Traducción del Mensaje Genético

Watson y Crick descifraron la estructura del ADN. El descubrimiento de la estructura en doble hélice del ADN en 1953 fue un hito fundamental para la biología molecular. Este modelo mostró cómo los nucleótidos, que son las unidades estructurales del ADN, se organizan en dos cadenas complementarias que se enrollan entre sí. Cada cadena está compuesta por cuatro nucleótidos diferentes (adenina, timina, citosina y guanina), que se combinan de manera específica, proporcionando un código que transmite información genética a las células hijas y garantiza que la información hereditaria se copie y se transmita con precisión en cada división celular.
En la mitad de la década de 1950 se descubrió que la secuencia de nucleótidos en el ADN determina la secuencia de polipéptidos. A medida que los científicos desarrollaron la comprensión del código genético, se hizo evidente que la secuencia precisa de nucleótidos en el ADN es fundamental. Esta secuencia no solo especifica qué aminoácidos se deben incluir en una cadena de polipéptidos, sino también cómo se pliegan posteriormente para formar proteínas funcionales. Se estableció que el ADN se transcribe en ARNm, lo que a su vez se traduce en proteínas que realizan numerosas funciones biológicas esenciales.
Las proteínas se sintetizan fuera del núcleo. La síntesis de proteínas es un proceso vital para todas las células. Después de que el ADN se transcribe en ARNm, este se transporta desde el núcleo hacia el citoplasma, donde se lleva a cabo la traducción. Las proteínas actúan como enzimas, hormonas y en la construcción de estructuras celulares, entre otras funciones; su síntesis es crucial para el crecimiento, el mantenimiento y la reparación de las células.
El ARNr se encuentra en el ribosoma, el sitio donde se construye la proteína. Los ribosomas son complejos macromoleculares que constituyen la maquinaria de síntesis proteica de la célula. Están compuestos de ARNr (ácido ribonucleico ribosómico) y proteínas ribosomales, y desempeñan un papel fundamental en la lectura del ARNm y en la unión de los aminoácidos en el orden correcto para formar proteínas. La interacción entre el ARNr y las moléculas de ARNm y ARNt es esencial para este proceso.
El ARNt transporta el aminoácido correcto al sitio correspondiente en la proteína. El ARNt (ácido ribonucleico de transferencia) es esencial en la traducción, ya que se encarga de llevar los aminoácidos específicos a los ribosomas. Cada molécula de ARNt tiene un anticodón complementario que se une al codón correspondiente en el ARNm, asegurando que la secuencia de aminoácidos en la proteína sea precisa. La unión entre el ARNt y el aminoácido se lleva a cabo mediante una enzima denominada aminoacil-ARNt sintetasa, que es responsable de la conexión adecuada entre cada aminoácido y su respectivo ARNt.
La traducción implica el cambio del lenguaje de los ácidos nucleicos (secuencias de bases) al lenguaje de las proteínas (secuencias de aminoácidos). Este proceso es fundamental para la expresión genética, ya que se realiza en varias etapas: iniciación, elongación y terminación. Durante la iniciación, se forma un complejo de pre-inicialización en el ribosoma donde se unen el ARNm y los ARNt iniciadores. En la elongación, se agrega una cadena creciente de aminoácidos, y finalmente, en la terminación, se reconoce un codón de paro, dando como resultado la liberación de la cadena polipeptídica recién sintetizada.
En el citoplasma, el ARNm se mueve hacia los ribosomas. Este movimiento es crítico para el proceso de traducción, ya que el ribosoma solo puede sintetizar proteínas si tiene acceso al ARNm. Este ARNm está cargado con la información codificada que especifica la secuencia de aminoácidos que se unirán para formar una proteína específica. A medida que el ARNm se desplaza a lo largo del ribosoma, el ribosoma se mueve a lo largo de la secuencia, leyendo uno de cada tres nucleótidos para formar bases pares compatibles con la cadena de aminoácidos.
El ARNt lleva los aminoácidos correctos al ARNm. Una vez que el ribosoma ha captado el ARNm, comienza a formar enlaces peptídicos entre los aminoácidos que trae cada ARNt, construyendo la proteína de acuerdo a la secuencia codificada en el ARNm. Este proceso es extremadamente eficiente, y un solo ribosoma puede fabricar muchas moléculas de proteína en un corto período de tiempo, subrayando la complejidad y eficacia del sistema de síntesis proteica en las células.

Características de la Traducción

La traducción ocurre en los ribosomas. Este es el principal lugar donde se lleva a cabo la síntesis proteica, y los ribosomas pueden ser libres en el citoplasma o estar adheridos al retículo endoplasmático. La ubicación en la que ocurre la traducción influye en la función de las proteínas resultantes, que pueden ser secretadas fuera de la célula o utilizadas en la membrana celular.
El ARNr, el ARNt y el ARNm están involucrados en la traducción, cada uno con funciones específicas. El ARNr proporciona la estructura del ribosoma y cataliza la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos, el ARNm actúa como el portador de la información genética, mientras que el ARNt entrega los aminoácidos específicos necesarios para la síntesis proteica. Esta colaboración meticulosa permite la creación eficiente y precisa de proteínas.
La traducción consume aproximadamente el 90% de la energía química de una célula. Este alto gasto energético refleja la complejidad y la demanda del proceso de traducción, que requiere energía en forma de moléculas de ATP (adenosín trifosfato) y GTP (guanosín trifosfato). Esto muestra la importancia de la síntesis proteica para la vida celular, y las células deben regular cuidadosamente su actividad para optimizar el uso de energía en este proceso vital.
La traducción consta de varias fases: activación de aminoácidos, iniciación, elongación y terminación. La activación de aminoácidos es el primer paso, donde los aminoácidos se adjuntan a sus ARNt correspondientes. Posteriormente, durante la fase de iniciación, se establece la complejidad del ribosoma (combinación de ARNr y ARNt con el ARNm). Luego, en la elongación, se da la adición sistemática de aminoácidos a la cadena en crecimiento, y finalmente, la terminación ocurre cuando el ribosoma alcanza un codón de paro, liberando la proteína recién sintetizada.

