sistesis proteinas mcgrawl

21.1 PRINCIPIOS GENERALES DE LA TRADUCCIÓN

La síntesis de las proteínas, o traducción, es una etapa impor-tante dentro del proceso global de la expresión génica, ya quepermite, en último término, que la información genéticaalmacenada en las moléculas de los ácidos nucleicos se plas-me en forma de proteínas, que son los componentes estruc-turales y funcionales básicos para la organización y el fun-cionamiento de la célula (proteoma).

La estructura tridimensional de una proteína depende, engran medida, de la secuencia u orden lineal de los aminoáci-dos dentro de la cadena polipeptídica. Este orden se estable-ce de manera rigurosa en el momento de su síntesis, por loque el mecanismo que consigue el ordenamiento de los ami-noácidos es de vital importancia para la célula.

La información que determina la secuencia proteica estáespecificada en el ADN, en forma de secuencia de las cuatrobases nitrogenadas (A, T, C, G) características de este tipo deácido nucleico. La unidad de codificación o codón vienedeterminada por una secuencia de tres bases que se corres-ponden con un determinado aminoácido. La estructura pri-maria de un polipéptido, es decir, su secuencia de aminoáci-dos, está escrita en un segmento concreto de ADNdenominado gen, en el que las bases nitrogenadas de una delas dos cadenas del ADN forman una sucesión de bases quese leen en forma de tripletes y en el sentido 5’^3’ (pauta ofase abierta de lectura, u ORF).

La relación existente entre los diferentes tripletes y losaminoácidos proteicos se conoce como código genético. Estainformación, cifrada en el ADN, no se transmite de maneradirecta a las proteínas, sino que se comunica a través demoléculas intermediarias de ARN, que ejercen un papelimportantísimo, no sólo en el transporte de la informacióngenética, sino también en el descifrado de la misma y en laconstitución de la maquinaria celular que va a llevar a cabo elproceso de síntesis proteica, en la que desempeñan un papelfundamental los ribosomas. Existen tres tipos principales deARN que participan activamente en el proceso de síntesis de las proteínas y que, de acuerdo con su función, se clasifi-can en ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia

(ARNt) y ARN ribosomal o ribosómico (ARNr). Aunqueestas moléculas son muy similares desde un punto de vistaquímico (polinucleótidos monocatenarios), presentan estruc-turas tridimensionales y funciones diferentes.

La molécula de ARN, resultado de la transcripción de ungen codificador de una cadena polipeptídica determinada yque lleva la información correspondiente al gen, se denomi-na ARN mensajero, ARNm. Existen tantas moléculas deARNm distintas como genes, y en unas proporciones quereflejan, fundamentalmente, la frecuencia de transcripciónde los distintos genes. Estas moléculas de ARNm son de untamaño mucho menor que el de las moléculas de ADN, yportan una sucesión de codones a lo largo de su secuencia,equivalente a la del gen a partir del cual se han copiado. Lalectura o descifrado de este mensaje, utilizando la moléculade ARNm como molde o plantilla, por la maquinaria biosin-tética de proteínas, va a dar lugar a la unión de aminoácidospor medio de enlaces peptídicos, en una ordenación determi-nada.

El ARNm, a diferencia del ADN u otros tipos de ARN,presenta en general una gran inestabilidad metabólica, por loque su vida en el interior de la célula es limitada. Esta ines-tabilidad del mensajero implica que para la síntesis continuade una determinada proteína debe existir una síntesis perma-nente de su ARNm, lo que requiere una transcripción activadel gen correspondiente. Los ARNm bacterianos suelen teneruna vida media muy corta (del orden de minutos), mientrasque los mensajeros de los eucariotas suelen tener una super-vivencia mayor. Ésta no es la única diferencia entre losARNm de procariotas y eucariotas: así, los ARNm de losprocariotas sufren procesos de síntesis mucho más sencillosque los de los eucariotas.

El transcrito primario resultante de la transcripción de ungen bacteriano codificador de proteínas se puede utilizardirectamente como ARNm, sin ninguna modificación ulte-rior, mientras que los ARNm de los eucariotas se sintetizanbajo la forma de moléculas de mayor tamaño, que necesitansufrir una serie de procesos postranscripcionales hasta poderser utilizados como ARNm. Estas diferencias están determi-nadas fundamentalmente por la dispar organización de lascélulas procarióticas y eucarióticas, así como por la mayor

BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS:TRADUCCIÓN 21

complejidad de la información de los genes eucarióticos. Enlas células procarióticas, al encontrarse el ADN y los riboso-mas en el mismo compartimento, el ARNm naciente puedeser utilizado como molde para la síntesis de las proteínas,produciéndose un acoplamiento entre los procesos de trans-cripción y traducción.

En las células eucarióticas, la existencia del núcleo celu-lar hace que el ARN primario producto de la transcripción deun gen no pueda utilizarse como molde hasta que no se pro-cese y exporte al citoplasma, lugar de la síntesis de las

proteínas (Fig. 21-1). El ARNm utilizado por los ribosomasdel citosol eucariótico ha tenido que atravesar la membrananuclear y ha sufrido una serie de modificaciones químicas(véase el Cap. 20), tanto de adición y modificación de bases,como de recorte o eliminación de secuencias no codificado-ras, que se encontraban separando secuencias codificadoras.Por ello, el precursor nuclear del ARNm maduro posee untamaño considerablemente mayor y constituye el denomina-do ARN heterogéneo nuclear (ARNhn). Esta maduracióncompleja del ARNm eucariótico es reflejo de la sorprenden-te organización intragénica de la mayor parte de los genes delos eucariotas (véase el Cap. 18).

21.2 CÓDIGO GENÉTICO

La secuencia de ARNm está escrita en un alfabeto com-puesto por cuatro letras (las bases nucleotídicas A, U, C, G)y se lee de forma unidireccional por el ribosoma en «pala-bras» de tres letras (codones o tripletes) formadas por tresbases consecutivas. Existen 64 combinaciones diferentes delas cuatro bases para formar tripletes (43), por lo que esposible establecer una relación entre los 20 aminoácidosdiferentes que participan en la síntesis de las proteínas y los64 codones. Esta relación se conoce como código genético.Así pues, se puede considerar que el código genético escomo una especie de diccionario que sirve para traducir lainformación escrita en el lenguaje de las cuatro bases nucle-otídicas de los ácidos nucleicos al lenguaje de los 20 ami-noácidos que participan en las proteínas. Un código forma-do por palabras de una base (41 = 4 palabras diferentes) o dedos bases (42 = 16 palabras o dobletes diferentes) no seríasuficiente para establecer una correlación con los 20 amino-ácidos proteicos. En la Tabla 21-1 se muestran los 64 codo-nes y su relación con los aminoácidos. Como se puede apre-ciar, 61 de los 64 codones codifican aminoácidos, mientrasque tres de ellos (UAA, UAG y UGA) no codifican ningúnaminoácido; estos últimos se denominan codones sin senti-do y se utilizan como señales de terminación del mensaje(codones de terminación).

