UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORInstituto de Ciencias Básicas - Unidad de Biología

Amamos la Vida…

Tema: Síntesis de proteínas Asignatura: Biología CelularCarrera: Química Farmacéutica Curso: 1er Sem. Fecha: 06-01-14Integrantes: Carlos Parra, Karla Cabrera, Jonathan Terán, Ivonne Toapanta, Diego Gamboa

Ensayo

Expresión del material genético: de la transcripción a la traducción

Los avances científicos que presenta nuestra sociedad en la actualidad, abarcan diversos ámbitos, entre los cuales podemos destacar a la genética como ciencia fundamental en la comprensión del ser humano. Análogamente, podemos comparar el descubrimiento del código genético humano, con la invención de la tabla periódica, debido a que los genes que componen el genoma humano, constituirán las piezas del rompecabezas necesarias para conformar un individuo, tal como los elementos químicos forman los compuestos.

El estudio parte de la unidad básica fundamental de todo ser vivo, la célula. Pues si pudiéramos adentrarnos en el maravilloso mundo microscópico de una célula, encontraríamos en su interior un núcleo, que almacena los cromosomas, que a su vez contienen la información genética para producir proteínas, empaquetadas en unidades conocidas como genes.

La producción de proteínas es un proceso de muy importancia, pues las proteínas permiten formar las estructuras de las que se compone un ser vivo, además de permitir el cumplimiento de varias funciones vitales, al funcionar como enzimas, entre otras.

Por tanto podemos afirmar que el estudio de la síntesis de proteínas parte desde la estructura del ADN, como base de la vida.

La molécula de la herencia

En la mayor parte de organismos vivos la proteína actúa como material principal de construcción y como un medio primario de regulación de actividades de las células individuales.

En cualquier organismo viviente presentan una gran variedad de proteínas formados por aminoácidos, las células son capaces de sintetizar una proteína en particular y lo hacen con gran exactitud.

Un organismo puede contener trillones de componentes en donde son las células individuales o grupos de células que son responsables de todas las características y propiedades del organismo no solo las células deben ser capaces de controlar su desarrollo, deben ser capaces de controlar sus funciones, también debe transmitir a su sucesor todo el rango de características y capacidades.

El biólogo alemán Walter Fleming a finales de siglo XIX estudiando la célula encontró que el núcleo de una célula contenía alargadas y filiformes estructuras que contenían un particular tinte rojo, Fleming llamo a estas alargadas estructuras cromatina. Durante el proceso de la división celular la cromatina filiforme forma tensos y gruesos pares llamados cromosomas.

Figura N° 1Célula y la cromatina.Tomado de Video Ciencias disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=o6lXg7RPgS8.

Los cromosomas son los que contienen los cianotipos necesarios para el desarrollo y crecimiento de los organismos vivos, el cianotipo contiene información específica para un caso específico como el color de los ojos que se llaman genes y cada cromosoma contiene miles de genes. En la especie humana el número de genes está cerca de los 3.000 millones, los genes son secciones de una notable molécula llamada acido desoxirribonucleico ADN.

La mitad de la cremallera tiene una estructura hélice, pero por las dos mitades de la cremallera espiral unida llamamos a la estructura doble hélice. Cuando se observa una estructura en forma de escalera, los dos pasamanos de la escalera se forman por una serie regulada y alternada de ácido fosfórico y azúcar llamado desoxirribosa, los peldaños de la escalera son una serie de estructuras espaciadas uniformemente, cada una consistente de una molécula llamada purina y pirimidina unidas entre sí, estas moléculas contienen nitrógeno así que los componentes pares se llaman bases nitrogenadas.

Figura N° 2ADN Doble HéliceTomado de Video Ciencias disponible enhttps://www.youtube.com/watch?v=o6lXg7RPgS8.

Cada agrupación de azúcar, acido, y base nitrogenada se llama nucleótido que son los pares de la bases nitrogenadas en estos nucleótidos que forman el código en el cual los cianotipos de la vida están escritos. Los cianotipos se crean por dos diferentes clases de purina en el ADN adenina y guanina, también hay dos tipos de pirimidina la timina y la citosina.

Estos cuatro químicos se combinan hasta llegar a cada peldaño del ADN, pero se combinan en cuatro formas diferentes la purina y adenina siempre se unen con la pirimidina, la timina en una de dos formas, la guanina solo se combina con citosina igual solo en una de dos formas. El orden particular en que se dan estas combinaciones en el ADN constituye el código genético. Muchos códigos genéticos pueden expresarse en una molécula de ADN, y un solo cromosoma contiene miles moléculas de ADN

Figura N° 3ADN Estructura y bases nitrogenadas

Tomado de Video Ciencias disponible enhttps://www.youtube.com/watch?v=o6lXg7RPgS8.

