Procesos Biológicos Clave: Síntesis de Proteínas, Inmunidad y Defensa del Organismo

Síntesis Proteica: El Proceso de Traducción

La síntesis de proteínas, también conocida como traducción, es un proceso fundamental en la biología celular que consta de tres etapas principales:

1. Iniciación de la Síntesis Proteica

• El ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma. Este proceso es facilitado por el factor de iniciación 3 (IF3).
• Unión del primer aminoacil-ARNt, cuyo anticodón es complementario al codón del ARNm. El primer codón del ARNm es siempre AUG. Aunque este codón siempre codifica para metionina, este primer aminoácido suele ser eliminado en etapas posteriores, por lo que no todas las proteínas comienzan con metionina. En esta fase también interviene el factor de iniciación 2 en el proceso de fijación.
• Unión de la subunidad mayor del ribosoma, formando el complejo de iniciación. Este complejo presenta un sitio P (peptidil) y un sitio A (aminoacil). El primer triplete ocupa el sitio P, y el siguiente triplete se posiciona en el sitio A.

2. Elongación de la Cadena Polipeptídica

En esta etapa se construye la proteína siguiendo las instrucciones del ARNm. Consta de tres subetapas:

• Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A:

  Este proceso requiere energía, que es proporcionada por el GTP, y la actuación de dos factores proteicos de elongación.

• Formación de un enlace peptídico:

  Una vez que los dos aminoacil-ARNt están en los sitios P y A, se produce la unión entre los dos aminoácidos. Esta reacción es catalizada por la enzima peptidiltransferasa, que se encuentra en la subunidad mayor del ribosoma. El aminoácido que estaba en el aminoacil-ARNt del sitio P se separa y se une con el aminoácido que está en el aminoacil-ARNt del sitio A.

• Translocación ribosómica:

  Movimiento del ribosoma sobre el ARNm. En este paso, el sitio P permanece ocupado, pero el sitio A queda libre. A partir de este momento, un nuevo aminoacil-ARNt ocupará el sitio A. Se producirá un nuevo enlace peptídico, ya que los aminoácidos que estaban en el sitio P romperán su enlace con su aminoacil-ARNt y se unirán con el aminoácido que está en el sitio A. Este proceso se repetirá consecutivamente hasta completar la cadena polipeptídica. Cada ARNt que queda libre fuera del ribosoma se separa del ARNm y puede volver a unirse a otro aminoácido. La diferencia entre ARNt y aminoacil-ARNt radica en que el ARNt no lleva un aminoácido, mientras que el aminoacil-ARNt sí.

3. Terminación de la Síntesis Proteica

En el ARNm existen tres codones que no son complementarios de ningún ARNt, conocidos como codones de terminación (UAA, UAG y UGA). En esta fase de terminación, también hay un gasto energético proporcionado por el GTP y se requieren varios factores proteicos de terminación. Una vez que el sitio A ha quedado libre y no se volverá a llenar, se producen tres hechos importantes:

• La cadena de aminoácidos que ha formado la proteína comienza a adquirir todas sus estructuras tridimensionales.
• Las subunidades ribosómicas se separan.
• El ARNm puede ser reutilizado o destruido, según las necesidades de la célula.
• El aminoacil-ARNt del sitio P se separa del ARNm, y la proteína se libera del ARNt.

Tipos de Genes y su Función

• Genes Estructurales: Son aquellos que contienen la información para sintetizar determinadas proteínas.
• Genes Promotores: Son las secuencias de ADN a las que se unirá la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
• Genes Operadores: Son las secuencias de ADN a las que se unirá la proteína reguladora de la transcripción.
• Genes Reguladores: Son los genes que sintetizan las proteínas reguladoras.

Ciclos de Replicación Viral: Lítico y Lisogénico

Ciclo Lítico

El ciclo lítico es un proceso de replicación viral que culmina con la lisis de la célula huésped y la liberación de nuevas partículas virales. Sus etapas son:

1. Adsorción: El virus se une a la superficie de la célula huésped.
2. Penetración e Inyección del Material Genético: El material genético viral (ADN o ARN) entra en la célula.
3. Replicación y Síntesis de Componentes Virales: La maquinaria celular es utilizada para replicar el genoma viral y sintetizar las proteínas virales.
4. Ensamblaje de Nuevas Partículas Virales: Los componentes virales se unen para formar nuevos viriones.
5. Lisis y Liberación de Virus: La célula huésped se rompe, liberando los nuevos virus.

