Biopolímero

Biopolímero
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5.6. Función de los ADN y ARN
La función de los ácidos nucleicos es el almacenamiento de la información genética de un
organismo y su transmisión a posteriores generaciones de ese organismo. En la mayoría de los
organismos el material genético propiamente dicho está almacenado en los ácidos
desoxiribonucleicos, sólo algunos virus utilizan el ARN como material genético. En los
organismos superiores, la mayor parte del ADN se encuentra en los núcleos celulares, aunque
una pequeña parte está también en las mitocondrias. Como se ha dicho anteriormente, en el
núcleo el ADN no está solo, sino asociado con otras proteínas, fundamentalmente histonas
formando la cromatina que durante la metafase de la división celular se organiza y empaqueta
en estructuras muy grandes y específicas llamadas cromosomas. La parte de un cromosoma
que define una determinada característica de un organismo se llama gen. Sin embargo la
síntesis de las proteínas no se realiza en el núcleo, sino en los ribosomas. Así que debe haber
un agente que transporte la información desde el núcleo, en donde se almacena, hasta el
ribosoma. El agente transportador de esta información y que está directamente implicado en la
síntesis de las proteínas es el ARN.
Existen diferentes tipos de ácidos ribonucleicos que realizan, a su vez, diferentes funciones. El
ARN mensajero, m-ARN que son los moldes literalmente copiados del patrón ADN mediante el
proceso llamado Transcripción y que es el real intermediario en el transporte de información
para la síntesis de la proteínas. Hay una molécula de m-ARN por cada gen o grupo de genes
que se van a expresar, por tanto estas moléculas son muy heterogéneas. El ARN de
transferencia t-ARN que transporta los aminoácidos en su forma activada al ribosoma para que
se forme el enlace peptídico en una secuencia que está determinada por el m-ARN molde. Hay
al menos un t-ARN por cada aminoácido esencial y son macromoléculas pequeñas (unos 75
monómeros). El ARN ribosómico r-ARN que es el principal componente del ribosoma y tiene un
papel catalítico y estructural en la síntesis de las proteínas. A este proceso de síntesis protéica
se le llama Traducción.
Por otro lado la información genética contenida en el ADN debe transmitirse de una generación
a otra de células. En el proceso de división de la célula madre, la doble hélice del ADN se
rompe de forma que se crean dos cadenas sencillas complementarias que generan dos células
hijas. Posteriormente se sintetiza en cada una de las células hijas la doble cadena helicoidal
del ADN, idéntica a la original. Este es el proceso llamado Réplica o Replicación.
5.6.1. Replicación
En el proceso de replicación del ADN intervienen de un modo interrelacionado y coordinado
más de veinte proteínas. Para que la polimerización comience, es necesaria la presencia de un
fragmento corto de cadena de ácido nucleico previamente existente que actúe como cebador.
Este fragmento se descarta luego cuando la síntesis está ya completa.. El proceso ordenado
de adición de las unidades desoxiribonucleicas está catalizado por la DNA-polimerasa I:
Para que esta enzima pueda actuar es necesario que estén presentes los cuatro precursores
2+
activados, los desoxiribonucleósidos-5'-trifosfatos: dATP, dGTP, dTTP y dCTP y el catión Mg .
La reacción catalizada por la DNA-polimerasa es el ataque nucleófilo del grupo 3'-OH de la
hebra cebadora (o iniciadora ) sobre el átomo de fósforo mas interno del desoxiribonucleósido
trifosfato con formación de un puente fosfodiester y eliminación de una molécula de pirofosfato
(figura siguiente). La polimerización progresa en el sentido 5' =>3'.
La DNA polimerasa I es un enzima dirigido por el molde, y cataliza la reacción de adición de
nucleótidos solo si la base entrante es complementaria de la base del molde. También esta
enzima es capaz de corregir los errores de emparejamiento en el ADN eliminando los
nucleótidos que están mal emparejados contribuyendo de esta manera a la fidelidad con la que
se produce la replicación del ADN que tiene una tasa de error considerablemente pequeña.
