Síntesi de proteïnes

Cada gen estructural té la informació pertinent per a l’elaboració d’un determinat polipèptid. En alguns casos la cadena polipeptídica sintetitzada a partir de la informació d’un gen constitueix una proteïna; en altres casos, la informació existent en dos o més gens actua conjuntament, originant les diverses cadenes peptídiques que poden constituir algunes proteïnes. La manera com el ADN emmagatzema aquesta informació, si bé a primera vista sembla molt complexa, de fet té un principi senzill: la llarga molècula de ADN, segons la disposició dels seus elements, disposa d’un codi o alfabet de quatre lletres, basat en els quatre tipus de bases nitrogenades. Aquesta informació és desxifrada pel procés de transcripció, que determina la síntesi d’un ARN capacitat per a regir la síntesi del polipèptid en qüestió, basant-se igualment en un codi de quatre lletres corresponents a les seves bases nitrogenades. I, finalment, pel procés de traducció, el ARN aconsegueix que en els ribosomes citoplasmàtics s’acobli successivament una sèrie d’aminoàcids, les unitats bàsiques dels polipèptids.

Funcionalment, pel que fa a l’alfabet dels àcids nucleics, hom pot considerar que les bases nitrogenades formen grups de tres, és a dir, que actuen com a triplets, cadascun dels quals s’anomena codó. La funció bàsica d’un codó concret és fer que, quan se sintetitza un polipèptid, s’acobli un aminoàcid determinat a la seva estructura. Així, un gen constituït per una determinada quantitat de triplets o codons específics tindrà per missió fer que s’elabori un polipèptid determinant-ne la seva estructura d’aminoàcid a aminoàcid.

Quan un gen es posa en acció, en primer lloc es produeix el procés de transcripció. Aquest pas consisteix en la síntesi d’una macromolècula de m-ARN segons les instruccions codificades en un sector d’una de les dues cadenes de ADN corresponents al gen. La transcripció es realitza amb l’acció de l’enzim ARN polimerasa —del qual es coneixen tipus diferents—, que es posa en marxa i actua sobre un punt concret del ADN per mecanismes que encara no han estat aclarits. L’enzim fa que, a partir d’un punt determinat, les dues cadenes de ADN se separin i, des d’allí, sintetitza una cadena de ARNm complementària a la cadena de ADN: per cada molècula d’una base nitrogenada del ADN, l’enzim acobla una base complementària en el ARNm. Tant el ADN com el ARN disposen de les bases puríniques adenina i guanina, i de la base pirimidínica citosina; en canvi, mentre que el ADN disposa de la base pirimidínica timina, el ARN té la base pirimidínica uracil. Com que sempre hi ha una correspondència entre les bases, per cada molècula d’adenina del ADN en correspon una d’uracil en el ARN; per cada una de guanina, una de citosina —i viceversa—; i per una de timina, una d’adenina. Així, doncs, l’enzim ARN polimerasa comença a actuar en un punt de la cadena de ADN, traslladant-se a mesura que sintetitza el ARNm complementari, fins arribar a un codó que indica l’acabament de la transcripció; a mesura que l’enzim s’ha anat desplaçant, les dues cadenes del ADN es tornen a ajuntar i, en darrer lloc, es desprèn la macromolècula de ARNm acabada de formar.

Una vegada sintetitzat, el ARNm abandona el nucli i passa al citoplasma, adreçant-se a un ribosoma, l’orgànul dedicat a elaborar proteïnes, originant la traducció del missatge genètic. En el procés de traducció no solament intervé el ARNm, sinó també el ARNr i el ARNt. En síntesi, el ARNm serveix de motlle perquè, amb la participació del ARNr, se sintetitzi un polipèptid, a partir dels aminoàcids que el ARNt ha fet arribar fins al ribosoma. La seqüència d’aminoàcids que ha de formar el polipèptid és codificada el ARNm, amb el codi basat en els triplets de bases nitrogenades, és a dir segons la seqüència dels codons formats per les quatre bases possibles en el ARN: A, C, G i U. Els codons poden ser formats per la mateixa base o per diverses bases, en totes les possibilitats existents. Per tant, considerant els possibles grups de tres bases combinades, hi ha 64 tipus de codons. Aquest nombre limitat de codons, combinats entre ells, pot donar una enorme quantitat de ARNm diferents, teòricament capaços de provocar la síntesi de moltíssims polipèptids diferents. Fins i tot, 64 codons diferents és un nombre elevat, ja que solament hi ha 20 aminoàcids diferents; per això diversos codons tenen com a finalitat de codificar el mateix aminoàcid. Igualment, hi ha certs codons que no codifiquen un aminoàcid, sinó que determinen l’inici o el final del procés (vegeu el quadre).

Els aminoàcids requerits per al procés són captats pel ARNt al citoplasma, amb l’acció de diversos enzims, i duts fins als ribosomes. Hi ha diferents tipus de ARNt, com a mínim 20, cadascun dels quals és específic per a cadascun dels aminoàcids. L’estructura del ARNt és molt peculiar, ja que disposa d’un sector específicament adaptat per a unir-se amb l’estructura molecular d’un determinat aminoàcid, mentre que en un altre segment té un triplet de bases corresponent al codi genètic. Aquest triplet, anomenat anticodó, té per finalitat de combinar-se amb el codó corresponent del ARNm perquè l’aminoàcid que transporta el ARNt s’adossi a la cadena polipeptídica al lloc oportú.

En definitiva i molt simplificadament, un ARNm generat per un gen específic arriba fins a un ribosoma i el procés de síntesi de proteïnes es posa en acció. El ribosoma se situa sobre el primer codó del ARNm i fins aquest punt arriba el ARNt, l’anticodó del qual és complementari, aportant el primer aminoàcid, i després és alliberat. A continuació, el ribosoma es desplaça fins al següent codó del ARNm, arriba un altre ARNt i aporta un nou aminoàcid que s’uneix a l’anterior amb un enllaç peptí-dic, i així successivament. Finalment, quan el ribosoma se situa sobre el codó que indica la detenció del procés, la síntesi del polipèptid es dóna per acabada.