Síntesis el mensajero genético

La continuidad de las células de los organismos individuales y de todas las especies están en un preciso cambio de condición genética de una generación de células a las siguientes, esta información genética se encuentra en cada organismo y dentro de cada célula en estructuras dentro del núcleo llamadas cromosomas.

La información genética es codificada en moléculas de ADN que son como una cremallera enroscada, en el proceso de replicación del ADN esta cremallera molecular se abre para dejar la mitad de la molécula original en donde la mitad izquierda de la cremallera se desenrosca para liberar una cadena de nucleótidos consistente en un fosfato, un azúcar y una de las cuatro purinas o moléculas de pirimidina.

La estructura espiral impone estrictas limitaciones a las moléculas que pueden formar los peldaños de la escalera de ADN, el arreglo de conexiones entre las purinas y pirimidinas limita a las moléculas que pueden unirse entre sí, este estricto orden conocido como complementariedad significa que el lado izquierdo de la cremallera puede recrear exactamente al lado derecho con tres nucleótidos libres en el núcleo mientras que el antiguo pasa manos derecho produce un nuevo pasa manos izquierdo esto produce dos moléculas de ADN una por cada célula conocida en la división celular. El ADN contiene el

código que permite su propia reproducción, también contiene el código genético para la construcción de proteínas.

En el proceso complejo de decodificación y de manufacturación el primer paso es la síntesis del ARN, aunque el ADN y el ARN son formados por secuencias lineales de nucleótidos el ácido ribonucleico difiere del ácido desoxirribonucleico en algunas formas, la diferencia en el nombre proviene de la molécula de azúcar el ADN está formado con desoxirribosa y el ARN está formado con ribosa que contiene un átomo más de oxígeno, el ADN es una doble hélice mientras que el ARN es una hélice sencilla, desenroscado el ARN es como una escalera cortada por la mitad es más pequeño que el ADN pero es más común, el ADN de las células eucariotas está dentro del núcleo mientras que el ARN disfruta de la libertad de la célula y se encuentra en el núcleo y en el citoplasma que lo rodea.

Hay un tipo de ADN pero tres tipos de ácido ribonucleico que desempeñan una función importante en la síntesis de proteínas que son:

ARN mensajero ARN de transferencia ARN ribosómico

En el caso de la replicación de ADN la síntesis del ARN inicia con la abertura y con el desenroscamiento de la doble hélice de ADN pero la adenina no se vincula con un nucleótido libre de timina, el uracilo toma el lugar de la timina para unirse con la adenina.

La síntesis de ARN no ocurre en toda la cadena de ADN solo en algunas secciones cuando el proceso de síntesis está terminando la cadena resultante de ARN mensajero es liberada de la plantilla de ADN, de los cianotipos de ADN en la célula el ARN mensajero lleva la información genética fuera del núcleo hacia el sitio de la síntesis de proteína llamados ribosomas dispersos en la célula.

En la replicación de ADN solo se requiere copiar las secuencias complementarias nucleótido por nucleótido tomadas de la cadena izquierda o derecha de la hélice abierta de ADN, pero el propósito de la síntesis de proteínas la información en el código genético de la célula debe ser leído en una forma que relacione las unidades de aminoácidos que eventualmente reúnen cualquier proteína, cuando el código genético es transcrito al ARN parece que el código es leído desde tres nucleótidos de ARN mensajero a la vez, cada triplete de nucleótidos es llamado codón y cada codón codifica uno de los veinte aminoácidos.

La lectura del código genético en tripletes es el medio más eficiente de relacionar la secuencia lineal de nucleótidos en el ARN mensajero a los aminoácidos usados en la

síntesis de proteínas. Los pares de nucleótidos proporcionan 16 posibles combinaciones que son pocas para los aminoácidos, los cuartetos proveerán de más combinaciones de las necesarias, las tripletas de nucleótidos proporcionan 64 posibles combinaciones en un cómodo margen para 20 aminoácidos que deben ser codificados, algunos aminoácidos pueden ser codificados por 6 diferentes tripletas de nucleótidos, de las 64 combinaciones tres codones no codifican en ningún aminoácido, estos codones sirven como de terminación durante la transcripción de la secuencia de ADN nucleótido como el UAG señala el final del proceso de transcripción del ARN, el codón AUG es único en el código genético ya que tiene dos propósitos codificar el aminoácido metionina y al mismo tiempo provee de una señal de inicio para el proceso de transcripción del ARN mensajero.

