Descripción general, inhibidores y proceso de la síntesis de proteínas bacterianas

Publicado el 30 noviembre, 2022

Proteínas: descripción general

Las proteínas son moléculas esenciales que forman la base estructural de toda la vida en la Tierra. Cada célula, tejido y órgano del cuerpo está construido a partir de proteínas. Los animales, las plantas, las bacterias, las arqueas, los hongos y los protistas están compuestos por proteínas. Las estructuras de los músculos, la piel, el cabello, las uñas, los órganos y otros tejidos están compuestos por proteínas. Sin embargo, las proteínas cumplen otras funciones vitales además de ser el andamiaje estructural de la vida. Las células inmunitarias como los anticuerpos, las enzimas que aumentan la velocidad de las reacciones, las hormonas y las citoquinas que comunican mensajes y las moléculas transportadoras que transportan nutrientes y otras moléculas están hechas de proteínas.

Síntesis de proteínas bacterianas

La síntesis de proteínas bacterianas describe el proceso en el que las bacterias crean nuevas proteínas que necesitan para reproducirse, repararse y someterse a procesos metabólicos básicos. Las proteínas sintetizadas por las bacterias pueden usarse para crear enzimas para metabolizar los alimentos, reparar y mantener las estructuras celulares, o para producir más bacterias por fisión binaria.

Proceso de síntesis de proteínas bacterianas

Las proteínas son moléculas grandes y complejas construidas a partir de largas cadenas de moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Todos los organismos vivos se someten a la síntesis de proteínas, que es el proceso de construcción y creación de nuevas proteínas a partir de las instrucciones genéticas del ácido desoxirribonucleico (ADN). La información genética que lleva el ADN es muy parecida a un enorme libro de recetas de la vida con instrucciones muy específicas sobre cómo construir cada molécula necesaria para crear y mantener un organismo específico.

Las proteínas son estructuras complejas que se utilizan para construir organismos vivos.

Una ilustración digital de una proteína 3D muy compleja.

Por ejemplo, las instrucciones, o genes, en el ADN humano llevan las instrucciones completas sobre cómo crear un ser humano a partir de proteínas. Los genes de un lagarto llevan las instrucciones completas sobre cómo hacer un lagarto. Los genes de las bacterias llevan las instrucciones completas sobre cómo hacer una bacteria. La síntesis de proteínas es importante para crear un nuevo organismo durante los procesos reproductivos y para mantener un organismo ya vivo mediante la reparación y el reemplazo de células y tejidos existentes.

En organismos eucarióticos como animales y plantas, el ADN se encuentra en cromosomas lineales perfectamente empaquetados dentro del núcleo de una célula. Las bacterias, sin embargo, son procariotas, que carecen de núcleo. En cambio, sus cromosomas están contenidos dentro de un nucleoide circular que flota libremente dentro de su citoplasma gelatinoso.

Las células bacterianas no tienen núcleo como las eucariotas; en cambio, tienen un nucleoide.

Una ilustración de la estructura de una célula bacteriana, mostrando su nucleoide.

La síntesis de proteínas implica dos pasos principales: transcribir el ADN en ácido ribonucleico (ARN) y luego traducir el ARN en una proteína en un ribosoma. En los eucariotas, hay pasos de procesamiento adicionales que tienen lugar entre los pasos de transcripción y traducción, pero en los procariotas, como las bacterias, el proceso es sencillo sin procesamiento adicional. Después del proceso de traducción, pueden tener lugar pasos de procesamiento adicionales tanto en eucariotas como en procariotas para madurar aún más la estructura y función de la proteína. En procariotas, la síntesis de proteínas tiene lugar en el citoplasma e implica:

  • Transcripción: el proceso en el que el ADN se copia o transcribe en una hebra de ARN. Durante la transcripción, la ARN polimerasa se une a una región promotora en el ADN del gen que desea transcribir. La estructura de doble hélice del ADN se descomprime para que la ARN polimerasa pueda hacer una copia de ARNm del segmento del gen a partir de la hebra de ADN antisentido. La nueva hebra de ARNm complementaria luego se separa del ADN.
  • Traducción: el proceso en el que el ARNm complementario de la transcripción se sintetiza en una larga cadena de aminoácidos, llamada proteína. El paso de traducción de la síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas. Durante la traducción, que en sí tiene tres pasos, el ARNm primero (1) se une al ribosoma en la iniciación, luego (2) es leído por los ribosomas y extendido en elongación por moléculas de ARN de transferencia (ARNt). Las proteínas se fabrican cuando se leen conjuntos de tres códigos unitarios en el ARNm, llamados codón, y se emparejan con su aminoácido correspondiente. A medida que se lee cada codón, finalmente se forma una larga cadena de aminoácidos, llamada polipéptido. El trabajo de las moléculas de ARNt es buscar el aminoácido correcto y emparejarlo con el codón correcto. Eventualmente, el polipéptido crece tanto que se convierte en una proteína. En el paso final, (3) terminación, la proteína se separa del ribosoma y se libera al citoplasma.