Una característica del código (conocida como degenera-ción) hace referencia al hecho de que la mayor parte de losaminoácidos está codificada por más de un codón, conocién-dose como codones sinónimos el conjunto de codones dife-rentes que codifican un mismo aminoácido. La mayor partede los codones sinónimos comparte las dos primeras basesdel triplete, por lo que las mutaciones de una base en el ADNen las posiciones que corresponden a la tercera base puedenno afectar a la secuencia de la proteína codificada. Esta pro-piedad permite atenuar el efecto deletéreo de las mutacionespuntuales.

362 | La información genét ica

Figura 21-1. Comparación de los procesos de expresión géni-ca entre los procariotas y eucariotas.

ADN

ARNm5’

Subunidadesribosomales

Proteína

ARNpolimerasa

Traducción

Proteína

Poli(A)5’cap

3’

Poli(A)5’cap

3’

Célula eucariótica

Célula procariótica

Poli(A)5’cap

3’

ARNhn

ADN

Núcleo

CitoplasmaARNm

El mensaje cifrado en la secuencia del ARNm se lee apartir del denominado triplete de iniciación (AUG), en elsentido 5’^3’, y de manera no solapada, de tres en tresbases, y finaliza cuando aparece en la pauta de lectura algu-no de los tres tripletes de terminación (Fig. 21-2). La secuen-cia comprendida entre el triplete de iniciación y el de termi-

nación se suele denominar como cistrón o pauta abierta delectura (ORF). Los ARNm bacterianos pueden ser policis-trónicos, poseyendo varias ORF diferentes. Los ARNmeucarióticos son monocistrónicos, estando formados por un ORF principal, aunque en algunos casos puede existir unORF corto, entre el principal y el extremo 5’ (uORF). Entre

Biosíntesis de las proteínas: traducción | 363

Tabla 21-1. Código genético

2.a letra

U C A G

U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U

UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C

UUA Leu UCA Ser UAA stop UGA stop A

UUG Leu UCG Ser UAG stop UGG Trp G

C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U

CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C

CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A

1.a letra CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G 3.a letra

A AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U

AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C

AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A

AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G

G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U

GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C

GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A

GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly G

Figura 21-2. Organización de tripletes en la secuencia del ARNm.

n1

ARNm

5’ 3’

p OH

2 3 4 5

Triplete deiniciación

Triplete determinación

Secuencia codificante (ORF)Secuencia 3’no traducida

(3’UTR o trailer)

Secuencia 5’no traducida

(5’UTR o líder)

A U G

la primera base del extremo 5’ y el triplete de iniciación exis-te una secuencia más o menos larga denominada secuencialíder, que no se traduce, por lo que es también conocidacomo secuencia 5’ no traducida (5’UTR), pero que es impor-tante para que el ARNm interaccione con la maquinaria desíntesis de las proteínas. De igual manera, entre el triplete de terminación y la última base del extremo 3’ existe otrasecuencia no traducida (3’UTR), y en el caso de los mensa-jeros eucarióticos esta secuencia 3’ terminal se prolonga conla denominada cola de poli (A)n (donde n puede ser superiora 200), que tiene gran importancia en cuanto a la estabilidadmetabólica del ARNm.

El código genético es universal, es decir, funciona porigual en todos los sistemas biológicos, de modo que es elmismo para los virus, las bacterias y las células eucarióticas.Sin embargo, se ha constatado la existencia de algunasexcepciones, referentes al uso de unos pocos codones, enmitocondrias, cloroplastos y en ciertos protozoos (Recuadro21-1).

21.3 PROCESO DE BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS EN LOS PROCARIOTAS

El proceso de biosíntesis de las proteínas requiere la presen-cia de los 20 aminoácidos proteicos y un aporte de energía,ya que la formación de los enlaces peptídicos entre los dife-rentes aminoácidos es un proceso endergónico. Los aminoá-cidos que van a reaccionar para formar la secuencia polipep-tídica no lo hacen directamente, sino bajo la forma deespecies activadas de mayor reactividad, formadas con laparticipación de la hidrólisis de moléculas de ATP. Además,el proceso de formación de los enlaces peptídicos requiere laparticipación de los ribosomas, que van a catalizar la forma-ción de las uniones entre aminoácidos, con el concurso deotras proteínas extrarribosomales, y del ARNm, que va adeterminar el orden en que los diferentes aminoácidos acti-vados van a ir reaccionando de manera secuencial para for-mar una determinada cadena polipeptídica. La maquinariabiosintética es pues compleja, necesitando el concurso de


Recuadro 21-1.RECODIFICACIÓN TRADUCCIONAL

La secuencia de la cadena polipeptídicaque se sintetiza en los ribosomas,mediante la lectura de un ARNm, refle-ja la ordenación de los diferentes codo-nes dentro de la secuencia codificantedel mismo. Sin embargo, en determina-dos casos, se han apreciado ligeras dife-rencias entre las mismas, como conse-cuencia de lo que podría denominarserecodificación traduccional.

Una de las causas de este fenómenoestá relacionada con ciertas excepcionesreferentes a la universalidad del códigogenético. Así, por ejemplo, en el pató-geno humano Candida albicans, elcodón CUG codifica serina, mientrasque en la gran mayoría de los organis-mos codifica leucina. El código genéti-co utilizado por las mitocondrias tam-bién muestra una serie de desviaciones,en relación con el código estándar: loscodones para arginina AGA y AGG enla mitocondria de determinadas espe-cies significan codones de terminación;el codón de terminación UGA se tradu-

ce como codificante de triptofano y elAUA, que en el código nuclear corres-ponde a isoleucina, es interpretado en lamitocondria de mamíferos como metio-nina. Se desconocen las causas que hangenerado estas diferencias, así como lasignificación biológica que puedantener.

Otro ejemplo lo constituye la pre-sencia del aminoácido selenocisteína endeterminadas enzimas. Este aminoáci-do, en el que el azufre de la cisteína seha sustituido por selenio, no se generapor modificación postraduccional de unresiduo aminoacídico presente en lacadena polipeptídica, sino que se incor-pora en la síntesis de ésta a través de unaminoacil-ARNt específico capaz deaparearse con el codón de terminaciónAUG de ciertos ARNm. El ARNt deselenocisteína (ARNtsc) es reconocidopor la seril-ARNt sintetasa dando lugara la formación de seril-ARNtsc, com-puesto que por modificación enzimáticase transforma en selenocisteinil-ARNtsc.Este aminoacil-ARNt es capaz de entraren el sitio A del ribosoma y aparearsecon el triplete AUG solamente en pre-sencia de un factor extrarribosomal

específico que requiere GTP, cuando enla zona 3’ contigua al triplete de termi-nación existe una secuencia específica,incorporándose el residuo selenocistei-nilo a la cadena polipeptídica creciente.

En determinadas moléculas deARNm y como consecuencia de laexistencia de estructuras secundariasconcretas en el entorno de un tripletede terminación, éste puede ser ignoradodebido a un corrimiento en la pauta delectura en el entorno de dicho triplete,lo que da lugar a un desplazamiento deun nucleótido de dicha pauta (frames-hifting) y a la extensión de la cadenapolipeptídica más allá del punto teóricode terminación. Este fenómeno ha sidoobservado en retrovirus y en determina-dos ARNm de mamíferos, como el dela antizima, proteína inhibidora de laornitina descarboxilasa, enzima limi-tante de la síntesis de las poliaminas.Niveles elevados de estos policationesejercen un control negativo de la enzi-ma, pero no a través de un mecanismode retroinhibición, sino estimulando latraducción de la antizima, por medio deun proceso de frameshifting de la lectu-ra de su ARNm.

aminoácidos, ribosomas, ARNm, ARNt, ATP, GTP, ionesmagnesio, factores proteicos no ribosomales y enzimas noribosomales.

