Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en la mayoría de los sistemas vivos (50% o más del peso seco). Su diversidad funcional es abrumadora, sin embargo en estructura, todas siguen el mismo esquema simple: todas son polímeros de aminoácidos, dispuestos en una secuencia lineal.

Las proteínas son macromoléculas de alto peso molecular. Están constituidas por 21 aminoácidos que combinados pueden formar cientos de moléculas proteícas como la hemoglobina, miosina, colágena, etc. Esta diversidad de arreglos en los aminoácidos es la razón por la que existe gran variedad de proteínas en los organismos.

La síntesis de proteínas en las células consta de dos etapas:

• Primera etapa (transcripción): ocurre en el núcleo de las células eucariotas, en ella la secuencia específica de nucleótidos de un gen se copia a una molécula de RNA.
• Segunda etapa (traducción): sucede en los ribosomas, bajo el dictado del RNA transcrito se produce la proteína.

El RNA mensajero (m-RNA), se produce en el núcleo cuando una determinada región del DNA se abre o se extiende y copia el código químico expuesto. El RNA es mucho más corto que el DNA, ya que contiene sólo los nucleótidos suficientes para codificar el ensamble de los aminoácidos en una proteína. Al proceso de copia del código del DNA para sintetizar RNA se le llama transcripción, éste se hace sobre una de las dos cadenas del DNA, la cual expone sus bases y en ellas se aparean nucleótidos de RNA, mientras que la otra cadena de DNA permanece inactiva.

La transcripción es catalizada por la enzima RNA-polimerasa. Al inicio, la enzima se une al DNA en una secuencia de nucleótidos específica denominada secuencia promotora, abre la doble hélice en una pequeña región, y así, quedan expuestos los nucleótidos de una secuencia corta de DNA.

Luego, la enzima va añadiendo ribonucleótidos, moviéndose a lo largo de la cadena molde, separando las dos cadenas de la hélice y exponiendo nuevos nucleótidos con los que se aparearán los ribonucleótidos complementarios.

La elongación de la nueva cadena de RNA continúa hasta que la enzima encuentra otra secuencia de nucleótidos especial, que es la señal de terminación.

En este momento, la polimerasa se detiene y libera a la cadena de DNA molde y a la recién sintetizada cadena de RNA.

En este proceso, la información se transcribe de la cadena molde de DNA a una m-RNA en la dirección 5’ " 3’, siguiendo los principios de apareamiento de bases establecidos por Watson y Crick. Por tanto, la cadena recién sintetizada de m-RNA es complementaria a la cadena molde de DNA. El m-RNA transcrito a partir del DNA es, entonces, la copia activa de la información genética. Contiene las instrucciones codificadas en el DNA, y con ello, el m-RNA determina el orden o secuencia de aminoácidos en las proteínas.

De los siguientes pares de cadenas de información genética ¿Cuál es la cadena de DNA y cuál la cadena de RNA?

La correspondencia entre el lenguaje de nucleótidos del DNA y el lenguaje de aminoácidos en las proteínas, se denomina el código genético. Las proteínas contienen 20 aminoácidos diferentes, pero el DNA y el RNA contienn sólo cuatro nucleótidos distintos.

La existencia de un código de tres nucleótidos, o código de tripletes fue demostrada cuando se descifró el código genético, y con ello, se estableció que consiste en un sistema de 64 combinaciones de tripletes (codones) en el m-RNA (copiado a partir del DNA) que especifica los aminoácidos y el orden de los mismos en una cadena polipeptídica.

El código genético posee dos características relevantes:

1. Es universal, es decir, el código es idéntico en todos los organismos ya sea animales, plantas o bacterias.
2. El código es degenerado, término usado para indicar que  un mismo aminoácido puede ser codificado por más de un codón, por ejemplo, la serina es codificada por 4 codones diferentes: UCU, UCC, UCA y UCG. Esto es una medida de protección frente a posibles mutaciones que puedan producirse.

La síntesis protéica ocurre en los ribosomas. Cuanta más proteína esté fabricando una célula, más ribosomas tendrá, ya que cada ribosoma es una gran maquinaria de síntesis de proteínas.

Cada ribosoma tiene dos sitios de unión, denominados sitios P (peptidílico) y A (aminoacílico). Para la síntesis proteica también se requieren moléculas de RNA de transferencia (t-ARN), por medio del cual se traduce el lenguaje de los ácidos nucleicos al lenguaje de las proteínas.