En la transcripción del ARN mensajero que sigue casi inmediatamente a la realización de la transcripción que une al ARN mensajero a una cola que consta de unos 200 nucleótidos de adenina, dura solo unos minutos en el citoplasma antes de ser destruido por las enzimas mientras que los que tienen cola pueden permanecer estables por horas o incluso días, cuando el ARN mensajero a pasado por la membrana nuclear se une con el delgado ribosoma es aquí donde la instrucción genética transportada por el ARN mensajero es recibida y con la vital asistencia del ARN de transferencia se traduce en proteínas funcionales

Figura N° 4 Tomado de: Gerald C. Karp, Biología celular y molecular 5ta ed.

Figura N° 5Replicación del ADN

Tomado de: Gerald C. Karp, Biología celular y molecular 5ta ed.

ARN de transferencia

El ARN de transferencia, ARN transferente o ARNt es un tipo de ácido ribonucleico encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas y ordenarlos a lo largo de la molécula de ARNm, a la cual se unen por medio de enlaces peptídicos para formar proteínas durante el proceso de síntesis proteica. Existe una molécula de ARNt para cada aminoácido, con una tripleta específica de bases no apareadas, el anticodón.

EL ARNt. ARN de transferencia. En la síntesis de proteínas, un gen que codifica una proteína, que está en el ADN del núcleo, se copia en ARNm ARN mensajero que se escapa del núcleo y lleva el mensaje al citoplasma, donde los ribosomas ensamblan las proteínas.

Para que los ribosomas sean capaces de ensamblar las proteínas deben tener suministro de aminoácidos, de esto se ocupan otras moléculas de ARN, llamadas de transferencia ARNt.

El ARN de transferencia es un simple transportador de cadenas polipeptidicas de un lugar de la célula a otro, es un tipo de ácido ribonucleico encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos a las proteínas, durante el proceso de síntesis proteica.

Los ARNt desempeñan un papel central en la síntesis de las proteínas

La síntesis proteica tiene lugar en el ribosoma, que se arma en el citosol a partir de dos subunidades riborrucleoproteicas provenientes del nucléolo. En el ribosoma el ARN mensajero (ARNm) se traduce en una proteína, para lo cual se requiere también la intervención de los ARN de transferencia (ARNt). El trabajo de los ARNt consiste en tomar del citosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, que son los moldes del sistema.

La síntesis de las proteínas comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado de nuevos aminoácidos -de a uno por vez- en uno extremos de la cadena. Como se sabe la clave de la traducción reside en el código genético, compuesto por combinaciones de tres nucleótidos consecutivos -o tripletes- en el ARNm. Los distintos tripletes se relacionan específicamente con tipos de aminoácidos usados en la síntesis de las proteínas.Cada triplete constituye un codón: existen en total 64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción. Tal cantidad deriva de

Figura N° 6ARN de transferenciaTomada de Wikimedia Commons

una relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G)se combinan de a tres, por lo que pueden generarse 64.

El codón de iniciación es el triplete AUG

El primer codón que se traduce en los ARNm es siempre el triplete AUG. cuya información codifica al aminoácido metionina (fig. A-2). Por lo tanto, este codón cumple dos funciones: señala el sitio de comienzo de la traducción -caso en el cual recibe el nombre de codón de iniciación -, y cuando se halla en otras localizaciones en el ARNm codifica a las metioninas del interior de las moléculas proteicas.

Al especificar el primer aminoácido de la proteína, el codón AUG de iniciación determina el encuadre de los sucesivos tripletes, lo que asegura la síntesis correcta de la molécula. Tómese como ejemplo la secuencia AUGGCCUGUAACGGU. Si el ARNm es traducido a partir del codón AUG, los codones iguientes serán GCC, UGU, AAC y GGU, que codifican, respectivamente, a los aminoácidos alanina, cisteina ,asparagina y glicina. En cambio, si se omitiera la A del codón de iniciación, el encuadre de los tripletes sería el siguiente: UGG, CCU, GUA y ACG, los cuales se traducen en los aminoácidos triptófano, prolina, valina y treonina, respectivamente.

Algo semejante ocurriría si también se omitiera la U, pues resultaría un tercer tipo de encuadre: GGC, CUG, UAA y CGC. En este caso, después de codificar los dos primeros codones a los aminoácidos glicina y leucina, la traducción se detendría, ya que UAA es un codón de terminación.

