ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN transferente: funciones y mecanismos de traducción

ARN-mensajero (ARN-m): el transporte de información genética

El ARN-mensajero (ARN-m) es el encargado de transportar la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas con el fin de que pueda ser expresada en forma de proteínas.

ARN-ribosómico (ARN-r): esencial para los ribosomas

El ARN-ribosómico (ARN-r) forma parte esencial de las dos subunidades que constituyen los ribosomas.

ARN-transferente (ARN-t): transporte de aminoácidos

El ARN-transferente (ARN-t) juega un papel fundamental transportando los aminoácidos hasta los ribosomas en el orden correcto en que deben unirse para formar una proteína determinada, según la información genética.

Los ARN-transferentes

Los ARN-t son cadenas cortas de ribonucleótidos arrolladas en el espacio de tal forma que se produce apareamiento entre bases complementarias que quedan próximas. Se origina así una configuración espacial en forma de "hoja de trébol", con cuatro brazos o bucles de ARN no apareado que cumplen diferentes funciones:

• BRAZO ACEPTOR: formado por los extremos 3' y 5' de la cadena que se encuentran próximos. En el extremo 5' es donde se unirá el aminoácido que debe ser transportado hasta el ribosoma.
• BRAZO AMINOACIL RNA-t SINTETASA o TFIC: interacciona con la enzima que va a unir al ARN-t con su aminoácido específico.
• BRAZO ANTICODÓN: el más importante, ya que gracias a él el ARN-t se une a un aminoácido específico, según la secuencia de cada codón del ARN-m. El anticodón es una secuencia de tres bases complementaria de un codón o triplete de bases de un ARN-m. Según cual sea el codón, entrará al proceso de traducción un ARN-t u otro diferente. Es frecuente que la tercera base del anticodón sea una base rara (pseudouridina, metil guanosina, dihidrouridina, etc.).

Elementos que intervienen en la traducción

• ARN-m, ARN-t.
• Ribosomas.
• Aminoacil RNA-t sintetasa, translocasas, peptidasas.
• GTP, factores de iniciación y terminación.
• Aminoácidos.

Mecanismo de la traducción

Activación de aminoácidos: Cada ARN-t busca a su aminoácido específico según el triplete de su anticodón y se une a él por la acción de una enzima específica llamada aminoacil RNA-t sintetasa, que une al aminoácido con su ARN-t en el brazo aceptor, gastándose una molécula de ATP. De este modo, un gran número de transferentes se encuentran unidos a su aminoácido antes de iniciarse la traducción.

Iniciación: El ARN-m llega hasta el ribosoma que está separado en sus dos subunidades y se une a la subunidad mayor; a continuación se une la subunidad menor. En los ribosomas existen dos lugares en los que pueden caber transferentes, el llamado LUGAR P (= peptidil) y el LUGAR A (= aminoacil). El ARN-m se une de tal forma que el primer codón se coloca en el lugar P. Este primer codón siempre es el mismo en todos los ARN-m (salvo en algunas mitocondrias), es el AUG leído desde el extremo 5', que codifica para el aminoácido Metionina, con el que se inician todos los procesos de traducción celular. A continuación llega hasta ese lugar P un ARN-t con el aminoácido Metionina, y al lugar A llega otro ARN-t con el siguiente aminoácido que corresponda, según las bases del segundo triplete. En ese momento una enzima une ambos aminoácidos mediante un enlace peptídico y todo el complejo se desplaza un lugar hacia el primer codón, de tal manera que ahora el dipéptido se coloca en el lugar P (peptidil) y queda libre el lugar A (aminoacil).

Elongación: Al quedar libre el lugar aminoacil se acerca un nuevo ARN-t, según la secuencia de su anticodón, trayendo un nuevo aminoácido, volviendo a crearse un enlace peptídico y repitiéndose el desplazamiento del complejo. Estos procesos se repiten siempre que el codón que aparece en el lugar A tenga sentido.

Terminación de la cadena polipeptídica: En un momento determinado puede aparecer en el lugar A uno de los codones sin sentido o de terminación, con lo que no entrará ningún nuevo ARN-t y el péptido estará acabado, desprendiéndose del anterior ARN-t y liberándose al citoplasma al tiempo que los ribosomas quedan preparados para iniciar una nueva traducción.

La nueva cadena va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria a la vez que se va formando, de tal manera que al finalizar ya tiene su conformación. En ocasiones la proteína no es todavía funcional y debe ser procesada, añadiéndole algo, recortándole algo o, incluso, debe unirse a otros péptidos para adquirir estructura cuaternaria.

La regulación de la expresión génica: el operón

Cada ser vivo posee un gran número de genes, tanto mayor cuanto más compleja es la especie. Esto no significa que todos los genes se transcriban a la vez, ni siquiera que todos los genes se transcriban alguna vez a lo largo de la existencia de los seres vivos. Muchos genes sólo se transcriben cuando la célula lo necesita, y muchos otros no se transcriben nunca una vez que se ha producido la diferenciación celular. Esto es lo que constituye la regulación de la expresión génica.

Existen, por tanto, dos aspectos a considerar en esta regulación:

• La diferenciación celular, es decir, la conversión de una célula totipotente en otra especializada que forma parte de un tejido. Aunque no conocemos los mecanismos exactos de esa transformación, sabemos que cada estirpe celular posee una parte concreta de su genoma que está irreversiblemente bloqueada y que no se expresa nunca. Sólo existe reversibilidad de ese proceso cuando se desarrolla un cáncer, enfermedad que consiste precisamente en que una célula diferenciada vuelve a convertirse en totipotente, desbloqueando su genoma.
• La regulación génica como respuesta a factores ambientales que provocan necesidades en las células.

El proceso de bloqueo y activación de los genes en los organismos superiores aún no está claro. Sin embargo, el proceso de regulación génica en bacterias, que es más sencillo, fue estudiado por los franceses F. Jacob y J. L. Monod, que propusieron un modelo de regulación para procariotas que les valió el premio Nobel, el llamado modelo del operón.

El operón

Este modelo supone la existencia de una región próxima al gen que se necesita transcribir denominada región promotora o simplemente promotor, que es el lugar donde se une la enzima ARN-polimerasa que va a transcribir el gen. Próxima al promotor, incluso formando parte de él, existe otra región llamada región operadora u operador, a la cual se puede unir o no una proteína especial denominada represor que se fabrica en otra zona del genoma a partir de un gen especial llamado gen regulador. Ciertas sustancias químicas actúan bloqueando al represor para que deje libre al operador, recibiendo entonces el nombre de inductores, ya que permiten la transcripción.

Para que la ARN-polimerasa pueda transcribir el gen tienen que darse dos circunstancias:

• Una, que la ARN-polimerasa se una al promotor.
• Otra, que el represor no esté unido al operador, y por tanto al estar el operador libre, la ARN-polimerasa pueda moverse hasta el gen.

Si alguna de estas circunstancias no sucede, la transcripción no se lleva a cabo. En procariotas y, de forma similar en eucariotas, la célula produce el represor o modifica la forma del promotor, según le interese que se dé la transcripción o no, regulando de esta manera la síntesis proteica, es decir, la expresión génica.

Parece que los operones no existen en los organismos complejos, aunque es muy posible que cada gen tenga su propio sistema individual de promotores y operadores, y que los intrones y las secuencias repetidas desempeñen también algún papel en este proceso.