Liceo de Coronado Biología, X nivel, 2016

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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

En lo que respecta a la producción de proteínas, se van a analizar los temas de transcripción del ADN, el código genético y la síntesis de proteínas en los ribosomas de las células eucariotas. Antes de iniciar propiamente con los temas de la proteosíntesis, es importante recordar estos conceptos:

1. DEFINICIONES

MOLECULA DE ADN : Como estructura primaria es una cadena lineal de nucleótidos o polímeros de nucleótidos. Como estructura secundaria es helicoidal. El modelo aceptado en la década de 1950 consiste en las dos cadenas de ADN que en el estado relajado se mantienen en forma helicoidal conservando un diámetro estable. Las investigaciones han demostrado que porciones de la molécula pueden tener tres hebras de ADN, que han llamado ADN tipo H. La molécula de ADN constituye la base informática para que moléculas como el ARN y riboproteínas realicen las funciones celulares. Para realizar sus funciones el ADN debe dejar su estado relajado de doble hélice y separarse y/o realizar giros que modifican su forma original.

GEN: Se refiere a la unidad mínima de ADN capaz de codificar o sintetiza r una o más proteínas , o sea, genera una proteína de forma estructural o metabólica. Pero se requieren de tres ARN diferentes, en forma básica, para la síntesis de la proteína: son el ARNm, ARNt y ARNr. Por lo tanto puede decirse que un gen es un segmento de ADN que transcriben los ARN implicados en la síntesis de la proteína.

ALELO : Son las diferentes secuencias de un gen o de un fragmento de ADN que codifica una proteína funcional.

CROMOSOMA:

Figura 1. Cromosoma.

Significa "cuerpo teñido". El concepto se inició al descubrirse la mitosis (hilos). Son los hilos teñidos que se observan durante la división celular, y solo pueden verse durante esta etapa del ciclo de división celular. Las células que forman estos cuerpos que se tiñen durante la división celular son las eucariotas. Las procariotas no forman estos cuerpos, por lo tanto, se puede afirmar que las bacterias no forman cromosomas, lo que equivale a indicar que es incorrecto decir "cromosoma bacteriano"; el concepto correcto debe ser "genoma bacteriano".

La investigación ha demostrado que el cromosoma eucariota es una molécula de ADN enrollada alrededor de unas proteínas llamadas histonas y proteínas de otro tipo (que los libros llaman no histonas). Este proceso es indispensable para la repartición equitativa de las moléculas de ADN (material genético) durante la división celular.

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Figura 2. Cromosomas homólogos.

GENOTIPO: Es la constitución genética funcional de una célula o de un organismo, o sea, son todos los genes o alelos que codifican la forma.

GENOMA: Son todas las moléculas de ADN de una célula o de un organismo.

LOCUS: Es el sitio que ocupa el gen o alelo en el cromosom a.

LOCI: Se conoce que existen dos moléculas de ADN relacionadas con las mismas funciones. Cada una es aportada por cada progenitor. Esto no quiere decir que las funciones estén siempre determinadas por genes en sitios homólogos de moléculas de ADN homólogas. Una función puede estar determinada por más de un loci. EL LOCI SON LOS DOS SITIOS HOMOLOGOS SOBRE LOS CROMOSO MAS HOMOLOGOS, ES DECIR, SON LOS DOS LOCUS . Se debe aclarar que el concepto de homólogo significa SEMEJANTE. No son iguales.

CARIOTIPO: Es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula metafásica ordenados de acuerdo a su morfología (metacéntricos, submetacéntricos, telocéntricos, subtelocéntricos y acrocéntricos) y tamaño, que están caracterizados y representan a todos los individuos de una especie. El cariotipo es característico de cada especie, al igual que el número de cromosomas; el ser humano tiene 46 cromosomas (23 pares porque somos diploides o 2n) en el núcleo de cada célula, organizados en 22 pares autosómicos y 1 par sexual (hombre XY y mujer XX)

Figura 3. Cariotipo humano

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2. REPLICACIÓN DEL ADN.

La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación , requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y de las proteínas de unión a cadena simple (SSBs) para mantener separadas las cadenas abiertas.

Figura 4. Replicación del ADN.

Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación ". Por acción de la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas, múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas".

Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' a 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada .

Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como ARN primasa ; luego, cuando la polimerasa toca el extremo 5', un cebador se activa removiendo los fragmentos de ARN primasa, colocando nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento.

3. EL CÓDIGO GENÉTICO.

El código genético viene a ser como un diccionario que establece una equivalencia entre las bases nitrogenadas del ARN y el lenguaje de las proteínas, establecido por los aminoácidos. Es el conjunto de reglas que define la traducción de una secuencia de nucleótidos en el ARNm a una secuencia de aminoácidos, y por lo tanto en una proteína en todos los seres vivos. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. El código genético es, entonces, la clave para la traducción de la información o mensaje genético contenido en los genes y que se ha de traspasar a las proteínas, y está contenida dentro de la cadena de ADN formado por la combinación de esas cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Características del código genético:

• Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias.

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• No es ambiguo, pues cada triplete tiene su propio significado. • Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura. • Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones

sinónimos. • Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas. • Es unidireccional.

4. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

Ocurre en dos procesos generales: � Síntesis o Transcripción del ARN mensajero (ARNm ). � Traducción.

Figura 4. Procesos de síntesis de proteínas.

