Mecanismos Esenciales de la Expresión Génica: Traducción y Regulación
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Elongación de la Traducción
La cadena polipeptídica naciente se alarga mediante la unión covalente de sucesivas unidades de aminoácidos, transportada cada una al ribosoma y posicionada correctamente por su tRNA, que se aparea con su codón correspondiente en el mRNA. La elongación requiere proteínas citosólicas llamadas factores de elongación. La fijación está facilitada por la hidrólisis de GTP.
Terminación y Liberación
La finalización de la cadena polipeptídica está señalada por un codón de terminación del mRNA. La cadena polipeptídica se desprende del ribosoma con ayuda de proteínas llamadas factores de liberación.
Plegamiento y Modificación Postraduccional
Para adoptar su forma biológicamente activa, el nuevo polipéptido ha de plegarse en su conformación tridimensional adecuada. Antes o después del plegamiento, el polipéptido puede experimentar modificaciones enzimáticas, incluyendo:
Eliminación de Aminoácidos
Eliminación de uno o más aa, pérdidas de secuencias señal donde de 15 a 30 residuos del extremo amino-terminal de algunas proteínas intervienen en dirigir la proteína a su destino final en la célula.
Modificación de Aminoácidos Concretos
Los grupos hidroxilo de Ser, Thr y Tyr son fosforilados enzimáticamente por ATP, y estos grupos añaden cargas negativas.
Formación de Puentes Disulfuro
Los entrecruzamientos de esta manera ayudan a proteger la conformación activa de la proteína frente a la desnaturalización en el medio extracelular, que puede diferir de forma significativa.
tRNA (ARN de Transferencia)
Son relativamente pequeños y consisten en una sola hebra de RNA plegada. Las células poseen al menos un tipo de tRNA para cada aa. Todos los tRNA forman una estructura en forma de hoja de trébol con 4 brazos:
Brazo Aceptor
Lleva un aa específico esterificado por su grupo carboxilo.
Brazo Anticodón
Contiene el anticodón (secuencia de 3 bases complementarias al codón presente en el mRNA y que codifica el aa).
Otros Brazos
Los otros dos brazos son importantes en el plegamiento del tRNA.
Inhibidores de la Síntesis de Proteínas
La síntesis de proteínas es una función central de la fisiología celular y es una de las principales dianas de muchos antibióticos y toxinas naturales. Con algunas excepciones, estos antibióticos inhiben la síntesis de proteínas en bacterias. Los antibióticos son herramientas muy valiosas en el estudio de la síntesis de proteínas porque todos los pasos de la misma pueden inhibirse por uno u otro antibiótico de forma específica.
Uno de los antibióticos más conocidos por ser inhibidor es la puromicina, producida por un hongo. Su estructura es muy parecida al extremo 3´ de un aminoacil-tRNA, por lo que puede fijarse en el sitio A del ribosoma. Por ejemplo, el cloranfenicol inhibe la síntesis de proteínas en bacterias, mitocondrias y cloroplastos.
Principio de la Regulación Genética
Los genes, tales como los de las enzimas de las rutas metabólicas, se expresan en un nivel más o menos constante en prácticamente todas las células. Estos son genes constitutivos.
Los niveles celulares de otros productos génicos aumentan y disminuyen en respuesta a señales moleculares; esa es la expresión génica regulada.
Genes Inducibles
Son aquellos que aumentan su concentración bajo determinadas circunstancias moleculares, y el proceso por el cual aumentan su expresión se llama inducción.
Genes Reprimibles
Son, por el contrario, aquellos en los que los productos génicos disminuyen su concentración en respuesta a una señal molecular, y el proceso mediante el cual esto tiene lugar se denomina represión.
Niveles de Regulación: Positiva y Negativa
Al menos 3 tipos de proteínas regulan el inicio de la transcripción:
Factores de Especificidad
Modifican la especificidad de la RNA polimerasa.
Represores
Impiden el acceso de la RNA polimerasa al promotor.
Activadores
Potencian la interacción de la RNA polimerasa con el promotor.