Catalítica. Algunas proteínas llamadas enzimas, tienen la capacidad de transformar a otras moléculas. Llevan a cabo la incorporación y remoción de grupos funcionales, la oxidación y el rompimiento de enlaces covalentes.
Reguladora. Proteínas llamadas hormonas, capaces de regular diversos procesos biológicos de manera específica.
Estructural y de sostén. Proporcionan estructura, sostén y resistencia a la célula, tejidos y órganos.
Defensiva. Proteínas conocidas como anticuerpos.
Protección y lubricación. Llamadas mucoproteínas, forman moco para proteger y lubricar al aparato digestivo y respiratorio.
De transporte. Transportan diversos compuestos en el organismo.
Transducción de señales. Mediante proteínas como los receptores, las células responden a diferentes estímulos externos o señales que reciben.
Movimiento. Debido al desplazamiento de las fibras de las proteínas actina y miosina, presentes en los músculos, se mueven los órganos y el organismo completo.
Reserva de energía y de aminoácidos. Pueden ser empleadas en casos extremos y funcionar como una reserva de residuos de aminoácidos que se emplean cuando el cuerpo del animal así lo requiere (Sampieri y Pineda, 2004).
ADN: su estructura y función en células eucariontes
Los seres vivos funcionan admirablemente gracias a "pequeñas maquinas" moleculares que llevan en su interior. En cada célula existe una molécula maestra que "dirige" las actividades, el ácido desoxirribonucleico o ADN, cuya estructura y funciones han sido motivo de numerosas investigaciones en los últimos tiempos.
Se sabe que el ADN contiene un gran cúmulo de instrucciones que al ser fielmente interpretadas por el ácido ribonucleico o ARN dan lugar a la elaboración de cada una de las proteínas que el organismo requiere.
Los componentes del ADN son los nucleótidos. Un nucleótido está formado por la unión de tres elementos: azúcar desoxirribosa, fosfato y base niutrogenada (adenina, timina, guanina o citosina).
Las bases nitrogenadas que forman al ADN se clasifican como púricas y pirimídicas. Los carbonos del azúcar se identifican por medio de los números 1, 2, 3, 4 y 5. Esta numeración indica los puntos de unión del carbono con otras moléculas.
La molécula de ADN consta de estructura primaria, secundaria y terciaria.
Estructura primaria. Está determinada por la secuencia de nucleótidos que la conforman, los cuales se unen al producirse un enlace entre el fosfato 3 de la molécula de azúcar de un nucleótido, y el fosfato que está unido al carbono 5 de otro. La cadena puede llegar a ser muy larga, y siempre hay un extremo 5 unido a un fosfato, y otro extremo 3 que queda libre.
Estructura secundaria. Se refiere a la forma de doble hélice que toma la molécula cuando dos cadenas de nucleótidos se unen por puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas (Velázquez, 2007).
Estructura terciaria. El ADN de células procariontes tiene algunas diferencias con las células eucariontes.
En las células eucariontes, el ADN se asocia a proteínas llamadas histonas y con ellas forma una estructura denominada nucleosoma, que con el microscopio electrónico se observa como un collar de cuentas. Cada una de esas cuentas está formada por ocho moléculas de histona envueltas en un segmento de ADN de enlace.
En los cromosomas, los nucleosomas forman una estructura helicoidal denominada solenoide, la cual está constituida por seis unidades de nucleosoma. En las células eucariontes los cromosomas son lineales y no circulares como en las procariontes.
La cantidad total de ADN en las células eucariontes es generalmente mucho mayor que la de los procariontes, aunque se ha observado que la cantidad de ADN no se encuentra en relación directa con la complejidad del organismo. Hay algunos protistas que poseen mucho más ADN que los mamíferos. La explicación de este fenómeno radica en el hecho de que en el genoma de los eucariontes existen, además de genes que codifican para la síntesis de proteínas, secuencias repetidas aparentemente no funcionales, y la cantidad de ADN repetido varía mucho de una especie a otra; el tamaño de la molécula de ADN en cada especie de organismos eucariontes depende de la cantidad de información repetida que posee.
Un hallazgo interesante, es que los genes de las células eucariontes son discontinuos, y contienen secuencias intercaladas que no codifican para la síntesis de proteínas. Estos segmentos de genes se denominan intrones, los cuales vendrían a ser como las páginas llenas de anuncios comerciales que aparecen en revistas, cuya información es irrelevante y no se relaciona con los artículos de interés.
Si se toman en cuenta tanto las secuencias repetidas como los intrones, la cantidad de ADN humano que sí se transcribe y forma proteínas corresponde apenas entre 1 y 3% del ADN total. En los genes los segmentos de información que sí será transcrita se llaman exones (Velázquez, 2007).
