Tipos de ARN y la Síntesis de Proteínas

ARN: ¿Qué es?

El ácido ribonucleico (ARN) es una molécula esencial para la vida, que se encuentra presente en todos los seres vivos. Esta molécula es similar al ADN en su estructura química, pero tiene algunas características únicas que la hacen muy importante para el funcionamiento de las células.

El ARN se compone de una cadena de nucleótidos que contienen una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato. Las bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y uracilo, y la secuencia de estas bases determina la información genética contenida en el ARN.

El ARN se sintetiza a partir de una cadena de ADN durante el proceso de transcripción, y luego se utiliza como molde para la síntesis de proteínas durante el proceso de traducción. Además, el ARN también tiene funciones reguladoras y estructurales dentro de la célula.

Existen diferentes tipos de ARN, como el ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosómico (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt), cada uno con funciones específicas en la célula. El ARNm lleva la información genética desde el ADN hasta los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas, mientras que el ARNr forma parte de los ribosomas y ayuda en la síntesis de proteínas. Por otro lado, el ARNt es responsable de transportar los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas al ribosoma.

Tipos de ARN

El ARN mensajero

Es una molécula de una sola banda larga que contiene los codones (triplete de bases de nucleótidos) que serán traducidos en una secuencia de aminoácidos de una proteína. Su síntesis se realiza en el núcleo y llega al citoplasma a través de los poros de la envoltura nuclear. En el citoplasma, el ARN mensajero se une  a los ribosomas, donde sus codones son traducidos al idioma de los aminoácidos contenidos en las proteínas. (Debe imaginarse al ARN mensajero como una “fotocopia molecular” del ADN del gen.)

El ARN ribosomal

Los ribosomas están compuestos de ARN ribosomal y una gran cantidad de proteínas. Cada ribosoma se compone de dos subunidades: una mayor y una menor. La subunidad menor reconoce y se une al ARN mensajero y a parte del ARN de transferencia. La subunidad mayor consta de tres moléculas de ARN mensajero y de varias proteínas. Contiene una región enzimática que cataliza la adición de aminoácidos a la cadena proteica en crecimiento y dos sitios catalíticos (designados P y A) que se unen al ARN de transferencia.

La función del ARN ribosomal es el reconocimiento del ARN mensajero y la catalización de la formación de uniones peptídicas entre los aminoácidos de la proteína.

El ARN de transferencia

Las moléculas del ARN de transferencia unen aminoácidos y los entregan al ribosoma, en donde son incorporados en cadenas proteicas. Hay muchos tipos de ARN de transferencia, por lo menos un tipo para cada aminoácido. Su función es descifrar los codones del ARN mensajero y traducirlos a los aminoácidos de las proteínas. Los ARN de transferencia presentan una estructura similar a un trébol con un tallo.

La parte exterior de la hoja central contiene tres bases expuestas, llamadas anticodón, que descifran el código del ARN mensajero, es complementario al codón del mensajero que especifica el aminoácido al cual está unido el ARN transferencia. Por ej. el codón GUA del ARN mensajero es complementario con el anticodón CAU de un ARN de transferencia que lleva el aminoácido Valina. Todos estos procesos requieren de energía que es aportada por la molécula de ATP.

Síntesis proteica.

Etapas de la síntesis de proteínas

La síntesis de proteína se realiza en dos etapas. En primer lugar, durante la transcripción, el ARN mensajero es transcripto a partir del patrón de ADN de los genes en el núcleo. El ARN mensajero viaja a un ribosoma en el citoplasma. En segundo lugar, durante la traducción, el ribosoma une ARN mensajero y los ARN de transferencia apropiados.

La síntesis de proteínas es un proceso fundamental en la célula que se lleva a cabo a través de la traducción de la información genética contenida en el ADN al lenguaje de los aminoácidos. El proceso de síntesis de proteínas consta de tres etapas principales: la iniciación, la elongación y la terminación. A continuación se explica el proceso paso a paso:

1. Transcripción del ADN: Primero, se produce la transcripción del ADN en ARN mensajero (ARNm). Este proceso implica la síntesis de una molécula de ARNm complementaria a una de las dos hebras del ADN. La ARNm contiene información genética que será utilizada para la síntesis de proteínas. El código genético es el conjunto de reglas que determinan cómo se traduce la información genética en secuencias de aminoácidos. En este código, cada grupo de tres nucleótidos (conocido como codón) codifica para un aminoácido específico. Por ejemplo, el codón AUG codifica para el aminoácido metionina.
2. Iniciación: El proceso de síntesis de proteínas comienza con la iniciación. El ribosoma se une al extremo 5′ del ARNm, reconociendo el codón de iniciación AUG. Un tRNA cargado con el aminoácido metionina se une al codón de iniciación.
3. Elongación: La siguiente etapa es la elongación, en la que se van añadiendo aminoácidos a la cadena en crecimiento. El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm, leyendo cada codón y trayendo el tRNA correspondiente. El aminoácido que lleva el ARNt se añade a la cadena en crecimiento mediante un enlace peptídico. El ribosoma avanza por el ARNm de forma iterativa, añadiendo un aminoácido tras otro, hasta que llega a un codón de parada.
4. Terminación: Cuando el ribosoma alcanza un codón de parada, la síntesis de proteínas termina. En este punto, la cadena de aminoácidos se libera del ribosoma y se pliega para formar una proteína funcional.

En el siguiente video del canal Ideas Científicas, podrás ver una excelente modelización de la síntesis de proteínas:

En resumen, el ARN es una molécula clave en la biología celular, con funciones esenciales en la síntesis de proteínas y en la regulación génica. Sus características únicas, como la presencia de uracilo en lugar de timina y la capacidad de plegarse en estructuras tridimensionales complejas, hacen que sea una molécula muy versátil y adaptable a las necesidades de la célula.