21.3.1 Formación de los aminoacil-ARNt

Los 20 aminoácidos proteicos participan en la síntesis de lasproteínas bajo la forma de aminoacil-ARNt, es decir, enforma de complejos binarios en los que la molécula de ami-noácido se encuentra unida de forma covalente a un tipo deARN de pequeño tamaño denominado ARN de transferencia(ARNt). Las moléculas de ARNt están formadas por una solahebra de ARN de alrededor de 80 nucleótidos de longitud yde secuencia característica. Esta secuencia permite predecirapareamientos intracatenarios mediante enlaces por puentesde hidrógeno, que originan una estructura secundaria forma-da por una sucesión de brazos (zonas bicatenarias) y asas obucles (zonas monocatenarias), que se denominan de maneraconcreta en función de ciertas características comunes a todoslos tipos de ARNt (Fig. 21-3a). En algunos casos, se conocela estructura terciaria de estas moléculas, que se asemeja en laforma a una L, y en cuya formación y estabilización partici-pan diferentes enlaces por puentes de hidrógeno entre distin-tas partes de la cadena polinucleotídica (Fig. 21-3b).

Las moléculas de ARNt desempeñan funciones demoléculas adaptadoras, ya que, por una parte, debido a sucarácter polinucleotídico y con bases sin aparear, puedenllevar a cabo interacciones específicas mediante enlaces porpuentes de hidrógeno con las bases del ARNm, y por otra,reaccionan de forma covalente, mediante reacciones cataliza-das por enzimas específicas, con aminoácidos, estableciendola conexión entre las unidades del código de los ácidosnucleicos y de las proteínas. Cada molécula de ARNt uneenzimáticamente a su extremo 3’ terminal (que en todos losARNt es -CCA) un determinado aminoácido. Esta moléculade ARNt posee en su asa intermedia, o asa anticodón, unasecuencia de tres bases complementarias (de acuerdo con elapareamiento de Watson y Crick) del codón codificador delaminoácido.

La interacción codón-anticodón se produce por aparea-miento antiparalelo, mediante la formación de enlaces porpuentes de hidrógeno entre las cadenas de ARNm y deARNt, con la ayuda de factores de traducción (Fig. 21-4a).No existen, sin embargo, 61 moléculas de ARNt distintas,que aportarían los 61 anticodones para el apareamientoestricto con los 61 codones diferentes, ya que un determina-do anticodón puede interaccionar con más de un codón dife-rente (que se diferencian en la tercera base) mediante la for-mación de enlaces heterodoxos entre la primera base delanticodón y la tercera del codón (balanceo) (Fig. 21-4b). Apesar de ello, la mayor parte de los aminoácidos suele unirse

a dos o tres ARNt diferentes, pero específicos de ese amino-ácido, denominados ARNt isoaceptores.

Existen 20 enzimas diferentes que se encargan de unir demanera específica cada aminoácido con su(s) ARNt corres-pondiente(s) y que se denominan aminoacil-ARNt sinteta-sas. Una aminoacil-ARNt sintetasa determinada reconoce un solo aminoácido proteico (AAx) y su ARNt, o sus ARNt isoaceptores (ARNtx), emparejándolos por medio de la for-mación de un enlace covalente entre el grupo carboxilo delaminoácido y el hidroxilo 3’ del residuo adenílico terminaldel ARNt, lo que da lugar a la formación del aminoacil-ARNt [(AA-ARNt)x]. La reacción consta de dos etapas yconsume el equivalente a dos enlaces ricos en energía, apor-tados por el ATP (Fig. 21-5). Las aminoacil-ARNt sintetasasposeen capacidad autocorrectora o de lectura de pruebas,rompiendo el enlace formado si la relación aminoácido-ARNt no es la correcta.


Figura 21-3. Estructura del ARNt. a) Estructura en hoja de tré-bol del ARNt. b) Estructura terciaria del ARNt.

a)

b)

Brazoaceptor

BrazoT±C

Brazo D

Brazo extra(variable)Unión a

aminoácido

5’

3’

Anticodón

T C±

ACC

12

21.3.2 Síntesis de las proteínas en los ribosomas

Los ribosomas desempeñan un papel fundamental en el pro-ceso de unión de los aminoácidos para formar la cadena poli-peptídica. Estas partículas están formadas por la interaccióncompleja de diferentes cadenas de ARNr y proteínas riboso-males, cuya composición más detallada se especifica en laTabla 21-2. Los ribosomas están formados por dos subuni-


Figura 21-4. Apareamiento codón-anticodón. a) Interacciónentre el ARNm y el ARNt (nótese el alineamiento antiparalelo delas cadenas). b) Balanceo entre codón-anticodón: posibilidadesde apareamiento.

A

a)

b)

Aminoacil

Anticodón

Codones

1 2 33’5’

ARNm

1´2´3´

Aminoacil-ARNt

5’

3’

1´

3 3’

ARNm

5’

ARNt1´

3

C

C CG

G

G

A

A A

U

U U U

I

Figura 21-5. Reacciones de formación de los aminoacil-ARNt.

H2N CH COOH + ATP

Rx Aminoacil-ARNt sintetasa

.H2N CH CO AMP

Rx

E+ 2 Pi

1)

2)

E + AMP

ARNt

OH5’ 3’

H2N CH CO

Rx

O

Aminoacil-ARNt

E

.H2N CH CO AMP

Rx

E

+

Tabla 21-2. Composición de los ribosomas procarióticos

Subunidad 50 S Subunidad 30 S

ARNr Proteínas ribosomales L ARNr Proteínas ribosomales S

ARNr 23 S 31 proteínas diferentes ARNr 16 S 21 proteínas diferentes(2904 nucleótidos) (L1, L2, …, L31) (1541 nucleótidos) (S1, S2, …, S21)

ARNr 5 S(120 nucleótidos)

+

E

P A

Unión aARNm

70 S

30 S

E

P A

50 S

dades funcionales de tamaño diferente (L, o mayor, y S, omenor), que se asocian y disocian a lo largo del proceso bio-sintético. Aparte de los ribosomas, también participa en elproceso una serie de factores proteicos de traducción, queinteraccionan con moléculas de aminoacil-ARNt, con losribosomas y con el ARNm para llevar a cabo con precisión elproceso de traducción.

El proceso biosintético se puede dividir en tres etapas:iniciación, elongación y terminación. En la Figura 21-6 serepresenta un esquema del proceso de síntesis de las proteí-nas en los procariotas. En la etapa de iniciación y medianteuna serie de pasos sucesivos, en los que se necesita el con-curso de tres factores de iniciación diferentes (FI) y GTP, elribosoma se ensambla alrededor de la zona 5’ del ARNm,que contiene el triplete de iniciación AUG, con la unión delprimer aminoacil-ARNt al sitio P (peptidilo) del ribosoma yformación del primer apareamiento codón-anticodón. En losARNm de los procariotas existe en la región 5’UTR, y pre-cediendo unos nucleótidos al triplete de iniciación, la secuen-cia AGGAGGU, denominada secuencia de Shine-Dalgarno,que sirve como sitio inicial de anclaje del ARNm al riboso-ma, a través de su interacción con parte del extremo 3’ de lamolécula de ARNr 16S. En los ARN policistrónicos existeuna secuencia de Shine-Dalgarno por cada cistrón.

