos aminoácidos. Algunas proteínas deben plegarse en formas tridimensionales complejas y existen enzimas que ayudan a su plegado. A veces, dos cadenas polipeptídicas plegadas se conglomeran para formar un complejo proteico mayor. Otras veces, la adición o eliminación de un grupo de aminoácidos funciona como una «etiqueta» que indica al organismo dónde debe ir la proteína.
En los eucariotas, la modificación posterior a la traducción se produce en el retículo endoplásmico y en el aparato de Golgi. En el retículo endoplásmico, las proteínas se pliegan o se les recortan o añaden secciones. Los mecanismos que se encargan de estos procesos son muy diversos. Después de ser manipuladas en el retículo endoplásmico, las proteínas son encerradas en una vesícula unida a la membrana y transportadas al aparato de Golgi. Una vez allí, se someten a unos cuantos retoques de última hora antes de ser enviadas a su destino final.