Ciclo Lisogénico

El ciclo lisogénico es un proceso en el que el genoma viral se integra en el genoma de la célula huésped, replicándose junto con este sin causar la lisis inmediata.

1. Adsorción y Penetración: El virus se une a la célula huésped y su material genético entra.
2. Integración de ADN Viral en el Genoma del Huésped: El ADN viral se inserta en el ADN de la célula huésped. En bacteriófagos, el ADN viral integrado se denomina profago, y en animales, provirus.
3. Replicación de ADN Viral con la Célula: El ADN viral integrado se replica cada vez que la célula huésped se divide.
4. Latencia y Permanencia: El virus permanece inactivo dentro de la célula huésped, sin producir nuevas partículas virales.
5. Activación y Entrada en el Ciclo Lítico: Bajo ciertas condiciones, el profago o provirus puede escindirse del genoma del huésped e iniciar un ciclo lítico.

Mecanismos de la Inmunidad Adquirida

La inmunidad adquirida, también conocida como inmunidad adaptativa, implica la acción coordinada de linfocitos B y T para reconocer y eliminar patógenos específicos.

En los Linfocitos B

Los linfocitos B son responsables de la inmunidad humoral, produciendo anticuerpos.

1. Identificación y Reconocimiento del Antígeno Extraño: Los antígenos contactan con los anticuerpos de la superficie del linfocito B. El reconocimiento del antígeno por los linfocitos se debe a la complementariedad morfológica, es decir, un acoplamiento espacial entre el antígeno y el receptor. Algunos antígenos, sin embargo, requieren la intervención de células presentadoras de antígenos (APC). Estas células fagocitan las sustancias antigénicas, las digieren intracelularmente y exponen fragmentos del antígeno en su membrana externa. Posteriormente, las APC se dirigen a los órganos linfoides, donde presentan los fragmentos antigénicos a los linfocitos, lo que resulta en un mecanismo de reconocimiento más rápido y eficaz.
2. Activación de los Linfocitos: Una vez reconocido el antígeno, los linfocitos B experimentan cambios morfológicos y fisiológicos, y comienzan a multiplicarse repetidamente. En esta activación también participan los macrófagos.
3. Desencadenamiento de la Respuesta Inmunitaria: Una vez activados, los linfocitos B se transforman en células plasmáticas, que producen grandes cantidades de anticuerpos específicos frente al antígeno detectado, con el objetivo de eliminar a los agentes extraños.

En los Linfocitos T

Los linfocitos T actúan directamente sobre las células diana y las destruyen (linfocitos T citotóxicos). Para evitar una respuesta excesiva, existen otros linfocitos T que regulan su actuación (linfocitos T supresores). Al igual que los linfocitos B, los linfocitos T presentan en su membrana plasmática receptores de antígenos capaces de identificar miles de ellos. A diferencia de los linfocitos B, los linfocitos T no reconocen antígenos libres y reaccionan solo cuando las células presentadoras de antígenos se unen a ellos, presentando un complejo formado por un antígeno y un autoantígeno (una molécula propia del individuo).

El proceso de activación de los linfocitos T consiste en:

1. Una célula del individuo infectado (normalmente un fagocito) captura al agente extraño, lo digiere intracelularmente y expone un fragmento de ese agente extraño en su membrana.
2. Ese fragmento se combina con un autoantígeno, formando el complejo antigénico que se une al receptor de antígenos del linfocito T.
3. Los linfocitos T se activan y se convierten en linfocitos T cooperadores (T_H). Posteriormente, aparecerán los linfocitos T citotóxicos (T_C) y los linfocitos T supresores (T_S). En esta activación de los linfocitos, intervienen las interleucinas producidas por los macrófagos.