La síntesis de proteínas es un proceso complejo que implica la traducción de la información genética del ARNm al lenguaje de los aminoácidos, siguiendo el código genético. La iniciación, la elongación y la terminación son las tres etapas principales del proceso. Durante la elongación, el ribosoma lee cada codón del ARNm y añade el aminoácido correspondiente a la cadena en crecimiento. Cuando el ribosoma llega a un codón de parada, la síntesis de proteínas termina y la cadena de aminoácidos se libera para formar una proteína funcional.

El código genético

Ejemplo de síntesis de proteínas a partir de un gen dado.

Dada la siguiente cadena de nucleótidos en el ADN:

TAC CGG AAA CTT AGG GCT ACA CTG CTA TTA

…realizaremos la síntesis de proteína.

Para obtener la secuencia de ARN complementaria a una secuencia de ADN, se debe tener en cuenta que las bases nitrogenadas adenina (A) se complementa con el uracilo (U) y la citosina (C) se complemente con la guanina (G).

Entonces, la secuencia de ARN complementaria a la secuencia de ARN dada sería:

AUG GCC UUU GAA UCC CGA UGU GAC GAU UAA

Este gen contiene 10 codones de tres nucleótidos cada uno, que son las unidades básicas que el ribosoma lee para sintetizar la proteína correspondiente. Para simplificar el ejemplo, asumamos que este gen codifica para una proteína de 10 aminoácidos.

La transcripción de este gen daría lugar a una molécula de ARNm complementaria de 30 nucleótidos que se uniría al ribosoma para comenzar la síntesis de proteínas. A continuación, se ensamblaría una cadena polipeptídica de 10 aminoácidos a partir de los codones del ARNm.

La traducción de este gen seguiría la siguiente secuencia de codones y aminoácidos:

Como se puede observar, la secuencia de codones del ARNm dicta la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. En este caso, la proteína contiene Metionina, Alanina, Fenilalanina, Ácido glutámico, Serina, Arginina, Cisteína, Ácido aspártico, Ácido aspártico y un codón de terminación. Una vez que se completa la síntesis de proteínas, la cadena polipeptídica se liberaría del ribosoma y se plegaría para formar una proteína tridimensional funcional.

Actividades

1. Las siguientes frases describen los procesos de INICIACIÓN, ELONGACIÓN y TERMINACIÓN. ¿Cuál corresponde a cuál?

En la _______________________________, el ADN se desenrolla y se transcribe en una molécula de ARN mensajero (ARNm), que contiene una copia de la secuencia de bases del gen. Este ARNm es procesado y transportado desde el núcleo al citoplasma, donde se unirá al ribosoma para comenzar la síntesis de proteínas.

En la ________________________________, el ribosoma alcanza un codón de terminación en el ARNm, lo que indica que se ha completado la síntesis de proteínas. La cadena polipeptídica se libera del ribosoma y se pliega para formar una proteína tridimensional funcional.

En la ________________________________, el ribosoma se mueve a lo largo del ARNm, leyendo su secuencia de bases y ensamblando una cadena de aminoácidos en la secuencia correcta para formar la proteína. Los aminoácidos son transportados por moléculas de ARN de transferencia (ARNt), que se unen a los codones correspondientes en el ARNm. La unión de los aminoácidos forma enlaces peptídicos, que van creando la cadena polipeptídica de la proteína.

2. Indica la proteína formada a partir de la siguiente secuencia de nucleótidos de un ARN:

AUG GCU CAG UUC AAG UGG AAU UAC AGC UCC AGU GAA UAA

Extiende para ver la clave de respuesta [expand]

Este gen contiene 13 codones de tres nucleótidos cada uno y se puede asumir que codifica para una proteína de alrededor de 13 aminoácidos. La transcripción de este gen daría lugar a una molécula de ARNm complementaria de 40 nucleótidos que se uniría al ribosoma para comenzar la síntesis de proteínas. La traducción de este gen seguiría la secuencia de codones y aminoácidos:

Como se puede observar, la secuencia de codones del ARNm dicta la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. En este caso, la proteína contiene Metionina, Alanina, Glutamina, Fenilalanina, Lisina, Triptófano, Asparagina, Tirosina, Serina, Serina, Serina, Ácido glutámico y un codón de terminación.

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3. Dada la siguiente cadena de nucleótidos de ADN, obtener la cadena de ARN y, luego, realizar la síntesis de proteínas.

TAC CCT GTT ATA ACG ACT

Extiende para ver la clave de respuesta [expand]

Para obtener la secuencia de ADN complementaria a una secuencia de ARN, se debe tener en cuenta que las bases nitrogenadas adenina (A) en el ARN se emparejan con timina (T) en el ADN, mientras que la guanina (G) en el ARN se empareja con la citosina (C) en el ADN. Además, el uracila (U) en el ARN se sustituye por timina (T) en el ADN.

Entonces, la secuencia de ADN complementaria a la secuencia de ARN dada sería:

AUG GGA CAA UAC UGC UGA

Este gen contiene 6 codones de tres nucleótidos cada uno y se puede asumir que codifica para una proteína de alrededor de 6 aminoácidos. La transcripción de este gen daría lugar a una molécula de ARNm complementaria de 18 nucleótidos que se uniría al ribosoma para comenzar la síntesis de proteínas. La traducción de este gen seguiría la secuencia de codones y aminoácidos:

Como se puede observar, la secuencia de codones del ARNm dicta la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. En este caso, la proteína contiene Metionina, Glicina, Glutamina, Tirosina, Cisteína y un codón de terminación.

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