Síntesis de Proteínas y Regulación Génica

TRADUCCIÓN

Iniciación

Previamente al inicio de la traducción, es necesario que el ARNt se active mediante la unión al aminoácido correspondiente a su anticodón. Se forma el complejo aminoacil-ARNt. La subunidad pequeña se une al ARNm, que reconoce por la presencia de la caperuza de metil-guanosina-trifosfato. La subunidad lo recorre, con gasto de energía, en sentido 5’→ 3’ hasta reconocer el codón AUG, que codifica para la Met. El codón y el anticodón del ARNt se unen.

Formación del complejo de iniciación: subunidad pequeña del ribosoma, unida al ARNm y con el ARNt_Met colocado en el codón de iniciación. Se utiliza energía cedida por el GTP. Al encajar el ARNt_Met en el codón, se liberan los factores de iniciación y dejan paso para que se una la subunidad mayor del ribosoma. El ARNt_Met quedará localizado en el sitio P.

Fase de Elongación

Es un proceso anabólico, catalizado por el complejo enzimático peptidil transferasa. Este complejo va añadiendo aminoácidos a la cadena polipeptídica y los une mediante enlaces peptídicos:

1. Primera fase: El sitio P está ocupado por el ARNt_Met, mientras que los sitios A y E están vacíos. Llega un nuevo ARNt-aa₂ correspondiente al siguiente codón. Se coloca en el sitio A.
2. Segunda fase: El complejo peptidil transferasa cataliza la unión de los dos aminoácidos, formando un dipéptido. El primer ARNt pasa a ocupar el sitio E y deja vacío el sitio P.
3. Tercera fase: Los factores de elongación, mediante el gasto de GTP, desplazan tres nucleótidos al ribosoma, sobre el ARNm, en sentido 5’→ 3’. El ARNt unido al dipéptido es desplazado hacia el sitio P, y el sitio A queda vacío, disponible para la llegada de un tercer ARNt-aa₃. El sitio E queda ocupado con el ARNt que dejó la Met, liberado de su carga.

En las fases sucesivas, el ribosoma va avanzando y los ARNt se van desplazando primero del sitio A al sitio P, y después al E.

Fase de Terminación

La síntesis de la cadena peptídica se detiene cuando en el sitio A aparece uno de los tres codones de terminación, que no codifican para ningún aminoácido y, por lo tanto, no se les puede unir ningún ARNt. En este momento, se une al sitio A un factor de terminación e impide que algún aminoacil-ARNt se una. Se produce una reacción de hidrólisis que libera el polipéptido del ARNt al que estaba unido. Finalmente, se separan el ARNm y las subunidades de los ribosomas.

OPERÓN LACTOSA

Regula la síntesis de tres enzimas implicadas en el metabolismo de degradación de la lactosa (β-Galactosidasa, Permeasa y Transcetilasa), codificadas por los genes estructurales Y, Z y A, respectivamente. El inductor de la expresión de los tres genes es la lactosa. Las regiones de control (promotor y operador) se sitúan antes de los genes estructurales, mientras que el gen regulador, responsable de la síntesis de la proteína represora, se sitúa en una región del cromosoma bacteriano distinta.

En ausencia de lactosa

En el medio de cultivo de E. Coli, se produce la expresión del gen regulador, sintetizándose la proteína represora. Ésta se une al operador, con lo que la ARN polimerasa no puede unirse al ADN y no se produce la transcripción de los genes estructurales.

En presencia de lactosa

Se forma un derivado de ésta, la alolactosa, que actúa como inductor de la transcripción. La alolactosa se une al represor, formando un complejo represor-inductor que inactiva al represor. Dicho complejo se desprende del gen operador, con lo que la ARN polimerasa ya puede unirse al promotor e iniciar la transcripción de los genes estructurales y sintetizar las tres enzimas implicadas en la degradación de la lactosa.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS

La regulación de la expresión génica en eucariotas se puede llevar a cabo en cinco niveles diferentes:

En el núcleo

1. Control de la estructura de la cromatina mediante metilación del ADN y acetilación y metilación de las histonas.
2. Control de la transcripción por la acción de transposones y retrotransposones, o mediante factores de la transcripción.
3. Control de la maduración postranscripcional mediante splicing alternativo y edición.

En el citoplasma

1. Control de la traducción actuando sobre secuencias del ARNm que inhiben la traducción y facilitan su degradación.
2. Control del procesamiento postraduccional provocando modificaciones químicas y cambios conformacionales de las proteínas o alterando su vida media.

Epigenética

Conjunto de cambios en el ADN, reversibles y heredables, que no afectan a la secuencia de nucleótidos de los genes, pero sí son capaces de alterar su expresión, haciendo que unos genes se expresen y otros no en función de las condiciones medioambientales.