Síntesis de Proteínas en Eucariontes (página 2)

Catalítica. Algunas proteínas
llamadas enzimas, tienen
la capacidad de transformar a otras moléculas. Llevan a
cabo la incorporación y remoción de grupos
funcionales, la oxidación y el rompimiento de enlaces
covalentes.

Reguladora. Proteínas llamadas hormonas,
capaces de regular diversos procesos
biológicos de manera específica.

Estructural y de sostén. Proporcionan estructura,
sostén y resistencia a
la
célula, tejidos y
órganos.

Defensiva. Proteínas conocidas como
anticuerpos.

Protección y lubricación. Llamadas
mucoproteínas, forman moco para proteger y lubricar al
aparato
digestivo y respiratorio.

De transporte.
Transportan diversos compuestos en el organismo.

Transducción de señales. Mediante proteínas como los
receptores, las células
responden a diferentes estímulos externos o señales
que reciben.

Movimiento. Debido al desplazamiento de las fibras de
las proteínas actina y miosina, presentes en los músculos, se mueven los órganos y el
organismo completo.

Reserva de energía y de aminoácidos.
Pueden ser empleadas en casos extremos y funcionar como una
reserva de residuos de aminoácidos que se emplean cuando
el cuerpo del animal así lo requiere (Sampieri y Pineda,
2004).

ADN: su
estructura y función en células
eucariontes

Los seres vivos funcionan admirablemente gracias a
"pequeñas maquinas" moleculares que llevan en su interior.
En cada célula
existe una molécula maestra que "dirige" las actividades,
el ácido desoxirribonucleico o ADN, cuya
estructura y funciones han
sido motivo de numerosas investigaciones
en los últimos tiempos.

Se sabe que el ADN contiene un gran cúmulo de
instrucciones que al ser fielmente interpretadas por el
ácido ribonucleico o ARN dan lugar a la elaboración
de cada una de las proteínas que el organismo
requiere.

Los componentes del ADN son los nucleótidos. Un
nucleótido está formado por la unión de tres
elementos: azúcar
desoxirribosa, fosfato y base niutrogenada (adenina, timina,
guanina o citosina).

Las bases nitrogenadas que forman al ADN se clasifican
como púricas y pirimídicas. Los carbonos del
azúcar se identifican por medio de los números 1,
2, 3, 4 y 5. Esta numeración indica los puntos de
unión del carbono con
otras moléculas.

La molécula de ADN consta de estructura primaria,
secundaria y terciaria.

Estructura primaria. Está determinada por la
secuencia de nucleótidos que la conforman, los cuales se
unen al producirse un enlace entre el fosfato 3 de la
molécula de azúcar de un nucleótido, y el
fosfato que está unido al carbono 5 de otro. La cadena
puede llegar a ser muy larga, y siempre hay un extremo 5 unido a
un fosfato, y otro extremo 3 que queda libre.

Estructura secundaria. Se refiere a la forma de doble
hélice que toma la molécula cuando dos cadenas de
nucleótidos se unen por puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas
(Velázquez, 2007).

Estructura terciaria. El ADN de células
procariontes tiene algunas diferencias con las células
eucariontes.

En las células eucariontes, el ADN se asocia a
proteínas llamadas histonas y con ellas forma una
estructura denominada nucleosoma, que con el microscopio
electrónico se observa como un collar de cuentas. Cada una
de esas cuentas está formada por ocho moléculas de
histona envueltas en un segmento de ADN de enlace.

En los cromosomas, los
nucleosomas forman una estructura helicoidal denominada
solenoide, la cual está constituida por seis unidades de
nucleosoma. En las células eucariontes los cromosomas son
lineales y no circulares como en las procariontes.

