La síntesis de proteínas

Bueno bueno, en vista de que lo que más se busca en la red son cosas relacionadas con la citología y el funcionamiento de las células, me venderé un poco a los buscadores y escribiré algo que creo que más de uno puede andar buscando regularmente por la red, como puede ser la síntesis de proteínas en la célula, algo que se ha catalogado de dogma central de la biología, claro que en biología nada puede ser una verdad absoluta pues todo tiene sus excepciones, en este caso algunas bacterias se nos cargan la historia del código genético. Pero bueno, como tampoco quiero complicar demasiado la historia y hacerla llevadera para aquellos que no conocen demasiado este tema no me meteré en demasiada profundidad.

Como bien sabemos, en las células ocurren miles de reacciones metabólicas para obtener energía de muy diversas formas a partir de los alimentos que ingerimos en la dieta, pero además, cuando la energía es suficiente, se fabrican o sintetizan elementos para que la célula pueda “renovarse” o responder ante algún tipo de necesidad fisiológica. Una de estas rutas de síntesis es la, valga la redundancia, síntesis de proteínas.

 

Bueno, ¿cómo empieza todo esto?… pues como ya algunos sabréis en nuestro DNA (ADN) hay información contenida, pero… ¿qué clase de información y cómo se puede almacenar información de esta forma?, para responder a estas preguntas hay que explicar la composición de los ácidos nucléicos, como el DNA o el RNA.

El DNA es una molécula alargada formada por dos cadenas que se unen longitudinalmente, cada una con un extremo 3′ (tres prima) y 5′ (cinco prima).

Este apareamiento o unión ocurre de forma antiparalela, es decir: si la primera cadena apunta su extremo 3′ hacia arriba, el de la segunda cadena apuntará hacia abajo. Una vez apareadas ambas cadenas se enrollarán formando la famosa doble hélice.

Entrando en lo que sería la composición química de dichas cadenas hay que mencionar que están formadas por unas unidades básicas llamadas nucleótidos, que se unen unos a otros formando cada cadena. A su vez, los nucleótidos están formados por tres moléculas fundamentales: una base nitrogenada, un fosfato y una pentosa (azúcar de cinco carbonos).

El grupo fosfato proviene del ácido ortofosfórico, muy importante para el metabolismo ya que forma parte de biomoléculas como el DNA, el RNA y los transportadores de energía: ATP, GTP, UTP… en los cuales, los enlaces que forman estos grupos fosfato guardarán gran cantidad de energía que será liberada al romperse dichos enlaces.

El azúcar o, mejor dicho, la pentosa que se encuentra en los ácidos nucléicos puede ser de dos tipos y esto es fundamental para hacer distinción entre DNA y RNA. Podemos tener Ribosa o Desoxirribosa.

La Ribosa, aquí presente en la parte superior de la imágen, será un componente clave en la estructura del RNA, castellanizado como ARN, cuyo “nombre largo” sería: Ácido RiboNucléico.

La Desoxirribosa, también presente en la parte inferior de esta imagen, será componente clave en la estructura del DNA o ADN: Ácido DesoxirriboNucléico.

La diferencia entre ambos azúcares radica en el grupo químico que presentan en su carbono 2′. Como podéis ver en la imágen la Ribosa presenta en su carbono 2′ un grupo alcohol o hidroxilo, mientras que la Desoxirribosa presenta un hidrógeno, se puede deducir que ha perdido un oxígeno, de ahí que se le ponga el prefijo “Desoxi-”.

Las bases nitrogenadas que podemos encontrar en los ácidos nucléicos se clasifican en bases púricas y bases pirimidínicas.

Las bases púricas son las que aparecen en la parte superior de esta imágen y son, como podéis ver, la Adenina y la Guanina, ambas presentes en los dos tipos de ácido nucléico: DNA y RNA.

Las pirimidínicas, como se puede deducir, son las tres que aparecen en la parte inferior: Timina, Citosina y Uracilo. Aquí se encuentra la excepción de que no todas aparecen en el DNA, ya que el Uracilo sustituye a la Timina en el RNA.