El triplete de iniciación AUG codifica metionina, por loque es este aminoácido, unido a un ARNt específico deno-minado ARNt iniciador (ARNtMetf o ARNtMeti) el primeroque se incorpora al complejo de iniciación por medio del fac-tor de iniciación 2 (FI-2). La entrada del segundo aminoacil-ARNt al sitio A (aminoacilo) del ribosoma viene dictada porel codón adyacente hacia el extremo 3’ del codón de inicia-ción, requiriendo la actuación del factor de elongación T y deGTP. Cuando las dos moléculas de aminoacil-ARNt seencuentran localizadas sobre el ribosoma, se produce la for-mación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos, reac-ción catalizada por la actividad peptidiltransferasa existenteen la propia subunidad mayor del ribosoma, mediante el ata-que del grupo amino del segundo aminoacil-ARNt al enlaceéster, rico en energía, del primer aminoacil-ARNt, con la for-mación de un dipeptidil-ARNt unido al sitio A del ribosoma,y un ARNti descargado unido al sitio P.

La actividad peptidiltransferasa reside en la molécula deARNr 23S, que se comporta como una ribozima. Con el con-curso del factor de elongación G y del GTP se produce latranslocación o avance del ribosoma sobre el ARNm, que-dando el ARNt descargado sobre el sitio E (de salida), elpeptidil-ARNt sobre el sitio P y el sitio A vacío, lo que posi-bilita la entrada de una nueva molécula de aminoacil-ARNty la formación secuencial de un nuevo enlace con el consi-guiente crecimiento de la cadena polipeptídica naciente enuna unidad (Fig. 21-6a).

El ciclo de elongación se repite de forma continua, desli-zándose gradualmente el ribosoma sobre el ARNm en el senti-do 5’^3’, hasta llegar a encontrar un triplete de terminación.Ello permite la interacción del complejo con alguno de los fac-tores proteicos de terminación (RF), que unen al sitio A graciasa su parecido estructural con los ARNt, y la molécula de aguaasociada hidroliza el peptidil-ARNt, facilitando la liberaciónde la cadena polipeptídica sintetizada y la disociación del com-plejo biosintético tras la actuación del FI-3 (Fig. 21-6b).

Durante este proceso se hidrolizan al menos dos molécu-las de GTP por cada enlace sintetizado. Este gasto energéticounido a los dos enlaces ricos en energía que se consumen enla activación de cada molécula de aminoacil-ARNt suponenun costo energético de al menos 4 enlaces ricos en energía poraminoácido de la cadena sintetizada, energía que es unas 5veces superior a la energía de hidrólisis de un enlace peptídi-co. La cadena polipeptídica crece en el sentido que va desdeel extremo amino al extremo carboxilo terminal, a una velo-cidad aproximada de 20 aminoácidos por segundo. Además,una molécula de ARNm puede ser leída simultáneamente porvarios ribosomas (polirribosomas o polisomas), lo que favo-rece la eficacia del proceso de traducción (Fig. 21-7).

21.4 BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS EN LOS EUCARIOTAS

En las células eucarióticas existen diversos sistemas de tra-ducción que operan en compartimentos celulares diferentes:citosol, mitocondria y cloroplastos. El sistema de traducciónmás importante es el que opera en el citosol, que está forma-do por los ribosomas citosólicos y por una maquinaria detraducción similares a las descritas en las bacterias, aunquecon diferencias en lo que se refiere a determinadas caracte-rísticas de los ribosomas, factores proteicos de traducción yARNm (Fig. 21-8 y Tabla 21-3). Los sistemas de traducciónmitocondrial y cloroplástico son más parecidos al bacterianoque al propio citosólico. En las células de mamíferos, apartede los ribosomas libres existentes en el citosol y de los demenor tamaño presentes en las mitocondrias, se puedenobservar ribosomas ligados al retículo endoplásmico, for-mando el retículo endoplásmico rugoso.

Estos ribosomas no son diferentes a los citosólicos y seencuentran interaccionando con la membrana del retículo, nopor causa de alguna diferencia intrínseca, sino en función de laproteína que están sintetizando, ya que determinadas proteí-nas, al sintetizarse, poseen una secuencia específica en laregión amino terminal (secuencia señal) que hace que la pro-teína naciente interaccione de manera indirecta con la mem-brana del retículo endoplásmico, por medio de una partícula dereconocimiento de la señal (PRS) (véase el Cap. 26).



Figura 21-6. a) Etapas de iniciación y elongación de la síntesis de las proteínas en los procariotas. b) Terminación de la traducciónen los procariotas.

ELONGACIÓN

30 S

ARNm

AUG 2 3 4

+

f-Met

5’ 3’

n stop

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

FI-1, FI-2, FI-3GTP

GDP+Pi + FI-1, FI-2, FI-3

GTP

GDP+PFE-T

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

50 S

Peptidil transferasa

ARNm 5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

GTP

GDP+PFE-G

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

aa3

5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

ARNm

f-Met

f-Met

f-Met aa2

aa2

f-Met

aa2

f-Met

aa2

f-Met

aa3

Nuevociclo

Másciclos

INIC

IAC

IÓN

P A

ELO

NG

AC

IÓN

a)


Figura 21-6. (Continuación).

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

aan

Factores de terminación

5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

50 S

f-Met---aa2---aa3

Proteína

f-Met---aa2---aa3

aan -COOH

ARNm5’ 3’

3 4 n stopAUG 2

aan

f-Met---aa2---aa3

RF

H2O

RF

H2O

30 S

ARNm

ARNt

RF

b)

Figura 21-7. Polirribosomas. Elnúmero de ribosomas por moléculade ARNm depende de la longituddel mismo. La cadena polipeptídicanaciente tiene un tamaño mayorcuanto más próximo esté el riboso-ma al extremo 3’ del ARNm.

ARNm

5’

3’

Una de las diferencias más claras entre la traducción en losprocariotas y en el citosol de los eucariotas se encuentra en elproceso de iniciación, que es más complejo en los eucariotas,ya que participa un mayor número de factores de iniciación ycon un mecanismo de unión del ribosoma con el ARNm lige-ramente diferente. Aquí, la interacción de la subunidad menordel ribosoma 40S y el metionil-ARNti no se produce directa-mente con el primer triplete de iniciación próximo al extremo5’ del ARNm, sino que se unen primero a la caperuza pormedio de un factor de iniciación específico (eFI-4E o CBP), y

el complejo ternario formado con la ayuda de otros factores deiniciación realiza un desplazamiento o barrido variable sobre elextremo 5’ hasta encontrar el triplete AUG, que suele estar for-mando parte de la secuencia GCCA/GCCAUGG o secuenciade Kozak, para formar el complejo de iniciación 80S tras unir ala subunidad mayor 60S (Fig. 21-9).