La cantidad total de ADN en las células
eucariontes es generalmente mucho mayor que la de los
procariontes, aunque se ha observado que la cantidad de ADN no se
encuentra en relación directa con la complejidad del
organismo. Hay algunos protistas que poseen mucho más ADN
que los mamíferos. La explicación de este
fenómeno radica en el hecho de que en el genoma de los
eucariontes existen, además de genes que codifican para la
síntesis de proteínas, secuencias
repetidas aparentemente no funcionales, y la cantidad de ADN
repetido varía mucho de una especie a otra; el
tamaño de la molécula de ADN en cada especie de
organismos eucariontes depende de la cantidad de información repetida que posee.

Un hallazgo interesante, es que los genes de las
células eucariontes son discontinuos, y contienen
secuencias intercaladas que no codifican para la síntesis
de proteínas. Estos segmentos de genes se denominan
intrones, los cuales vendrían a ser como las
páginas llenas de anuncios comerciales que aparecen en
revistas, cuya información es irrelevante y no se
relaciona con los artículos de interés.

Si se toman en cuenta tanto las secuencias repetidas
como los intrones, la cantidad de ADN humano que sí se
transcribe y forma proteínas corresponde apenas entre 1 y
3% del ADN total. En los genes los segmentos de
información que sí será transcrita se llaman
exones (Velázquez, 2007).

Síntesis
de proteínas en eucariontes

El ARN o ácido ribonucleico complementa las
funciones del ADN, ya que interpreta el mensaje hereditario y lo
traduce en la formación de las proteínas que el
organismo requiere.

Cada célula de un organismo elabora sus
proteínas de acuerdo con la información que el ADN
proporciona. No toda la información es leída al
mismo tiempo. Esto
se puede compara con lo que ocurre con una gran enciclopedia:
sólo se abre en determinados capítulos y se copia
de acuerdo con las necesidades. Lo mismo ocurre con la
información contenida en el ADN y su utilización
por la célula.

Al igual que el ADN, el ARN está formado por
nucleótido, pero existen diferencias esenciales entre
ambos tipos de moléculas.

El ARN más abundante en las células es el
ribosomal (ARNr), porque forma los ribosomas, organelos donde se
sintetizan las proteínas; se encuentra en un porcentaje de
85 a 90%. El ARN de transferencia (ARNt) representa del 5 al 7%
del ARN total, mientras que el ARN mensajero (ARNm) representa
del 3 al 5%.

Las funciones de interpretación del mensaje genético
por el ARN tienen lugar en dos etapas:

Transcripción, durante la cual el ARN mensajero
produce una copia de un segmento de ADN, correspondiente a un
gen, y esto conduce a la elaboración de una
proteína determinada.

Traducción, proceso que se
lleva a cabo en los ribosomas, cuando se incorporan los
aminoácidos en el orden preciso, de acuerdo con las
"instrucciones" o información del ARN mensajero
(Velázquez, 2007).

Transcripción

Esta se lleva a cabo con la intervención de la
enzima ARN polimerasa; la cual tiene la función de
colocar nucleótidos de ARN en el orden que corresponde al
segmento de ADN que se está copiando.

El proceso muestra
diferencias según se realice en células
procariontes o eucariontes. En las procariontes existen tres
etapas: iniciación, elongamiento o alargamiento y
terminación o finalización. Mientras que en las
eucariontes, además de las tres anteriores, se agrega una
de maduración, en la que el ARN sufre modificaciones, como
la eliminación de las secuencias correspondientes a
intrones, las cuales no son necesarias en la etapa de
síntesis de proteínas. Otra diferencia es que en
procariontes el proceso de transcripción se lleva a cabo
en el citoplasma, y en los eucariontes, dentro del
núcleo.

Enseguida se explica cada una de las etapas:

Iniciación. La ARN polimerasa se une a una
región determinada del ADN llamada promotor.

Elongación o alargamiento. En esta etapa, se abre
la molécula de ADN en la zona donde se ha instalado la ARN
polimerasa y empiezan a colocarse los nucleótidos
complementarios a la secuencia del ADN. La formación del
ARN va ocurriendo en dirección 5 3. Después que se han
colocado unos treinta o cuarenta nucleótidos, se
añade una base modificada en la zona del inicio del ARNm,
de la cual se dice que es la "capucha" del ARNm, la cual le
permitirá unirse más tarde al ribosoma.