Así pues el DNA estará formado por nucleótidos con las bases: Adenina, Guanina, Timina y Citosina. Y el RNA estará formado por las bases: Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo.

Estas bases tienen la capacidad de formar enlaces débiles entre ellas: enlaces de puente de hidrógeno, que serán los responsables de la adhesión de ambas cadenas en el DNA, en el RNA no ocurre apareamiento de cadenas antiparalelas. De esta forma, en el DNA, el apareamiento entre bases será específico: Adenina con Timina y Guanina con Citosina.

Dicho todo esto sobre los ácidos nucléicos, pasemos a comentar de qué están hechas las proteínas y qué relación guardan éstas con los ácidos nucléicos. Pues veamos, las proteínas son moléculas enormes formadas por muchas unidades básicas llamadas aminoácidos. Los aminoácidos son moléculas que presentan en su carbono central o asimétrico o α (alfa) un grupo amino (H2N-) y un grupo ácido (-COOH), un hidrógeno y un grupo radical que determinará cada tipo de aminoácido.

 

Hay 20 tipos de aminoácidos distintos, con diferentes características: apolares, polares con carga y polares sin carga. A los polares les gusta el agua y los no polares la repelen.

- No polares.

- Polares sin carga.

- Polares con carga negativa.

- Polares con carga positiva.

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Bien, cada aminoácido vendrá determinado por tres bases nitrogenadas del DNA. Dicho así puede sonar muy raro, pero antes de entrar en este tema me gustaría contar primero cual es la función del RNA en todo esto, ya que lo he mencionado muy de pasada.

Como ya he dicho, el RNA es un ácido nucléico parecido al DNA pero con la diferencia de que en lugar de Desoxirribosa está formado por Ribosa y en lugar de Timina utiliza Uracilo.

Llegado el momento de sintetizar proteínas tiene lugar un fenómeno denominado Transcripción. La transcripción no es más que la copia de un Gen o fragmento de DNA a RNA, que contendrá la información para formar una proteína, dicho muy a groso modo. Para que ocurra la transcripción se debe desenrollar la doble hélice de DNA y separar ambas cadenas, esto lo hace un complejo enzimático llamado RNA Polimerasa; la actividad polimerasa de este complejo irá apareando nucleótidos de RNA con las bases del fragmento de DNA que queremos copiar a lenguaje RNA y se irá sintetizando un RNA mensajero de una sola cadena que contendrá la información deseada para la síntesis de la proteína.

NOTA: En el apareamiento de bases de RNA con las bases de DNA, la Adenina de éste apareará con el Uracilo del RNA.

Así pues, el apareamiento normal en una doble cadena de DNA sería:

DNA – DNA

A – T

G – C

T - A

C – G

Y el apareamiento de bases entre DNA y RNA sería el siguiente:

DNA – RNA

A – U

G – C

T – A

C – G

En este vídeo se puede apreciar de forma algo más didáctica el proceso de transcripción…

A este RNA se le llama RNA mensajero (RNAm) que, como ya digo, es la copia de un gen presente en el DNA de la célula. En este mensajero se encuentra el código para fabricar una proteína, esto se realiza mediante el código genético.

Como podéis ver, con tres bases (triplete) se está codificando para la unión de un aminoácido. Estos tripletes aparecen en el RNA mensajero, cada uno denominado Codón.

Bueno, ¿de qué manera se relacionan los aminoácidos con este lenguaje o código genético?, pues para esta relación hace falta un vector, un transportador, capaz de unirse a cada triplete codificante de RNAm o Codón y a su vez transportar el aminoácido corresponidente a dicho Codón: el RNA transferente (RNAt).

Como se puede apreciar en la imágen, el RNAt es una cadena simple de RNA con regiones apareadas y otras no apareadas. Posee una zona de unión a las tres bases del Codón del RNAm llamada Anticodón, que aparea complementariamente con éste.

En el extremo opuesto al Anticodón tenemos una región de RNA de cadena simple, no apareada, con la secuencia C C A, la cual será la zona de unión al aminoácido que corresponda según el Codón.

