Inhibidores de la síntesis de proteínas: cómo los antibióticos se dirigen al ribosoma bacteriano

Inhibición de la síntesis de proteínas

Cuando escuche la palabra ‘proteína’, podría pensar en un bistec jugoso o en la proteína en polvo que los culturistas ponen en sus batidos. Pero, cualquiera que haya aprendido un poco sobre biología celular sabe que las proteínas son los caballos de batalla de las células, que llevan a cabo toneladas de funciones esenciales como catalizar reacciones enzimáticas, detectar y transmitir señales y crear estructuras físicas importantes. Sin producir proteínas, la mayoría de las células no podrían llevar a cabo sus funciones diarias en absoluto. Muchos tipos de antibióticos hacen uso de este hecho de la vida al intentar evitar que las bacterias produzcan proteínas. En esta lección, veremos más de cerca cómo funcionan estos antibióticos a nivel molecular.

Objetivo: Ribosoma bacteriano 70S

Todos los antibióticos que se dirigen a la síntesis de proteínas bacterianas lo hacen al interactuar con el ribosoma bacteriano e inhibir su función. Es posible que el ribosoma no parezca un objetivo muy bueno para la toxicidad selectiva, porque todas las células, incluida la nuestra, usan ribosomas para la síntesis de proteínas.

Lo bueno es que las bacterias y los eucariotas tienen ribosomas que son estructuralmente diferentes. Las bacterias tienen los llamados ribosomas 70S y los eucariotas tienen ribosomas 80S . No, no los ribosomas de los años 70 y 80, aunque eso sería bastante entretenido. La S significa ‘unidad Svedberg’ y se refiere a la velocidad a la que las partículas se sedimentan en el tubo durante la ultracentrifugación de alta velocidad. Básicamente, nos informa sobre el peso molecular y la forma del ribosoma.

Los ribosomas 70S y 80S son lo suficientemente diferentes como para que los antibióticos puedan atacar específicamente a uno y no al otro. Echemos un vistazo más de cerca al ribosoma bacteriano 70S y veamos dónde actúan algunos tipos diferentes de antibióticos. Recuerde que los ribosomas están hechos de ARN y proteínas y que tienen dos subunidades, una grande y otra pequeña.

Las subunidades del ribosoma bacteriano 70S son la subunidad 50S y la subunidad 30S. Sí, lo sé, 50 + 30 = 80, no 70, pero esto no es un error matemático. Usar la unidad de Svedberg para medir los ribosomas significa que las cosas no siempre cuadran perfectamente porque las velocidades de sedimentación no son aditivas como lo son los pesos moleculares.

Antes de entrar en detalles sobre cómo los antibióticos inhiben los ribosomas bacterianos, repasemos brevemente cómo funcionan los ribosomas. Primero, un ARNt cargado con un aminoácido particular ingresa al ribosoma en el sitio A. El anticodón del ARNt tiene que coincidir con el codón, o grupo de tres nucleótidos del ARNm. Luego, en el sitio P del ribosoma, se forma un enlace peptídico entre el aminoácido anterior y el nuevo aminoácido. Finalmente, el tRNA vacío sale en el sitio E. Este proceso se repite para toda la longitud del ARNm y la cadena polipeptídica continúa creciendo.

Antibióticos que inhiben los ribosomas

Bien, hablemos de antibióticos. Hay muchos antibióticos diferentes que inhiben la síntesis de proteínas al interactuar con el ribosoma 70S bacteriano de diferentes maneras. Repasaremos brevemente varios ejemplos para que pueda hacerse una idea de cómo funcionan realmente estos antibióticos.

Comencemos con las tetraciclinas . Estos antibióticos se unen a la subunidad 30S en el sitio A y evitan la unión de los ARNt que transportan aminoácidos. Esto significa que la siguiente perla de la cadena de polipéptidos no puede introducirse en el ribosoma.