Todas las moléculas de t-RNA están plegadas en una estructura secundaria con forma de hoja de trébol con regiones de la molécula formando doble cadena. Cada una de estas pequeñas moléculas tiene dos sitios de unión muy importantes. En un extremo pueden llevar acoplado un aminoácido particular, y en un asa central en el extremo opuesto de la molécula tienen un triplete de bases, conocido como el anticodón, que se acopla al codón de la molécula de m-RNA. La molécula de t-RNA es el adaptador que aparea el aminoácido correcto con cada codón del m-RNA durante la síntesis de proteínas. En las células hay al menos un tipo de molécula de t-RNA para cada uno de los 20 tipos de aminoácidos presentes en las proteínas. La unión de cada aminoácido a su molécula de t-RNA específica, es catalizada por las enzimas.

La síntesis de proteínas tiene otra etapa conocida como traducción, debido a que es la transferencia de información del lenguaje de los nucleótidos al de los aminoácidos. Ocurre en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.

La iniciación comienza cuando la subunidad ribosómica pequeña se acopla a una cadena de m-RNA exponiendo su primer codón o codón iniciador. A continuación, el primer t-RNA o t-RNA iniciador, se coloca en su lugar y aparea su anticodón con el codón iniciador del m-RNA. Este codón iniciador, que habitualmente es AUG, se aparea con el anticodón UAC. El t-RNA iniciador entrante, que se une al codón AUG, lleva una forma modificada de la metionina, que será el primer aminoácido de la cadena polipeptídica, y en general es rápidamente removido.

Etapas de la traducción

• labelIniciación

  La combinación de la subunidad ribosómica pequeña, el m-RNA y el t-RNA iniciadores, se conoce como "complejo de iniciación"

  
• labelElongación

  Una vez que el ribosoma completo se ha ensamblado en el codón de iniciación, comienza la etapa de elongación. Durante esta etapa, el sitio P de un ribosoma está ocupado por el t-RNA iniciador, y el sitio A será ocupado transitoriamente por sucesivos t-RNA con su aminoácido, cuyo anticodón sea complementario al codón del m-RNA que queda expuesto en ese sitio. La entrada del t-RNA al sitio A del ribosoma requiere su unión previa con una poteína llamada "factor de elongación", que luego se separa permitiendo que el t-RNA con su aminoácido permanezca unido por un corto tiempo al m-RNA.

  

Cuando los sitios A y P del ribosoma están ocupados, una enzima, que es parte de la subunidad grande del ribosoma, cataliza la formación de un enlace peptídico entre los dos aminoácidos acoplando el primero (metionina) con el segundo. Entonces se libera el primer t-RNA.

El ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena de m-RNA, en consecuencia, el segundo aminoácido se transfiere de la posición A a la P. Un tercer t-RNA con su aminoácido se ubica ahora en la posición A, apareándose al tercer codón del m-RNA, y se repite cada paso. En el lugar en que la cadena de m-RNA está en contacto con un ribosoma, se unen moléculas de t-RNA temporalmente a la cadena de m-RNA. Cada molécula de t-RNA lleva el aminoácido específico requerido por el codón de m-RNA, al cual se une el t-RNA. Así, siguiendo la secuencia dictada originalmente por el DNA, las unidades de aminoácidos son alineadas una tras otra, y, a medida que se forman los enlaces peptídicos entre ellas, se unen en una cadena polipeptídica.

Hacia el final de la secuencia de la molécula de m-RNA, hay un codón que sirve como “señal de terminación” (UAG, UAA, UGA). No existe ningún t-RNA cuyo anticodón se aparee con estos codones. Existen ciertas proteínas citoplasmáticas llamadas “factores de liberación”, que se unen a cualquier codón de terminación que llega al sitio A del ribosoma y alteran la actividad de la enzima, lo que provoca que el polipéptido se separe del t-RNA.

1. El siguiente esquema muestra el flujo de información genética en la síntesis de proteínas, arrastra las letras para llenar cadena complementaria de la siguiente secuencia codificante de DNA.

DNA

T

C

G

A

U

2. Para obtener la secuencia de RNA mensajero deberás considerar que la RNA polimerasa utilizará la CADENA MOLDE para hacer la síntesis del mRNA y que la molécula de RNA contiene Uracilos en lugar de Timinas.

m-RNA

3. Traduce el mRNA consultando el código genético, arrastra las opciones para formar la secuencia de aminoácidos que conformarán la proteína.

Fenilalanina

Leucina

Isoleucina

Metionina

Serina

Glutamina

Glutamato

Arginina

Proteína

4. El proceso donde se sintetiza mRNA a partir de DNA se llama:

Replicación

Transcripción

Traducción

5. El proceso donde se sintetiza la proteína a partir del mRNA se llama:

Replicación

Transcripción

Traducción