Traducción 1 (soluciones)
1.- Defina el concepto de traducción. ¿A qué alude dicho término? ¿Cuál es su significado biológico?
• La traducción es el proceso mediante el cual, a partir de ARN mensajero (ARNm), se sintetizan proteínas. La traducción consiste, pues, en la descodificación de la información genética contenida en el ARNm para que se sintetice una cadena peptídica.
• El término traducción alude a un cambio de lenguaje, ya que los ácidos nucleicos están constituidos por nucleótidos, mientras que las proteínas se caracterizan por sus secuencias de aminoácidos. El ARNm está “escrito” en un lenguaje de 4 signos, o sea, las 4 bases, mientras que las proteínas utilizan 20 signos (los 20 aminoácidos codificables).
• La traducción tiene un significado biológico muy importante en relación con la expresión de los genes, pues posibilita que la información genética contenida en los ácidos nucleicos quede plasmada en forma de proteínas, que son las biomoléculas fundamentales para la organización estructural y funcional de la célula.
Nota.- Descodificación o decodificación, ambos términos son correctos.
2.- ¿Dónde se realiza la traducción? Cite los elementos que intervienen en dicho proceso.
• La traducción o biosíntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas, según la información aportada por el ARNm, que a su vez procede de la transcripción de un gen. Los ribosomas se hallan principalmente en el citosol (también en mitocondrias y cloroplastos).
• Los elementos que intervienen en la traducción son: ARNm, numerosos ARNt, ribosomas, aminoácidos, aminoacil-ARNt ligasas, translocasas, ribozimas (peptidil transferasas), ATP, GTP, así como una serie de proteínas citosólicas llamadas genéricamente factores de traducción (de iniciación, de elongación y de terminación).
3.- ¿Cuáles son las características o propiedades de la traducción del ARN mensajero?
Se consideran las siguientes:
• Es unidireccional. Los ribosomas se desplazan siempre en la misma dirección: desde el extremo 5’ del ARNm hacia el 3’, o sea, en el sentido 5' --> 3'..
• Es reiterativa. Un mismo ARNm puede ser traducido simultáneamente por numerosos ribosomas, constituyendo conjuntos funcionales denominados polirribosomas (polisomas).
• Es selectiva. No todo el ARNm se traduce, pues se descarta una región inicial y otra final.
• Requiere un intérprete o adaptador. Esta función es desempeñada por el ARN transferente. Cada molécula de ARNt se une por el extremo aceptor a un aminoácido específico, y por la zona del anticodón, a un triplete concreto del ARNm (llamado codón).
4.- Haga un comentario sobre el esquema adjunto y aclare el significado de las partes numeradas.
• Una de las propiedades de la traducción del ARN mensajero es ser selectiva. Esto quiere decir que sólo se traduce una parte de la cadena ribonucleotídica, concretamente, la llamada secuencia codificante, que está comprendida entre un codón iniciador y otro terminador. Esta región se encuentra acotada por otras que no se traducen, denominadas UTR (UnTranslated Region).
El extremo 5’p se considera el comienzo de la cadena de ARNm, y el 3’-OH, el final. Estos extremos sirven para designar las dos partes no traducidas, 5'-UTR y 3'-UTR, las cuales delimitan el marco abierto de lectura u ORF (Open Reading Frame).
• Significado de las partes numeradas:
1 = codón iniciador (AUG)
2 = codón terminador (puede ser UAA, UAG o UGA)
3 = secuencia codificante o marco abierto de lectura (ORF)
4 = secuencia 5’ no traducida (5’-UTR o líder)
5 = secuencia 3’ no traducida (3’-UTR o trailer)
5.- Haga un comentario sobre el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.
• Este esquema ilustra la hipótesis de Crick sobre la función de adaptador del ARN transferente durante la traducción del ARN mensajero.
Se observa que el aminoácido está unido al ARNt por uno de los extremos, mientras que un triplete nucleotídico específico, llamado anticodón, situado en la zona opuesta, “reconoce” a su codón en el ARNm estableciendo enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias.
• Significado de las partes numeradas:
1 = aminoácido
2 = extremo aceptor
3 = ARN transferente
4 = triplete anticodón
5 = ARN mensajero
6 = codón
6.- Haga un comentario sobre el esquema adjunto identificando las partes numeradas. ¿Qué particularidad presenta el “brazo T”?