Otro antibiótico, el cloranfenicol , interactúa con la subunidad 50S del ribosoma y previene la formación de enlaces peptídicos. Cuando hay cloranfenicol, las perlas de aminoácidos no pueden unirse en una cadena de polipéptidos.

La siguiente clase de inhibidores de la síntesis de proteínas son los aminoglucósidos . Estos parecen tener una variedad de mecanismos diferentes, pero un miembro muy conocido de esta familia es la estreptomicina, que se une a la subunidad 30S y hace que el ribosoma lea mal el código genético. Esto podría convertir una cadena de polipéptidos bien ordenada en un lío revuelto que no puede llevar a cabo su función.

Se cree que los macrólidos , como la eritromicina, inhiben la síntesis de proteínas al unirse a la subunidad 50S y bloquear el túnel por donde se supone que sale la cadena polipeptídica. Esto obstruye el ribosoma y detiene la traducción.

Eso ya son muchos antibióticos, pero todavía quedan dos clases de inhibidores de la síntesis de proteínas. Estos dos últimos son antibióticos más nuevos que han sido realmente importantes para combatir los patógenos resistentes a múltiples fármacos, especialmente aquellos que son resistentes a la vancomicina. Puede aprender más sobre la vancomicina en otra lección, pero básicamente, solía usarse como último recurso para matar las bacterias que son resistentes a casi todos los demás tipos de antibióticos. Pero ahora, hay cada vez más insectos que son resistentes incluso a la vancomicina. Veamos cómo funcionan estos dos últimos inhibidores muy importantes de la síntesis de proteínas.

Las estreptograminas se utilizan como una combinación de dos antibióticos peptídicos en forma de anillo diferentes que se unen a la subunidad 50S del ribosoma bacteriano, pero en diferentes lugares. Trabajan juntos para inhibir tanto un paso temprano como un paso tardío en la síntesis de proteínas.

Finalmente, las oxazolidinonas son drogas sintéticas que se unen a la subunidad 50S del ribosoma cerca de donde interactúa con el 30S. Los científicos esperan que la resistencia se desarrolle más lentamente contra estos medicamentos, ya que son totalmente sintéticos o no se producen en microorganismos, por lo que no debería haber ninguna bacteria que exprese naturalmente genes de resistencia a ellos.

Características antibióticas compartidas

Muy bien, esos fueron los principales tipos de antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas. Echemos un vistazo a algunas de las características que todos tienen en común. El primero que ya conocemos: todos se dirigen al ribosoma.

A continuación, la mayoría de ellos son de amplio espectro, porque el ribosoma 70S es muy similar entre los diferentes tipos de bacterias y porque muchos de estos antibióticos pueden penetrar bien en diferentes tipos de células. Sin embargo, existen algunas excepciones. La eritromicina es un fármaco de espectro reducido porque no puede penetrar en bacterias gramnegativas. Lo mismo ocurre con las oxazolidinonas; solo funcionan contra bacterias Gram-positivas.

Finalmente, la mayoría de los inhibidores de la síntesis de proteínas son bacteriostáticos, pero algunos pueden ser bactericidas a determinadas concentraciones.

Resumen de la lección

Revisemos. Acabamos de aprender que muchos antibióticos diferentes inhiben la síntesis de proteínas bacterianas al dirigirse al ribosoma bacteriano. Hemos visto que las diferencias estructurales entre los ribosomas bacterianos 70S y los ribosomas eucariotas 80S hacen posible que estos antibióticos se dirijan selectivamente a las bacterias.

Los antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas tienen algunas características en común: la mayoría tienen un amplio espectro de actividad y la mayoría son bacteriostáticos. Pero inhiben la traducción utilizando una variedad de mecanismos porque cada uno interactúa con una parte diferente del ribosoma bacteriano.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, podrá:

• Explicar cómo los antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas son selectivos.
• Identificar varios antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas y explicar sus diferentes mecanismos.
• Describe algunas características que todos estos antibióticos tienen en común.