Síntesis de proteínas en eucariontes
El ARN o ácido ribonucleico complementa las funciones del ADN, ya que interpreta el mensaje hereditario y lo traduce en la formación de las proteínas que el organismo requiere.
Cada célula de un organismo elabora sus proteínas de acuerdo con la información que el ADN proporciona. No toda la información es leída al mismo tiempo. Esto se puede compara con lo que ocurre con una gran enciclopedia: sólo se abre en determinados capítulos y se copia de acuerdo con las necesidades. Lo mismo ocurre con la información contenida en el ADN y su utilización por la célula.
Al igual que el ADN, el ARN está formado por nucleótido, pero existen diferencias esenciales entre ambos tipos de moléculas.
El ARN más abundante en las células es el ribosomal (ARNr), porque forma los ribosomas, organelos donde se sintetizan las proteínas; se encuentra en un porcentaje de 85 a 90%. El ARN de transferencia (ARNt) representa del 5 al 7% del ARN total, mientras que el ARN mensajero (ARNm) representa del 3 al 5%.
Las funciones de interpretación del mensaje genético por el ARN tienen lugar en dos etapas:
Transcripción, durante la cual el ARN mensajero produce una copia de un segmento de ADN, correspondiente a un gen, y esto conduce a la elaboración de una proteína determinada.
Traducción, proceso que se lleva a cabo en los ribosomas, cuando se incorporan los aminoácidos en el orden preciso, de acuerdo con las "instrucciones" o información del ARN mensajero (Velázquez, 2007).
Transcripción
Esta se lleva a cabo con la intervención de la enzima ARN polimerasa; la cual tiene la función de colocar nucleótidos de ARN en el orden que corresponde al segmento de ADN que se está copiando.
El proceso muestra diferencias según se realice en células procariontes o eucariontes. En las procariontes existen tres etapas: iniciación, elongamiento o alargamiento y terminación o finalización. Mientras que en las eucariontes, además de las tres anteriores, se agrega una de maduración, en la que el ARN sufre modificaciones, como la eliminación de las secuencias correspondientes a intrones, las cuales no son necesarias en la etapa de síntesis de proteínas. Otra diferencia es que en procariontes el proceso de transcripción se lleva a cabo en el citoplasma, y en los eucariontes, dentro del núcleo.
Enseguida se explica cada una de las etapas:
Iniciación. La ARN polimerasa se une a una región determinada del ADN llamada promotor.
Elongación o alargamiento. En esta etapa, se abre la molécula de ADN en la zona donde se ha instalado la ARN polimerasa y empiezan a colocarse los nucleótidos complementarios a la secuencia del ADN. La formación del ARN va ocurriendo en dirección 5 3. Después que se han colocado unos treinta o cuarenta nucleótidos, se añade una base modificada en la zona del inicio del ARNm, de la cual se dice que es la "capucha" del ARNm, la cual le permitirá unirse más tarde al ribosoma.
Finalización o terminación. Cuando la enzima ARN polimerasa llega al mensaje de terminación de cadena, que es una determinada secuencia en el mensaje del ADN, concluye la formación de la molécula de ARN mensajero, y se agrega un segmento formado por doscientas unidades de adenina. Este segmento se conoce como cola de poli-A, y ayudará a prolongar la vida activa de la molécula de ARN mensajero.
Maduración. Se ha una molécula de pre-ARN mensajero. Lo único que falta es eliminar las secuencias sin sentido, los intrones, para que este quede totalmente terminado. Una enzima llamada ribozima se encarga de cortar las secuencias de intrones y otra enzima pega y empalma los segmentos que han quedado, lo cual da lugar finalmente al ARN maduro, que ya puede llevar a cabo la síntesis de proteínas (Velázquez, 207).
Traducción
La síntesis de proteínas se conoce también como traducción, dado que es la transferencia de información de los nucleótidos al de los aminoácidos, por lo que es considerada la actividad sintética más compleja que ocurre en la célula. En tanto que otras macromoléculas de las células se elaboran por medio de reacciones enzimáticas relativamente directas, el ensamblado de una proteína requiere todos los diferentes RNAt con sus aminoácidos unidos, ribosomas, RNA mensajeros y algunas proteínas con varias funciones, cationes y GTP (Karp, 1998; Curtis y Barnes, 2001).
La complejidad no es sorprendente si consideramos que la síntesis de proteínas requiere la incorporación de cada uno de los diferentes 20 aminoácidos en la secuencia precisa dictada por un mensaje codificado escrito en un lenguaje que emplea distintos símbolos.
El proceso de traducción en las células eucariotas es similar en las células procariotas, la diferencia principal es que la traducción en células eucariotas implica numerosos factores proteínicos solubles (no ribosómicos) (Karp, 1998).
