Traducción: Descodificación del ARNm

La traducción es la etapa que sigue a la transcripción, mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm para que se sintetice una proteína (en general, una cadena peptídica).

1.1 El Código o la Clave Genética

El código genético establece las correspondencias entre nucleótidos y aminoácidos, lo que permite traducir el idioma de los genes al de las proteínas: los aminoácidos están codificados por palabras de tres letras, que son tripletes de bases del ARNm, también llamados codones.

Características del Código Genético

• Degenerado: Esta expresión carece de significado moral o peyorativo; simplemente quiere decir que el diccionario es redundante: puesto que existen 61 codones que codifican 20 aminoácidos, algún aminoácido debe estar codificado por dos o más tripletes distintos, es decir, hay codones que significan lo mismo (codones sinónimos).
• Universal: Es utilizado indistintamente por la práctica totalidad de los organismos conocidos (virus, bacterias, plantas, animales…),
• No ambiguo: Cada codón o triplete tiene siempre el mismo significado, es decir, especifica al mismo aminoácido.

Todas las combinaciones o tripletes de bases tienen sentido y se leen en el ARNm de izquierda a derecha, en sentido 5′ → 3′.

• Sin solapamientos: Los tripletes se disponen en el ARNm uno a continuación de otro y no comparten ninguna base.
• Unidireccional: El mensaje del ARNm se lee en un único sentido, desde el codón de iniciación hasta el de terminación, en sentido 5′ → 3′.

Pero, ¿cómo consiguen los aminoácidos alinearse correctamente sobre los tripletes del ARNm y enlazarse entre ellos para formar la cadena peptídica con una secuencia específica?

Los Aminoácidos son «Analfabetos»

La descodificación de la información genética requiere que la secuencia de bases del ARNm determine la secuencia de aminoácidos de la cadena peptídica.

2. La Función de Intérprete de los ARNt

Los ARNt son los verdaderos artífices de la traducción, pues se encargan de mantener las correspondencias entre los tripletes del ARNm y los aminoácidos.

Primera Adaptación: Transcurre en la Enzima Aminoacil ARNt Sintetasa

Por un lado, cada ARNt se une específicamente con un único aminoácido determinado. Para ello, la enzima aminoacil ARNt sintetasa actúa como adaptador, ya que dispone de dos sitios activos altamente específicos:

• Uno de ellos reconoce al aminoácido (existen, al menos, veinte enzimas diferentes, ¡una para cada aminoácido!).
• El otro identifica determinadas secuencias de bases características de cada ARNt.

Esta enzima cataliza el enlace entre el grupo carboxilo (-COOH) del aminoácido con el grupo hidroxilo (-OH) perteneciente al ribonucleótido de adenina del extremo 3′ del ARNt (secuencia CCA).

Segunda Adaptación: Transcurre Dentro del Ribosoma

Consiste en que los ARNt «cargados» con sus aminoácidos reconocen y se unen específicamente mediante su anticodón con los correspondientes tripletes o codones del ARNm. En esta fase interviene como adaptador el ribosoma, una de las maquinarias más complicadas de las células, que se asemeja a un robot molecular. Cada ribosoma posee un complejo sistema de proteínas y moléculas de ARNr que le confieren una estructura acanalada capaz de albergar simultáneamente al ARNm y a los diferentes ARNt «cargados» con sus aminoácidos. En su interior, tiene lugar la formación del enlace peptídico entre los aminoácidos.

2.1 Balanceo de la Tercera Base y Degeneración del Código Genético

Se denomina balanceo al apareamiento un tanto defectuoso de la tercera base del anticodón y es la causa de la degeneración del código genético.

Se denominan isoaceptores a los diferentes ARNt con anticodones distintos que aceptan al mismo aminoácido.

3. Etapas de la Traducción en Eucariotas: Síntesis de la Cadena Peptídica

3.1 Iniciación de la Síntesis de la Cadena Peptídica

La formación del complejo de iniciación se lleva a cabo en varias fases sucesivas:

1. Determinados factores de iniciación (FI) y la energía que suministra el GTP provocan la unión de la subunidad pequeña del ribosoma (40 S) con el ARNt iniciador, cargado con el aminoácido metionina (ARNt_i^Met).
2. Otros factores de iniciación facilitan que la subunidad menor del ribosoma (40 S), unida al ARNt_i^Met, reconozca la «caperuza» de metil guanosina trifosfato y se una con el ARNm en el extremo 5′.
3. La subunidad pequeña del ribosoma se desplaza por el ribosoma en sentido 5′ → 3′, con la energía aportada por el ATP, y rastrea la secuencia del ARNm hasta encontrar el primer codón de iniciación AUG. En este momento se produce la unión del ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina (ARNt_i^Met), el cual posee el anticodón UAC.
4. Al encajar el ARNt_i^Met exactamente en el codón de iniciación AUG, se liberan los FI y dejan paso a la subunidad mayor del ribosoma (60 S), que se acopla con la subunidad pequeña, el ARNm y el ARNt_i^Met, para formar el complejo de iniciación 80 S completo y funcional. En la subunidad mayor del ribosoma se localizan tres hendiduras o sitios de fijación: A, P y E.
5. La traducción comienza por el triplete iniciador AUG que esté más próximo a la «caperuza» de metil-guanosina-trifosfato del ARNm (extremo 5′).