• El esquema representa la estructura secundaria de un ARNt de levadura específico para el aminoácido fenilalanina. Este modelo característico, conocido como “hoja de trébol”, se debe a los enlaces por puente de hidrógeno que se establecen en algunas regiones entre los pares de bases: guanina-citosina y adenina-uracilo.
• Significado de las partes numeradas:
1 = anticodón
2 = brazo del anticodón
3 = brazo variable
4 = extremo 5’-P (comienzo de la cadena nucleotídica)
5 = extremo 3’-OH (aceptor del aminoácido)
• Los ARN transferentes contienen casi un 10 % de bases modificadas. El llamado “brazo T” hace referencia a la presencia de timina, lo cual es una rareza ya que las bases características de todos los ARN son: adenina, guanina, citosina y uracilo (la timina es propia del ADN).
7.- ¿Cuántos nucleótidos contienen los ARN transferentes? Escriba la fórmula del primero y del último (consulte su libro).
• Generalmente, los ARNt están formados por un número de nucleótidos comprendido entre 70 y 90, siendo el primero de la cadena la guanosina 5’ monofosfato, y el último, la adenosina 5’ monofosfato, que tiene libre el OH de la posición 3’ y sirve para unirse con el aminoácido correspondiente.
De manera muy simplificada, la cadena general de los ARNt es:
(5’p)G-… (80 nucleótidos)… -C-C-A(3’-OH).
• Fórmula de los nucleótidos de los extremos:
8.- ¿Qué son los ribosomas? Haga un esquema.
• Los ribosomas son orgánulos celulares desprovistos de membrana cuya función es sintetizar proteínas.
Los ribosomas existen tanto en células eucarióticas como procarióticas y en ellos se distinguen dos subunidades desiguales, que pueden separarse mediante ultracentrifugación, pues sus coeficientes de sedimentación varían según el tamaño y la forma.
Estructuralmente, cada ribosoma constituye un enorme complejo macromolecular formado por 3 ó 4 moléculas de ARN ribosómico y un número variable de proteínas asociadas, que suele oscilar entre 50 y 80, dependiendo del organismo en cuestión.
Las proteínas ribosómicas de la subunidad grande suelen designarse con la letra L (large): L1, L2,…, y las de la subunidad pequeña, con la S: S1, S2,… No hay que confundir esta “S”, de la palabra inglesa small, con la unidad del coeficiente de sedimentación (S = Svedberg).
• Lo usual en los esquemas es dibujar un contorno sencillo y más o menos redondeado:
La zona superficial del ribosoma la forma el principalmente el ARN ribosómico, sobre todo en las regiones que sirven para el mutuo reconocimiento de las subunidades.
9.- Características de los ribosomas de células procariotas (ilustre con un esquema).
En una célula procariota suelen existir entre 10.000 y 15.000 ribosomas. Estos ribosomas miden unos 18 nanómetros de diámetro y presentan un coeficiente de sedimentación cuyo valor es 70 S.
Los ribosomas que se suelen tomar como modelo son los de la bacteria Escherichia coli. La subunidad mayor (50 S) contiene 2 ARNr (23 S y 5 S) y 31 proteínas distintas (L1, L2,…, L31). La subunidad menor (30 S) posee una molécula de ARNr (16 S) y 21 proteínas diferentes (S1, S2,…, S21). Las proteínas de las subunidades se designan con las letras L o S (del inglés large, grande y small, pequeña).
Esquema:
En resumen: los ribosomas de células procariotas son del tipo 70 S y están constituidos por 3 ARNr y unas 50 proteínas.
Nota.- Al ensamblarse las subunidades quedan parcialmente superpuestas, razón por la cual no coincide el valor del coeficiente de sedimentación del conjunto (70 S) con la suma de los correspondientes a las subunidades individualizadas (50 S y 30 S).
10.- Características de los ribosomas de células eucariotas (ilustre con un esquema).
Los ribosomas de células eucariotas tienen un diámetro comprendido entre 20 y 22 nanómetros, siendo la constante de sedimentación 80 S (ver nota).
La subunidad pequeña (40 S) posee una molécula de ARNr (18 S) y de 30 a 33 proteínas diferentes: S1, S2, S3… La subunidad grande (60 S) contiene 3 moléculas de ARNr (coeficientes de sedimentación: 23 S, 5 S y 5,8 S) y de 45 a 50 proteínas distintas: L1, L2, L3… Como se indicó en una cuestión anterior, las proteínas de las subunidades se designan con las letras L o S (del inglés large, grande y small, pequeña).
