Mecanismos de transcripción y traducción del ADN

» Aprende con este artículo los complejos procesos moleculares de transcripción y traducción. ¿Qué enzimas actúan en dicho proceso? ¿Cuál es el resultado del mismo? ¿Qué papel juega el ARN?

Traducción de ARNm

Continuamos con el análisis del flujo de la información genética. Como vimos en el anterior artículo sobre la replicación del ADN, la información contenida en el ADN de la célula madre tiene que pasar a las células hijas. Esta información se encuentra en forma de secuencias de nucleótidos a lo largo de las cadenas, y conduce a la expresión de ciertas características a través de la síntesis de proteínas. Este proceso por el cual el ADN pauta la síntesis de proteínas incluye dos estadios: la transcripción y la traducción.

Transcripción del ADN: concepto y mecanismo

La transcripción es el proceso a través del cual se sintetiza una molécula de ARN complementaria al ADN, catalizado por la enzima ARN polimerasa. Este proceso es parecido a la replicación del ADN, se diferencian en que la transcripción no necesita cebador, únicamente implica segmentos cortos de ADN y una única cadena se usa como molde.

El producto obtenido de este proceso es el ARN mensajero (ARNm), que posteriormente será el precursor para la síntesis de proteínas.

Transcripción en procariotas

La transcripción se inicia con la unión de la ARN polimerasa al promotor del ADN. El promotor es una región situada antes del inicio del gen que se va a transcribir. Pero, para que esta unión ocurra es necesaria la subunidad σ, la cual en el momento en que se inicia la transcripción se libera y el resto de las subunidades de la ARN polimerasa recorren la cadena molde del gen en el sentido 3’-5’.

Al mismo tiempo que la ARN polimerasa va recorriendo el gen, va añadiendo ribonucleótidos a la molécula de ARN en formación, complementarios a la cadena molde del ADN, y forma la cadena de ARN en el sentido 5’-3’. Cuando termina el gen, hay unas secuencias de terminación que la ARN polimerasa reconoce liberándose del ADN y del ARN formado.

Transcripción en eucariotas

La transcripción en eucariotas sigue el mismo mecanismo que en procariotas, pero hay algunas diferencias:

  • Hay tres tipos diferentes de ARN polimerasa, I, II y III. La ARN polimerasa I es la encargada de transcribir los genes de la mayoría de ARN ribosómico (ARNr). La polimerasa II sintetiza ARNm, es decir, genes que codifican para proteínas, y la polimerasa III transcribe los genes del ARN de transferencia (ARNt) y de un ARNr llamado 5S.
  • Las ARN polimerasas actúan igual que en procariotas, pero la iniciación es diferente. Asimismo, también son diferentes los promotores de los genes y el complejo de iniciación que se forma.
  • En procariotas una única molécula de ARNm contiene información para diferentes proteínas, en cambio, en eucariotas cada ARNm codifica para una proteína.
  • El ARNm transcrito inicialmente en las células eucariotas tiene que procesarse hasta llegar al ARNm maduro. Es necesario que se procese porque los genes suelen poseer secuencias que no contienen información genética para la síntesis de proteínas, denominados intrones. Antes de la traducción estos intrones deben eliminarse, para ello previamente, se unen unas proteínas que hacen que el intrón adopte forma de bucle, que se rompe enzimáticamente y se suelda de nuevo. Además, en el extremo 5’ del ARNm se une una proteína denominada capucha, que lo protege de la degradación y sirve de señal para situarse en determinadas localizaciones celulares. En la mayoría de los casos, también se añade en el extremo 3’ una cola poli-A.
  • Para la acción de las ARN polimerasas es necesario el desmontaje de los nucleosomas, ya que las histonas son un obstáculo.
Transcripción en procariotas

Mecanismo de la traducción

La traducción es el proceso de síntesis de proteínas siguiendo las instrucciones contenidas en el ARNm. Durante la traducción se produce un cambio de lenguaje, de nucleótidos a aminoácidos, para que se lleve a cabo es necesario saber la relación entre la secuencia de bases del ARNm y la secuencia de aminoácidos de la proteína, a esta relación se conoce como código genético.