Mientras que en los procariotas, el ribosoma puede unirseal extremo 5’ del ARNm aunque no esté íntegro el extremo 3’(como ocurre durante el acoplamiento transcripción-traduc-ción), en los eucariotas, la unión del ribosoma al extremo 5’requiere la existencia de un extremo 3’ funcional, ya que debeproducirse una interacción entre ambos extremos del ARNm através de factores proteicos extrarribosomales para un inicio yuna traducción eficiente (Fig. 21-10). Una vez formado elcomplejo de iniciación, la elongación requiere de factoreseucarióticos de elongación (eFE-1| y eFE-1}~, equivalentesal FE-T procariótico, y eFE-2, equivalente al FE-G) que actú-an de manera similar a los procariotas, mientras que en la ter-minación, a diferencia de los procariotas, participa un únicofactor de terminación (eRF) que reconoce a los tres tripletes determinación. La cadena polipeptídica recién liberada del ribo-soma no suele ser funcional y requiere de procesos de plega-miento y procesamiento postraduccional que se estudian conmás detalle en el Capítulo 26.

En algunos ARNm eucariotas el proceso de iniciación esdiferente al descrito anteriormente, ya que no se produce lainteracción del ribosoma con la caperuza y el barrido de la zona 5’UTR hasta encontrar el triplete de iniciación. Enestos casos existen secuencias internas de entrada del ribo-soma (IRES) alejadas del extremo 5’, a las que se asocia elribosoma con el concurso de determinados factores de ini-ciación, para iniciar la traducción en ese punto.


Figura 21-8. Componentes de los ribosomas eucarióticos. Lacadena de ARNr 5.8 S está apareada con el ARNr mayor paradar la molécula de ARNr 28 S.

L S

L

S

Ribosomascitosólicos

Subunidad40 S

DisociaciónSubunidad

60 S

80 S

ARNr 5 S

ARNr 28 S

ARNr 18 S

30-33 proteínas S

45-50proteínas L

Ribosomas mitocondriales

(60-70 S)

Tabla 21-3. Sistemas de síntesis de las proteínas en los procariotas y eucariotas

Procariotas Eurocariotas

Ribosomas 70 S (50 S+30 S) 80 S (60 S+40 S)

ARNm Policistrónicos MonocistrónicosCaperuza y cola de poli(A)

ARNt iniciador ARNti-formilMet ARNti-Met

Factores de iniciación FI-1, FI-2, FI-3 eFI-2, eFI-2B, eFI-3, eFI-4A, eFI-4B,eFI-4C, eFI-4E, eFI-4G, eFI-5, eFI-6

Factores de elongación FE-T (Ts y Tu), FE-G eFE-1|, eFI-1}~, eFI-2

Factores de terminación RF-1, RF-2, RF-3 eRF

Inhibidores Puromicina, eritromicina, estreptomicina, Puromicina, cicloheximida, pactamicina,cloranfenicol, gentamicina, kanamicina, abrina, ricina, toxina diftérica,

neomicina, etcétera etcétera


Figura 21-9. Iniciación de la traducción en los ribosomas citosólicos 80 S.

80 S 36

4C

40 S

6

60 S

Cap AUG

ARNm

(A)n5´ 3´

3 4C

eIF-4EeIF-4A (Helicasa)

eIF-4B

Detalles2. eIF-23. eIF-34C. eIF-4C6. eIF-6

GTP

Met

nATP

nADP + nPi

2

2

GTPAUG (A)n

3´

Complejo de iniciación 40 S

Met

3 4C

(A)n3´

Cap5´

2

GTP

Met

3 4CAUG

Barrido del 5´UTR

(A)n3´

Cap5´

Met

AUG

Complejo de iniciación 80 S

GDP + PieIF-2, eIF-3, eIF-4C, eIF-5, eIF-6

eIF-5

Figura 21-10. Esquema de la posible interacción entre la caperuza y la cola depoli(A) de los ARNm traducidos (PABP: proteína de unión a la cola de poli(A)).

AAAAAAAA

ARNm

eIF-4E

eIF-4G

PABP

5´

3´

21.5 INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS

Habida cuenta de la complejidad y variabilidad estructural de los diferentes componentes que participan en el proceso desíntesis proteica, no es de extrañar que existan muchos com-puestos diferentes que inhiban el proceso de traducción.Muchos de ellos inhiben etapas concretas del proceso, talescomo la formación de algún aminoacil-ARNt, la iniciación ola elongación, no conociéndose, sin embargo, inhibidores de laterminación. Algunos inhibidores, como la estreptomicina,aumentan la tasa de errores del proceso de descodificación,dando lugar a proteínas anormales no funcionales, mientrasque otros, como la puromicina, abortan el proceso de síntesise inducen la formación de cadenas polipeptídicas incompletas.

Las diferencias entre los sistemas de síntesis de las proteí-nas en las bacterias y los organismos eucarióticos quedan cla-ramente marcadas en lo que respecta a su sensibilidad frente alos inhibidores del proceso de síntesis de las proteínas: así,mientras que algunos de ellos inhiben la traducción, tanto enlos procariotas, como en los eucariotas (caso de la puromici-na), otros muestran una gran especificidad para cada uno deestos sistemas. Sustancias como el cloranfenicol, la eritromi-cina, la estreptomicina, etcétera, son inhibidores del procesoen los procariotas, pero no producen efectos inhibitorios en losribosomas citosólicos 80 S de los eucariotas, mientras queinhibidores en los eucariotas, como la cicloheximida, no tienenefecto sobre los ribosomas bacterianos.

Los inhibidores de la síntesis de las proteínas en las bac-terias pueden, en teoría, ser utilizados como fármacos anti-bacterianos. Sin embargo, no hay que olvidar que en las célu-las animales, aparte del sistema de biosíntesis de lasproteínas existentes en el citosol, hay otro sistema operanteen el interior de la mitocondria, que se asemeja más en suspropiedades al bacteriano que al del propio citosol eucarióti-co, por lo que determinados inhibidores, como el cloranfeni-col, pueden tener efectos indeseables sobre la función mito-condrial. Por otra parte, se conoce que la inhibición de lasíntesis de proteínas puede ser la causa de la acción de dife-rentes agentes patógenos sobre las células humanas, como esel caso de la toxina diftérica, que produce la inactivación deleEF-2 por medio de una modificación covalente del mismo(ADP-ribosilación) y la paralización de la síntesis proteica.

21.6 REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS PROTEICA

La síntesis de las proteínas se regula, tanto en las células pro-cariotas, como en las eucariotas, a través de diferentes meca-nismos entre los que se puede destacar la regulación de losniveles de ARNm (control pretraduccional) y el control de la

eficacia de lectura de un determinado ARNm (control tra-duccional). Aparte de estos procesos generales, la traducciónen células eucarióticas de determinados tipos de ARNm pre-senta mecanismos específicos de control, como la comparti-mentación citoplasmática de determinados tipos de ARNm oel silenciamiento de la expresión de determinados genes, pordegradación de sus ARNm específicos mediante interaccióncon moléculas pequeñas de ARN (ARNsi o ARN pequeño deinterferencia) (véase el Cap. 22).

