Para que puedas comprender el proceso de “Síntesis de proteínas” es necesario recordar algunos conceptos básicos que están íntimamente relacionados con el tema, como son: ácidos nucleicos (ADN y ARN), proteínas (aminoácidos), núcleo, nucléolo y ribosomas; los cuales te facilitarán el aprendizaje de éste tema. Da clic en cada una de las pestañas para revisarlos.
Ácidos Nucleicos
Existen dos tipos de ácidos nucleicos que son: el ADN o ácido desoxirribonucleico y el ARN o ácido ribonucleico, ambos están presentes en todas las células y constituyen entre el 5 y 15% de estas.
Estos se definen como polímeros lineales, complejos y de alto peso molecular, formados por unas subunidades o monómeros llamados nucleótidos.
Los nucleótidos están constituidos por tres partes que son: Un grupo fosfato (H3PO4), que se une a un azúcar de cinco carbonos (pentosa), que puede ser ribosa o desoxirribosa y a su vez a una base nitrogenada que son compuestos heterocíclicos de dos tipos, purinas (Adenina y Guanina) y pirimidinas (Citosina, Timina y Uracilo).
Para que se forme un nucleótido, el fosfato se une al azúcar por el carbono cinco (C-5'), la base nitrogenada si es púrica se une a través del nitrógeno 9 (N-9), si es pirimídica por el nitrógeno 1 (N-1) y en ambos casos se unen al azúcar por el carbono 1 (C-1') como se muestra a continuación:
Ácido Desoxirribonucleico
La molécula de ADN está constituida por un grupo fosfato, el azúcar desoxirribosa y las bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T) esta última es exclusiva de ADN. Un nucleótido se une al anterior a través del fosfato (P), que se une al C-3' del azúcar del carbono anterior y así sucesivamente.
La estructura del ADN está formada por dos cadenas o bandas de nucleótidos enrolladas en torno a un eje, que giran a la derecha, que da como resultado una escalera de caracol o una doble hélice. Las dos cadenas se hallan unidas entre sí por puentes de hidrógeno (H) entre las bases complementarias, es decir, que si una cadena tiene adenina (A), enfrente siempre estará una timina (T) o si tiene una
guanina (G), enfrente tendrá una citosina (C) y se localizan en el centro de la molécula. Al lado de las bases nitrogenadas se encuentran las desoxirribosas, unidas a estas por el carbono1 (C-1), y el grupo fosfato se une al carbono 5 (C-5') del azúcar para así constituir a los nucleótidos.
Las cadenas de ácidos nucleicos se forman por la unión de varios nucleótidos, lo cual se lleva a cabo a través del carbono 3 (C-3') del azúcar con el grupo fosfato del siguiente nucleótido. Se dice que el sentido de las cadenas del ADN es 5' --> 3' y 3' --> 5' debido a que son los carbonos del azúcar que quedan libres hacia arriba y hacia abajo los que determinan esto. Las cadenas de nucleótidos son antiparalelas, por lo que, una cadena va en el sentido 3' --> 5' y la otra 5' --> 3', de modo que coincidan las bases nitrogenadas.
El ADN es muy importante, ya que es parte integral de los cromosomas, por tanto, contiene la información hereditaria de los organismos y las instrucciones para fabricar las proteínas. Se localiza en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucariotas y en las procariotas en el citoplasma.
Ácido Ribonucleico
Los nucleótidos del ARN, están formados por un grupo fosfato que se une al azúcar ribosa en el carbono 5 (C-5'), y una base nitrogenada que puede ser adenina (A) o guanina (G) o citosina (C) o uracilo (U), este último es exclusivo del ARN, las cuales se unen al azúcar por el carbono 1 (C-1') de la ribosa, para formar una sola cadena de nucleótidos y de menor tamaño que la del ADN. El ARN interviene en la síntesis de proteínas y existen tres tipos: el ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosomal (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt).
El ARN mensajero (ARNm) es el que se encuentra en menor cantidad y no rebasa el 5% del ARN total de la célula, es lineal, de tamaño variable y la secuencia de bases que contiene es complementaria a la del ADN; ya que se sintetiza a partir de él (es copiado por la enzima ARN polimerasa II) y es necesario para la síntesis de una proteína, ya que define la secuencia de los aminoácidos que formaran a dicha proteína.
El ARN ribosomal (ARNr) es el más abundante en la célula, el cual llega hasta el 80% del total del ARN que ésta posee, tiene función estructural, ya que forma a los ribosomas, también interviene directamente en la síntesis de proteínas.
Los ARN de transferencia (ARNt) son moléculas pequeñas que sufren una serie de plegamientos o dobleces, por los que forman dos o tres asas (dobleces), que le dan el aspecto de una hoja de trébol. Existen en las células 64 moléculas diferentes de ARNt (sintetizadas por la enzima ARN polimerasa III), así que, por lo menos hay uno para cada aminoácido. Las funciones del ARNt son dos:
- Transportar a los aminoácidos del citoplasma al ribosoma.
- Reconocer el sitio en el ARNm en donde debe unirse el aminoácido para que se lleve a cabo la síntesis de proteínas.
