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Contenido principal

Los ARNt y los ribosomas

Estructura y función de ARN de transferencia y ribosomas. Codones, anticodones y bamboleo. Aminoacil-ARNt sintetasas.

Introducción

La traducción requiere de algo de equipo especializado. Así como no saldrías a jugar tenis sin tu raqueta y pelota, las células no podrían traducir un ARNm en una proteína sin dos piezas de equipo molecular: los ribosomas y los ARNt.
  • Los ribosomas proporcionan una estructura en la que puede llevarse a cabo la traducción. Además, catalizan la reacción que une a los aminoácidos para formar una nueva proteína.
  • Los ARNt (ARNs de transferencia) llevan los aminoácidos al ribosoma. Actúan como "puentes", y emparejan un codón en el ARNm con el aminoácido para el que codifica.
Aquí, veremos más de cerca a los ribosomas y los ARNt. Si todavía no estás familiarizado con el ARN (que significa ácido ribonucleico), recomiendo mucho que primero revises la sección de ácidos nucleicos ¡para que puedas aprovechar al máximo este artículo!

Los ribosomas: donde ocurre la traducción

La traducción ocurre dentro de estructuras llamadas ribosomas, que están hechos de ARN y proteína. Los ribosomas organizan la traducción y catalizan la reacción que une los aminoácidos para hacer una cadena de proteína.
Ilustración de las moléculas involucradas en la traducción de proteínas. Se muestra un ribosoma con el mRNA y tRNA. Los aminoácidos emergen para formar una cadena proteica.
Crédito de la imagen "Traducción: Figura 1," por OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0.

La estructura del ribosoma

Un ribosoma se compone de dos piezas básicas: una subunidad grande y una pequeña. Durante la traducción, estas dos subunidades se ensamblan alrededor de una molécula de ARNm y forman un ribosoma completo. El ribosoma avanza por el ARNm, codón por codón, mientras es leído y traducido en un polipéptido (cadena proteica). Entonces, una vez terminada la traducción, las dos piezas se separan y se pueden volver a utilizar.
En general, el ribosoma es aproximadamente un tercio proteína y dos tercios ARN ribosomal (ARNr). Parece que los ARNr son los responsables de la mayor parte de la estructura y función del ribosoma, mientras que las proteínas ayudan a que los ARNr cambien de forma cuando catalizan reacciones químicasstart superscript, 1, end superscript.
A continuación se puede ver un modelo tridimensional de un ribosoma. Las proteínas están en color azul, mientras que las hebras de ARNr están en color canela y naranja. El punto verde marca el sitio activo que cataliza la reacción que une los aminoácidos para formar una proteína. Me sorprendió ver que el ribosoma es rugoso, ¡un poco como la superficie de un cerebro!
Modelo de las subunidades ribosomales pequeña y grande. Ambas subunidades se componen de ARN ribosomal y proteínas. La subunidad grande contiene el sitio activo donde se cataliza la formación del enlace peptídico.
Imagen modificada de "Ribosome", por Redondoself (CC BY 2.0).

El ribosoma tiene ranuras para los ARNt

Como vimos brevemente en la introducción, las moléculas llamadas ARNs de transferencia (ARNt) llevan los aminoácidos al ribosoma. En la siguiente sección aprenderemos más sobre los ARNt y la forma como funcionan.
Por el momento, solo recuerda que el ribosoma tiene tres zonas para los ARNt; el sitio A, el sitio P, y el sitio E. Los ARNt avanzan a través de estos sitios (de A a P a E) conforme entregan los aminoácidos durante traducción.
El ribosoma está compuesto por una subunidad grande y una pequeña. La subunidad pequeña se une a un transcrito de ARNm y ambas subunidades se unen para proporcionar tres lugares en los que se pueden unir los ARNt (el sitio A, el sitio P y el sitio E). En el diagrama, los sitios A, P y E aparecen en orden A-P-E de derecha a izquierda.
Después de la unión inicial del primer ARNt en el sitio P, un ARNt cargado entrante se une al sitio A. La formación del enlace peptídico transfiere el aminoácido del primer ARNt (Met) al aminoácido del segundo ARNt (Trp en este caso). Esta cadena de dos aminoácidos está unida al ARNt del sitio A. Luego, el ribosoma avanza un codón en el molde de ARNm. El ARNt del sitio A (con la cadena polipeptídica) se desplaza al sitio P y el ARNt vacío que estaba previamente en el sitio P se desplaza al sitio E (donde saldrá del ribosoma). Un nuevo tRNA (en este caso, uno que transporta Phe) se une al codón recién expuesto en el sitio A y luego el proceso puede repetirse.
Imagen modificada de "Translation: Figure 3", de OpenStax College, Biología (CC BY 4.0).
Para saber más sobre la función exclusiva de cada sitio, consulta el artículo etapas de la traducción.

