TRADUCCIÓ DE L'ADN: PROCÉS EN EUCARIOTES I PROCARIOTES - BIOLOGIA - 2025

La traducció de l'ADN és el procés pel qual la informació continguda en els ARN missatgers produïts durant la transcripció (la còpia de la informació en una seqüència d'ADN en forma d'ARN) és "traduïda" en una seqüència aminoacídica mitjançant la síntesi proteica.

Des de la perspectiva cel·lular, l'expressió d'un gen és un assumpte relativament complex que ocorre en dos passos: la transcripció i la traducció.

Traducció d'ARN intervinguda per un ribosoma (Font: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Tots els gens que s'expressen (siguin o no codificants per seqüències peptídiques, és a dir, proteïnes) inicialment ho fan mitjançant la transferència de la informació continguda en la seva seqüència d'ADN a una molècula d'ARN missatger (ARNm) a través d'un procés anomenat transcripció.

La transcripció és aconseguida per uns enzims especials conegudes com ARN polimerases, que utilitzen una de les filaments complementaris de l'ADN de el gen com a motlle per a la síntesi d'una molècula de "pre-ARNm", el qual és processat posteriorment per formar un ARNm madur.

Per als gens que codifiquen proteïnes, la informació continguda en els ARNm madurs és "llegida" i traduïda en forma d'aminoàcids d'acord amb el codi genètic, que especifica quins codó o triplet de nucleòtids correspon a cada aminoàcid en particular.

L'especificació de la seqüència aminoacídica d'una proteïna, per tant, depèn de la seqüència inicial de bases nitrogenades en l'ADN que correspon a el gen i després en l'ARNm que transporta aquesta informació de l'nucli a l'citosol (en les cèl·lules eucariotes); procés que també és definit com la síntesi de proteïnes guiada per ARNm.

En vista que hi ha 64 possibles combinacions de les 4 bases nitrogenades que formen l'ADN i l'ARN i només 20 aminoàcids, un aminoàcid pot ser codificat per diferents triplets (codons), per la qual cosa es diu que el codi genètic és "degenerat" (excepte per l'aminoàcid metionina, que és codificat per un codó únic AUG).

Traducció eucariota (passos-procés)

Diagrama d'una cèl·lula eucariota animal i les seves parts (Font: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

En les cèl·lules eucariotes la transcripció té lloc a nucli i la traducció en el citosol, de manera que els ARNm que es formen durant el primer procés compleixen una funció també en el transport de la informació des del nucli cap al citosol, on es troben les maquinàries biosintètiques (els ribosomes).

És important esmentar que la compartimentació de la transcripció i la traducció en els eucariotes és certa per al nucli, però no és igual per a orgànuls amb genoma propi com els cloroplasts i els mitocondris, que tenen sistemes més similars als dels organismes procariotes.

Les cèl·lules eucariotes tenen també ribosomes citosólicos units a les membranes de l'reticle endoplasmàtic (reticle endoplasmàtic rugós), en els quals ocorre la traducció de les proteïnes que estan destinades a inserir-se en les membranes cel·lulars o que requereixen dels processaments postraduccionals que ocorren en aquest compartiment.

- Processament dels ARNm previ a la seva traducció

Els ARNm són modificats en els seus extrems a mesura que són transcrits:

- Quan l'extrem 5 'de l'ARNm emergeix de la superfície de l'ARN polimerasa II durant la transcripció, aquest és "atacat" immediatament per un grup d'enzims que sintetitzen una "caputxa" composta per 7-metil guanilat i que està connectada a l'nucleòtid terminal de l'ARNm a través d'un enllaç trifosfat 5 ', 5'.

- L'extrem 3 'de l'ARNm pateix un "clivatge" per una endonucleasa, el que genera un grup hidroxil lliure 3' a el qual s'uneix una "rest" o "cua" de residus d'adenina (de 100 a 250) que són afegits un alhora per un enzim poly (a) polimerasa.

La "caputxa 5 '" i la "cua poly A" compleixen funcions en la protecció de les molècules d'ARNm enfront de la degradació i, a més, funcionen en el transport dels transcrits madurs cap al citosol i en la iniciació i terminació de la traducció, respectivament.