Finalización o terminación. Cuando la
enzima ARN polimerasa llega al mensaje de terminación de
cadena, que es una determinada secuencia en el mensaje del ADN,
concluye la formación de la molécula de ARN
mensajero, y se agrega un segmento formado por doscientas
unidades de adenina. Este segmento se conoce como cola de poli-A,
y ayudará a prolongar la vida activa de la molécula
de ARN mensajero.

Maduración. Se ha una molécula de pre-ARN
mensajero. Lo único que falta es eliminar las secuencias
sin sentido, los intrones, para que este quede totalmente
terminado. Una enzima llamada ribozima se encarga de cortar las
secuencias de intrones y otra enzima pega y empalma los segmentos
que han quedado, lo cual da lugar finalmente al ARN maduro, que
ya puede llevar a cabo la síntesis de proteínas
(Velázquez, 207).

Traducción

La síntesis de proteínas se conoce
también como traducción, dado que es la transferencia de
información de los nucleótidos al de los
aminoácidos, por lo que es considerada la actividad
sintética más compleja que ocurre en la
célula. En tanto que otras macromoléculas de las
células se elaboran por medio de reacciones
enzimáticas relativamente directas, el ensamblado de una
proteína requiere todos los diferentes RNAt con sus
aminoácidos unidos, ribosomas, RNA mensajeros y algunas
proteínas con varias funciones, cationes y GTP (Karp,
1998; Curtis y Barnes, 2001).

La complejidad no es sorprendente si consideramos que la
síntesis de proteínas requiere la
incorporación de cada uno de los diferentes 20
aminoácidos en la secuencia precisa dictada por un mensaje
codificado escrito en un lenguaje que
emplea distintos símbolos.

El proceso de traducción en las células
eucariotas es similar en las células procariotas, la
diferencia principal es que la traducción en
células eucariotas implica numerosos factores
proteínicos solubles (no ribosómicos) (Karp,
1998).

En este proceso de traducción intervienen los
tres tipos de ARN: ribosomal, de transferencia y
mensajero.

ARN ribosomal. Los ribosomas están constituidos
por ARN ribosomal, y es en ellos donde se lleva a cabo el proceso
de traducción, la síntesis de proteínas.
Cada ribosoma está formado por dos subunidades, una menor
que otra, que se ensamblan en el momento de inicio de la
síntesis de proteínas.

ARN de transferencia. Tiene forma de trébol, y en
algunos segmentos presenta una doble cadena. En una región
de esta molécula se encuentra el anticodón,
secuencia de tres bases complementarias con las del ARNm. En otra
parte de la molécula, el ARN posee el espacio para unirse
de manera específica con un aminoácido determinado.
Existen por lo menos cincuenta ARNt diferentes, y cada uno de
ellos posee un anticodón que se corresponde con un
aminoácido determinado. Durante la síntesis de
proteínas, los ARNt son acarreadores de
aminoácidos.

ARN mensajero. Contiene la información que ha
transcrito del ADN la cual se lee por tripletes, por secuencias
de tres letras; a cada una de las cuales se le llama
codón. Para cada codón hay un ARNt, con su
respectivo anticodón, de modo que en la síntesis de
proteínas cada aminoácido queda colocado de manera
específica, de acuerdo con el mensaje genético del
ARNm (Velázquez, 2007).

En los eucariontes, la síntesis de
proteínas se lleva a cabo en tres etapas distintas:
iniciación, elongación o alargamiento y
terminación.

Iniciación

En eucariontes, la iniciación comienza cuando la
subunidad ribosómica pequeña reconoce primero el
extremo 5´ del mensaje que precede al casquete de
metilguanosina, y luego se desplaza a lo largo del RNAm hasta
alcanzar una secuencia de nucleótidos (típicamente
5´-CCACCAUG-3´) que contiene el tripleto AUG en un
contexto en el cual se le puede reconocer como codón
inicial (Karp, 1998; Curtis y Barnes, 2001).