Esquema:
En resumen: los ribosomas de células eucariotas son del tipo 80 S y están constituidos por 4 ARNr y unas 80 proteínas.
Nota.- Los ribosomas que se hallan en el interior de mitocondrias y cloroplastos son del tipo 70 S, es decir, similares a los de células procariotas, circunstancia que constituye un buen argumento a favor de la teoría endosimbióntica.
11.- Función del ribosoma.
La función de los ribosomas es sintetizar las proteínas celulares.
En relación con dicha función es conveniente realizar las siguientes consideraciones:
• El ribosoma no puede traducir directamente el ADN. Por ello, ciertas regiones del ADN se transcriben previamente en ARN mensajeros (ARNm).
• El ribosoma asegura que se siga la secuencia de decodificación especificada por el ARNm, de modo que las proteínas se sinteticen correctamente.
• El código genético se traduce en la subunidad pequeña. El ensamblaje secuencial de los aminoácidos que integran la cadena proteica tiene lugar en la subunidad grande.
Resumiendo: el ribosoma es el orgánulo celular que traduce el código genético en instrucciones funcionales (proteínas), proceso que tiene lugar en todos los organismos.
12.- ¿Por qué algunos autores consideran al ribosoma como una gran ribozima?
Las actividades propias del ribosoma, como la decodificación del mensaje genético, la acción peptidil transferasa y la translocación son propiedades intrínsecas del ARN ribosómico. Por esta razón hay autores que consideran al ribosoma como la mayor de las ribozimas conocidas.
Nota.- Las ribozimas son cadenas de ARN con actividad catalítica.
13.- (Internet: “Nobelprize.org”). ¿Quiénes y por qué fueron galardonados con el Nobel de Química en el año 1989?
El Nobel de Química de 1989 fue otorgado conjuntamente a Sidney Altman y Thomas R. Cech, por su descubrimiento de las propiedades catalíticas del ARN: ribozimas (o enzimas de ARN).
Nota.- Hasta mediada la década de 1980 se creía que las únicas biomoléculas con actividad catalítica eran unas proteínas especiales, llamadas enzimas.
14.- ¿A qué se llama “protorribosoma”?
Ciertos segmentos de la secuencia de los ARN ribosómicos se han conservado a lo largo de la evolución a través de los reinos Eubacteria, Arquea y Eucaria (Animales, Plantas y Hongos).
Para algunos autores, la conservación secuencial existente en regiones concretas de los ARN ribosómicos es tal, que cabe suponer que todos los ribosomas existentes en los organismos actuales descienden de un primitivo “protorribosoma”.
Desde el punto de vista evolutivo, el protorribosoma equivale a la hipotética estructura ancestral presente en las primeras células para biosintetizar proteínas.
15.- ¿Qué relación existe entre el nucléolo y los ribosomas?
Considerando los ribosomas de células eucariotas, es en el nucléolo donde se transcriben los genes de ARN ribosómico, teniendo también lugar la asociación con las proteínas ribosómicas, que llegan al núcleo desde el citoplasma por los poros nucleares, constituyendo los complejos macromoleculares propios de cada subunidad.
Las subunidades ribosómicas grandes y pequeñas, una vez formadas en el interior del núcleo, son desplazadas hacia el citoplasma a través de los poros nucleares, permaneciendo separadas hasta el momento de unirse al ARN mensajero para realizar la biosíntesis de proteínas.
16.- Suponga que el ribosoma de la figura adjunta es de célula procariota. Indique los coeficientes de sedimentación. Busque imágenes en Internet de alguna subunidad.
• Ribosoma (procariota): 70 S. Subunidades: 30 S y 50 S.
• Respecto a la búsqueda de imágenes en Internet, se adjunta la siguiente (30 S):
17.- Indique los coeficientes de sedimentación de los ribosomas adjuntos.
Los coeficientes de sedimentación de ambos tipos de ribosomas y de las correspondientes subunidades son los siguientes:
18.- ¿Cuál es el significado de la letra “S” en las constantes o coeficientes de sedimentación?
La S o unidad Svedberg es la que se emplea para indicar el coeficiente de sedimentación de una partícula o macromolécula en los análisis de ultracentrifugación.