Durante el desarrollo de estas fases de la respuesta inmunitaria, intervienen unas moléculas llamadas citocinas (proteínas de baja masa molecular) con tres funciones principales:

• Aumentan el número de receptores de antígenos que tienen los linfocitos en su membrana.
• Estimulan el crecimiento y la diferenciación de los linfocitos.
• Regulan la respuesta inmunitaria para que se active o cese en el momento adecuado.

Fases del Desarrollo de una Enfermedad Infecciosa

El desarrollo de una enfermedad infecciosa sigue una serie de etapas clave:

1. Adhesión a los Tejidos del Hospedador: Cuanto mayor sea la facilidad de un microorganismo para adherirse a los tejidos del hospedador, mayor será la posibilidad de infección. En algunos casos, las células hospedadoras tienen receptores específicos para determinados microorganismos.
2. Invasión de las Células del Organismo Hospedador: Los microorganismos deben atravesar las barreras externas del organismo hospedador. Una vez atravesadas, pueden crecer y multiplicarse en el punto de entrada (causando una infección localizada), o ser transportados por la sangre a otros órganos o tejidos. En algunos casos, el patógeno se multiplica en la sangre y libera toxinas a todo el organismo hospedador, lo que se conoce como septicemia o sepsis.
3. Desarrollo de la Infección: La infección puede manifestarse por tres causas principales:
   • Lesión directa de las células o tejidos infectados debido al crecimiento y actividad del microorganismo.
   • Los microorganismos producen factores de virulencia (enzimas extracelulares que disminuyen las defensas del hospedador).
   • Producción de toxinas (sustancias químicas que dañan o destruyen las células del hospedador).

Barreras de Defensa del Organismo: Externas o Pasivas

Son los mecanismos de defensa de un hospedador para evitar la entrada de microorganismos. Se clasifican en varios tipos:

• Barreras Estructurales:

  La piel y las mucosas cubren nuestra superficie externa e interna, especialmente las mucosas en el aparato digestivo y respiratorio. Cuando estas barreras se dañan (por una herida, quemadura o úlcera), permiten la entrada de microorganismos.

• Barreras Mecánicas:

  Sistemas diseñados para expulsar microorganismos recién entrados.
  • Cilios: Presentes en las fosas nasales y vías respiratorias, mueven el moco y las partículas atrapadas hacia el exterior.
  • Orina: El flujo de orina arrastra los microorganismos que han entrado en el sistema urinario.

• Barreras Bioquímicas:

  Sustancias secretadas por el hospedador para evitar la entrada de microorganismos o neutralizar su acción.
  • Producción de Lisozima: Presente en lágrimas, saliva y orina, esta enzima rompe la pared bacteriana.
  • Ácidos Grasos y Ácido Láctico: Segregados por las células sebáceas de nuestra piel, bajan el pH de la superficie cutánea, creando un ambiente desfavorable para muchos microorganismos.
  • Jugos Gástricos: El ácido clorhídrico (HCl) es el componente principal de los jugos gástricos, lo que reduce drásticamente el pH en el estómago y elimina a la mayoría de los microorganismos ingeridos.

• Barreras Ecológicas:

  Muchos organismos evolucionados albergan microorganismos comensales que no producen daño y, de hecho, generan efectos beneficiosos (la microbiota intestinal, por ejemplo). Estos microorganismos ocupan un nicho ecológico y compiten por el espacio y los nutrientes. Si nuevos microorganismos patógenos intentan establecerse, se produce una lucha por la supervivencia con la microbiota ya existente.

Características de los Antígenos

Los antígenos son moléculas que pueden ser reconocidas por el sistema inmunitario y desencadenar una respuesta. Sus características principales incluyen:

• Son moléculas de gran tamaño, principalmente polisacáridos y proteínas complejas.
• Pueden ser moléculas libres o aparecer en estructuras biológicas externas de otros seres vivos, como el glicocálix, la pared celular, la membrana plasmática, los cilios o los flagelos.
• Los antígenos deben ser reconocidos por las estructuras de nuestro sistema inmunitario. Para ello, presentan receptores antigénicos que están situados casi siempre en las membranas plasmáticas de nuestras células defensivas. Habitualmente, este reconocimiento se da mediante identificación o reconocimiento espacial, de tal manera que parte del antígeno encaja con parte del receptor antigénico. A dicha parte del antígeno se le denomina epítopo.