Se puede deducir que a cada aminoácido corresponde un RNAt distinto con un triplete de anticodón distinto, según el código genético. Aquí entra en juego lo que se conoce como “El segundo código genético”, mediado por una enzima llamada Aminoacil-tRNA-sintetasa. Dicha enzima reconocerá cada RNAt y lo unirá a su correspondiente Aminoácido.

Una vez tenemos sintetizado el RNAm con la información necesaria, en forma de código genético, para formar una proteína y tenemos los RNAt unidos a sus correspondientes aminoácidos, ya podemos fabricar nuestra nueva proteína.

Para sintetizar la proteína será necesaria la acción de un orgánulo celular muy importante: El Ribosoma.

Los ribosomas están presentes en todas las células, desde procariotas hasta eucariotas; en el citoplasma, en el caso de estas últimas ya que, como sabéis, tienen varios compartimentos y orgánulos.

El ribosoma tiene dos subunidades que pueden encontrarse por separado: una subunidad mayor y otra menor.

A la subunidad menor se va a unir el RNAm, hecho esto se une también la subunidad mayor. En ésta podemos encontrar unos huecos, tres concretamente, de unión a RNAt: A, P y E, y el funcionamiento es el siguiente:

Un RNAt, con su aminoácido unido, entra en la zona P, a continuación entra otro RNAt cargado en la zona A. Con gasto de energía, en forma de GTP, se produce la unión del aminoácido que contenía el RNAt que se encuentra en P al aminoácido del RNAt que se encuentra en A, quedando el de la zona P vacío. Hecho esto, el ribosoma avanza sobre el RNAm y el RNAt vacío pasa a la zona E de la subunidad mayor del ribosoma para ser expulsado de éste. El RNAt que antes se encontraba en A, con dos aminoácidos unidos en su cola, pasa ahora a la zona P. Volverá a entrar otro RNAt cargado con un aminoácido en la zona A, se producirá la transferencia de los dos aminoácidos que se encuentran en el RNAt de P al aminoácido del RNAt que se encuentra en A, quedando éste con tres aminoácidos unidos entre sí. El RNAt de la zona P quedaría vacío y el ribosoma avanzará desplazando el RNAt vacío a la zona E y expulsándolo y pasando el RNAt cargado con los tres aminoácidos, que se encontraba en A, a la zona P. El ciclo continuará hasta que todos los aminoácidos estén unidos formando una cadena polipeptídica.

Sí, ya sé que todo esto es un lío muy grande, por esto es por lo que creo que es mejor que lo veáis en un vídeo por vosotros mismos. Menos mal que existe youtube…

Entrando en tecnicismos, el desplazamiento del ribosoma sobre el RNAm será desde el extremo 5′ al 3′ y la proteína se sintetizará del extremo Amino al Carboxilo.

Normalmente la síntesis de proteínas ocurre en varios ribosomas a la vez a partir de un mismo RNAm, es lo que se conoce como polirribosoma. En las células Eucariotas, algunas proteínas se sintetizan sobre el Retículo endoplasmático rugoso (RER) y se introducen dentro de éste para poder ser procesadas dentro de vesículas y expulsadas fuera de la célula, como ya conté en esta entrada. En procariotas la síntesis tiene lugar en el citoplasma de la célula.

Una vez sintetizada la cadena polipeptídica en el ribosoma, se procederá al plegamiento de ésta y a la formación de la proteína en cuestión. En el plegamiento intervienen todas las propiedades que tengan los aminoácidos de los que está compuesta, si son hidrofóbicos, es decir, repelen el agua, tenderán a agruparse en un corazón central, y los hidrofílicos, que no repelen el agua, se dispondrán alrededor de los hidrofóbicos, ayudando así al establecimiento de la estructura.

Las proteínas pueden presentar diversas estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

La primaria será la cadena polipeptídica sin plegar.

La secundaria será la formación de estructuras de α-hélice o β-plegada u hoja β.

La terciaria sería un plegamiento sobre sí mismo de la estructura secundaria para dar lugar a una estructura globular.

La cuaternaria consistiría en la unión, fuerte o débil, de varias proteínas globulares para integarar una misma función.

Pero este rollo de los tipos de proteínas es muy complejo y además ya es otra historia distinta a la que venía a contar en esta entrada.

Saludos

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