Traducción genética: síntesis de proteínas, ribosomas y ARNm

Traducción genética: descubre cómo los ribosomas leen el ARNm para sintetizar proteínas, papel del ARNt, plegamiento y transporte celular en eucariotas y bacterias.

La traducción es la segunda parte de la biosíntesis proteica (la fabricación de proteínas). Forma parte del proceso de expresión de los genes.

Antes de que llegue la traducción:

1. transcripción, que produce una cadena de intrones y exones.
2. El empalme del ARN por parte de los espliceosomas que eliminan los intrones, y
3. formulación del ARN mensajero a partir de los exones.

En los eucariotas, la traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma y en el retículo endoplásmico. En las bacterias, la traducción tiene lugar en el citoplasma de la célula: no tienen núcleo.

Los ribosomas están formados por una parte pequeña y otra grande que rodean al ARNm (ARN mensajero). En la traducción, el ARNm tiene la secuencia de bases para fabricar un polipéptido específico. Esta secuencia está especificada originalmente por el ADN, y copiada por el ARNm. El polipéptido puede ser una proteína completa. O bien, puede ser sólo una parte, a la espera de combinarse con otros polipéptidos para formar una proteína completa. El polipéptido también tiene que plegarse antes de funcionar como proteína.

Los aminoácidos son transportados por ARNt específicos con anticodones para conectar con los codones correspondientes del ARNm. Cada ARNt tiene su propio anticodón y transporta un aminoácido. Un anticodón siempre va acompañado del mismo aminoácido.

Cuando el ARNt se empareja con el ARNm, el aminoácido que está conectado al ARNt se desliga del ARNt y se conecta al aminoácido traído por el ARNt anterior.

Así pues, un ribosoma funciona de forma muy parecida a un teletipo de bolsa y a una cinta de teletipo. Muchos ribosomas, junto con el ARNm, se adhieren a la membrana externa del retículo endoplásmico rugoso. Las proteínas que esos ribosomas fabrican van al interior del retículo endoplásmico, donde probablemente pasarán a una vesícula más adelante. Las vesículas llevarán entonces las proteínas a otros orgánulos o incluso al exterior de la célula.

Componentes clave

• ARN mensajero (ARNm): porta la secuencia de codones (tripletes de bases) que especifican la secuencia de aminoácidos del polipéptido.
• ARN de transferencia (ARNt): moléculas con un anticodón que reconocen codones concretos y llevan el aminoácido correspondiente.
• Ribosomas: complejos formados por ARN ribosómico (rARN) y proteínas ribosómicas; tienen dos subunidades (pequeña y grande) y tres sitios funcionales denominados A (aminoacilo), P (peptidil) y E (salida).
• Aminoacil-ARNt sintetasa: enzimas que cargan (“aminoacilan”) cada ARNt con su aminoácido correspondiente; requieren energía (ATP) y son clave para la fidelidad de la traducción.
• Factores de iniciación, elongación y terminación: proteínas que guían las diferentes fases del proceso y emplean GTP como fuente de energía en varios pasos.

Fases de la traducción

• Iniciación: el ribosoma se ensambla en el sitio correcto del ARNm con un ARNt iniciador. En eucariotas el reconocimiento del extremo 5' con cap y la secuencia de Kozak ayuda a localizar el codón de inicio (generalmente AUG, que codifica Met). En bacterias, la secuencia de Shine–Dalgarno en el ARNm orienta la subunidad ribosomal al codón de inicio. El ARNt iniciador entra en el sitio P.
• Elongación: ciclo repetido en el que:
  • un ARNt cargado entra en el sitio A emparejando su anticodón con el codón del ARNm;
  • se forma un enlace peptídico entre el aminoácido unido en P y el nuevo aminoácido en A (catalizado por la actividad peptidil transferasa del rARN de la subunidad grande);
  • el ribosoma avanza tres nucleótidos (translocación), moviendo el ARNt que llevaba la cadena peptídica al sitio P y liberando el ARNt vacío por el sitio E.
  Este proceso consume GTP para la entrada y la translocación y requiere precisión para mantener el marco de lectura.
• Terminación: ocurre cuando aparece un codón de parada en el sitio A (UAA, UAG o UGA). No existe ARNt para estos codones; factores de liberación reconocen el codón de parada, promueven la hidrólisis del enlace que une el péptido al ARNt y facilitan la disociación del complejo ribosomal y el ARNm.