ARNr Ribosomal

Es considerado como uno de los tres tipos principales de ARN de la síntesis de proteínas. Su característica fundamental es realizar el acople exacto entre el ARNm (Mensajero) y el ARNt (Transferencia).

Figura N° 7Codones y AnticodonesTomada de Wikimedia Commons

La síntesis de proteínas es un proceso que se fundamenta, en la traducción del código genético que se encuentra almacenado en el ADN (Núcleo Celular), al lenguaje de aminoácidos con los cuales de forman las proteínas. Para lo cual se utiliza

Ribosomas

El ARNr (Ribosomal) se encuentra presente en los ribosomas, estructuras que a su vez se adosan al retículo endoplásmico, o permanecen libres en el citoplasma celular. La dimensión de un ribosoma es de la décima parte (1/10) de una longitud de onda de la luz.

Estructura y conformación química

Estos están conformados por dos subunidades. La menor contiene una molécula de ARN, en asociación con una molécula de 21 proteínas diferentes; y la menor que contiene dos moléculas de ARN y 34 proteínas.

Función

El complejo de ARNr se encarga de recibir las instrucciones del ARNm y las decodifica, traduciendo de esta manera las diversas letras del alfabeto genético, agrupadas a través de tripletes o codones, pues estos poseen tres bases nitrogenadas, las cuales, con sus diversas agrupaciones codifican uno de los 20 aminoácidos que permiten la vida.

Proceso de Síntesis de Proteínas (ARNr)

El proceso de síntesis de proteínas que inicio con la decodificación de ADN, su transcripción a ARNm, continúa su viaje hacia el exterior del núcleo celular, en donde interviene el ARN ribosómico, el cual lee el mensaje. Además asegura que la adecuada secuencia de aminoácidos sea ejecutada, mientras la proteína es ensamblada. Esto se logra mediante el doblamiento de tres moléculas de proteínas llamadas factores de iniciación, a la subunidad menor del ribosoma, estos son seguidos por la adición de una molécula de Guanosina trifosfato, y finalmente a la cadena de ADNm. La Guanosina trifosfato proporciona la energía necesaria para la síntesis de proteínas.

El ARNt se aproxima transportando un aminoácido, como se muestra en la figura X, hasta un lugar específico del ribosoma conocido como sitio R, donde se vinculan sus nucleótidos del anticodón a las bases nitrogenadas de la cadena del ARNm, desalojando una de las moléculas del factor inicial.

La complejo de nucleótidos se tensa, causando un volcamiento y cambio de orientación de la molécula de ARN de transferencia, con lo cual se vincula al complejo ribosomal, en un punto designado como sitio P, con lo cual la molécula de Guanosina trifosfato se rompe, y

se elimina, junto a las dos moléculas de factores iniciales. Luego continúa el proceso de elongación.

Elongación

Es un proceso cíclico, que se repite con cada nuevo aminoácido que es agregado a la proteína. En la traducción intervienen además dos proteínas designadas como factores de elongación, y dos moléculas de GTP (Guanosina trifosfato). A medida que llega una nuevo complejo de ARNt - aminoácido, se ensambla con un códon de la cadena de ARNm y sufre el proceso de tensión e inversión de ubicación, como se muestra en la figura X, alineándose con el aminoácido anterior.

Verificación de Acoplamiento

Se considera como un mecanismo que permite comprobar que existe una correcta adhesión química de las bases nitrogenadas complementarias, pues al producirse una fuerza de tensión al realizar el giro, las moléculas no enlazadas debilitan el complejo, con lo cual los enlaces se destruyen. Esto se observa en la figura numero 8:

Formación de la cadena Polipeptídica

Considerado como el paso en el cual se forman los enlaces entre los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica, es decir, la proteína, pues están forman un enlace entre el grupo carboxilo y el grupo amino, desprendiendo agua. Esto se aprecia en la figura 9

Figura N° 8ARN acoplamientoTomado de Video Ciencias

Figura N° 8ARN acoplamientoTomado de Video Ciencias

No obstante, una proteína es generalmente más compleja que una cadena de aminoácidos, pues estos se doblan y forman enlaces con las cadenas alternas, formando autenticas marañas moleculares.

Pues la vida se reduce a la síntesis de proteínas, que se trasforman en las piezas del rompecabezas que conforman a los seres vivos, además de peromitirles realizar sus diferentes funciones. Por tanto, cada individuo depende de su capacidad para producir proteínas, que dicho sea de paso, esta es única en cada individuo, ya que todos poseemos un ADN diferente.

Bibliografía

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