En este proceso de traducción intervienen los tres tipos de ARN: ribosomal, de transferencia y mensajero.
ARN ribosomal. Los ribosomas están constituidos por ARN ribosomal, y es en ellos donde se lleva a cabo el proceso de traducción, la síntesis de proteínas. Cada ribosoma está formado por dos subunidades, una menor que otra, que se ensamblan en el momento de inicio de la síntesis de proteínas.
ARN de transferencia. Tiene forma de trébol, y en algunos segmentos presenta una doble cadena. En una región de esta molécula se encuentra el anticodón, secuencia de tres bases complementarias con las del ARNm. En otra parte de la molécula, el ARN posee el espacio para unirse de manera específica con un aminoácido determinado. Existen por lo menos cincuenta ARNt diferentes, y cada uno de ellos posee un anticodón que se corresponde con un aminoácido determinado. Durante la síntesis de proteínas, los ARNt son acarreadores de aminoácidos.
ARN mensajero. Contiene la información que ha transcrito del ADN la cual se lee por tripletes, por secuencias de tres letras; a cada una de las cuales se le llama codón. Para cada codón hay un ARNt, con su respectivo anticodón, de modo que en la síntesis de proteínas cada aminoácido queda colocado de manera específica, de acuerdo con el mensaje genético del ARNm (Velázquez, 2007).
En los eucariontes, la síntesis de proteínas se lleva a cabo en tres etapas distintas: iniciación, elongación o alargamiento y terminación.
Iniciación
En eucariontes, la iniciación comienza cuando la subunidad ribosómica pequeña reconoce primero el extremo 5´ del mensaje que precede al casquete de metilguanosina, y luego se desplaza a lo largo del RNAm hasta alcanzar una secuencia de nucleótidos (típicamente 5´-CCACCAUG-3´) que contiene el tripleto AUG en un contexto en el cual se le puede reconocer como codón inicial (Karp, 1998; Curtis y Barnes, 2001).
A continuación, el primer ARNt iniciador se coloca en su lugar y se aparea con el codón iniciador del ARNm. Este codón iniciador que habitualmente es (5´)-AUG-(3´), se aparea en forma antiparalela con el anticodón del ARNt (3´)-UAG-(5´). El ARNt iniciador entrante, que se une al codón AUG, lleva una forma modificada del aminoácido metionina, N-formilmetionina o fMet. Esta fMet será el primer aminoácido de la cadena polipeptídica recién sintetizada que es rápidamente removido.
El ARNt iniciador está ubicado en el sitio P de la subunidad mayor, uno de los dos sitios de unión para las moléculas de ARNt. Luego, se liberan estos factores de iniciación y la subunidad ribosómica mayor se une a la subunidad menor. La energía para este paso la suministra la hidrólisis del trifosfato de guanosina (Curtis y Barnes, 2001).
Elongación o alargamiento
Una vez que el ribosoma completo se ha ensamblado en el codón de inciación, comienza la etapa de elongación o alargamiento. Durante esta etapa, elsitio A de un ribosoma será ocupado transitoriamente por sucesivos aminoacil.ARNt.Los aminoacil-ARNt que ocupen el sitio A serán aquellos cuyo anticodón sea complementario al codón que queda expuesto en ese sitio. La entrada del aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma requiere su unión previa con una proteína llamada factor de elongación, que en su forma activa será unida al GTP. Al aparearse el ARNt con el ARNm, se dispara la hidrólisis del GTP por parte del factor de elongación que luego se disocia, permitiendo que el aminoacil-ARNt permanezca unido por un corto período al ARNm.
Cuando los sitios A como P están ocupados, una enzima, la peptidil transferasa, que es parte de la subunidad mayor del ribosoma, cataliza la formación de un enlace peptídico entre los dos aminoácidos, acoplando el primero (fMet) al segundo. El primer ARNt, entonces se libera. El ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena de ARNm; en consecuencia, el segundo ARNt, al cual ahora se encuentran acoplados la fMet y segundo aminoácido, se transfiere de la posición A a la posición P. Un tercer aminoacil-ARNt se ubica en la ahora vacante posición A, apareado al tercer codón del ARnm, y se repite el paso. La posición P acepta al ARNt que carga con la cadena polipeptídica creciente; la posición A acepta al ARNt que porta el nuevo aminoácido que será añadido a la cadena.
A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la cadena del ARNm, la porción iniciadora de la molécula de ARNm es liberada y otro ribosoma puede formar con ella un complejo de iniciación. Un grupo de ribosomas que leen la misma molécula de ARNm se conoce como polisoma (Curtis y Barnes, 2001).