Proteínas
Son biomoléculas muy grandes, formadas por unas subunidades llamadas aminoácidos que están constituidos por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y algunos tienen azufre (S); formando grandes cadenas polipeptídicas llamadas proteínas. Alrededor del 50% del peso seco de las células son proteínas sintetizadas por ellas mismas, las cuales realizan diferentes funciones en los organismos como:
- Estructural (forman parte de todas las membranas celulares)
- Enzimática (aceleran la velocidad de las reacciones metabólicas)
- Transporte (distribuyen diferentes substancias a las células)
- Hormonal (regulan una gran variedad de funciones)
- Contráctiles (constituyen el mecanismo biológico del movimiento)
- Receptoras (determinan la capacidad de reacción de las células), entre otras
En la naturaleza existen una gran cantidad de aminoácidos, de los cuales solo 20 constituyen a las proteínas, de éstos 9 se consideran esenciales en el hombre debido a que las células no pueden sintetizarlos y es necesario consumirlos en la dieta diaria. Los aminoácidos contienen en su molécula por lo menos un grupo funcional amino y uno carboxilo. En la siguiente tabla se muestran los aminoácidos que forman proteínas:
| Esenciales | No Esenciales |
| Treonina (Tre) | Glicina (Gli) |
| Metionina (Met) | Ácido Glutámico (Glu) |
| Lisina (Lis) | Ácido Aspártico (Asp) |
| Valina (Val) | Alanina (Ala) |
| Triptófano (Tri) | *Arginina (Arg) |
| Leucina (Leu) | Asparagina (Asn) |
| Isoleucina (Ileu) | Cisteína Cis) |
| Fenilalanina (Fen) | Glutamina (Gln) |
| Histidina (His) | Prolina (Pro) |
| Serina (Ser) | |
| Tirosina (Tir) |
*Aunque se encuentra en la tabla como no esencial, para los niños (hasta los 12 años) se considera esencial.
Existen varios miles de proteínas diferentes (hasta 10,000 en una célula típica de mamífero. Karp 1998), que son específicas de cada especie, las cuales son el resultado de la unión de los aminoácidos, que se realiza entre el OH del grupo carboxilo de un aminoácido y el H del grupo amino del otro, formándose un enlace llamado peptídico. La variedad de proteínas que existen, se debe a la secuencia, el número y el tipo de aminoácidos que las componen, lo que da como resultado una gran diversidad de funciones que realizan en los organismos, ya que están presentes en todos los procesos biológicos que llevan a cabo los seres vivos.
En la siguiente tabla podrás encontrar las fórmulas de los veinte aminoácidos que forman a las proteínas, donde se indica al grupo amino en color azul y el carboxilo en rojo.
Tabla de Aminoácidos Proteicos
Los organelos y las estructuras celulares que intervienen en el proceso de la síntesis de proteínas son los siguientes:
Núcleo. Es un organelo típico de las células eucariotas, puede variar en tamaño, forma y número según la célula de la que se trate, en su interior se encuentra la cromatina (ADN y proteínas), el nucleoplasma que es el medio interno semilíquido, además de uno o más nucléolos, todo esto rodeado por una doble membrana llamada envoltura nuclear que contiene los poros nucleares por los que se comunica con el citoplasma. Las funciones que realiza son muy importantes ya que debido a que contiene al ADN, regula la transmisión de las características hereditarias de padres a hijos, e interviene en la estructura, la actividad, el desarrollo, la síntesis de proteínas y el funcionamiento celular.
Nucléolo. Es la estructura más notoria del núcleo, tiene forma ovoide o esférica, el tamaño y el número es variable, carece de membrana propia y tiene un organizador nucleolar, que es un fragmento de ADN relacionado con la síntesis del ARNr, que junto con las proteínas que entran del citoplasma al núcleo se forman las subunidades de los ribosomas.
Ribosomas. Son las estructuras en donde se realiza la síntesis de proteínas, están formados por dos subunidades, una mayor y la otra más pequeña que se sintetizan separadamente, constituidas por ARNr y proteínas, se encuentran en todas las células (procariotas y eucariotas), su abundancia depende de la cantidad de proteínas que requiera la célula. Se localizan libres en el citoplasma, sintetizando proteínas para uso interno de las células, adheridos a la cara externa del retículo endoplásmico rugoso (RER) elaborando proteínas de secreción; también se encuentran en las mitocondrias y en los cloroplastos.
Las subunidades de los ribosomas se sintetizan a partir de la información contenida en un segmento de ADN, que es copiada por la enzima ARN polimerasa I y una vez formadas las subunidades salen del núcleo al citoplasma, en forma separada y se ensamblan (la subunidad mayor con la menor) en el momento que se va a llevar a cabo la síntesis de las proteínas y al concluir éste proceso se vuelven a desensamblar.
Ribosoma
En la subunidad mayor de cada ribosoma podemos encontrar cuatro sitios activos que son: el sitio catalítico que es donde se llevan a cabo los enlaces peptídicos entre los aminoácidos que formarán a la nueva proteína; y los sitios E, P y A que son los lugares en donde se unen los ARNt. En la subunidad menor está el sitio de unión del ARNm que será leído por el ribosoma para elaborar la proteína.
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