Traducción de Proteínas: Fases y Mecanismos

La traducción es el proceso mediante el cual la información genética contenida en el ARN mensajero (ARNm) se utiliza para sintetizar proteínas. Este complejo proceso ocurre en los ribosomas y se divide en tres fases principales:

1. Iniciación

• El ARNm se une por su extremo 5′ a la subunidad menor del ribosoma, facilitado por el factor de iniciación 3 (IF3).
• Unión del primer aminoacil-ARNt, cuyo anticodón es complementario al codón de inicio del ARNm.

El primer codón del ARNm es siempre AUG. Dado que el primer anticodón es siempre el mismo y cada anticodón se asocia a un aminoacil-ARNt que transporta un aminoácido específico, todas las proteínas deberían comenzar con metionina. Sin embargo, este aminoácido inicial es frecuentemente eliminado en etapas posteriores de la maduración proteica. En esta fase, el factor de iniciación 2 (IF2) también interviene en el proceso de fijación.

• Unión de la subunidad mayor del ribosoma, formando el complejo de iniciación. Este complejo presenta el sitio P (peptidil) y el sitio A (aminoacil). El primer triplete se posiciona en el sitio P, mientras que el siguiente codón se alinea con el sitio A.

2. Elongación

En esta etapa se sintetiza la cadena polipeptídica siguiendo las instrucciones del ARNm. Consta de tres subetapas principales:

Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A

Este proceso requiere energía, suministrada por la hidrólisis de GTP, y la intervención de factores proteicos de elongación.

Formación de un enlace peptídico

Una vez que los dos aminoacil-ARNt están posicionados en los sitios P y A, se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidiltransferasa, una ribozima presente en la subunidad mayor del ribosoma. El aminoácido unido al ARNt en el sitio P se transfiere y se une al aminoácido del aminoacil-ARNt en el sitio A.

Translocación

Consiste en el movimiento del ribosoma a lo largo del ARNm. Durante este proceso, el sitio P permanece ocupado por el ARNt que lleva la cadena polipeptídica en crecimiento, mientras que el sitio A queda libre. Un nuevo aminoacil-ARNt puede entonces ocupar el sitio A. El proceso de formación del enlace peptídico se repite: los aminoácidos previamente en el sitio P rompen su enlace con su ARNt y se unen al aminoácido en el sitio A. Este ciclo se repite consecutivamente hasta que la cadena polipeptídica se completa. Los ARNt que quedan libres tras la transferencia del aminoácido se disocian del ribosoma y pueden ser reutilizados para unirse a otro aminoácido. Es importante destacar que un ARNt es una molécula de ARN de transferencia sin aminoácido, mientras que un aminoacil-ARNt es un ARNt unido a su aminoácido específico.

3. Terminación

En el ARNm existen tres codones de terminación (UAA, UAG y UGA) que no son reconocidos por ningún ARNt. La fase de terminación también implica un gasto energético, proporcionado por la hidrólisis de GTP, y la intervención de varios factores proteicos de terminación. Cuando el sitio A del ribosoma se encuentra con uno de estos codones y queda libre (sin un aminoacil-ARNt complementario), se desencadenan varios eventos cruciales:

• La cadena polipeptídica recién sintetizada comienza a plegarse y a adquirir sus estructuras tridimensionales (primaria, secundaria, terciaria y, si aplica, cuaternaria).
• Las subunidades ribosómicas se disocian.
• El ARNm puede ser reciclado para nuevas rondas de traducción o degradado, según las necesidades celulares.
• El ARNt del sitio P se libera de la cadena polipeptídica, y esta última se disocia del ribosoma.

Estructuras Celulares Fundamentales

Membrana Plasmática: Estructura y Funciones Esenciales

La membrana plasmática es un componente universal de todas las células, fundamental para delimitar su contorno y regular el intercambio de materia e información con el medio externo. Mediante microscopía electrónica, se ha determinado que la membrana tiene un espesor aproximado de 7.5 nm y presenta una imagen trilaminar característica: dos bandas oscuras separadas por una banda clara. Esta organización, conocida como unidad de membrana, corresponde a una bicapa lipídica con proteínas embebidas (o incrustadas). Los lípidos se organizan en dos capas, con las cabezas hidrófilas orientadas hacia el exterior (acuoso) y las colas hidrófobas hacia el interior de la bicapa.