Ribosomas

Los ribosomas son orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades: una pequeña y una grande. Estas subunidades no tienen membrana y son fundamentales para la síntesis de proteínas. En conjunto, forman un ribosoma funcional que puede llevar a cabo la traducción del ARNm en proteínas. La proporción de ARNr en relación con las proteínas es bastante alta, lo que subraya la importancia de este ácido nucleico en el proceso de traducción.
La subunidad pequeña se une al ARNm, mientras que la subunidad grande se une a los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Esto permite que el ribosoma funcione como una máquina de síntesis. La subunidad pequeña escanea el ARNm y determina el codón preciso a medida que se desplaza, mientras que la subunidad grande proporciona el sitio donde se enlazan los aminoácidos aportados por el ARNt. Cuando ambos se unen, se activa la producción de cadenas polipeptídicas, que serán finalmente plegadas en proteínas funcionales.
Ambas subunidades se unen cuando se va a sintetizar una proteína. La unión de estas subunidades se facilita gracias a la formación de diversos complejos proteicos, que se ensamblan a partir de las proteínas ribosomales. Este ensamblaje es crucial porque la acción combinada de las subunidades permite que la traducción ocurra de manera rápida y eficiente, además de facilitar la correcta coordinación de las etapas de síntesis.

Código Genético

Crick demostró que los aminoácidos de una proteína están codificados por secuencias de tres bases consecutivas (codones) en el ARNm. Cada codón es específico para un aminoácido particular, y hay un total de 64 codones posibles, de los cuales 61 codifican para aminoácidos y 3 son codones de parada. Este código triplete permite la variabilidad y complejidad necesaria para formar una amplia diversidad de proteínas, esenciales para las funciones celulares.
Los codones que codifican para una proteína se encuentran después de un triplete de inicio AUG. Este codón, que codifica para el aminoácido metionina, actúa como el inicio de la cadena polipeptídica y es crucial para el comienzo de la síntesis. La presencia del triplete de inicio AUG es clave para la formación del sitio de inicio de la traducción, y todos los ribosomas inician la síntesis de proteínas utilizando este codón como referencia.
El código genético es el conjunto de reglas que define cómo se traduce una secuencia de nucleótidos en el ARN a una secuencia de aminoácidos en una proteína. Este código es fundamental para la biología molecular y es clave para la comprensión de cómo se regula la expresión genética y cómo las variaciones en el ADN pueden afectar la síntesis proteica. La interpretación del código genético permite a los científicos comprender la relación entre los genes, la función de las proteínas y la herencia.

Traducción de una Cadena de ARNm

ADN molde 3'-5' (tripletes) En este caso, la cadena de ADN sirve como la plantilla para la transcripción de ARNm. La dirección 3'-5' indica que la ARN polimerasa lee la cadena en esta orientación en una reacción dependiente de energía, facilitando la transferencia del código al ARNm que será utilizado en la síntesis proteica.
ADN complementario 5'-3' (tripletes) Esta cadena complementaria se sintetiza como resultado de la replicación del ADN y sirve como el molde para la formación de ARNm de manera que se mantenga la complementariedad de las bases nitrogenadas.
ARN mensajero 5'-3' (codón) El ARNm se elabora siguiendo las reglas de complementariedad en la secuencia de bases, donde la adenina (A) se empareja con la uracilo (U) en lugar de la timina (T). Esta orientación 5'-3' es fundamental para que el ribosoma lea el ARNm durante la traducción.
ARN transferencia 3'-5' (anticodón) Los ARNt tienen un anticodón que es complementario a un codón del ARNm y se aseguran de que se incorpore el aminoácido correcto en la cadena en crecimiento. Esta especificidad entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt es esencial para la exactitud de la síntesis proteica.
Aminoácidos (proteínas) 5'-3'. Una vez que se completa la cadena polipeptídica, esta se pliega en una estructura tridimensional específica para formar una proteína funcional. Las proteínas resultantes son el resultado directo de la información genética que se expresa a través de este proceso de traducción, completando el ciclo de la expresión génica desde el ADN hasta la función proteica.

Características del Código Genético

El código genético es universal: todos los seres vivos lo utilizan. Esta universalidad permite que recombine y transfiera información genética entre diferentes especies, lo que es fundamental para la biotecnología y la manipulación genética. Los estudios sobre el código genético en organismos diversos refuerzan la idea de un ancestro común entre todas las formas de vida en la Tierra.
El código genético es degenerado: el número de tripletes es superior a la cantidad de aminoácidos existentes. Esto significa que ciertos aminoácidos son codificados por múltiples codones, lo que ofrece una redundancia genética que puede ayudar a prevenir efectos adversos de mutaciones, ya que algunos cambios en la secuencia de ARN no alterarán el aminoácido resultante. Esta degeneración del código genético contribuye a la estabilidad de las características fenotípicas de los organismos a través de generaciones.