3.2 Elongación de la Cadena Peptídica

La elongación es el proceso catalizado por el complejo enzimático peptidil transferasa mediante el cual los sucesivos aminoácidos que se van añadiendo a la cadena peptídica, en el seno del ribosoma, quedan unidos mediante un enlace peptídico.

Primera Fase: Entrada del ARNt-Aminoácido

El sitio P está ocupado inicialmente por el ARNt_i^Met, y los sitios A y E están vacíos. En nuestro ejemplo, el triplete siguiente al de iniciación es el codón ACU, que es la señal para que se aloje en el sitio A el ARNt^Thr, cuyo anticodón es UGA. En esta etapa interviene el factor de elongación (FE-1) y la energía suministrada por el GTP.

Segunda Fase: Formación del Enlace Peptídico

El complejo enzimático peptidil transferasa posee varios componentes proteicos, pero se ha descubierto que la catálisis del enlace peptídico entre los aminoácidos se lleva a cabo, esencialmente, mediante ribozimas, con la probable participación directa del ARNr 28 S, firmemente asentado en la subunidad grande del ribosoma eucariota (en los procariotas es el ARNr 23 S).

Tercera Fase: Traslocación

Interviene ahora un segundo factor de elongación (FE-2) que, utilizando la energía suministrada por el GTP, obliga al ribosoma a desplazarse exactamente tres nucleótidos a lo largo del ARNm, en sentido 5′ → 3′: primero se trasloca y avanza la subunidad grande del ribosoma, quedando un nuevo codón en un sitio libre, y luego lo hace la subunidad pequeña. Este desplazamiento trasloca todo el complejo peptidil-ARNt-ARNm del sitio A al P.

Fases Sucesivas

La entrada de un tercer ARNt cargado con su correspondiente aminoácido (Phe) provoca la salida del ARNt^Met del sitio E y se repiten las tres fases anteriores, y así transcurre el proceso de elongación (a un ritmo de unos 3 a 5 aminoácidos por segundo), mediante las sucesivas entradas de los ARNt cargados con sus correspondientes aminoácidos, hasta que se incorpora el último aminoácido a la cadena peptídica.

3.3 Terminación de la Síntesis de la Cadena Peptídica

La síntesis de la cadena peptídica se detiene cuando, en el momento de producirse la última traslocación del ribosoma, aparece en el sitio A uno de los tres codones de terminación del ARNm (UAA, UAG o UGA). En este momento, un factor proteico de terminación (RF) se une al codón de terminación (UAG en nuestro ejemplo) e impide que algún aminoacil-ARNt se aloje en el sitio A. El complejo enzimático peptidil transferasa se ve obligado a catalizar la transferencia de la cadena peptídica, no a otro aminoácido, sino a una molécula de agua, lo que provoca la hidrólisis del enlace entre el péptido recién sintetizado y el ARNt.

3.4 Maduración Postraduccional de las Proteínas

Generalmente, los polipéptidos recién sintetizados no son funcionales, por lo que, una vez finalizada la traducción, la mayor parte de ellos debe sufrir diferentes tipos de modificaciones hasta convertirse en proteínas maduras y funcionalmente activas, lo que constituye el proceso de maduración. Entre las modificaciones más habituales se encuentran las siguientes:

• Formación de puentes disulfuro y otras uniones fisicoquímicas que permiten el plegamiento correcto de las cadenas peptídicas y su asociación con otras cadenas para formar estructuras cuaternarias y complejos multienzimáticos.
• Adición de grupos prostéticos: cadenas glucídicas (glucoproteínas) o lipídicas (lipoproteínas), grupos hemo, coenzimas, cofactores minerales, etc.
• Modificación covalente de ciertos aminoácidos: fosforilaciones, acetilaciones, metilaciones, hidroxilaciones, etc.
• Cortes proteolíticos que acortan el péptido: separación de la secuencia señal, pérdida de la metionina inicial (formilmetionina, en caso de procariotas) o eliminación de un péptido intermedio, como ocurre en la insulina, que la transforma en una hormona activa; en este caso, la transcripción del gen da lugar a un precursor inactivo, llamado preproinsulina, que experimenta un conjunto de cortes proteolíticos durante el proceso de maduración.

Plegamiento Postraduccional de las Proteínas: Chaperonas Moleculares

Las chaperonas moleculares son un grupo diverso de proteínas que proporcionan un entorno seguro para que las cadenas peptídicas puedan plegarse correctamente (se denominan chaperoninas a las chaperonas con un peso aproximado a los 60000 Dalton).