A continuación, el primer ARNt iniciador se
coloca en su lugar y se aparea con el codón iniciador del
ARNm. Este codón iniciador que habitualmente es
(5´)-AUG-(3´), se aparea en forma antiparalela con el
anticodón del ARNt (3´)-UAG-(5´). El ARNt
iniciador entrante, que se une al codón AUG, lleva una
forma modificada del aminoácido metionina,
N-formilmetionina o fMet. Esta fMet será el primer
aminoácido de la cadena polipeptídica recién
sintetizada que es rápidamente removido.

El ARNt iniciador está ubicado en el sitio P de
la subunidad mayor, uno de los dos sitios de unión para
las moléculas de ARNt. Luego, se liberan estos factores de
iniciación y la subunidad ribosómica mayor se une a
la subunidad menor. La energía para este paso la
suministra la hidrólisis del trifosfato de guanosina
(Curtis y Barnes, 2001).

Elongación
o alargamiento

Una vez que el ribosoma completo se ha ensamblado en el
codón de inciación, comienza la etapa de
elongación o alargamiento. Durante esta etapa, elsitio A
de un ribosoma será ocupado transitoriamente por sucesivos
aminoacil.ARNt.Los aminoacil-ARNt que ocupen el sitio A
serán aquellos cuyo anticodón sea complementario al
codón que queda expuesto en ese sitio. La entrada del
aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma requiere su unión
previa con una proteína llamada factor de
elongación, que en su forma activa será unida al
GTP. Al aparearse el ARNt con el ARNm, se dispara la
hidrólisis del GTP por parte del factor de
elongación que luego se disocia, permitiendo que el
aminoacil-ARNt permanezca unido por un corto período al
ARNm.

Cuando los sitios A como P están ocupados, una
enzima, la peptidil transferasa, que es parte de la subunidad
mayor del ribosoma, cataliza la formación de un enlace
peptídico entre los dos aminoácidos, acoplando el
primero (fMet) al segundo. El primer ARNt, entonces se libera. El
ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena de
ARNm; en consecuencia, el segundo ARNt, al cual ahora se
encuentran acoplados la fMet y segundo aminoácido, se
transfiere de la posición A a la posición P. Un
tercer aminoacil-ARNt se ubica en la ahora vacante
posición A, apareado al tercer codón del ARnm, y se
repite el paso. La posición P acepta al ARNt que carga con
la cadena polipeptídica creciente; la posición A
acepta al ARNt que porta el nuevo aminoácido que
será añadido a la cadena.

A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la
cadena del ARNm, la porción iniciadora de la
molécula de ARNm es liberada y otro ribosoma puede formar
con ella un complejo de iniciación. Un grupo de
ribosomas que leen la misma molécula de ARNm se conoce
como polisoma (Curtis y Barnes, 2001).

Terminación

Cuando el mensaje llega a un codón de
terminación, ya no hay ningún ARNt que tenga su
anticodón, de manera que ya no se agrega otro
aminoácido a la cadena. Se libera el polipéptido
formado, la proteína. Se separan las dos subunidades del
ribosoma y el ARNm es liberado ( Curtis y Barnes, 2001;
Velázquez, 2007).

Conclusiones

Los elementos fundamentales de un organismo son las
proteínas, las cuales participan en casi todos los
procesos biológicos, por ejemplo existen proteínas
estructurales que forman las uñas, los vellos, el pelo,
etc., formados por queratina; proteínas que dan forma como
el colágeno que tiene la piel;
proteínas contráctiles como la actina y miosina que
le dan el movimiento a
los músculos; otras proteínas como la hemoglobina
en la sangre, que
transporta oxígeno
que respiramos y varias hormonas que regulan las funciones del
organismo, como la insulina que controla el nivel de
azúcar en la sangre; otras de defensa son los anticuerpos,
además, en todo momento dentro de cada célula,
están en acción
cientos de enzimas para llevar a cabo las reacciones
químicas que mantienen la vida.

El número y tipo de proteínas que cada
especie puede sintetizar es único y se encuentra
determinado por la información genética.