21.6.1 Regulación de los niveles de ARNm

La concentración de un determinado tipo de ARNm se rela-ciona con diferentes procesos: su velocidad de síntesis o pro-cesamiento postranscripcional, su transporte al citosol en elcaso de los ARNm eucarióticos y su estabilidad metabólica ovida media.

El ARNm eucariótica que madura en el núcleo es trans-portado a través de los poros nucleares hasta el citosol, dondese inicia su traducción por los ribosomas. En este proceso detransporte participan proteínas de transporte nucleares, comolas exportinas, así como determinadas proteínas citosólicas,como la proteína de unión a la caperuza (o eIF-4G). Los nive-les de ARNm alcanzados en el citosol dependen, pues delbalance entre los procesos de suministro y de degradación.

La estabilidad de un determinado ARNm depende, tantode su propia estructura como de la presencia de proteínas yfactores que regulan su velocidad de degradación. LosARNm bacterianos suelen ser muy inestables, con vidasmedias de alrededor de 3 minutos, siendo degradados porexonucleasas que actúan en la dirección 3’^5’. Los ARNmeucarióticos suelen ser más estables, alcanzando vidasmedias de varias horas, aunque los que codifican para ciertasproteínas reguladoras tienen vidas medias inferiores a 30minutos. Uno de los factores que regula la estabilidad delARNm es la longitud de su cola de poli(A). En el citosol, lacola de poli(A) es degradada lentamente por la exonucleasaDAN, que va recortando la cola de poli(A) en la dirección3’^5’. Cuando la longitud de la cola de poli(A) desciendepor debajo de 30 nucleótidos se acelera la degradación, tantodel extremo 3’, como del 5’ mediante la eliminación de lacaperuza por medio de la enzima Dcp y posterior degrada-ción del extremo 5’ (Fig. 21-11a).

El proceso degradativo puede verse afectado por la uniónal segmento 3’UTR de proteínas específicas que disminuyeno aumentan la velocidad de degradación de la cola de poli(A).Igualmente, la presencia de factores proteicos de traduc-ción asociados al ARNm disminuye su degradación, por loque la degradación de un ARNm se correlaciona inversa-mente con su tasa de traducción. Para algunos ARNm exis-te una variante del proceso de degradación mediado por la


existencia de secuencias nucleotídicas específicas en laregión 3’UTR que son reconocidas por endonucleasas, quecortan la molécula de ARNm desproveyéndola de la cola depoli(A), lo que acelera su degradación por exonucleasas (Fig.21-11b).

Un ejemplo interesante del control de la síntesis de unaproteína a través del control de la estabilidad de su ARNm esel del receptor de la transferrina, proteína de membrana nece-saria para la captación del hierro por la célula. Este mensaje-ro posee en su región 3’UTR secuencias específicas que, por


Figura 21-11. Estabilidad de las moléculas de ARNm eucarióticos. a) Degradación de la cola de poli(A). b) Ataque a la región 3’UTR. c) Influencia de la unión de proteínas a elementos estructurales de la zona 3’UTR, en la degradación de ARNm específicos.

Ausencia de hierro Presencia de hierro

ARNm receptor de transferrina

IREBP

3ÚTR

IRE

3´

3´

3´5´

5´

5´

IRE

ARNm estable Degradación ARNm

5ÚTR ORF 3ÚTR poli(A)n

n 200 ARNm

Lento Exonucleasa 3´ 5´

5ÚTR ORF 3ÚTR poli(A)n

Endonucleasa (Secuencia diana )

poli(A)n

Exonucleasa

Degradación

Fe

n 30

Exonucleasa 3´ 5Éxonucleasa 5´ 3´

a)

b)

Rápido

Caperuza

c)

DetallesIRE. Elemento de respuesta al hierroIREBP. Proteína de unión a IRE

apareamiento complementario parcial, forman horquillasespecíficas denominadas IRE (elementos de respuesta a hie-rro). En ausencia de hierro, estas estructuras son reconocidaspor una proteína específica, IREBP (proteína de unión aIRE) que se une a ellas y disminuye la degradación delARNm. En presencia de hierro, éste se une a la proteína, evi-tando que ésta se una al ARNm y, por tanto, favoreciendo ladegradación del ARNm y disminuyendo la síntesis del recep-tor de transferrina (Fig. 21-11c).

21.6.2 Control traduccional

El control traduccional viene mediado fundamentalmentepor la eficacia del proceso de iniciación. Éste, a su vez,depende de la disponibilidad de los factores de iniciación y laactividad de los mismos como de la estructura del ARNm, enespecial de la zona 5’UTR.

En las bacterias existe un control traduccional negativomediado por proteínas que, al unirse a la secuencia deShine-Dalgarno, disminuyen la unión del ribosoma alARNm. Algunos ARNm bacterianos tienen represoresespecíficos, como en el caso de los ARNm de las proteínasribosomales, en las que la unión de algunas de éstas alARNm policistrónico disminuye la traducción del mismo(véase el Cap. 22).

En los ARNm eucarióticos, la estructura de la región5’UTR puede afectar la eficacia del proceso de iniciación, asícomo la unión de proteínas que pueden actuar como repre-sores traduccionales. Así, en el caso del ARNm de la ferriti-

na (proteína almacenadora de hierro), en ausencia de hierro,la proteína IREBP se une a un elemento IRE existente en laregión 5’UTR, impidiendo la traducción del mensajero. Enpresencia de hierro la afinidad de la proteína por el IRE dis-minuye en gran medida, quedando el IRE libre y desapare-ciendo el bloqueo de la traducción del mensajero y el aumen-to de la síntesis de ferritina (Fig. 21-12).

La cantidad y actividad de los diferentes factores de ini-ciación y elongación también afecta la síntesis de las proteí-nas, aunque no afecta por igual a todos los tipos de ARNm.Se conocen diferentes ejemplos en los que la disponibilidadde factores proteicos afecta al proceso de síntesis proteica.Así, el interferón estimula la fosforilación del eFI-2, lo quehace disminuir, en su conjunto, la síntesis proteica (véase elCap. 28). Durante la mitosis se produce un descenso en lasíntesis de las proteínas, que está relacionada con un descen-so en los niveles del eFI-4E. En las células que sufren apop-tosis se produce la disminución de la síntesis de un grannúmero de proteínas por disminuir los niveles del eFI-4G,mientras que no se afecta la síntesis de aquéllas codificadaspor mensajeros que poseen secuencias internas de entrada deribosomas.

En los reticulocitos, donde tiene lugar la síntesis de laglobina, se produce la inactivación del eFI-2 por fosforila-ción, por medio de una proteína quinasa controlada porhemo. La presencia de hemo inhibe la fosforilación, por loque los niveles de síntesis de las globinas van asociados a ladisponibilidad del hemo necesario para la formación dehemoglobina.


Figura 21-12. Control traduccional, mediado por hierro, de la síntesis de ferritina.

