SINTESIS DE PROTEINAS

Los aminoácidos son compuestos químicos formados por un grupo amino y un grupo carboxilo. Cuando dos aminoácidos se combinan se obtiene un dipéptido, tres aminoácidos un tripéptido y mayor cantidad de uniones de aminoácidos forman polipéptidos. Cuando el polipéptido consta de más de medio centenar de aminoácidos se denomina proteína.
Los aminoácidos necesarios para la formación de proteínas están en el citoplasma de las células. Esas uniones se codifican en el núcleo celular, como se explicará más adelante.
Una de las formas de clasificar a los aminoácidos es en esenciales y no esenciales. Los aminoácidos esenciales tienen que ser incorporados con la dieta porque el organismo no los sintetiza. Los aminoácidos no esenciales son elaborados por el individuo.
Las proteínas son macromoléculas orgánicas constituidas por cadenas lineales de aminoácidos que llevan carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en su composición. Algunas de estas sustancias orgánicas llevan azufre y fósforo y en menores proporciones magnesio, hierro y otros elementos. Las proteínas son los compuestos orgánicos más importantes de los seres vivos, puesto que tienen acciones fundamentales en el organismo, como las que se detallan a continuación.

-ESTRUCTURAL
La queratina es una proteína que contiene azufre y está presente en las capas superficiales de la epidermis y en estructuras derivadas como el pelo, las plumas, las uñas y los cuernos. Por otra parte, el colágeno forma parte de fibras resistentes en los tejidos de sostén (fibras colágenas).

-TRANSPORTE
La hemoglobina de los glóbulos rojos lleva oxígeno desde los alvéolos pulmonares hacia todas las células del organismo y retira el dióxido de carbono producto de los desechos celulares.
 
-DEFENSA
Los anticuerpos tienen una estructura proteica, capaces de reaccionar ante diversas noxas en defensa del organismo.
 
-REGULADORA
Las reacciones bioquímicas son catalizadas por enzimas.
 
-HORMONAL
Diversas hormonas, de naturaleza proteica, regulan las funciones vitales del organismo.
 
-CONTRACTIL
Las fibras musculares poseen actina y miosina, proteínas que permiten la contracción y relajación muscular.

El genoma es toda la información genética presente en el ADN del individuo. Las subdivisiones o partes del ADN forman los genes, con lo cual cada gen es una secuencia de nucleótidos que contiene la información para crear una determinada proteína. El genoma humano contiene alrededor de 30000 genes. Toda la información encerrada en un gen se utiliza para sintetizar los distintos tipos de ARN y todas las proteínas. Dentro de cada gen hay una parte que se transcribe a ARN y otra parte que determina en que lugar se expresa.

A partir del ADN se sintetiza ARN por medio de la enzima ARN polimerasa, que copia una secuencia de nucleótidos (genes) de una de las cadenas del ADN. El ARN es el encargado de controlar las etapas intermedias en la formación de proteínas mediante el ARN mensajero, el ARN de transferencia y el ARN ribosómico.


SÍNTESIS DE ARN (Transcripción)
La síntesis de ARN se produce partiendo de la copia de un tramo de ADN. Es así como la información contenida en el ADN es transferida al ARN. La transcripción se inicia cuando la enzima ARN polimerasa se une a la parte de ADN (gen) que lleva el código para elaborar una determinada proteína. De inmediato se separan las dos hileras de ADN y quedan expuestas sus bases nitrogenadas. El desplazamiento de la ARN polimerasa recorre la hilera expuesta de ADN insertando en dichas bases nitrogenadas los nucleótidos libres de ARN que hay en el núcleo.

La inserción entre bases siempre es citosina del ADN con guanina del ARN, y viceversa. Por otro lado, la timina del ADN se aparea con la adenina del ARN y la adenina del ADN hace lo propio con el uracilo del ARN. En la siguiente tabla se ejemplifican las uniones mencionadas.
Un ejemplo de dicho apareamiento es:

Secuencia de ADN: ...... A-G-T-T-T -C-A-C.......
Secuencia de ARN: ...... U-C-A-A-A-G-U-G.......

Transcripción de ARN

Luego que la ARN polimerasa termina de copiar la cadena del ADN se libera la hilera de ARN, mientras que las bases complementarias del ADN se cierran.

El ARN formado se denomina ARN mensajero (ARNm), quien lleva la copia genética del núcleo al citoplasma con las instrucciones para sintetizar una determinada proteína.