El código genético está formado por unidades de codificación, denominadas codón. Cada codón está compuesto por tres nucleótidos. Hay que destacar que el código genético es universal, ya que es común a todos los organismos. Asimismo, es degenerado ya que cada codón codifica un único aminoácido, pero cada aminoácido puede ser significado por más de un codón. Además, hay tres codones, UAA, UAG y UGA, que no codifican para ningún aminoácido ya que son señales de terminación.

La traducción transcurre en los ribosomas, los cuales añaden aminoácidos transportados por el ARNt al final de la cadena polipeptídica en formación. Cada ARNt que llega al ribosoma lleva un aminoácido específico y presenta un triplete de nucleótidos denominados anticodón que es complementario al codón correspondiente del ARNm.

A continuación, vamos a analizar cada una de las tres fases que integran el proceso de traducción. Pero, antes de que empiece el proceso es necesario que los aminoácidos se unan al ARNt correspondiente, encargado de transferir los aminoácidos del citoplasma a un ribosoma. Para ello en primer lugar se produce la activación del aminoácido y posteriormente, la transferencia del aminoácido activado. Este proceso está catalizado por las enzimas aminoacil-ARNt sintetasas.

Modulación de la traducción

Fase de iniciación

El ARNm se fija a la subunidad menor del ribosoma, esta subunidad recorre el ARNm hasta el primer codón AUG donde el ARNt portador de metionina se une, ya que su anticodón es complementario al codón de iniciación AUG. A continuación, se une la subunidad mayor, la cual posee tres localizaciones, A, E y P. El sitio A es donde entra el aminoacil-ARNt (aa-ARNt) cargado con el aminoácido (excepto el primer aa-ARNt que se encuentra en el sitio P). El sitio P es donde se encuentra la peptidil-ARNt. Y el sitio E es el lugar de salida del ARNt sin aminoácido, el cual ya ha sido transferido a la cadena polipeptídica.

Fase de elongación

Hasta este momento, únicamente ha entrado en el ribosoma el ARNt que transporta metionina y se encuentra en el sitio P. El sitio A está vacío yes donde se une el siguiente aa-ARNt. En ese momento se transfiere la metionina al aminoácido que ocupa el sitio A mediante una reacción catalizada por la peptidil-transferasa.

La cadena polipeptídica alargada en un aminoácido queda unida al ARNt sobre el sitio A. Con la ayuda de los factores de elongación, el ribosoma se desplaza sobre el ARNm. Como consecuencia, la peptidil-ARNt se sitúa sobre el sitio P y queda libre el sitio A disponible para la entrada del próximo aa-ARNt. El primer aa-ARNt está en el sitio E, sin aminoácido, listo para su expulsión. Este proceso se repite cada vez que se incorpora un nuevo aminoácido a la cadena.

Durante este proceso, el ribosoma avanza sobre el ARNm en el sentido 5’-3’, y la cadena polipeptídica creciente permanece unida a un ARNt.

Fase de terminación

Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación no se une ningún aa-ARNt, en su lugar se unen los factores de terminación, que producen el desprendimiento de la cadena polipeptídica completa. El ARNm se separa de la subunidad menor, y esta de la mayor, quedando disponibles para iniciar un nuevo ciclo de traducción.

Normalmente un ARNm es traducido simultáneamente por diversos ribosomas, por eso se observan los denominados polirribosomas.

Bibliografía:

  • García, M.; García, M.A. & Furió, J. (2010). Biologia. 2n de Batxillerat. Paterna: Editorial Ecir.
  • Peretó, J.; Sendra, R.; Pamblanco, M. & Bañó, C. (2005). Fonaments de bioquímica. 5ª Edició. València: Universitat de València