5.6.2. Transcripción
La información codificada en el ADN debe ser transcrito al ARN. Evidentemente este proceso
de formar ARN de acuerdo al molde de ADN también está catalizado y las enzimas
catalizadores de estos procesos son las RNA-polimerasas . En algunas bacterias es la misma
RNA polimerasa la que cataliza la síntesis de los tres tipos de RNA celular (mARN, tARN y
rARN), en las células de los animales superiores existe una división del trabajo entre los
diferentes tipos de polimerasas. La ARN-polimerasa cataliza una reacción básicamente idéntica
a la presentada en la figura anterior, la diferencia estriba en que ahora las unidades que se van
adicionando son de ribonucleótidos. Iigual que allí el proceso es un ataque nucleófilo de un 3'OH del extremo de la cadena creciente sobre el fosfato más interno de un trifosfato de
nucleósido. Por tanto para que la ARN-polimerasa pueda catalizar la reacción, es necesario
que exista un molde, que preferentemente es un DNA de doble cadena, aunque también puede
servir un ADN de una sola cadena. Es necesario que estén presentes los precursores
activados, es decir los cuatro trifosfato de ribonucleósido, ATP, GTP, UTP, CTP y también
necesita el cation divalente Mg2+. Al contrario que la DNA polimerasa, esta enzima no necesita
un cebador
Los ADN moldes contienen regiones con secuencias determinadas que se llaman centros
promotores que es el punto por donde se unen las ARN-polimerasas y por donde se empieza la
transcripción. Igualmente contienen otras secuencias que especifican donde debe acabar la
transcripción
5.6.3. Traducción.
El mARN es el molde para la síntesis de proteínas, sin embargo este no interactúa
directamente con los aminoácidos, sino que el encargado de conectar el aminoácido con la
secuencia de mARN que lo codifica es el tARN. Los t-ARNs, tienen un centro para la unión al
aminoácido específico y un centro para la unión al mARN llamado anticodón, ya que es
complementaria con el codón en el m-ARN (recuerde la figura de la ficha anterior relativa a la tARN de la fenilalanina). En el extremo 3'-OH del t-ARN, que tiene siempre la secuencia CCA,
se encuentra el aminoácido activado unido a través de su grupo carboxilo al 3'OH o al 2'OH de
la ribosa formando un aminoacil-tRNA.
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# $
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La síntesis de las proteínas tienen lugar en tres etapas. En la primera etapa de iniciación se
produce la unión de un tARN iniciador a una señal de partida del mARN. Este tARN iniciador
ocupa un lugar P, peptidilo, en el ribosoma. La segunda etapa, elongación, comienza con la
unión de un aminoacil-tARN al lugar A, aminoacilo, que es otro centro del ribosoma. Se forma
ahora un enlace peptídico entre el gupo amino del aminoacil-tRNA último y el grupo carboxilo
de la formilmetionina que transportaba el tARN iniciador. A continuación el dpeptidil-tARN
formado se desplaza desde A hasta P y la molécula de t-ARN iniciador se desplaza a otro sitio
antes de abandonar el ribosoma. En el sitio A ya vacío, puede volver a entrar otra molécula de
aminoacil-tARN para empezar un nuevo ciclo de elongación. La terminación se produce
cuando se llega a la secuencia de final en el mARN y se produce la salidade la cadena
polipeptídica completa del ribosoma. En sencialmente, por tanto, en los ribosomas están los
enzimas que catalizan la formación de enlaces peptídicos dirigidas por el mARN. En realidad
son grandes asociaciones de ribonucleoproteínas que tienen 55 proteínas diferentes y tres
moléculas de rARN, moléculas muy ricas en información que juegan un papel central en todo el
proceso de traducción.
El papel del ribosoma. Universidad de Texas
Arquitectura del ribosoma. Universidad de Carnegie Mellon (tutoriales interactivos con
varios tipos de ribosomas)
Nucleosoma
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Biopolímeros. J. Donoso.Página actualizada en Febrero 2006