Bibliografía
consultada

Curtis Helena y Barnes N. Sue. 2001.
Biología. 6ª. ed. Editorial Médica
Panamericana. Madrid. 1491
pp.

Karp, Gerard. 1998. Biología Celular y
Molecular. McGarw-Hill Interamericana. México.
746 pp.

Mora González Victor Manuel. 2008. Temas
Selectos: Química 2. ST
Editorial. México. 203 pp.

Sampieri Ramírez,
Clara Luz y Pineda
Arredondo, Eduardo. 2004. Temas Selectos de
Biología. Nueva Imagen.
México. 213 pp.

Velázquez Ocampo, Marta Patricia.
2007. Temas Selectos: Biología 1. ST
Editorial. México. 219 pp.

Velázquez Ocampo, Marta Patricia.
2009. Biología 1. 3ª ed. ST Editorial.
México. 227 pp.

Biografía Autores

Edith García
Cedeño

Es profesora del Colegio de Bachilleres del Estado de
Michoacán, México., en donde imparte clases de
Biología I y II, Ciencias de la
Salud, Geografía, Temas
Selectos de Biología y Ecología y Medio
Ambiente. Es responsable de proyectos de
investigación a nivel de comunidad. Ha
participado como ponente en diferentes instituciones
y eventos locales,
y estatales. Ha publicado diversos artículos en medios
locales, nacionales e internacionales. Realizó la
Maestría en Educación en Ciencias
Naturales (con Terminal en Biología). Actualmente es
profesora de asignatura de la Facultad de Medicina
Veterinaria y
Zootecnia de la Universidad
Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, en donde imparte el
área "Estructura y Dinámica Celular" correspondiente al
segundo semestre de la carrera de Médico Veterinario
Zootecnista.

Carlos Bedolla Cedeño

Es egresado de la Facultad de Medicina Veterinaria y
Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de
Hidalgo. Ha desempeñado sus actividades como Laboratorista
Modular y como Coordinador de Módulo. En 1994,
participó en el programa de
implementación de los estudios de postgrado en la Facultad
de Medicina Veterinaria. Ha sido responsable de varios proyectos de
investigación. Ha participado como ponente
y conferencista en diferentes instituciones y eventos locales,
estatales y nacionales. Ha publicado diferentes artículos
en medios locales, nacionales e internacionales. Realizó
la Maestría en Ciencias de la
Educación (con terminal en Investigación Educativa) y otra en
Educación en Ciencias Naturales (con Terminal en
Biología). Diplomado en Desarrollo
Curricular y en Diseño
de Unidades de Enseñanza–Aprendizaje.
Integrante del comité que llevó a cabo el cambio del
plan de
estudios actual en la Facultad de Medicina Veterinaria y
Zootecnia donde labora. Es Profesor e
Investigador Titular "A" de Tiempo Completo de la Facultad de
Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de
San Nicolás de Hidalgo. Es Profesor Titular de las
Áreas Integradoras denominadas "Metodología de la
Investigación", "Organización y Dinámica Corporal",
"Interacción Animal-Medio Ambiente" del
Nuevo Plan de Estudios de la Carrera de Médico Veterinario
Zootecnista de la FMVZ. Es Miembro de la Red Académica
Universitaria en Educación de la Universidad Michoacana.
Tiene Diplomado en Formación de Tutores. Ha sido
Coordinador del Programa de Tutorías en la Facultad de
Medicina Veterinaria y Zootecnia. Es Candidato al grado de Doctor
en Ciencias Agropecuarias en la Universidad Autónoma
Agraria Antonio Narro de Torreón Coahuila, México.
Actualmente se encuentra desarrollando los siguientes proyectos:
1) Identificación y tipificación molecular de cepas
de Staphylococcus aureus aisladas de leche de vacas
con mastitis del
Municipio de Tarímbaro, Michoacán, México.
2) Epidemiología de la mastitis bovina en
Michoacán, México.

Autor:

Edith García
Cedeño

Carlos Bedolla
Cedeño