4.1. Transcripción del ARNm � La transcripción ocurre en el núcleo de la célula. � La síntesis de ARN se produce partiendo de la copia de un tramo de ADN. Es así como la información

contenida en el ADN es transferida al ARN. � La transcripción se inicia cuando la enzima ARN polimerasa se une a la parte de ADN (gen) que lleva

el código para elaborar una determinada proteína. De inmediato se separan las dos hileras de ADN y quedan expuestas sus bases nitrogenadas.

� El desplazamiento de la ARN polimerasa recorre la hilera expuesta de ADN insertando en dichas bases nitrogenadas los nucleótidos libres de ARN que hay en el núcleo.

Un ejemplo de dicho apareamiento sería:

ADN…... T A C C A A G A T T T G C C T A A A ARNm… A U G G U U C U A A A C G G A U U U

� Las palabras del código genético se denominan codones, cada uno de los cuales está formado por tres bases nitrogenadas que conforman un triplete.

� El ARNm establece el codón.

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� Cada codón indica que aminoácido es necesario para fabricar una proteína; por ejemplo, el codón CUA se lee leucina, el codón CCG prolina y el codón UUC fenilalanina.

� El código genético está formado por 64 combinaciones de codones (tripletes) y sus correspondientes aminoácidos, donde cada uno de ellos tiene sus propias palabras.

4.2. Traducción � La síntesis de las proteínas se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, a diferencia de la

transcripción del ARN que se produce en el núcleo. � El ARNm contiene un código que se utiliza como molde para la síntesis de proteínas, es decir, se

traduce el lenguaje de la serie de bases nitrogenadas del ARNm al lenguaje de la serie de aminoácidos de la proteína; este proceso denominado traducción se realiza en los ribosomas adosados en la membrana del retículo endoplasmático granular o rugoso.

La síntesis o traducción de las proteínas se divide en tres fases, llamadas:

� Iniciación. � Elongación. � Terminación.

4.2.1. Iniciación: � La síntesis de proteínas comienza en el momento en que el ARN mensajero se mueve por el ribosoma

hasta el codón AUG, que codifica la metionina. � Cada ribosoma está conformado por una unidad mayor y por una unidad menor. � Las subunidades ribosomales se unen. � Un tipo de ARN, llamado ARN de transferencia (ARNt), lleva los aminoácidos desde el citoplasma

hasta los ribosomas

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4.2.2. Elongación � Llega un segundo ARNt llevando su respectivo aminoácido y se acopla al siguiente codón del ARNm,

para el ejemplo, al codón CCU. � Hasta aquí se ha formado un dipéptido, donde ambos aminoácidos permanecen unidos por un enlace

peptídico.

� El primer ARNt que llegó al ribosoma, se retira del complemento ribosómico en busca de otros aminoácidos.

� El tercer ARNt llega con otro aminoácido y se une al codón del ARNm. � El aminoácido se adhiere al dipéptido antes formado mediante otro enlace peptídico.

4.2.3. Terminación o La etapa final de la síntesis de proteínas continúa hasta que aparecen los llamados codones stop (alto)

o de terminación, representados por UAA, UAG y UGA. o No existen anticodones complementarios para los codones stop. o En cambio, quienes sí reconocen a estos codones son unas proteínas llamadas factores de

terminación, que detienen la síntesis de proteínas.

RESUMEN

� La traducción es el proceso donde las secuencias del ARN mensajero se convierten en una secuencia de aminoácidos.

� La molécula del ARN mensajero puede tener hasta 10 000 bases nitrogenadas.

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� Los ribosomas utilizan el código genético para establecer la secuencia de aminoácidos que ha sido codificada por el ARN mensajero.

� Los aminoácidos que van a formar las proteínas están dispersos en el citoplasma celular, son acercados al ARN mensajero por el ARN de transferencia (ARNt).

� Uno de los lados del ARNt transporta un triplete de bases llamado anticodón. � En el otro lado se une un aminoácido, proceso que demanda gasto de energía por transformación de

adenosín trifosfato (ATP) en adenosín monofosfato (AMP). � El complemento entre codones y aminoácidos constituye el código genético. � El ARN de transferencia lleva el aminoácido adecuado al ribosoma. � En uno de los extremos del ARNt hay tres bases nitrogenadas que se ubican en el anticodón, que es el

complemento del codón del ARNm. � La unión aminoácido-ARN de transferencia se realiza con gasto de energía, donde el ATP se

transforma en AMP. � Cuando aparece codón de terminación (codón stop) del ARNm se acoplan los factores de terminación

y cesa la síntesis de proteínas.

BIBLIOGRAFÍA Audesirk, T., G. Audesirk y B. Byers. 2008. Biología; la vida en la Tierra. Pearson Educación de México.

Octava edición. México D.F., México. 924 pp. Baum, S. 1985. Introducción a la Química Orgánica y Biológica. Editorial Continental. México, DF, México.538

pp. Hernández, K. 2013. Biología 10°. Un enfoque prácti co. Didáctica Multimedia. San José, Costa Rica. 265 pp. Villee, C. 1992. Biología.7ma Edición. Editorial Mc Graw-Hill. Interamericana de México. México D.F. 875pp Zúñiga, N. 2011. Mundo Biología 10 y 11. Editorial Eduvisión. San José, Costa Rica. 368 pp.