Ausencia de hierro Presencia de hierro

ARNm de ferritina

IREBP

5´UTR

3´

3´

5´

5´

Traducción bloqueada Síntesis de ferritina

IRE

IRE = Elemento de respuesta al hierroIREBP = Proteína de unión a IRE

Fe3´5´

21.7 MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES

La cadena polipeptídica resultante del proceso biosintéticoen los ribosomas da lugar a su correspondiente proteínanativa, tras una serie de modificaciones (modificacionespostraduccionales) que incluyen la eliminación de residuosterminales o internos, modificaciones químicas de las cade-nas laterales de determinados aminoácidos y el plegamientode la cadena para formar las estructuras secundaria y tercia-ria apropiadas. A veces, las modificaciones son cotraduccio-nales, es decir, se producen a medida que la cadena se vasintetizando. En cualquier caso, estas modificaciones estánrelacionadas con la actividad y la funcionalidad de la pro-teína. En la Tabla 21-4 se muestran algunas de las modifi-caciones más habituales. En cada una de ellas se modificaun determinado aminoácido, o secuencia de la cadena poli-peptídica, por medio de enzimas de modificación específi-cas.

Cada una de las modificaciones desempeña un papel con-creto en el funcionamiento de una proteína: así, la proteólisisparcial y la formación de puentes disulfuro son procesosimportantísimos para la adquisición de la estructura tridimen-sional activa, la fosforilación-desfosforilación afecta consi-derablemente a la actividad de un buen número de enzimas,mientras que la glicosilación hace cambiar las propiedades deotras muchas. Determinadas proteínas periféricas de mem-brana interaccionan con la bicapa lipídica por medio de enla-ces iónicos entre residuos aminoacídicos cargados y la cabe-za polar de los fosfolípidos. En otros casos, las proteínas seunen de forma covalente al fosfolípido de la membrana, pormedio de su aminoácido C-terminal, o bien se anclan a lamembrana por medio de cadenas de ácido graso (palmítico,mirístico) o mediante grupos isoprenoides (geranilo, farnesi-lo) unidos a una cisteína C-terminal (prenilación). En elRecuadro 21-2 se comentan las transformaciones desde pre-proinsulina a proinsulina e insulina.


Tabla 21-4. Modificaciones postraduccionales de las proteínas

• Desformilación de formilmetionina y eliminación de la metionina amino terminal

• Proteólisis parcial de las cadenas polipeptídicas

• Modificaciones de las cadenas laterales de los aminoácidos Aminoácidos implicados

– Formación de puentes disulfuro – Cys– Hidroxilación – Pro, Lys– Entrecruzamientos – Lys, OH-Lys, Gln– Carboxilación – Glu– Fosforilación – Ser, Thr, Tyr– Metilación – Ala, Arg, Met, Pro– Acetilación – Lys– Sulfatación – Tyr

• Adición de grupos voluminosos a residuos específicos– Hidratos de carbono: glicosilación con monosacáridos y oligosacáridos de Asn, Thr, Ser, OH-Lys– Lípidos:

• Ácidos grasos (mirístico, palmítico, etc.)• Fosfolípidos (fosfatidilinositol)• Isoprenoides (farnesilo, geranilo, etc.)

– Otros:• ADP-ribosilación• Ubiquitinación


Recuadro 21-2.BIOSÍNTESIS DE LA INSULINA

La insulina es sintetizada y secretadapor las células } de los islotes deLangerhans del páncreas endocrino. Endichas células, a partir del ARNm deinsulina se inicia la síntesis de un pre-cursor inactivo, la preproinsulina. Lapresencia de una secuencia señal en elextremo amino terminal de la cadenapolipeptídica en la vía de síntesis, enca-mina al precursor hacia el retículo endo-plásmico, en donde se forma el verda-dero precursor, la proinsulina, tras la eliminación del péptido señal de lacadena de preproinsulina. La proinsuli-na se transforma en insulina medianteproteólisis limitada en el retículo endo-plásmico y en el aparato de Golgi, sien-do en este compartimento donde la hor-mona activa va acumulándose envesículas o gránulos de secreción, loscuales se liberan al exterior cuando lacélula recibe los estímulos adecuados,especialmente en respuesta a concentra-ciones elevadas de glucosa en la sangre.

Durante la transformación de proin-sulina a insulina, la cadena polipeptídi-ca se fragmenta en tres péptidos A, B yC, quedando unidos los dos primerospor dos puentes disulfuro, constituyen-do la insulina, y liberándose el tercero.

La secuencia de insulina presentapocas variaciones entre especies de

mamíferos, estando muy conservadaslas posiciones que incluyen los trespuentes disulfuros, ambos extremos dela cadena A y los residuos del extremocarboxilo de la cadena B. Esta analogíade secuencia determina que la estructu-ra tridimensional de las diferentes insu-linas animales sea muy parecida y que,por tanto, la insulina de un animal seabiológicamente activa en otras especies.

Las moléculas de insulina tienentendencia a formar dímeros en disolu-ción, a través de la formación de enla-ces por puentes de hidrógeno entre losextremos carboxilos de las cadenas B.La presencia de cinc favorece la aso-ciación de los dímeros en hexámeros.

Los monómeros y dímeros difundenbien por la sangre, mientras que loshexámeros dan problemas. Aunque lainsulina de cerdo ha sido muy eficazpara el tratamiento de la diabetesmellitus tipo I, las técnicas biotecnoló-gicas a base de ADN recombinante hanpermitido obtener insulina recombi-nante humana. Esta tecnología posibi-lita además la obtención de análogosde insulina, como la insulina lispro, enla que la inversión de la secuencia pro-lina-lisina del extremo C-terminal de lacadena humana, no altera su capacidadpara unirse a su receptor, pero hace quetenga menor tendencia a formar agre-gados.

A

BC

-1 -24 64 851 30 31 63

Proinsulina

Insulina

Preproinsulina

Eliminación del péptido señal

Proteólisis por convertasas

30

21

-1 --1

Figura 21-13. Secuencia en la síntesis de insulina.


• La traducción es el proceso mediante el cual la infor-mación existente en las moléculas de ARNm quedaplasmada en la síntesis de una cadena polipeptídica conuna secuencia aminoacídica determinada, en función delordenamiento de las bases en el mensajero.

• El código genético marca la relación existente entre lasunidades de codificación del ARNm (tripletes de bases ocodones) y cada uno de los 20 aminoácidos proteicos.

• De los 64 tripletes posibles, tres son tripletes de termi-nación (UAA, UAG, UGA), mientras que el resto codi-fica los diferentes aminoácidos, siendo el triplete AUG,codificante de metionina, un codón de iniciación.

• El código genético es degenerado (varios codones deno-minados sinónimos codifican un mismo aminoácido) yuniversal, leyéndose de forma no solapada (cada base dela secuencia codificante forma parte de un solo codón).

• En el proceso de descodificación del mensaje, las molé-culas de ARNt participan como moléculas adaptadoras,uniéndose por su extremo 3’ a un aminoácido concretoe interaccionando a través de una secuencia intermediaespecífica (anticodón) con las moléculas de ARNm.

• La síntesis de las proteínas tiene lugar en los ribosomas,participando aparte de estos orgánulos, moléculas deARN (ARNm y ARNt), proteínas y enzimas extrarribo-somales, aminoácidos, ATP, GTP, fundamentalmente.

• Los ribosomas están formados por varias decenas deproteínas ribosomales y tres moléculas de ARNr dife-rentes que, ademas de estructurar la partícula, desempe-ñan funciones importantes como la interacción con elARNm y los ARNt y la actividad ribozima de la pepti-dil transferasa.