Funciones de la Membrana Plasmática

• Transporte e Intercambio de Sustancias: La membrana plasmática es selectivamente permeable, lo que le permite regular el paso de sustancias hacia el interior o el exterior de la célula, ya sea a través de canales proteicos o mediante proteínas transportadoras específicas.
• Recepción de Señales: Actúa como receptora de estímulos externos o de otras células, permitiendo la interacción y comunicación celular.
• Generación de Gradientes Electroquímicos: Participa en la creación y mantenimiento de gradientes iónicos y eléctricos, procesos esenciales para la producción de energía (ATP) y la transmisión de impulsos nerviosos.
• Intervención en la Reproducción Celular: Desempeña un papel crucial en la citocinesis, el proceso de división del citoplasma.
• Adhesión Celular: Facilita la unión entre células y con la matriz extracelular, siendo fundamental para la integridad tisular y el mantenimiento del glicocálix.
• Endocitosis y Exocitosis: Permite la internalización (endocitosis) y liberación (exocitosis) de macromoléculas y partículas, mediante la formación de vesículas.

Pared Celular: Estructura y Funciones Clave

Funciones de la Pared Celular

• Dar Rigidez y Soporte: Proporciona soporte estructural y rigidez a la célula, protegiéndola de la lisis osmótica.
• Conexión Intercelular: Sirve como punto de conexión entre células adyacentes en los tejidos vegetales, contribuyendo a la cohesión y al mantenimiento de la estructura erguida de la planta.
• Intercambio de Sustancias y Señales: Permite el paso regulado de sustancias y la comunicación de señales con el entorno externo.
• Impermeabilización: Contribuye a la impermeabilización de la superficie de ciertos tejidos vegetales (por ejemplo, mediante la deposición de suberina), reduciendo la pérdida de agua.
• Barrera Protectora: Actúa como una barrera física contra patógenos y agentes externos, protegiendo a la célula de infecciones.
• Regulación de la Turgencia: Previene la lisis celular por turgencia excesiva cuando la célula se encuentra en un medio hipotónico.

Replicación del ADN: Mecanismos y Etapas Fundamentales

Proceso de Replicación del ADN

La replicación del ADN es un proceso fundamental que ocurre durante la fase S de la interfase del ciclo celular, asegurando la duplicación precisa del material genético. Consta de varias etapas clave:

1. Inicio de la Replicación

La replicación del ADN se inicia en secuencias específicas, conocidas como orígenes de replicación, donde se ensamblan las enzimas y proteínas necesarias para el proceso.

La enzima helicasa es la encargada de desenrollar la doble hélice del ADN, rompiendo los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias y separando las dos hebras. Este proceso da lugar a la formación de una burbuja de replicación.

La separación de las hebras genera superenrollamientos y tensiones en la molécula de ADN, que son aliviados por las enzimas topoisomerasas. Posteriormente, las proteínas de unión a cadena sencilla (SSB) se unen a las hebras separadas para estabilizarlas y evitar que se vuelvan a unir.

La estructura en forma de «Y» que se forma en cada extremo de la burbuja de replicación se denomina horquilla de replicación.

2. Formación de las Nuevas Hebras

La síntesis de las nuevas hebras de ADN durante la replicación es un proceso complejo y altamente coordinado, facilitado por un conjunto de enzimas.

La enzima principal es la ADN polimerasa III, que requiere una hebra molde para su funcionamiento. Se desplaza sobre la hebra molde en dirección 3′ a 5′ y sintetiza la nueva hebra en dirección 5′ a 3′, añadiendo nucleótidos complementarios. La ADN polimerasa III solo puede añadir nucleótidos en este sentido y utiliza nucleótidos trifosfato (dNTPs), liberando dos fosfatos (pirofosfato) en el proceso, lo que proporciona la energía necesaria para la síntesis del enlace fosfodiéster.

Es importante destacar que la ADN polimerasa III no puede iniciar la síntesis de una hebra desde cero; necesita un fragmento inicial preexistente llamado cebador o primer. Este cebador, compuesto por ribonucleótidos, es sintetizado por la enzima ARN primasa (también conocida como ARN polimerasa). La ARN primasa reconoce el sitio de inicio y coloca el cebador, permitiendo que la ADN polimerasa III comience a elongar la nueva hebra.

La síntesis de las dos nuevas hebras ocurre de manera diferente debido a la direccionalidad de la ADN polimerasa y la antiparalelidad de las hebras molde:

• La hebra conductora (o líder) se sintetiza de forma continua en dirección 5′ a 3′ y solo requiere un único cebador al inicio.
• La hebra retardada (o rezagada) se sintetiza de forma discontinua en dirección 5′ a 3′, en fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki, que varían entre 1000 y 2000 nucleótidos en procariotas y 100-200 en eucariotas. Cada fragmento de Okazaki requiere un cebador individual.

Una vez formados estos fragmentos, la enzima ADN polimerasa I se encarga de eliminar los cebadores de ARN y reemplazarlos por nucleótidos de ADN. Finalmente, la enzima ADN ligasa une todos los fragmentos de Okazaki, formando una hebra continua y completa.

Etiquetas: Biología Celular, replicación ADN, síntesis proteica, traducción de proteínas