Inhibidores de la síntesis de proteínas

Debido a que la síntesis de proteínas es vital para los procesos que promueven y mantienen la vida, los inhibidores de la síntesis de proteínas pueden ser fatales para los organismos vivos. Sin embargo, cuando se trata de una infección bacteriana, es vital comprender la relación entre la inhibición de la síntesis de proteínas bacterianas y los antibióticos para eliminar las bacterias y eliminar la infección.

Los antibióticos son medicamentos antibacterianos que matan las bacterias o evitan que crezcan, por lo que el sistema inmunitario puede eliminar la infección más fácilmente. Los antibióticos comúnmente se dirigen a los procesos de síntesis de proteínas bacterianas. Cuando los antibióticos causan la muerte de las células bacterianas, se denominan agentes bactericidas, mientras que cuando los antibióticos no matan las bacterias pero interfieren con su crecimiento o metabolismo, se denominan agentes bacteriostáticos.

Sin embargo, las bacterias son organismos muy resistentes y pueden desarrollar adaptaciones, mutaciones o recoger plásmidos para resistir los antibióticos con el tiempo. El uso innecesario o el uso excesivo de antibióticos hace que los antibióticos se vuelvan ineficaces cuando las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos. Por ejemplo, una bacteria que podría haber sido susceptible a un antibiótico puede producir una nueva proteína que se une al antibiótico, haciéndolo ineficaz.

Ejemplos de antibióticos

Algunos ejemplos de antibióticos comunes que interfieren con la síntesis de proteínas bacterianas y su mecanismo de acción se encuentran en la siguiente lista:

  • Beta-lactámicos: Agente bactericida que evita que las bacterias sinteticen proteínas de peptidoglicano en su pared celular.
  • Aminoglucósidos: Un agente bactericida que se une al ribosoma bacteriano, impidiendo que las bacterias sinteticen proteínas.
  • Quinolonas: un agente bactericida que evita que las bacterias transcriban el ADN en ARNm.
  • Tetraciclinas: un agente bacteriostático que interfiere con la síntesis de proteínas bacterianas al evitar que el ARNt se una al ribosoma.
  • Macrólidos: Un agente bacteriostático que interfiere con el proceso de elongación de la síntesis de proteínas bacterianas, inhibiendo el crecimiento y el metabolismo bacteriano.

Resumen de la lección

Las proteínas son moléculas estructurales vitales hechas de cadenas alargadas de aminoácidos. La vida depende de las proteínas, porque cada célula, tejido, molécula de señalización, enzima y órgano está hecho de proteínas. Las proteínas se crean a partir de las instrucciones, o genes, en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN en su conjunto podría considerarse como un libro de recetas de la vida sobre cómo hacer todas las partes de un organismo específico utilizando proteínas. La creación de proteínas a partir del ADN es un proceso que ocurre en todos los organismos vivos, ya sean eucariotas como animales, protistas, hongos y plantas, o procariotas como bacterias y arqueas. La síntesis de proteínas implica dos pasos principales, donde el ARNm se transcribe primero a partir del ADN y luego se traduce en proteínas en los ribosomas.

Durante el proceso de transcripción, la ARN polimerasa se une al ADN y hace una copia de una parte del ADN como una cadena complementaria de ARNm. Durante el proceso de traducción, el ARNm se une a un ribosoma en el citosol (en las bacterias). El proceso de traducción incluye tres pasos. La unión del ARNm al ribosoma se denomina iniciación. El ribosoma lee las instrucciones de los codones en el ARNm y el ARNt une nuevos aminoácidos uno por uno para construir una proteína larga en elongación. El paso final, llamado terminación, es cuando la nueva proteína se separa del ribosoma. Los antibióticos son medicamentos antibacterianos que matan las bacterias (agentes bactericidas) o impedir su crecimiento y metabolismo (agentes bacteriostáticos). Muchos antibióticos actúan inhibiendo los procesos de síntesis de proteínas en las bacterias. Sin embargo, el uso excesivo o indebido de antibióticos puede facilitar estrategias de adaptación que crean resistencia a los antibióticos en las bacterias, lo que hace que los antibióticos sean ineficaces.

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