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RNA





Intermediario en la síntesis proteica



        La síntesis proteica necesita los tres tipos de RNA: el mensajero, el de transferencia y el ribosomal.

Todas las moléculas de RNA se sintetizan utilizando moléculas de DNA como un patrón. Los nucleótidos del RNA son químicamente muy parecidos a los nucleótidos del DNA. Debido a que los dos "idiomas" se parecen tanto, la síntesis del RNA ha recibido el nombre de transcripción.

La transcripción del DNA en RNA está restringida de dos maneras principales. En primer lugar, en cualquier célula, la transcripción copia normalmente sólo el DNA de los genes seleccionados en el RNA. Por ejemplo, las céluas del folículo piloso transcriben el DNA que codifica para las proteínas de queratina. Las células del páncreas que secretan insulina transcriben los genes que codifican para la insulina. Algunos genes, como los del RNA ribosomal, son transcritos cientos o miles de veces durante la interfase de la mayor parte de las células.

En segundo lugar, cuando es necesaria la transcripción de estos genes seleccionados, ésta copia normalmente sólo una cadena de DNA en el RNA. Esto sucede porque la información útil de cualquier gen reside normalmente en sólo una cadena de la doble hélice de DNA. Las dos cadenas de DNA son complementarias, no idénticas. Si la secuencia de bases sobre la cadena en la cual radica el gen codifica para una secuencia de aminoácidos que forma una proteína funcional, la cadena tendrá una secuencia diferente de bases, que quizá no codificará una proteína útil. La cadena de DNA que de hecho contiene al gen, y es transcrita en el RNA, recibe el nombre de cadena patrón del DNA, debido a que es el patróna partir del cual se forma la cadena de RNA complementaria. Un cromosoma, que es una molécula de DNA larga, contiene muchos genes. Una cadena puede ser la cadena patrón de algunos genes, mientras que la otra es la cadena patrón para otros genes.

Con estas restricciones en mente, se puede ver la transcripción como un proceso de tres pasos: iniciación, elongación de la mólecula de RNA y terminación. Estos tres pasos corresponden a las tres partes principales de casi todos los genes, tanto en procariotes como en eucariotes: un promotor al inicio del gen; el "cuerpo" del gen, el cual en casi todos los genes consta de bases de DNA que de hecho codifican los aminoácidos de la proteína que va a sintetizarse; y una señal de terminación al final del gen.

La síntesis de RNA lo efectúa una enzima llamada RNA polimerasa. El primer paso en la transcripción es que la RNA polimerasa localice el inicio de un gen, ocasionando la iniciación de la transcripción. La región del promotor de un gen es una secuencia corta de bases promotora para marcar el inicio de un gen y se une al DNA en ese sitio.

Una vez que la RNA polimerasa se ha unido al sitio del promotor, su forma cambia, forzando a que la doble hélice de DNA se abra en el inicio del cuerpo del gen. Entonces la RNA polimerasa se mueve a lo largo de la cadena patrón del DNA. La RNA polimerasa viaja 3' hacia 5' a lo largo de la cadena patrón, igual que lo hace la DNA polimerasa. Durante la elongación, la RNA polimerasa sintetiza una cadena única de RNA que es complementaria con el DNA de la cadena patrón, utilizando los nucleótidos de RNA libres que están presentes en el núcleo. Las mismas reglas de apareamiento de bases se utilizan para la síntesis del RNA igual que en la duplicación del DNA, a excepción de la adenina del DNA se aparea con un uracilo en el RNA. Por lo tanto las reglas de apareamiento de bases de DNA con RNA:

Bases en el DNABase complementaria en el RNA
adenina
uracilo
citosina
guanina
guanina
citosina
timina
adenina

Aunque la RNA polimerasa agrega nucleótidos de RNA a la cadena creciente de RNA, de acuerdo con el apareamiento de bases de los nucleótidos de DNA contenidos en el gen, este apareamiento de bases no persiste. Después de haber unido 10 nucleótidos aproximadamente a la cadena creciente de RNA, el inicio de la molécula de RNA se separa del DNA. Conforme el DNA se sigue agrandando, forma una cola larga que se aleja del DNA.

La RNA polimerasa continúa a lo largo de la banda patrón hasta que llega a la señal de terminación, una secuencia de DNA que dispara dos eventos. En primer lugar, la molécula complementaria del RNA se separa del DNA y de la RNA polimerasa. En segundo lugar, la RNA polimerasa abandona la banda patrón del DNA. Estos eventos hacen que termine la transcripción.

El RNA mensajero (RNAm) lleva el código para las secuencias de aminoácidos de las proteínas de los genes en el DNA a los ribosomas, los sitios reales de la síntesis proteica. Por el contrario, el RNA ribosomal (RNAr) y el RNA de transferencia (RNAt) no llevan información que deba traducirse en una proteína. En lugar de ello, estas moléculas de RNA son los productos finales de ciertos genes y, por lo tanto, son una excepción a la generalización que dice que los genes codifican para proteínas.