C Orte i entroncament

Després de la transcripció, els ARNm "primaris" amb els seus dos extrems modificats, encara presents en el nucli, passen per un procés de "tall i entroncament" mitjançant el qual generalment s'eliminen les seqüències intròniques i s'uneixen els exons resultants (processament postranscripcional), de manera que s'obtenen els transcrits madurs que abandonen el nucli i arriben a l'citosol.

El tall i entroncament és dut a terme per un complex riboproteico anomenat el espliceosoma (anglicisme de spliceosoma), format per cinc ribonucleoproteínas petites i molècules d'ARN, que són capaços de "reconèixer" les regions que han d'eliminar de l'transcrit primari.

En molts eucariotes es dóna un fenomen conegut com "tall i entroncament alternatiu", el que vol dir que diferents tipus de modificacions postranscripcionals poden produir proteïnes diferents o isoenzims que difereixen entre si en alguns aspectes de les seves seqüències.

- Els ribosomes

Quan els transcrits madurs abandonen el nucli i són transportats per la seva traducció al citosol, aquests són processats pel complex traduccional conegut com ribosoma, que consisteix en un complex de proteïnes associades amb molècules d'ARN.

Els ribosomes estan compostos per dues subunitats, una "gran" i una altra "petita", les quals estan dissociades lliurement en el citosol i s'uneixen o s'associen sobre la molècula d'ARNm que es tradueix.

La unió entre els ribosomes i l'ARNm depèn d'unes molècules d'ARN especialitzades que s'associen amb les proteïnes ribosomals (ARN ribosomal o ARNr i ARN de transferència o ARNt), cadascuna de les quals exerceix funcions específiques.

Els ARNt són "adaptadors" moleculars, ja que a través d'un dels seus extrems poden "llegir" cada codó o triplet en l'ARNm madur (per complementarietat de bases) ia través de l'altre poden unir-se a l'aminoàcid codificat pel codó "llegit".

Les molècules d'ARNr, d'altra banda, s'encarreguen d'accelerar (catalitzar) el procés d'unió de cada aminoàcid en la cadena peptídica naixent.

Un ARNm madur eucariota pot ser "llegit" per molts ribosomes, tantes vegades com la cèl·lula ho indiqui. En altres paraules, el mateix ARNm pot donar lloc a moltes còpies de la mateixa proteïna.

Codó d'inici i marc de lectura

Quan un ARNm madur és abordat per les subunitats ribosomals, el complex riboproteico "escaneja" la seqüència d'aquesta molècula fins que troba un codó d'inici, que sempre és AUG i implica la introducció d'un residu de metionina.

El codó AUG defineix el marc de lectura per a cada gen i, a més, defineix el primer aminoàcid de totes les proteïnes traduïdes a la natura (aquest aminoàcid moltes vegades és eliminat postraduccionalmente).

Codons de terminació

Tres codons han estat identificats com aquells que indueixen la terminació de la traducció: UAA, UAG i UGA.

Aquelles mutacions que impliquen un canvi de bases nitrogenades en el triplet que codifica per a un aminoàcid i que resulten en codons de terminació es coneixen com mutacions sense sentit, ja que provoquen una detenció prematura de l'procés de síntesi, el que forma proteïnes més curtes.

Regions no traduïdes

A prop de l'extrem 5 'de les molècules d'ARNm madures existeixen regions que no són traduïdes (UTR, de l'anglès UnTranslated Region), també anomenades seqüències "líder", les quals estan situades entre el primer nucleòtid i el codó d'inici de la traducció (AUG).

Aquestes regions UTR que no es tradueixen tenen llocs específics per a la unió amb ribosomes i en els humans, per exemple, tenen una longitud aproximada de 170 nucleòtids, entre els quals hi ha regions reguladores, llocs d'unió de proteïnes que funcionen en la regulació de la traducció, etc.

- Començament de la traducció

La traducció, així com la transcripció consisteix en 3 fases: una d'iniciació, una altra d'elongació i finalment una de terminació.

iniciació

Consisteix en l'acoblament de l'complex traduccional sobre l'ARNm, el que mereix la unió de tres proteïnes conegudes com a factors d'iniciació (IF, de l'anglès Initiation Factor) IF1, IF2 i IF3 a la subunitat petita de l'ribosoma.

