Fundamentos de Biología Molecular: Replicación, Código Genético y Traducción

Replicación del ADN: El Proceso de Duplicación Genética

Comienza en ciertas zonas del ADN donde existen determinadas secuencias de nucleótidos. En primer lugar, interviene la helicasa, que separa las dos hebras de ADN al romper los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias. Para la desespiralización de la doble hélice intervienen topoisomerasas y/o girasas. Posteriormente, las dos hebras se mantienen separadas por la acción de las proteínas SSB.

La Horquilla de Replicación y la Síntesis de Hebras

A medida que se van separando las dos cadenas de ADN, se va formando la llamada burbuja u horquilla de replicación (hay una en cada extremo de las hebras). Seguidamente, comienza la síntesis de las nuevas cadenas, complementarias a las originales. Para poder empezar la síntesis es necesario que haya una cadena corta de ARN, llamado ARN cebador o primer, que es sintetizado por la primasa.

Ahora actúa la ADN polimerasa III recorriendo la hebra original en sentido 3' → 5', sintetizando la hebra complementaria llamada conductora (ya que se produce de manera continua); une nucleótidos en sentido 5' → 3', siendo así ambas cadenas complementarias. En este proceso se gasta energía (ATP).

La Hebra Retardada y los Fragmentos de Okazaki

La otra cadena original tiene dirección 5' → 3', por lo que no puede actuar la ADN polimerasa III de forma continua; por este motivo, la síntesis es discontinua y más lenta (será la hebra retardada) y se produce en segmentos separados (fragmentos de Okazaki). Cada fragmento de Okazaki requiere un ARN cebador para iniciar la síntesis de nucleótidos. Posteriormente, la ADN polimerasa I elimina los ARN cebadores (corta: es una exonucleasa); al mismo tiempo, esta enzima rellena con nucleótidos el hueco dejado por el cebador que se ha eliminado. Finalmente, los fragmentos de Okazaki se unen gracias a las ligasas. Al acabar este proceso, cada hebra recién sintetizada y las originales se vuelven a enrollar en una doble hélice.

El Código Genético: El Lenguaje de la Vida

La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas. El código genético es la relación que existe entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos (aa) que forman las proteínas. Es la clave que permite la traducción del mensaje del ADN a su forma funcional, las proteínas. Como solo hay cuatro bases nitrogenadas, las señales para los 20 aminoácidos diferentes deben estar constituidos por una señal de tres pares de bases; así existen 64 tripletes diferentes, de los cuales 61 codifican aminoácidos y 3 que no codifican aminoácidos (codones de parada). La señal de inicio siempre es el mismo triplete (AUG) que codifica para el aminoácido metionina.

Características del Código Genético

• Está formado por una secuencia lineal de bases (nucleótidos).
• Entre los tripletes o codones no hay espacios ni separaciones.
• Tiene carácter universal. Al ser universal, cualquier ribosoma puede sintetizar proteínas que no sean propias (como ocurre con los antibióticos).
• El código es degenerado; esto significa que no existe el mismo número de tripletes que de aminoácidos (hay 64 para 20 aa). Muchos tripletes solo se diferencian en la tercera base; esto se considera positivo porque, si hubiera algún error en la traducción, se sintetiza el mismo aminoácido.

Síntesis de Proteínas: Traducción del Mensaje Genético

Este proceso se lleva a cabo en los ribosomas (en la célula eucariota se encuentran en el Retículo Endoplasmático rugoso). En la procariota son 70S y en la eucariota 80S, y en ambos casos están formados por dos subunidades (grande y pequeña). Es un proceso rápido y de gran eficacia. Las cadenas de ARNm pueden ser leídas por un ribosoma o por varios a la vez (polirribosomas).

Activación de los Aminoácidos

Existen pequeñas diferencias en procariotas y eucariotas. Estudiamos el proceso en procariotas y al final se mencionan las diferencias existentes en eucariotas. Al comenzar el proceso, en el citoplasma los aminoácidos se unen de forma específica a un ARNt (activación de los aa) por la acción de enzimas específicas. Este proceso gasta energía (ATP). El aminoácido queda unido al extremo 3' del ARNt. En el brazo del ARNt del anticodón hay un triplete de nucleótidos que se unirán al triplete o codón del ARNm de forma específica (son complementarios).

Etapas de la Traducción

1. Iniciación

El ARNm se acopla con la subunidad menor del ribosoma en dirección 5' → 3'; para ello se necesitan unos factores de iniciación. Casi al mismo tiempo, se fija el primer ARNt (UAC) al primer triplete del ARNm (AUG) y el primer aminoácido siempre es metionina. Después se acopla la subunidad mayor del ribosoma. Esto se denomina complejo de iniciación. El ribosoma engloba dos tripletes: el primero se sitúa sobre el sitio P de la subunidad mayor y el segundo en el sitio A. Todo este proceso gasta energía (GTP).

2. Elongación o Alargamiento

Los aminoácidos se van uniendo a través de enlaces peptídicos, regulado todo por diferentes enzimas; el ribosoma se va desplazando por la cadena de ARNm. Cada vez que se une un aminoácido a otro, se desprende el ARNt que lo traía. Al desplazarse el ribosoma, queda libre el sitio A, que es ocupado por el tercer triplete o codón; este proceso se repite sucesivamente.

3. Terminación

Hay tres tripletes de terminación; estos codones no codifican, no tienen ARNt. Al llegar a este triplete, intervienen unos factores de liberación (proteínas) que hacen que se libere el péptido. Este proceso también gasta energía. Al finalizar, la cadena polipeptídica ha adquirido la estructura secundaria y terciaria característica de cada proteína. Posteriormente, se separan las subunidades del ribosoma y el ARNm puede volver a ser utilizado en otro ribosoma (normalmente se degrada).