La traducción es el mecanismo que permite decodificar la información almacenada en el ARNm en forma de una secuencia de bases, para ordenar de manera precisa una secuencia de aminoácidos y así producir una proteína. El proceso de traducción se realiza en cinco estados: activación de los aminoácidos, iniciación de la cadena polipeptídica, elongación, terminación y liberación, procesamiento y plegamiento de la cadena polipeptídica. A continuación se describen cada uno de estos pasos.
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
La conversión de la información almacenada en el RNAm a proteínas no podría ocurrir sin la presencia del ARN de transferencia (ARNt), el cual permite trasladar la información a una secuencia de aminoácidos.
Al inicio de este capítulo se estudió la estructura del ARNt, (Figura 15.16); la misma se analiza ahora con mayor detalle.
Se conocen cuando menos 20 ARNt, uno para cada aminoácidoCada una de estas especies de ARNt reaccionan con uno y sólo uno de los 20 aminoácidos que forman a las proteínas, aunque hay aminoácidos que pueden tener dos o más. , produciéndose una molécula híbrida que consta de un polinucleótido unido a un aminoácido específico. Observando la Figura 15.16 se puede apreciar que en uno de los extremos del ARNt tiene unido un aminoácido, esta unión ARNt – aminoácido se llama aminoacil – ARNt y se forma por la acción de enzimas conocidas como sintetasas de aminoacil – ARNt.
Todos los ARNt, en el extremo, que unen al aminoácido (extremo 3’), tienen un nucleótido terminal de adenina. El aminoácido se une al OH del carbono tres de la ribosa, reaccionando este grupo con el COOH del aminoácido. En la Figura 15.28 se analiza la formación de un aminoacil – ARNt.
En el extremo opuesto del brazo que une al aminoácido, en el ARNt, se encuentra una región muy importante: el anticodón, que es una secuencia de tres bases única para cada ARNt. En la Figura 15.16 se puede apreciar la posición que ocupa el anticodón dentro de la estructura del ADN.
Cada especie de ARNt tiene un anticodón único y es capaz de unir a solamente un aminoácido, o sea que para cada anticodón existe exclusivamente un aminoácido.
El concepto expresado en el párrafo anterior nos permite comprender, de manera básica, la forma en que se realiza la traducción: el anticodón del aminoacil - ARNt se puede aparear a una secuencia de tres bases complementarias en el ARNm (codón). Por ejemplo, si en el ARNm se encuentra el codón AUA, únicamente se podrá aparear un aminoacil - ARNt que lleve el anticodón UAU; además, cada ARNt une a sólo un aminoácido; por lo tanto, se tiene una forma de producir una secuencia, no al azar, de aminoácidos, lo que finalmente integrará a una proteína. En la Figura 15.29 se aprecia un esquema de este proceso.
Todos los ARNm de los procariontes tienen un codón de inicio: AUG, al que le corresponde el anticodón UAC, que se encuentra en un ARNt. Este compuesto reacciona específicamente con una molécula del aminoácido formil – metionina, que es una metionina a la que se le ha agregado un grupo formilo (fMet). Al reaccionar el ARNt con la formal – metionina se forma el formil – metionil – ARNt. En los procariontes el primer aminoácido que se inserta, durante la síntesis de un polipéptido, es la formil – metionina.
INICIACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Para que ocurra la síntesis de proteínas, además de las diferentes especies de aminoacil – RNAt y de RNAm , se requiere de los ribosomas, que son estructuras compuestas de varias proteínas y diferentes tipos de ARN, conocidos con el nombre de ARN ribosomal (ARNr). El ribosoma es el sitio físico en donde la información almacenada en el ARNm es leída y traducida a una secuencia de proteínas. Es posible compararlo a un reproductor de discos compactos, que decodifica la información almacenada en el disco y la convierte en sonido. El ribosoma es una máquina molecular.
Son diferentes los ribosomas de los procariontes y de los eucariontes, por lo que respecta a las proteínas y tipos de ARNr que los componen. Aquí se describe la estructura y funcionamiento de los ribosomas de procariontes.
Un ribosoma está constituido de dos unidades: la 50S y la 30S. La unidad 50S está hecha de la unión de dos RNAr y 34 proteínas, en cambio, a la unidad 30S la forman un ARNr y 21 proteínas. La unidad 50S tiene dos sitios: el sitio peptidílico y el sitio del aminoacil.
