Traducción de Proteínas y Regulación de la Expresión Génica

Etapas de la Traducción de Proteínas

Iniciación

El proceso necesita unas moléculas proteicas denominadas factores de iniciación.

1. El ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma con ayuda del IF3.
2. Se fija el primer aminoacil-ARNt por la formación de enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias del anticodón del ARNt y las del codón del ARNm; en este paso interviene el IF2.
3. Se acopla la subunidad mayor del ribosoma con la ayuda del IF1 e iones Mg²⁺.

Queda formado el complejo de iniciación. El ARNm cubierto por el ribosoma corresponde a seis nucleótidos, es decir, dos codones. Sobre el primero, AUG, se encuentra el aminoacil-ARNt en el sitio P (peptidil). El segundo está en el sitio A (aminoacil). Este proceso necesita energía proveniente de la hidrólisis de GTP.

Elongación

1. Unión del aminoacil-ARNt al sitio A: solo ocurre si el anticodón del ARNt es complementario al del ARNm; este paso consume GTP.
2. Formación del enlace peptídico: cuando están anclados los dos aminoacil-ARNt, se unen sus aminoácidos (aa) mediante la enzima peptidiltransferasa.
3. Translocación del dipéptido al sitio P: el ribosoma se desplaza sobre el ARNm en sentido 5’→3’. El segundo codón pasa al sitio P, dejando libre el sitio A, que es ocupado por el tercer codón del ARNm.

A medida que el ribosoma recorre el ARNm, los sucesivos aminoacil-ARNt se van fijando al sitio A e incorporan su aminoácido correspondiente. Se utiliza energía suministrada por la hidrólisis de GTP.

Terminación

Existen tres codones de terminación en el ARNm: UAA, UAG y UGA. Cuando el ribosoma llega a uno de ellos, no se sitúa ningún aminoacil-ARNt en el sitio A y la cadena peptídica finaliza.

Como consecuencia del proceso de traducción, se liberan:

• Una cadena proteica (con estructura secundaria y terciaria).
• Dos subunidades ribosómicas separadas.
• El ARNm, que puede volver a ser utilizado, a no ser que se haya degradado por su uso.

Regulación de la Expresión Génica

Es fundamental que existan mecanismos que regulen la expresión génica, ya que, de lo contrario, las células estarían sintetizando constantemente grandes cantidades de proteínas de forma ineficiente. La cantidad de proteínas que se sintetizan depende directamente de la cantidad de ARNm presente en el citoplasma.

Dado que el ARNm suele durar solo unos minutos, la cantidad de ARNm sintetizado regulará la cantidad de enzimas que se produzcan. Por tanto, se puede regular la expresión génica controlando la síntesis de ARNm:

• En procariotas, esta regulación depende principalmente del sustrato disponible.
• En eucariotas, depende de las histonas y de las hormonas del medio interno.

Regulación en Procariotas: El Modelo del Operón

Jacob y Monod descubrieron en 1961 el modelo llamado operón para explicar cómo se regula la síntesis proteica en las bacterias. Un operón es un sistema genético que controla la transcripción de los genes que codifican para las enzimas implicadas en una ruta metabólica determinada. Se compone de cuatro tipos de genes:

• Genes estructurales: contienen la información para la síntesis de las enzimas que intervienen en la ruta.
• Gen promotor: formado por la secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa para comenzar la transcripción.
• Gen operador: lugar del ADN donde puede unirse una proteína reguladora para impedir la transcripción de los genes estructurales.
• Gen regulador: sintetiza la proteína reguladora.

La regulación de los genes puede ser:

• Inducible en procesos catabólicos: solo se transcriben los genes si está presente una molécula llamada inductor.
• Represible en procesos anabólicos: los genes se expresan habitualmente, pero dejan de hacerlo si está presente una molécula llamada represor.

Regulación en Eucariotas

El punto principal de regulación de la transcripción, tanto en procariotas como en eucariotas, es el inicio de la transcripción. Sin embargo, las principales diferencias en la regulación de los eucariotas respecto a los procariotas son:

• La activación de la transcripción se produce por la unión del ADN a determinados factores de transcripción.
• Predomina la regulación positiva, aunque también existen elementos de regulación negativa.
• Existe una separación espacial: la transcripción se produce en el núcleo y la traducción en el citoplasma.