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miércoles, 20 de agosto de 2014

Las tres funciones del ARN en la traducción.


La traducción* es llevada a cabo por tres tipos distintos de ARN. Aquí vemos al ARNm que es el que lleva la información (que estaba codificada en el ADN) en forma de codones, que son secuencias o tripletes de bases, cada uno de los cuales corresponde a un aminoácido determinado. Cuando esto se traduzca al lenguaje de las proteínas, cada codón va a representar a un único aminoácido.
Luego está el ARNt que es muy importante porque es el que une el aminoácido que debe ingresar en la cadena polipeptídica cuando se lleva a cabo la traducción y que tiene un sitio denominado anticodón que se complementa con algún codón del ARNm.
También está el ARNr, que junto con varias proteínas forman los ribosomas, que además de ser el sitio físico donde ocurre el proceso de traducción, es importante para catalizar la formación de los enlaces peptídicos durante la formación de la proteína.

*Normalmente el proceso de traducción se lo toma como sinónimo de síntesis de proteínas, pero hay que tener en cuenta que una vez que la cadena polipeptídica termina de traducirse, debe sufrir algunas modificaciones (modificaciones químicas, plegamientos, etc) y la síntesis de proteínas implican también estos fenómenos.


Hay 61 codones que codifican para aminoácidos y 3 codones que son de terminación. Muchos aminoácidos están codificados por más de un codón, por esto decimos que el código genético es degenerado. Todas las cadenas polipeptídicas comienzan con una metionina (Met) iniciadora y hay un único codón que codifica para esa metionina iniciadora: AUG. También hay un ARNt específico para la Met iniciadora que es diferente al ARNt de una Met que va a ubicarse en cualquier otro sitio de la cadena polipeptídica.

Marco de lectura: secuencia de codones en el ARNm que transcurre desde un codón de inicio específico hasta un codón de terminación.

La figura es un ejemplo de una misma proteína leída en dos marcos distintos. Se muestra una parte interna de la secuencia de la proteína. El sitio de inicio (codón AUG) no se muestra.
Por lo general, los ARNm se leen correctamente en un único marco de lectura, porque puede suceder que en los otros marcos posibles surgen codones stop haciendo que se obtenga una proteína no funcional, pero en algunas especies, en algunos tipos de células, la lectura a distintos marcos de lectura de ARN hace que se sinteticen proteínas diferentes, y es una manera de regular la expresión génica.

El código genético es universal, es decir, es el mismo para distintos tipos de células. Esto apoya la idea de un origen común a todas las células.

Sin embargo hay excepciones: el significado de cada codón es el mismo en la mayoría de los organismos conocidos.



En general la mayoría de estas excepciones están dadas porque un codón que en el código genético universal es un codón stop, en el código inusual codifica para un aminoácido.







 Estructura de los ARNt.





En general todas las moléculas de ARNt tienen una longitud entre 70-80 nucleótidos, la secuencia de todos los ARNt es variable entre ellos pero sin embargo todos presentan la misma estructura tridimensional.
En general todos poseen cuatro tallos formados por apareamientos complementarios entre pares de bases y tres bucles.
Una característica también diferencial de los ARNt es que presentan modificaciones químicas en sus bases, por ejemplo, en el bucle D hay presencia de dihidrouridina, en el bucle TψCG hay presencia de ribotimidina y de seudouridina, estas son modificaciones químicas que le dan distintas propiedades a esas moléculas.
El bucle anticodón, que también puede presentar modificaciones químicas y se caracteriza por la presencia de inosina (surge de la desaminación del nucleótido adenina), es el bucle que lleva la secuencia de tres bases que se aparea de manera complementaria con cada codón en el ARNm.
En el tallo que no presenta bucle, en el extremo, que se denomina tallo aceptor, es justamente donde se produce el sitio de unión del ARNm con el aminoácido correspondiente. En consecuencia, los dos sitios fundamentales de esta estructura son el tallo aceptor y el bucle anticodón. En el tallo aceptor la secuencia CCA en el extremo 3' es característica de los ARNt.


Esta figura representa una figura tridimensional de orden mayor debido a que esta estructura se pliega para dar una estructura en forma de L.

La traducción requiere un proceso decodificador de dos pasos.

Un primer paso que consiste en la unión del aminoácido específico a su ARNt específico, y un segundo paso que consiste en la unión del anticodón del ARNt con el codón ARNm correspondiente.
En el siguiente ejemplo se muestran estos dos pasos para el aminoácido Phe y obviamente para el ARNt que específicamente transporta Phe.
Este primer paso de unión del aminoácido al ARNt que reconoce Phe está catalizada por una enzima que es la aminoacil-ARNt sintetasa específica para cada aminoácido. Esta enzima posee dos sitios fundamentales: un sitio de unión para el aminoácido, en este caso para Phe, y un sitio de unión para el ARNt que une Phe a nivel del extremo 3'. Esta unión catalizada por esta enzima consiste en la formación de un enlace éster de alta energía (se dice que el aminoácido se activa mediante esta unión) y el enlace éster se produce entre el grupo carboxilo del carbono α del aminoácido con el -OH 3' del ARNt. Por ser un enlace de alta energía luego va a favorecer la formación posterior, en el proceso de traducción, de los enlaces peptídicos.
Esta es la manera en que se forma un aminoacil-ARNt.


Luego ocurre el segundo paso que es la unión específica entre el anticodón de este ARNt con su codón complementario en el ARNm, obviamente un codón que codifica para Phe.



El número de ARNt en la mayoría de las células es superior al número de aminoácidos utilizados en la síntesis proteica y diferentes al número de codones de aminoácidos del código genético. Entonces un mismo aminoácido puede ser reconocido por distintos ARNt.
Podemos suponer que existen tantos ARNt como codones que existen en el código genético que codifican para aminoácidos, pero sin embargo en número es menor a 61 y esto se debe a que existen en algunos casos un apareamiento no estándar de bases entre el codón y el anticodón en la posición de balanceo.
Hay una posición específica que es la posición de balanceo, podemos hablar de la posición de balanceo tanto en la secuencia anticodón del ARNt como en el codón del ARNm.

Si lo vemos desde el punto de vista desde el ARNt, la posición de balanceo es la posición número 1 del anticodón. Si las bases que se ven en el cuadrito están en la posición de balanceo puede ocurrir lo siguiente: con C o A en esta posición ocurre al apareamiento estándar de bases, es decir, C≡G y A=U. Pero si, por ejemplo, tenemos G en esa posición de balanceo, puede reconocer en el codón del mensajero tanto C como U.
Recordemos que en el núcleo del anticodón puede haber I (I se puede aparear con C, A y U), con lo cual hay más posibilidades.
Entonces, el apareamiento de balanceo permite a un ARNt reconocer más de un codón de ARNm.
Lo que sí sucede es que todos esos distintos codones codifican para un mismo aminoácido siempre.
Esto mismo puede ocurrir desde el punto de vista del ARNm: el apareamiento de balanceo permite que un codón sea reconocido por más de una clase de ARNt.

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