Terminación
Cuando el mensaje llega a un codón de terminación, ya no hay ningún ARNt que tenga su anticodón, de manera que ya no se agrega otro aminoácido a la cadena. Se libera el polipéptido formado, la proteína. Se separan las dos subunidades del ribosoma y el ARNm es liberado ( Curtis y Barnes, 2001; Velázquez, 2007).
Conclusiones
Los elementos fundamentales de un organismo son las proteínas, las cuales participan en casi todos los procesos biológicos, por ejemplo existen proteínas estructurales que forman las uñas, los vellos, el pelo, etc., formados por queratina; proteínas que dan forma como el colágeno que tiene la piel; proteínas contráctiles como la actina y miosina que le dan el movimiento a los músculos; otras proteínas como la hemoglobina en la sangre, que transporta oxígeno que respiramos y varias hormonas que regulan las funciones del organismo, como la insulina que controla el nivel de azúcar en la sangre; otras de defensa son los anticuerpos, además, en todo momento dentro de cada célula, están en acción cientos de enzimas para llevar a cabo las reacciones químicas que mantienen la vida.
El número y tipo de proteínas que cada especie puede sintetizar es único y se encuentra determinado por la información genética.
Bibliografía consultada
Curtis Helena y Barnes N. Sue. 2001. Biología. 6ª. ed. Editorial Médica Panamericana. Madrid. 1491 pp.
Karp, Gerard. 1998. Biología Celular y Molecular. McGarw-Hill Interamericana. México. 746 pp.
Mora González Victor Manuel. 2008. Temas Selectos: Química 2. ST Editorial. México. 203 pp.
Sampieri Ramírez, Clara Luz y Pineda Arredondo, Eduardo. 2004. Temas Selectos de Biología. Nueva Imagen. México. 213 pp.
Velázquez Ocampo, Marta Patricia. 2007. Temas Selectos: Biología 1. ST Editorial. México. 219 pp.
Velázquez Ocampo, Marta Patricia. 2009. Biología 1. 3ª ed. ST Editorial. México. 227 pp.
Biografía Autores
Edith García Cedeño
Es profesora del Colegio de Bachilleres del Estado de Michoacán, México., en donde imparte clases de Biología I y II, Ciencias de la Salud, Geografía, Temas Selectos de Biología y Ecología y Medio Ambiente. Es responsable de proyectos de investigación a nivel de comunidad. Ha participado como ponente en diferentes instituciones y eventos locales, y estatales. Ha publicado diversos artículos en medios locales, nacionales e internacionales. Realizó la Maestría en Educación en Ciencias Naturales (con Terminal en Biología). Actualmente es profesora de asignatura de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, en donde imparte el área "Estructura y Dinámica Celular" correspondiente al segundo semestre de la carrera de Médico Veterinario Zootecnista.
Carlos Bedolla Cedeño
Es egresado de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Ha desempeñado sus actividades como Laboratorista Modular y como Coordinador de Módulo. En 1994, participó en el programa de implementación de los estudios de postgrado en la Facultad de Medicina Veterinaria. Ha sido responsable de varios proyectos de investigación. Ha participado como ponente y conferencista en diferentes instituciones y eventos locales, estatales y nacionales. Ha publicado diferentes artículos en medios locales, nacionales e internacionales. Realizó la Maestría en Ciencias de la Educación (con terminal en Investigación Educativa) y otra en Educación en Ciencias Naturales (con Terminal en Biología). Diplomado en Desarrollo Curricular y en Diseño de Unidades de Enseñanza–Aprendizaje. Integrante del comité que llevó a cabo el cambio del plan de estudios actual en la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia donde labora. Es Profesor e Investigador Titular "A" de Tiempo Completo de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Es Profesor Titular de las Áreas Integradoras denominadas "Metodología de la Investigación", "Organización y Dinámica Corporal", "Interacción Animal-Medio Ambiente" del Nuevo Plan de Estudios de la Carrera de Médico Veterinario Zootecnista de la FMVZ. Es Miembro de la Red Académica Universitaria en Educación de la Universidad Michoacana. Tiene Diplomado en Formación de Tutores. Ha sido Coordinador del Programa de Tutorías en la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia. Es Candidato al grado de Doctor en Ciencias Agropecuarias en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro de Torreón Coahuila, México. Actualmente se encuentra desarrollando los siguientes proyectos: 1) Identificación y tipificación molecular de cepas de Staphylococcus aureus aisladas de leche de vacas con mastitis del Municipio de Tarímbaro, Michoacán, México. 2) Epidemiología de la mastitis bovina en Michoacán, México.
Autor:
Edith García Cedeño
Carlos Bedolla Cedeño
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