La iniciación de la cadena polipeptídica se efectúa en tres pasos, los cuales se analizan a continuación.
PASO 1 FASE I
Al inicio de este proceso las dos unidades que forman al ribosoma se encuentran ensambladas y no hay ni ARNm ni ARNt unidos a este organelo. En estas condiciones la unidad 30S une una proteína que se conoce con el nombre de factor de iniciación 3, lo que provoca que las dos unidades que componen al ribosoma se separen. (Figura 15.30).
PASO 1 FASE II
Cuando las dos unidades que componen al ribosoma se separan, en la unidad 30S, queda expuesto un sitio que reconoce a una molécula de ARNm, esta macromolécula ahora se puede unir a esa porción del ribosoma. El codón de inicio AUG se encuentra hacia el extremo 5’ del ARNm, las tres bases quedan orientadas dentro de la unidad 30S en una región que se conoce como sitio peptidílico. (Figura 15.31).
PASO 2
En este paso se une el complejo formado por fMet – RNt – factor de iniciación 2 - GTP a la unidad 30S, que ha sido previamente cargada con un ARNm. La unión se efectúa mediante el codón de iniciación que se encuentra en el ARNm y el anticodón que porta el ARNt específico para metionina. (Figura 15.32).
PASO 3
Este es el último paso de la iniciación de la síntesis de una cadena polipeptídica. En el proceso se hidroliza el GTP que se encuentra unido al complejo que se formó en el paso anterior. Al ocurrir la ruptura del nucleótido se libera energía, que produce la separación de los factores de iniciación 2 y 3 del complejo. Al estar libre la unidad 30S de esas proteínas se le une la unidad 50S. (Figura 15.33).
ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Una vez formado el complejo de iniciación se van a ir uniendo aminoácidos a la fMet, por medio de enlaces peptídicos, obteniéndose en cada ciclo un polipéptido que aumenta de tamaño a medida que se le agreguen nuevos residuos. El proceso de elongación de la cadena polipeptídica ocurre en tres pasos que se describen a continuación.
PASO 1 DE LA ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Durante la ocurrencia de este proceso el siguiente aminoacil – ARNt se une a una proteína que se conoce con el nombre de factor de elongación Tu, y lleva unida una molécula de GTP. El GTP se hidroliza y se libera el complejo Tu – GDP junto con Pi. Simultáneamente el aminoacil – ARNt se une a la unidad 70s del complejo de iniciación, en un lugar conocido como sitio del aminoacil. El aminoacil - ARNt que se inserta porta el anticodón correspondiente al siguiente codón del ARNm. (Figura 15.34).
PASO 2 DE LA ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
En este punto se forma un enlace peptídico entre la fMet, localizada en el sitio peptidílico y el siguiente aminoácido que ocupa el sitio aminoacil. La reacción es catalizada por una enzima que forma parte de la unidad 30S: la transferasa del peptidil Como resultado de esta reacción se forma en el sitio aminoacil un dipeptidil – ARNt. En la Figura 15.35 se muestra un esquema de este proceso.
PASO 3 DE LA ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Este paso se realiza por la acción de una proteína que se llama traslocasa, (factor de elongación G), unida a una molécula de GTP. Cuando se hidroliza el GTP se produce GDP y Pi, lo que libera energía que permite al ribosoma avanzar al siguiente codón del ARNm que se está leyendo. Al desplazarse el ribosoma se libera el ARNt vacío que se encontraba en el sitio peptidílico y ahora el dipéptido formado en el paso anterior queda en ese lugar y el sitio aminoacil se desocupa. (Figura 15.36).
El proceso de elongación se repite hasta terminar la lectura del ARNm. En el siguiente ciclo se inserta el tercer aminoácido y así sucesivamente.
TERMINACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
Al final de un ARNm se encuentra uno de los siguientes codones: UAA, UAG o UGA. Estos codones se llaman de terminación; no codifican para ningún aminoácido, son señales usadas para informar a la maquinaria que sintetiza a las proteínas que un ARNm ha sido leído en su totalidad. Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación, tres proteínas que se conocen como factores de liberación (R1, R2 y S), provocan la hidrólisis del polipéptido, que se separa del ARNt terminal y la proteína es liberada. El ARNt, ahora vacío, se separa del ribosoma y las unidades 30S y 50S se disocian, quedando listas para iniciar la síntesis de una cadena polipeptídica nueva. (Figura 15.37).