20.22: Transcripción y Traducción

Si bien el ADN contiene las instrucciones necesarias para sintetizar todas las proteínas necesarias para el funcionamiento de una célula, no participa directamente en la síntesis misma. Las secciones de la cadena de ADN se copian primero en un tipo de ARN llamado ARN mensajero, ARNm. Este proceso se conoce como transcripción. En la transcripción, la ARN polimerasa abre ADN y utiliza la secuencia de pares de bases de una de las cadenas de ADN para sintetizar una molécula de ARNm que es complementaria a la cadena molde. La otra cadena se denomina cadena codificante, ya que tiene la misma secuencia que la molécula de ARNm formada. La síntesis de ARNm se rige por secuencias promotoras en el ADN, así como la unión de factores proteicos que pueden promover o reprimir la transcripción. Dicho control es necesario para que una célula produzca las proteínas correctas en el momento correcto.

Las moléculas de ARNm difieren del ADN de tres maneras:

1 El ARN se encuentra generalmente en forma de cadena simple, en lugar de la estructura de doble hélice del ADN.

2 El ARN tiene un grupo hidroxilo () en el carbono 2', donde el ADN simplemente tiene un hidrógeno.

3 La base uracilo (U) sustituye a la timina (T).

Las tres diferencias se muestran en la Fig \(\PageIndex{1}\). Otro aspecto de las moléculas de ARNm es que también son considerablemente más pequeñas que el ADN, conteniendo los planos para solo unas pocas proteínas como máximo.

Figura\(\PageIndex{1}\) Las tres diferencias principales entre ADN y ARN. El ARN es monocatenario, el ARN tiene un grupo -OH en el carbono 2' y el uracilo toma el lugar de la timina.

Como su nombre lo indica, las moléculas de ARNm se utilizan para transportar sus instrucciones codificadas desde el núcleo de la célula, donde se encuentra el ADN, hasta los ribosomas, donde realmente tiene lugar el proceso de síntesis de proteínas.

Cuando una molécula de ARNm alcanza un ribosoma, tiene lugar un proceso llamado traducción en el que la secuencia de bases en la molécula de ARNm se usa para crear una proteína usando el código de codón. En la traducción, cada codón en las bases del ARNm se empareja con una secuencia de bases anticodón en una molécula de ARN llamada ARN de transferencia, ARNt. Cada molécula de ARNt está unida al aminoácido. Así, el codón UUA se emparejará con el anticodón del ARNt unido a leucina. La síntesis de la proteína en sí la realiza el ribosoma, que es un complejo proteína-ARN, pero a diferencia de otras enzimas, la actividad catalítica es proporcionada por la porción de ARN, no la proteína. El ribosoma es así a veces referido como ribozima, para distinguirlo del concepto habitual de cualquier enzima con actividad catalítica basada en proteínas. La figura \(\PageIndex{2}\)presenta este proceso como una caricatura.

Figura\(\PageIndex{2}\) La síntesis de proteína en el ribosoma. 1) El ARNm se une al ribosoma. El codón de inicio AUG se encuentra en el sitio P o péptido en el ribosoma, y se une a un ARNt con Met unido a él. El segundo codón, GAA en este ejemplo, se une a un ARNt con Glu unido en un segundo sitio, el sitio A o aminoacilo. 2) El ribosoma cataliza la formación de un enlace peptídico entre los aminoácidos en los sitios P y A, de manera que el dipéptido ahora se une al ARNt en el sitio A. 3) El ARNt con el dipéptido se mueve al sitio P y otro ARNt lleva el siguiente aminoácido al sitio A. Otro enlace peptídico se forma entre el segundo y tercer aminoácidos.4) Este proceso continúa hasta que un codón de parada en el ARNm ingresa al sitio A. Luego el ARNm y la nueva proteína se liberan del ribosoma y la proteína es libre de plegarse en su estructura nativa.

En la caricatura, la estructura marrón representa el ribosoma, las letras azules representan el ARNm y su secuencia de bases, los ganchos coloreados representan los ARNt, y los aminoácidos están representados por sus abreviaturas de tres letras. El ARNm se une al ribosoma, el cual encuentra un codón de inicio en el que comenzar a traducir. Esto comienza con la metionina, que se une al ARNt que reconoce el codón AUG. El siguiente ARNt entra en el sitio A. El ribosoma cataliza la reacción de condensación entre el extremo carboxilo de la metionina y el extremo amino del glutamato. El dipéptido ahora está unido al ARNt en el sitio A. El ARNt para metionina se desplaza al sitio de salida y abandona el complejo, mientras que el dipéptido y el ARNt unido se mueven al sitio P. El siguiente ARNt activado, es decir, el ARNt tiene un aminoácido unido a él, ingresa al sitio A y el proceso se repite hasta que se alcanza un codón de parada.