La letra S es utilizada en honor del científico sueco Theodor Svedberg, galardonado con el premio Nobel de Química en 1926. Gracias a su invención de la ultracentrífuga y a la metodología analítica, fue posible la separación de macromoléculas o partículas en las dispersiones coloidales y otros sistemas dispersos, así como la medición precisa del coeficiente de sedimentación.
19.- ¿Qué representa el esquema adjunto? Identifique las partes numeradas.
• Este esquema representa un ribosoma.
Se observa la existencia de los tres sitios característicos, que alojarán sendas moléculas de ARN transferente durante la traducción del ARN mensajero.
• Partes numeradas:
1 = subunidad grande
2 = subunidad pequeña
3 = sitio A (para el aminoacil-ARNt)
4 = zona de unión con el ARN mensajero
5 = sitio E (del ingés exit, salida)
6 = sitio P (para el peptidil-ARNt)
20.- ¿Qué representa el esquema adjunto? Identifique las partes numeradas.
• Este esquema representa un ribosoma.
• Partes numeradas:
1 = subunidad grande
2 = subunidad pequeña
3 = sitio P (peptidil, peptidilo)
4 y 5 = no se puede precisar cuál de ellos es el sitio A (aminoacil, aminoacilo) o el E (exit).
21.- Buscando imágenes del ribosoma en Internet se ha encontrado la figura adjunta. Nombre las partes numeradas.
Se trata de un ribosoma de célula procariota (70 S).
Partes numeradas:
1 = extremo 5’ del ARN mensajero
2 = sitio E (exit)
3 = sitio P (peptidilo)
4 = sitio peptidiltransferasa
5 = sitio A (aminoacilo)
6 = subunidad grande (50 S)
7 = subunidad pequeña (30 S)
8 = extremo amino terminal de la cadena polipeptídica
22.- ¿Qué son las secuencias de Shine-Dalgarno? Haga un esquema.
Son secuencias características del ARN mensajero de las células procariotas, localizadas en las proximidades del codón iniciador AUG, las cuales se aparean con regiones específicas de ARN ribosómico 16 S, propio de la subunidad menor del ribosoma, mediante enlaces por puente de hidrógeno (pph), forzando así una localización concreta del triplete AUG en la iniciación de la síntesis de proteínas.
Esquema:
Nota.- En los ARN policistrónicos existe una secuencia de Shine-Dalgarno por cada cistrón.
23.- (Internet: “Nobelprize.org”). ¿Quiénes fueron galardonados con el Nobel de Química en 2009? Escriba el título original de cada Nobel Lecture.
El Nobel de Química de 2009 fue concedido a V. Ramakrishnan, Thomas A. Steitz y Ada E. Yonath, por sus investigaciones sobre la estructura y función del ribosoma.
Título de cada Nobel Lecture:
Ramakrishnan: Unraveling the Structure of the Ribosome.
Steitz: From the Structure and Function of the Ribosome to New Antibiotics.
Yonath: Antibiotics and the Evolving Ribosome.
24.- Interprete el esquema siguiente y nombre las partes numeradas.
• Se trata de un polirribosoma o polisoma, es decir, un conjunto de ribosomas (color azul) asociados a una misma molécula de ARN mensajero, que se van desplazando durante el proceso de traducción, posibilitando la síntesis de numerosas cadenas de una misma proteína.
El color rojo corresponde a la cadena peptídica, que se va alargando progresivamente, a medida que el ribosoma se desplaza por el ARNm (en sentido 5’ --> 3’).
Se observa que el conjunto tiende a adoptar una disposición en espiral.
• Los nombres de las partes numeradas son:
1 = proteína sintetizada, ya desprendida
2 = subunidad ribosómica mayor libre
3 = subunidad ribosómica menor libre
4 = extremo 5’p (inicial) del ARN mensajero
5 = extremo inicial (amino terminal) de la cadena peptídica
6 = ribosoma (con la subunidad menor orientada hacia la zona interna de la espiral).
25.- En relación con los ribosomas, ¿con qué figura está de acuerdo, A o B? Justifique la respuesta.
Todos los dibujos son igualmente válidos (el color es irrelevante). El ribosoma funcional está constituido por dos subunidades desiguales, una mayor que otra, que se asocian al comenzar la traducción del ARN mensajero y se separan cuando este proceso finaliza.
Dado que la traducción tiene carácter reiterativo, cada vez que se inicia o se repite el proceso, las subunidades pueden asociarse de cualquier manera, aunque siempre una grande con otra pequeña.