Características del código genético y del proceso

• Código casi universal: la mayoría de los organismos usan el mismo código, con excepciones en algunos orgánulos y microorganismos.
• Degeneración del código: varios codones pueden codificar el mismo aminoácido (redundancia), pero cada codón especifica un solo aminoácido (no ambigüedad).
• Marco de lectura: la selección correcta del codón de inicio define un marco de lectura; cambios por inserciones o deleciones que no sean múltiplos de tres provocan desplazamientos del marco (frameshifts) y, con frecuencia, proteínas no funcionales o truncadas.

Diferencias entre procariotas y eucariotas

• Acoplamiento transcripción–traducción: en bacterias la traducción puede comenzar mientras el ARNm aún se está sintetizando (proceso acoplado). En eucariotas la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción en el citoplasma o en el retículo endoplásmico, tras el procesamiento del pre-ARNm.
• Inicio: bacterias utilizan la secuencia Shine–Dalgarno; eucariotas reconocen el cap 5' y usan un mecanismo de “scanning” (búsqueda) que localiza el codón de inicio dentro de un contexto favorable (secuencia de Kozak).
• Ribosomas: difieren en tamaño y composición entre procariotas y eucariotas (por ejemplo, 70S frente a 80S), aunque la función básica es similar.

Plegamiento, modificaciones y destino de las proteínas

• Plegamiento: el polipéptido recién sintetizado debe plegarse en una estructura tridimensional funcional; chaperonas moleculares ayudan a evitar agregados y guiar el plegamiento correcto.
• Modificaciones postraduccionales: muchas proteínas sufren cortes proteolíticos, glicosilación, fosforilación, ubiquitinación, entre otras modificaciones que regulan su actividad, localización y estabilidad.
• Translocación al retículo endoplásmico: proteínas destinadas a la secretación o a compartimentos membranosos habitualmente poseen una señal de targeting en su extremo N que es reconocida por la partícula de reconocimiento de señal (SRP). La síntesis puede continuar con inserción co‑translacional en el lumen del retículo, desde donde se empaquetan en vesículas para su transporte a otros orgánulos o al exterior celular.

Control de calidad y energética

• Fidelidad: la correcta correspondencia entre codón y aminoácido depende de la especificidad de las aminoacil‑ARNt sintetasas y del emparejamiento codón‑anticodón en el ribosoma.
• Consumo de energía: la carga de ARNt usa ATP; pasos de elongación y translocación usan GTP. La traducción es, por tanto, un proceso que consume energía.
• Control y degradación: ARN mensajeros defectuosos o traducciones abortadas pueden ser detectados y degradados (por ejemplo mediante NMD, non‑sense mediated decay en eucariotas) y proteínas mal plegadas son eliminadas por sistemas como el proteasoma.

En conjunto, la traducción es un proceso altamente coordinado y regulado que convierte la información genética codificada en el ADN y transmitida por el ARN mensajero en proteínas funcionales necesarias para la vida celular.

Cuatro etapas

La traducción se produce en cuatro etapas: activación (preparación), iniciación (comienzo), elongación (alargamiento) y terminación (parada). Estos términos describen el crecimiento de la cadena de aminoácidos (polipéptido).

1. Los aminoácidos se llevan a los ribosomas y se ensamblan en proteínas. En la etapa de activación, el aminoácido correcto se une covalentemente al ARN de transferencia (ARNt) correcto. Cuando el ARNt se une a un aminoácido, se "carga".
2. La iniciación se produce cuando la parte pequeña del ribosoma se conecta al extremo 5' del ARNm con la ayuda de los factores de iniciación (FI).
3. La elongación se produce cuando los aminoácidos aportados por los ARNt "cargados" se conectan entre sí para formar un polipéptido.

Algunos antibióticos actúan impidiendo la traducción. Los ribosomas procariotas son diferentes de los eucariotas. Por ello, los antibióticos pueden matar a las bacterias sin dañar al huésped eucariota. Por ejemplo, los antibióticos tomados por un ser humano podrían matar a la bacteria que lo está enfermando, pero no dañarían al ser humano.

Visión general de la traducción del ARN mensajero eucariótico

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la traducción?

P: ¿Dónde tiene lugar la traducción en los eucariotas?

P: ¿Cómo funcionan los ARNt durante la traducción?

P: ¿Cómo funciona un ribosoma durante la traducción?

P: ¿Qué hay antes de la transcripción?

P: ¿Qué ocurre después de la fabricación de los polipéptidos durante la traducción?

P: ¿Dónde tiene lugar la traducción en las bacterias?

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