El complex de "preiniciació" format pels factors d'iniciació i la subunitat ribosomal petita s'uneixen, al seu torn, amb un ARNt que "càrrega" un residu de metionina i aquest conjunt de molècules s'uneix a l'ARNm, prop de l'codó d'inici AUG.

Aquests esdeveniments condueixen a la unió de l'ARNm amb la subunitat ribosomal gran, el que comporta a l'alliberament dels factors d'iniciació. La subunitat gran de l'ribosoma té 3 llocs d'unió per a molècules d'ARNt: el lloc A (aminoàcid), el lloc P (polipèptid) i el lloc E (de sortida).

El lloc A s'uneix a l'anticodó de l'aminoacil-ARNt que és complementari amb el de l'ARNm que es tradueix; el lloc P és on l'aminoàcid és transferit des del ARNt a l'pèptid naixent i el lloc E és on es troba en ARNt "buit" abans de ser alliberat a l'citosol després de lliurar l'aminoàcid.

Representació gràfica de les fases d'iniciació i elongació de la traducció (Font: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

elongació

Aquesta fase consisteix en el "moviment" de l'ribosoma al llarg de la molècula d'ARNm i de la traducció de cada codó que va "llegint" el que implica el creixement o l'elongació de la cadena polipeptídica en naixement.

Aquest procés requereix d'un factor conegut com a factor d'elongació G i d'energia en forma de GTP, que és la que impulsa la translocació dels factors d'elongació al llarg de la molècula d'ARNm mentre aquesta es va traduint.

L'activitat peptidil transferasa dels ARN ribosomals permet la formació dels enllaços peptídics entre els aminoàcids successius que s'addicionen a la cadena.

terminació

La traducció finalitza quan el ribosoma es troba amb algun dels codons de terminació, ja que els ARNt no reconeixen a aquests codons (no codifiquen aminoàcids). També s'uneixen proteïnes conegudes com a factors d'alliberament, els quals faciliten el despreniment de l'ARNm de l'ribosoma i la dissociació de les subunitats d'aquest.

Traducció procariota (passos-processos)

En els procariotes, a l'igual que en les cèl·lules eucariotes, els ribosomes encarregats de la síntesi de proteïnes es troben en el citosol (el que també és cert per a la maquinària transcripcional), fet que permet el ràpid increment de la concentració citosòlica d'una proteïna quan augmenta l'expressió dels gens que la codifiquen.

Tot i que no és un procés summament comú en aquests organismes, els ARNm primaris produïts durant la transcripció poden patir maduració postranscripcional a través de "tall i entroncament". No obstant això, el més comú és observar ribosomes units a l'transcrit primari que ho van traduint a el mateix temps que aquest va sent transcrit des de la seqüència d'ADN corresponent.

En vista de l'anterior, la traducció en molts procariotes comença per l'extrem 5 ', ja que l'extrem 3' de l'ARNm roman unit a l'ADN motlle (i passa concomitantment amb la transcripció).

Regions no traduïdes

Les cèl·lules procariotes també produeixen ARNm amb regions no traduïdes que es coneixen com la "caixa Shine-Dalgarno" i la seqüència consens és AGGAGG. Com és evident, les regions UTR dels bacteris són considerablement més curtes que les de les cèl·lules eucariotes, tot i que exerceixen funcions similars durant la traducció.

procés

En els bacteris i els altres organismes procariotes el procés de traducció és bastant semblant a el de les cèl·lules eucariotes. Consisteix també en tres fases: iniciació, elongació i terminació, les quals depenen de factors procariotes específics, diferents dels que fan servir els eucariotes.

L'elongació, per exemple, depèn de factors d'elongació coneguts com EF-Tu i EF-Ts, en comptes del factor G dels eucariotes.

referències

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molecular biology of the cell. Garland Science. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Translation: DNA to mRNA to Protein. Nature Education 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). An introduction to genetic analysis. Macmillan.
4. Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, A EL, & Cox, MM (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
6. Rosenberg, LI, & Rosenberg, DD (2012). Human Gens and Genomes: Science. Health, Society, 317-338.