Síntesis y Translocación de Proteínas en el Retículo Endoplasmático (RE)
Descarga Vectorial de Proteínas
Algunas proteínas que son sintetizadas son descargadas en el Retículo Endoplasmático (RE). Estas son de dos tipos:
- Transmembrana: Pasan a formar parte de la membrana.
- Solubles en agua: Son translocadas por completo al lumen del RE.
Una secuencia señal que sale del ribosoma inicia su translocación mediante un mecanismo habitual. Se forma un poro en la membrana y la cadena polipeptídica empieza a crecer hacia el lumen del RE. Una peptidasa señal corta la cadena y la proteína madura es liberada al lumen. El translocador se cierra, manteniendo así la barrera de impermeabilidad.
Metabolismo Energético y Respiración Celular
Regulación de la Respiración Celular
La regulación de la respiración celular (mitocondrial) depende principalmente de la relación ADP/ATP.
Desacopladores
Intervienen desacopladores, proteínas que permiten el paso de los protones a través de la membrana sin pasar por la ATP sintasa. Existen:
- Naturales (proteínas).
- Químicos.
Los desacopladores favorecen la producción de calor, evitando la producción de ATP.
Diferencia entre ATPasa y ATP Sintasa
- La ATPasa gasta ATP para bombear protones.
- La ATP Sintasa aprovecha el paso de los protones para sintetizar ATP.
Diferencia entre Fermentación y Respiración
La respiración es más eficiente, ya que se generan hasta 36 ATP, mientras que en la fermentación se generan 2 ATP como máximo.
Lípidos en Cadenas de Transporte Electrónico
En la cadena de transporte de los cloroplastos hay un lípido clave, la plastoquinona, y en la de la mitocondria, la ubiquinona. Ambos son lípidos saponificables.
Ciclos Metabólicos Clave
RUBISCO
Enzima que cataliza la reacción del CO₂ con la ribulosa-1,5-bifosfato en la fase oscura del Ciclo de Calvin.
Ciclo de Krebs
El Acetil-CoA genera NADH y FADH₂ a través de una serie de reacciones cíclicas.
Ciclo de Calvin
Proceso por el cual se consumen el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa. Da lugar a triosas-fosfato (Triosas-P) usadas para:
- Sintetizar almidón, aminoácidos y ácidos nucleicos.
- Salir del citosol para la síntesis de glucosa, fructosa o sacarosa.
Es conocido como la Ruta C3 en plantas.
Genética Molecular y Expresión Génica
1. Código Genético
Clave que relaciona la ordenación de nucleótidos en el ARNm con la de aminoácidos en las proteínas. Cada triplete o codón determina un aminoácido.
El ARNm es traducido a proteína leyéndose su información de 3 en 3 nucleótidos y en el sentido 5′ → 3′. El código genético es universal, el mismo para todos los organismos.
2. Ribosomas y Síntesis de Proteínas (Traducción)
Los ribosomas son estructuras formadas por proteínas y varios tipos de ARN ribosómico (ARNr). Son los encargados de la síntesis de proteínas fuera del núcleo. Están formados por dos subunidades.
Componentes y Procesos
- Nucléolo: Lugar donde tiene lugar la síntesis y ensamblaje de los ribosomas.
- ARN Transferente (ARNt): Encargados de transportar los aminoácidos al ribosoma.
Fases de la Síntesis de Proteínas
Se inicia con la formación de un complejo de iniciación (ribosoma, ARNm y ARNt).
- Iniciación: El ribosoma se une a la cadena de ARNm, se une el aminoácido al ribosoma y se forma el primer péptido.
- Elongación: El ribosoma se va desplazando de 3 en 3 nucleótidos a medida que van llegando al ribosoma los ARNt con sus aminoácidos.
- Finalización: Cuando el ribosoma llega a un codón de finalización, se une a este un factor de naturaleza proteica que cataliza la liberación de la cadena polipeptídica.
La síntesis de proteínas es un proceso costoso de energía y ocurre a una velocidad de 150 aminoácidos por minuto. Este proceso puede ser más rápido cuando varios ribosomas sintetizan a la vez, formando un polirribosoma.
3. Diferenciación Celular y Expresión Génica
La diferenciación celular es el resultado de una expresión génica diferencial, lo que significa que se expresan diferentes tipos de genes y, por lo tanto, hay una síntesis de proteínas diferencial.
- Organismos unicelulares: Modifican fácilmente su expresión genética y se adaptan a los cambios ambientales.
- Organismos pluricelulares: La diferenciación celular conduce a la especialización de sus células en funciones específicas.
Mecanismos de Control de la Expresión Génica
Los organismos disponen de mecanismos de control muy elaborados para regular la expresión de los genes.
Regulación Génica en Procariontes: Modelo del Operón
A mediados del siglo XX, Jacob y Monod propusieron el modelo del operón para explicar la regulación génica en procariontes.
Un operón es una unidad genética compuesta por:
- Una región operadora (operador).
- Una región promotora (promotor).
- Una serie de genes estructurales, adyacentes a las regiones anteriores.
Esta unidad funciona de forma coordinada bajo el control de un gen regulador, generalmente situado en una zona más alejada, que produce una proteína represora o activadora, cuya actividad puede estar a su vez regulada por la unión de un ligando.
El promotor es la región de anclaje de la ARN-polimerasa, y el operador es el sitio de unión del represor o del activador. En el operón de la lactosa, por ejemplo, el sistema es inducible en presencia de lactosa, transcribiéndose los 3 genes estructurales cuyas proteínas permiten a la célula utilizar la lactosa aportada al medio.
Regulación Génica en Eucariontes
La regulación génica en eucariontes es más compleja que en procariontes. Cada gen va precedido por una secuencia de nucleótidos denominada promotor, a la cual se une la ARN polimerasa.
Para que la ARN-polimerasa se active y comience la transcripción, se requiere la unión previa al promotor de un conjunto de proteínas, denominadas «factores generales de la transcripción», que son las mismas para la mayoría de los genes eucariotas a transcribir, y que se van ensamblando en cascada al promotor.
Este proceso está a su vez controlado por uno o varios conjuntos de proteínas reguladoras (activadoras o represoras), que primero se unen a determinadas secuencias del ADN, denominadas secuencias reguladoras, y posteriormente interaccionan con el promotor, donde se integran sus efectos, resultando en la activación o inactivación de la transcripción. Aunque las secuencias reguladoras pueden estar situadas a gran distancia del promotor, la interacción con este puede conseguirse mediante la formación de «bucles» en el ADN.
Funcionamiento de las Proteínas Reguladoras
Todavía se sabe poco sobre el funcionamiento de las proteínas reguladoras. En general, presentan dominios de unión al ADN y dominios de regulación de la transcripción.
Inducción de la Transcripción en Eucariontes
La inducción de la transcripción en eucariontes parece que ocurre en dos pasos:
- Primero hay una descondensación selectiva de la cromatina como preparación para la transcripción.
- Después, las proteínas reguladoras se unen a puntos específicos de la cromatina alterada, induciendo la síntesis de ARN.
En las plantas, diversos tipos de señales (hormonas, luz, estrés salino, estrés hídrico, patógenos, etc.) influyen en la expresión génica, pero no se conoce bien la vía de transducción a través de la cual operan estos factores.