El RNA mensajero es una molécula de una sola banda larga que contiene los codones que serán traducidos en una secuencia de aminoácidos de una proteína. En los procariotes, el RNA se transcribe directamente a partir del DNA de un gen, y la traducción en proteínas generalmente empieza aun antes de que se complete la transcripción. En los eucariotes, las cosas son un poco más complicadas, porque el RNA transcrito a partir del DNA contiene más nucleótidos que al final serán traducidos en una proteína.

Por otro lado, la meta final en las células eucariótas es que las moléculas de RNAm sean sintetizadas en el núcleo y lleguen al citoplasma a través de los poros de la envoltura nuclear. En el citoplasma, el RNAm se une a los ribosomas, donde los codones del RNAm son traducidos al idioma de los aminoácidos contenidos en elas proteínas.

Los ribosomas están compuestos de RNA ribosomal y una gran cantidad de proteínas. Cada ribosoma se compone de sos subunidades. En las células eucarióticas, la subunidad pequeña consta de una molécula de RNAm y de 30 proteínas aproximadamente. la subunidad ribosomal grande consta de tres moléculas de RNAm y de 45 a 50 proteínas. Contiene una región enzimática que catliza la adición de aminoácidos a la cadena proteica en creciemiento y dos sitios que se unen al RNAt. Se piensa que la función del RNAr es importante, probablemente el principal, tanto el reconocimiento del RNAm como en la catallización de la formación de uniones peptídicas entre aminoácidos de la proteína.

Las moléculas de RNA de transferencia unen aminoácidos y los entregan al ribosoma, en donde son incorporados en cadenas proteicas. Hay muchos tipos de RNA de transferencia, por lo menos un tipo para cada minoácido. Los RNAt son como "libros de código", son las únicas moléculas en la célula que pueden descifrar los codones del RNAm y traducirlos a los aminoácidos de las proteínas. Los RNAt son moléculas complejas, enrolladas en una forma parecida a un trébol con un tallo. Las enzimas en el citoplasma reconocen cada molécula de RNAt específica y unen el aminoácido correcto al tallo. La energía del ATP se utiliza para formar ATP se almacena en la unión de RNAt-aminoácido. Algo de la energía se utilizará para fraguar la unión peptídica cuando el aminoácido sea agregado a una molécula proteica creciente.

La parte exterior de la hoja central del RNAt contiene tres bases expuestas, llamadas anticodón, que de hecho decifran el código del RNAm: el anticodón de cada RNAt es complementario con el codón del RNAm que especifica el aminoácido al cual está unido el RNAt.

Una vez que los aminoácidos se han unido con sus RNAt adecuados se puede considerar que la síntesis proteica se realiza en dos etapas. En primer lugar, durante la transcripción, el RNAm es transcrito a partir del patrón de DNA de los genes en el núcleo. El RNAm viaja a un ribosoma en el citoplasma. En segundo lugar, durante la traducción, el ribosoma une RNAm y los RNAt apropiados. En el ribosoma, los codones de RNAm son traducidos en una secuencia de aminoácidos de una proteína.

En las células eucarióticas, el primer paso en la traducción es la unión de varios "factores de iniciación" proteicos y un RNAt que contenga el "anticodón de inicio" complementario UAC (en ocasiones llamado el RNAt "iniciador" en la subunidad pequeña de un ribosoma). La subunidad peqeuña se une entonces a una molécula de RNAm y se mueve a lo largo de ella hasta que encuentra el codón de inicio. En este punto el anticodón UAG sobre el RANt iniciador se aparea con el AUG del codón de inicio. Entonces la subunidad ribosomal grande se une con la subunidad pequeña. Mientras lo hace, el RNAt iniciador se une simultáneamente al sitio P en la subunidad mayor. Ahora el ribosoma está totalmente ensamblado y listo para iniciar la traducción.

El ribosoma completo es lo suficientemente grande para incluir los codones de RNAm: primero, éste incluye el codón de inicio más el codón que codifica el siguiente aminoácido en la proteína que sintetizará. El anticodón de un complejo RNAt-aminoácido reconoce el segundo codón del RNAm y se mueve hacia el sitio A en la subunidad grande. Los dos aminoácidos llevados por los dos RNAt ahora permanecen uno al lado del otro. El sitio catilítico en la subunidad grande rompe la unión que sostiene el aminoácido de "inicio" (metionina) a su RNAt y utiliza la energía liberada para formar una unión peptídica entre la metionina y la valina llevada por el segundo RNAt. Al final de este paso, el RNAt iniciador está "vacio", mientras que el segundo RNAt alberga una cadena proteica corta, de dos aminoácidos.

En este punto, el RNAt indicador vacio abandona el ribosoma, y el ribosoma se mueve al siguente codón sobre la molécula del RNAm. El RNAt que sostiene la cadena proteica creciente también cambia, desde el sitio A al sitio P del ribosoma. Un nuevo complejo RNAt-aminoácido se une en el sitio A vacío. El sitio catalítico sobre la subunidad grande rompe la unión entre el dipéptido y su RNAt y une el dipéptido con el aminoácido (histidina) en el sitio A. El RNAt vacio en el sitio P abandona el ribosoma, el ribosoma se mueve hacia otro codón, y se repite el proceso.