• Para su participación en la síntesis proteica, los ami-noácidos necesitan ser activados mediante su unión alas correspondientes moléculas de ARNt con la inter-vención en dicho proceso de ATP, que aporta la energíanecesaria para la obtención del aminoacil-ARNt y deuna familia de enzimas, las aminoacil-ARNt sintetasas.

• El proceso de síntesis proteica es similar en los organis-mos procarióticos y eucarióticos, pudiendo dividirse entres etapas fundamentales: iniciación, elongación y ter-minación.

• En el proceso de iniciación tienen lugar la interaccióndel ribosoma con el extremo 5’ terminal del ARNm y lalocalización del metionil-ARNt iniciador sobre el tri-plete de iniciación AUG. En el caso de los ARNm pro-carióticos, la secuencia de Shine-Dalgarno existente enla región 5’UTR es fundamental para la interacción conel ribosoma. En la mayoría de los ARNm eucarióticos la

caperuza del extremo 5’ juega un papel importante en elproceso de iniciación, aunque en determinados casosexisten secuencias internas de unión a ribosomas.

• Durante el proceso de elongación tiene lugar el creci-miento de la cadena polipeptídica desde el extremoamino hasta el carboxilo terminal, con la participaciónde los factores proteicos de elongación (FE-T y FE-G enlos procariotas, y eFE-1 y eFE-2, en los eucariotas), y dela actividad peptidil transferasa responsable de la for-mación de los enlaces peptídicos que unen unos ami-noácidos con otros a lo largo de la cadena.

• La finalización de la cadena ocurre cuando en la pautade lectura aparece uno de los tripletes de terminación, loque facilita la entrada de un factor de terminación (RF)al sitio A vacío del ribosoma y la hidrólisis del peptidil-ARNt del sitio P, con la subsiguiente liberación de lacadena polipeptídica del ribosoma.

• La traducción es un proceso endergónico, en el que seconsumen al menos cuatro enlaces ricos en energía porcada aminoácido incorporado en la cadena polipeptídi-ca.

• La cadena polipeptídica sintetizada en el ribosoma sufreuna serie de modificaciones cotraduccionales y postra-duccionales, que son de importancia fundamental parael funcionamiento de la proteína.

• La síntesis de las proteínas es un proceso regulado tantoa nivel pretraduccional (disponibilidad de ARNm),como traduccional (eficacia de la lectura).

• La concentración de un ARNm depende, tanto de lavelocidad de su síntesis, como de su degradación, estan-do mediada esta última fundamentalmente por la longi-tud de la cola de poli(A) y por la unión de proteínas a lazona 3’UTR.

• El control traduccional viene mediado fundamental-mente por la eficacia del proceso de iniciación, la cualdepende de la disponibilidad y actividad de los factoresde iniciación y de la estructura de la zona 5’UTR delARNm.

• En la mitocondria existe un sistema específico de sínte-sis proteica, que se asemeja más al sistema de los pro-cariotas que al existente en el citosol de las células euca-rióticas.

• Existen numerosos inhibidores del proceso de biosínte-sis proteica que actúan bloqueando acontecimientos delas etapas de iniciación o elongación, presentandomuchos de ellos especificidad de acción sobre los euca-riotas o los procariotas, lo que permite la utilización delos últimos como fármacos antibacterianos.

RESUMEN


1. (A). En relación a la pauta de lectura:a. En el ARNm viene delimitada por las tres primeras

bases del extremo 5’.b. La zona 5’UTR forma parte de la misma.c. Cada base de la misma forma parte de tres codones

diferentes.d. En la mitocondria viene definida por el codón de inicio

de selenocisteína.e. Todo lo anterior es falso.

2. (B). Estructura y función de los ribosomas:1. Se desplazan sobre la molécula de ARNm en la direc-

ción 3’^5’.2. En la subunidad mayor, el ARNr actúa como ribozima.3. Un ribosoma no puede unirse al ARNm si sobre éste ya

hay unido otro ribosoma.4. Los del citoplasma eucariótico son de mayor tamaño

que los mitocondriales.a b c d e

3. (A). Código genético:a. Todos los aminoácidos tienen el mismo número de

codones sinónimos.b. En las mitocondrias sólo existen dos codones de ter-

minación.c. El codón interacciona formando enlaces por puentes

de hidrógeno con el anticodón.d. Los virus animales utilizan un código específico.e. Hay más de una respuesta correcta.

4. (B). Activación de los aminoácidos:1. Se consumen dos enlaces ricos en energía por cada

aminoacil-ARNt formado.2. Cada uno de los 20 aminoácidos proteicos es unido a

su ARNt por una enzima específica.3. Las aminoacil-ARNt tienen actividad correctora.4. Se unen por su grupo amino al extremo 3’ de la molé-

cula de ARNt.a b c d e

5. (B). Etapas de la biosíntesis proteica:1. En los procariotas, en la iniciación participan 3 facto-

res proteicos diferentes.2. Durante la formación del enlace peptídico hay dos

moléculas de ARNt unidas al ARNm.3. El FE-T es requerido para la incorporación del amino-

acil-ARNt al sitio A del ribosoma.4. En los eucariotas, el primer aminoácido incorporado a

la cadena es cisteína, en lugar de metionina.a b c d e

6. (B). Interacciones moleculares durante la traducción:1. La subunidad 40S interacciona con la caperuza del

ARNm y se desplaza por el 5’UTR hasta encontrar eltriplete AUG de iniciación.

2. Los factores de terminación impiden el avance delribosoma sobre el ARNm.

3. Entre la tercera base del codón y la primera del antico-dón se pueden formar apareamientos de bases diferen-tes a los del tipo Watson y Crick.

4. El eFE-1 participa en la translocación.a b c d e

7. (A). Inhibidores de la síntesis proteica:a. La estreptomicina se usa como agente antibacteriano,

ya que inhibe la síntesis proteica en los ribosomas 70 S.

b. La toxina diftérica produce la degradación del ARNm.c. No se conoce ningún inhibidor que afecte al proceso

tanto en los procariotas, como en los eucariotas.d. Los más efectivos son los que afectan los factores de

terminación.e. Hay más de una respuesta correcta.

8. (C). Los ARNm eucarióticos son más estables que los bac-terianos PORQUE su unión a los ARN citosólicos depequeño tamaño los protege de la degradación por lasARNasas.

a b c d e

9. (A). Traducción de ARNm:a. La existencia de la caperuza en el extremo 5’ de los

ARNm eucarióticos dificulta su traducción.b. En las bacterias pueden comenzar la traducción, aun-

que el extremo 3’ esté incompleto.c. El ARN puede ser traducido eficientemente en el

núcleo antes de su transformación en ARNm.d. Los ARNm eucariotas suelen ser policistrónicos.e. Hay más de una respuesta correcta.

10. (B) Control de la síntesis proteica:1. La unión de las proteínas al extremo 3’ suele disminuir

la traducción.2. El hierro controla la síntesis de las proteínas relaciona-

das con este metal.3. Todos los ARNm eucarióticos se leen con la misma

eficacia.4. La estructura secundaria de la zona 5’UTR influye en

la traducción del mensajero.a b c d e

EVALUACIÓN


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BIBLIOGRAFÍA

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