CÓDIGO GENÉTICO
Las cuatro bases nitrogenadas que posee el ácido desoxirribonucleico (ADN) son la adenina, citosina, guanina y timina. Cada base se une a un grupo fosfato y a una pentosa, la desoxirribosa, y se forma un nucleótido. Cada nucleótido del ADN puede sufrir un sinfín de combinaciones capaces de generar distintos ácidos nucleicos. Así como el alfabeto castellano combina sus 29 letras para formar millares de palabras, los cuatro nucleótidos presentes en el ADN permiten crear una gran variedad de ácidos nucleicos.
Se puede considerar al ADN como un lenguaje que le indica a la célula como fabricar todas las proteínas necesarias para cumplir con las funciones vitales. Ese lenguaje constituye el código genético, que tiene cuatro letras (A-C-G-T) representantes de las cuatro bases nitrogenadas del ADN. Mediante el código genético, la célula lee esas cuatro letras básicas, las convierte en palabras de tres letras (triplete) y las interpreta para elaborar las proteínas específicas. En síntesis, el código genético es el conjunto de reglas de correspondencia entre las bases nitrogenadas de un ácido nucleico (ADN o ARN) y los aminoácidos para la fabricación o síntesis de proteínas.
El ADN de una determinada bacteria, por ejemplo Clostridium tetani, agente etiológico del tétanos, posee un código genético capaz de generar otro Clostridium tetani cuando se reproduce. Lo mismo sucede con el ADN de una persona, de un caballo, de un manzano, etc. Ahora bien, los cuatro nucleótidos presentes en el ADN de los individuos nombrados son los mismos, es decir, están formados por adenina, guanina, citosina y timina, unidos cada uno a la desoxirribosa y a un grupo fosfato, aunque combinados en distintas secuencias. Algo similar sucede con las páginas de un libro, que reproducen palabras diferentes a pesar de utilizar las mismas letras del alfabeto.
Las palabras del código genético se denominan codones, cada uno de los cuales está formado por tres letras (tres bases nitrogenadas) que conforman un triplete. Cada codón indica que aminoácido es necesario para fabricar una proteína. Por ejemplo, el codón CUA se lee leucina, el codón CCG prolina y el codón UUC fenilalanina.

El código genético está formado por 64 combinaciones de codones (tripletes) y sus correspondientes aminoácidos, donde cada uno de ellos tiene sus propias palabras.

Código genético

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (Traducción)
La síntesis de las proteínas se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, a diferencia de la transcripción del ARN que se produce en el núcleo. El ARNm contiene un código que se utiliza como molde para la síntesis de proteínas. Es decir, se traduce el lenguaje de la serie de bases nitrogenadas del ARNm al lenguaje de la serie de aminoácidos de la proteína. Este proceso denominado traducción se realiza en los ribosomas adosados en la membrana del retículo endoplasmático granular o rugoso. El ribosoma está formado por dos subunidades, una mayor y otra menor.

Partes de un ribosoma

Los ribosomas utilizan el código genético para establecer la secuencia de aminoácidos que ha sido codificada por el ARN mensajero. Los aminoácidos que van a formar las proteínas están dispersos en el citoplasma celular. Son acercados al ARN mensajero por el ARN de transferencia (ARNt). Uno de los lados del ARNt transporta un triplete de bases llamado anticodón. En el otro lado se une un aminoácido, proceso que demanda gasto de energía por transformación de adenosin trifosfato (ATP) en adenosin monofosfato (AMP).

La síntesis o traducción de las proteínas se divide en tres fases, llamadas de iniciación, de elongación y de terminación.

Fase de iniciación
La síntesis de proteínas comienza en el momento en que el ARN mensajero se mueve por el ribosoma hasta el codón AUG. Las subunidades ribosomales se unen.

En ese preciso instante, el anticodón del ARN de transferencia se une al codón AUG del ARNm transportando el aminoácido metionina.

Fase de elongación
Llega un segundo ARNt llevando su respectivo aminoácido y se acopla al siguiente codón del ARNm, para el ejemplo, al codón CCU. Hasta aquí se ha formado un dipéptido, donde ambos aminoácidos permanecen unidos por un enlace peptídico.
El primer ARNt que llegó al ribosoma se retira del complemento ribosómico en busca de otros aminoácidos. El tercer ARNt llega con otro aminoácido y se une al codón del ARNm, a AUC en el ejemplo. El aminoácido se adhiere al dipéptido antes formado mediante otro enlace peptídico.

El segundo ARNt se retira del ribosoma. Un cuarto ARNt llega con su aminoácido hasta el ribosoma para acoplarse con el codón UCA del ARNm. La secuencia se repite tantas veces como aminoácidos tenga la futura proteína.

Fase de terminación
La etapa final de la síntesis de proteínas continúa hasta que aparecen los llamados codones stop o de terminación, representados por UUA, UAG y UGA. No existen anticodones complementarios para los codones stop. En cambio, quienes sí reconocen a estos codones son unas proteínas llamadas factores de terminación, que detienen la síntesis de proteínas.

La proteína formada se desprende del ribosoma y queda libre en el citoplasma, lista para ser utilizada por la célula para cumplir una determinada función.

El ARNm se desprende del ribosoma y puede ser leído de nuevo por otros ribosomas, incluso en forma simultánea. También se liberan el ARNt y el factor de terminación. Las subunidades del ribosoma se separan.

Resumiendo, se puede establecer que:
-La traducción es el proceso donde las secuencias del ARN mensajero se convierten en una secuencia de aminoácidos.
-La molécula del ARN mensajero puede tener hasta 10000 bases nitrogenadas.
-Un codón está formado por tres bases nitrogenadas (triplete) que establece un aminoácido.
-El complemento entre codones y aminoácidos constituye el código genético.
-El ARN de transferencia lleva el aminoácido adecuado al ribosoma.
-En uno de los extremos del ARNt hay tres bases nitrogenadas que se ubican en el anticodón, que es el complemento del codón del ARNm.
-La unión aminoácido-ARN de transferencia se realiza con gasto de energía, donde el ATP se transforma de AMP.
-Cuando aparece codón de terminación (codón stop) del ARNm se acoplan los factores de terminación y cesa la síntesis de proteínas.

Los beneficios de una dieta proteinada

Fuente: "CIENCIAS BIOLÓGICAS" - http://hnncbiol.blogspot.com