Formación de proteínas: ADN, transcripción y traducción

El viaje del gen a la proteína

Se sabe comúnmente que el ADN es ‘el componente básico de la vida’, pero ¿cómo exactamente ‘construye vida’ para nosotros? El ADN es un sistema de codificación que contiene miles de genes. Estos genes codifican varias proteínas que luego llevan a cabo todos los procesos de construcción y mantenimiento de la vida. Primero comenzaremos nuestra lección a nivel de ADN.

ADN: el código genético

El ADN es una estructura de doble hélice de bases complementarias que contienen toda la información genética necesaria para la vida. El ADN pasa por un proceso llamado transcripción que copia el código en ARN (ácido ribonucleico). El ARN, a diferencia del ADN, es monocatenario y utiliza la base de nucleótidos uracilo en lugar de timina. Una forma específica de ARN, llamada ARNm por ser el ARN ‘mensajero’, transporta la información del ADN fuera del núcleo y dentro del citoplasma de una célula. El ADN es como las mercancías almacenadas en un almacén. Las moléculas de ARNm son los camiones de reparto que llevan estos productos a otros destinos. Sin embargo, antes de que el ARNm abandone el núcleo, necesita algunas alteraciones para convertirse en una molécula de ARNm madura. Estos cambios se denominan modificaciones postranscripcionales.

Modificando el ARN

El ARN sufre amplias modificaciones después de completar el proceso de transcripción. Las principales modificaciones postranscripcionales en el ARN son la adición de una tapa 5 ‘, la adición de una cola poliadenilada 3’ y el empalme del ARN. El ARN no utilizado se degrada rápidamente y la tapa 5 ‘indica protección contra la degradación prematura de la transcripción. La cola poliadenilada 3 ‘también protege al ARNm de la degradación y ayuda en el transporte del ARNm fuera del núcleo al citoplasma. El ARN contiene intrones y exones. Los exones son los genes que se expresan en el ARNm y los intrones no se incluyen en el ARNm porque no codifican proteínas funcionales (aunque tienen otras funciones de regulación). Después de empalmar, tapar 5 ‘y poner colas de 3’,

Leer el código

El proceso de leer el código genético del ARNm ocurre en el citoplasma. Los ribosomas encuentran el ARNm en el citoplasma. Estos ribosomas se deslizarán a lo largo del ARNm para leer el código, similar a una máquina contadora de boletos en una sala de juegos. Sin embargo, a diferencia de un mostrador de boletos que cuenta cada boleto individualmente, los pares de bases individuales no leen el código RNA.

Codones

La secuencia genética tanto del ARN como del ADN se lee por triplicado. Una serie de unidades de tres nucleótidos se llama codón.. Debido a que hay cuatro pares de bases (A, T / U, G, C), son posibles 64 combinaciones de codones. De los posibles codones, 61 representan aminoácidos y los otros son señales de parada. Solo hay 20 aminoácidos diferentes, entonces, ¿por qué hay tantos codones? Múltiples combinaciones de codones pueden representar el mismo aminoácido. Esta redundancia es realmente beneficiosa para nosotros porque si un par de bases cambia por una mutación, existe la posibilidad de que resulte en un codón diferente para el mismo aminoácido. Los efectos potencialmente dañinos de las mutaciones se mitigan ligeramente debido a esta redundancia. La metionina está determinada por un codón (AUG). Este es el codón de inicio para la traducción y, por lo tanto, es el primer aminoácido de todas las proteínas.

El MVP de la traducción: ribosomas

Los ribosomas son una estructura específica compuesta por ARN y proteínas. Estos complejos únicos se mueven a lo largo de una hebra de ARNm para ensamblar la secuencia del código genético que contiene. Sin embargo, los ribosomas no ensamblan la proteína por sí mismos. Las moléculas de ARNt , llamadas así por ARN de “transferencia”, tienen dos extremos únicos. Un extremo es un sitio de unión de aminoácidos y el otro es una secuencia de anticodón . Cuando la secuencia del anticodón coincidirá con el codón de la cadena de ARNm dentro del ribosoma. Cuando el tRNA coincide con el codón de mRNA correcto, el aminoácido del otro extremo del tRNA se añade a la secuencia del péptido. Este proceso se llama traducción .

Los pasos de la traducción

Hay tres fases de traducción: iniciación, alargamiento y terminación. Durante la iniciación , el ribosoma se adhiere a la hebra de ARNm y comienza a leerla hasta que encuentra el comienzo de un gen. La secuencia de codificación real de un gen es solo una parte de una cadena completa de ARNm. Un gen casi siempre comienza con el codón AUG, correspondiente al aminoácido metionina. Una vez que esta molécula de ARNt lee el codón de inicio, se completa la etapa de inicio de la traducción.

El alargamiento comienza cuando el ribosoma se desplaza al codón que sigue al codón de inicio. El ARNt correspondiente también se unirá al ribosoma. Hay tres sitios para el ARNt dentro de un ribosoma.

• El sitio A (aminoacilo) donde el tRNA entra y se une al ribosoma.
• El sitio P (peptidilo) que une los aminoácidos para formar enlaces peptídicos con la cadena creciente de aminoácidos.
• El sitio E (salida). Aquí, el ARNt se libera del ribosoma y su correspondiente aminoácido, que permanece para continuar la formación de un péptido.

Durante el alargamiento, la especificidad del ARNm para su ARNt coincidente es clave para el éxito del alargamiento. Sin esta especificidad, el ribosoma haría que cualquier tRNA coincidiera con la secuencia de mRNA, dando como resultado una secuencia de péptidos aleatoria. En E. coli , se puede agregar un aminoácido a un polipéptido cada 0.05 segundos, lo que significa que en solo 10 segundos, ¡200 aminoácidos se pueden traducir para formar una proteína!

La terminación de las traducciones ocurre cuando un codón de terminación ingresa al ribosoma. Esto indica que el ribosoma se liberará del ARNm y la proteína recién formada se liberará del ribosoma. El ARNm usado se degrada en el citoplasma para que los nucleótidos puedan reciclarse y reutilizarse en una reacción de transcripción diferente.

Variaciones de proteínas

Las proteínas también se pliegan después de completar la etapa de terminación. Esto se denomina modificación posterior a la traducción y puede incluir modificaciones físicas y químicas. Las proteínas se doblan en la forma tridimensional necesaria para su correcto funcionamiento. Este proceso de plegado puede inhibirse por cambios de pH o temperatura. Otras diversas señales químicas postraduccionales ayudan a dirigir la proteína a su destino de orgánulo final, como las mitocondrias o la membrana plasmática.

Resumen de la lección

El ADN pasa por un proceso llamado transcripción, que copia el código en ARN (ácido ribonucleico). El ARNm transporta la información del ADN fuera del núcleo y dentro del citoplasma de una célula. Las principales modificaciones postranscripcionales en el ARN son la adición de una tapa 5 ‘, la adición de una cola poliadenilada 3’ y el empalme del ARN. Luego, el ARNm maduro se transporta fuera del núcleo y al citoplasma, donde los ribosomas , que se componen de ARN y proteínas, se deslizan a lo largo del ARNm para leer el código.

Cuando el tRNA coincide con el codón de mRNA correcto, el aminoácido en el otro extremo del tRNA se agrega a la secuencia del péptido en un proceso llamado traducción . Las tres fases de la traducción son iniciación, alargamiento y terminación. Las proteínas se pliegan después de completar la etapa de terminación en un proceso llamado modificación posterior a la traducción . Las señales químicas postraduccionales ayudan a dirigir la proteína a su destino final de orgánulos.