¿Qué es exactamente un ARNt?

Un ARN de transferencia (ARNt) es un tipo especial de molécula de ARN. Su función es hacer corresponder un codón del ARNm con el aminoácido para el cual codifica. Puedes imaginarlo como una especie de "puente" entre los dos.
Cada ARNt contiene un conjunto de tres nucloétidos conocido como anticodón. El anticodón de un ARNt puede unirse a uno o unos pocos codones específicos del ARNm. La molécula de ARNt también lleva un aminoácido: concretamente, el que está codificado por los codones a los cuales se une el ARNt.
Imagen que muestra un ARNt que actúa como un adaptador que conecta un codón del ARNm con un aminoácido. En un extremo, el ARNt tiene un anticodón 3'-UAC-5' y se une a un codón en el ARNm que tiene la secuencia 5'-AUG-3' a través de complementariedad de bases. El otro extremo del ARNt transporta el aminoácido metionina (Met), que es el aminoácido codificado por el codón AUG del ARNm.
Imagen modificada de "Translation: Figure 3", de OpenStax College, Biología (CC BY 4.0).
Hay muchos tipos de ARNt diferentes que flotan en una célula, cada uno con su propio anticodón y aminoácido correspondiente. De hecho, generalmente hay entre 40 y 60 tipos distintos, según la especiecubed. Los ARNt se unen a los codones dentro del ribosoma, donde entregan aminoácidos para agregarlos a la cadena proteica.

Algunos ARNt se unen a múltiples codones ("bamboleo")

Algunos ARNt pueden aparear sus bases con más de un codón. A primera vista, esto parece bastante raro: ¿no A forma pareja con U y G con C?
Bueno... no siempre (la biología está llena de sorpresas, ¿no?). Se pueden formar pares de bases atípicos entre los nucloétidos que no son A-U y G-C, en la tercera posición de un codón. Este fenómeno se conoce como bamboleo.
La formación de pares por bamboleo no sigue las reglas normales, pero sí tiene sus propias reglas. Por ejemplo, una G en un anticodón se puede aparear con una C o U (pero no una A o G) en la tercera posición del codón, como se muestra a continuaciónstart superscript, 4, end superscript. Reglas como esta aseguran que los codones se lean correctamente a pesar del bamboleo.
La hibridación por bamboleo permite que el mismo ARNt reconozca múltiples codones que codifican el aminoácido que transporta. Por ejemplo, el ARNt de la fenilalanina tiene el anticodón 3'-AAG-5' y puede interactuar con el codón de ARNm 5'-UUC-3' o con 5'-UUU-3' (ambos de los cuales codifican fenilalanina). El ARNt puede unirse a ambos codones porque puede formar tanto un par de bases normal con la tercera posición del codón (el codón 5'-UUC-3' con el anticodón 3'-AAG-5') y un par de base atípico con la tercera posición del codón ( el codón 5'-UUU-3' con el anticodón 3'-AAG-5').
Las reglas de hibridación por bamboleo aseguran que un ARNt no se una a un codón equivocado. El ARNt de la fenilalanina tiene el anticodón 3'-AAG-5', el cual puede asociarse con dos codones de fenilalanina (descritos anteriormente), pero no con los codones 5'-UUA-3' o 5'-UUG-3'. Estos codones codifican leucina, no fenilalanina, por lo que esto sirve como ejemplo de cómo las reglas de hibridación por bamboleo permiten que un solo ARNt cubra varios codones del mismo aminoácido, pero no introducen incertidumbre alguna acerca de qué aminoácido corresponderá a un codón determinado.
Imagen modificada de "Translation: Figure 3", de OpenStax College, Biología (CC BY 4.0).
Te podrías estar preguntando: ¿por qué rayos "quiere" una célula un factor complicado como el bamboleo? La respuesta podría ser que el apareamiento por bamboleo permite que menos ARNt cubran todos los codones del código genético, al tiempo que se asegura que el código se lea con precisión.

La estructura 3D de un ARNt

Me gusta dibujar ARNt como pequeños rectángulos, para dejar claro lo que está sucediendo (y tener suficiente espacio para colocar ahí las letras del anticodon). Pero un ARNt verdadero realmente tiene una forma mucho más interesante, una forma que le ayuda a hacer su trabajo.
Un ARNt, como el que se muestra a continuación, se conforma de una sola cadena de ARN (igual que un ARNm). Sin embargo, la cadena adopta una estructura tridimensional compleja porque se forman pares de bases entre los nucleótidos en diferentes partes de la molécula. Esto produce regiones de doble cadena y bucles, de manera que el ARNt se pliega en forma de L.
La molécula de ARNt tiene una estructura de "L" formada por puentes de hidrógeno entre bases de diferentes partes de la secuencia de ARNt. Uno de los extremos del ARNt se une a un aminoácido específico (sitio de unión del aminoácido) y el otro extremo tiene un anticodón que se unirá a un codon del ARNm.
_Imagen modificada de "TRNA-Phe yeast", por Yikrazuul (CC BY-SA 3.0). La imagen modificada se encuentra bajo una licencia CC BY-SA 3.0._
Un extremo de la forma de L tiene el anticodón, mientras que el otro tiene el sitio de unión para el aminoácido. Diferentes ARNt tienen estructuras ligeramente distintas y esto es importante para asegurar que se asocien con el aminoácido correcto.

Cargar un ARNt con un aminoácido

¿Cómo se une el aminoácido correcto con el ARNt correcto (y se asegura que los codones se lean correctamente)? Las enzimas llamadas aminoacil-ARNt sintetasas tienen esta importante función.
Hay una enzima sintetasa para cada aminoácido, una que solo reconoce ese aminoácido y su ARNt (y ningún otro). Una vez que el aminoácido y su ARNt interactúan con la enzima, esta los une. Esta reacción utiliza energia de la "moneda energética" molecular, el trifosfato de adenosina (ATP).
El sitio activo de cada aminoacil-ARNt sintetasa embona con un ARNt asociado y un aminoácido particular como una pareja de "llave y candado". Entonces, se utiliza ATP para unir el aminoácido con el tRNA.
_Imagen modificada de "Charge tRNA", por Boumphreyfr (CC BY-SA 3.0). La imagen modificada se encuentra bajo una licencia CC BY-SA 3.0._
Ocasionalmente, una aminoacil-ARNt sintetasa se equivoca: se une al aminoácido equivocado (uno que "se parece" a su blanco correcto). Por ejemplo, la treonina sintetasa a veces toma serina por accidente y la une al ARNt de la treonina. Por suerte, la treonina sintetasa tiene un sitio de corrección, que quita el aminoácido del ARNt si es el incorrectosquared.

Unir todas las piezas

Ya que los ARNt están cargados con el aminoácido correcto, ¿cómo es que interactúan con los ARNm y el ribosoma para formar una proteína nuevecita? Aprende más sobre cómo funciona este proceso en el siguiente artículo sobre etapas de la traducción.

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  • Avatar aqualine ultimate style para el usuario catpet2404
    muy buenas ilustraciones me encantaron :)
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  • Avatar blobby green style para el usuario camargopaola1405
    Entonces mi pregunta: Las bacterias inician la sintesis de proteinas con metionil- ARNt o puede ser con cualquier aminoacidos?
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  • Avatar duskpin seedling style para el usuario privadeneira4
    agradecida infinitamente, todo su trabajo es perfecto :)
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  • Avatar blobby green style para el usuario 😊
    Que sucede cuando se esta traduciendo un ARNm en el ribosoma y aparece el triplete UAG
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  • Avatar aqualine ultimate style para el usuario lmedina941243
    Gracias me ayudo mucho
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