Biosíntesis de proteínas

BIOQUÍMICA - UNIVERSIDAD (1º)

TRADUCCIÓN

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PROFESOR JANO

@profesorjano

Victor Vitoria

REPLICACIÓN DEL DNA

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Toda la información necesaria para la formación de la proteína se encuentra en el ADN, la cual luego pasa a ser ARN. Esta proteína se va traduciendo esta se va plegando por regiones (secuencian y cooperativo) haciendo una reducción de cada enlace peptídico.

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En la síntesis de proteínas interviene muchos factores, lo cual es complejo lo que no significa que sea lento; es rápido.

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CÓDIGO GENÉTICO -

UNIVERSAL: Es un código casi universal

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NO AMBIGUO: Cada codón (triplete de nucleótidos de ARNm) codifica para un aminoácido

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NO SOLAPAMIENTO: Los tripletes se disponen de manera sucesiva.

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DEGENERADO: Los aminoácidos están codificados por más de un codón (codones sinónimos) 4^3=64 codones.

Los codones sinónimos son parecidos por lo que un intercambio entre ellos produciría un error menor.

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Algunos codones pueden tener función específica. o AUG: codón de iniciación de la traducción (codifica para la metionina, a veces no se encuentra debido a los procesos de maduración) o UAA, UAG, UGA: codón de terminación, no codifican para ningún aminoácido.

Para cada uno de nuestros genes solo existe un único marco de lectura. Una inserción o una delección de algún nucleótido producirán proteínas no viables. Si en cambio se producen ambas a la vez (inserción- delección) juntas el error será menor.

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ARN transferente Estos ARN son importante porque son los adaptadores; en teoría deberían de haber 61 ARNt. Todos los ARNt tienen una estructura secundaria y terciaria similar debido a que sí que hay secuencias altamente conservadas.

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Brazo aminoacídico o el extremo 3´: hidroxilo, está libre y se unirá por enlace éster con el aminoácido.

Tiene la misma secuencia: 3´-ACC-5´, la cual es añadida posttranscripcional o El extremo 5´: está fosforilado por lo que los exonucleotidos no pueden romper.

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Brazo D

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Brazo TyC

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Brazo anticodon: complementario al codón.

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RELACIÓN ARNm - ARNt -

Siguen las leyes de unión antiparalelas de Watson y Crik; o 3´5´ anticodón 5´3´ codón

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Según Crick las dos primeras posiciones del codón con estrictas; la última no debido a que en la 5´ del anticodon aparece la Inosina (6-oxo-purina) el cual se puede unir a citosina, uracilo y adenina. FOTO

! o La especifidad de la unión codón anticodon viene dada por las 2 primeras posiciones del codón o El número de codones que puede leer el ARNt depende de la la primera posición del anticodon. Si está el inositol podrá leer 3 codones. Si en cambio hay adenina o citosina solo podrá leer 1 codón. Si hay uracilo o guanina cada uno de ellos puede leer 2 codones distintos. En el caso de uracilo- adenina o guanina; en el caso de la guanina- citosina o uracilo. o Para leer todo el código genético, no harán falta a de disponer de los 64 ARNt, solo con 32 ARNt podemos leer todo el código genético, lo que supone una ventaja porque el gasto de energía es menor.

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ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS fase crucial): unión del aminoácido con el ARNt Aminoácido+ ARNt+ATPaminoacil-tARN+AMP+2Pi Se consumen 2 ATP por aminoácido activado: AMP+ATP2ADP Los 20 aminoácidos diferentes son esterificados con sus correspondientes ARNt por medio de las aminoacil- ARNt sintetasas. Cada enzima es específico de un aminoácido y de uno o más ARNt. Por otro lado, la mayoría de organismos tienen un aminoacilARNt sintetasa para cada aminoácido.

Proceso: En primer lugar, la enzima debe diferenciar entre que aminoácido unir al ARNt. Ahí está la especificidad. LA reacción tiene lugar en dos pasos en el centro activo de la enzima: - Paso 1: El grupo carboxilo de cada aminoácido debe ser activado. Se forma un intermediario (aminoacil-AMP) por reacción del grupo carboxilo del aminoácido con el grupo alfa-fosfato del ATP, formando un enlace anhídrido con desplazamiento de pirofosfato.

- Paso 2: se transfiere un grupo aminoacil desde el aminoacilAMP unido al enzima a su ARNt específico.

Este paso es diferente para las dos clases de enzima: o Clase I: el grupo aminoacilo se transfiere inicialmente al grupo 2hidroxilo del residuo de A 3´ terminal del ARNt. A continuación se transfiere al 3´-hidroxilo o Clase II: el grupo aminoacilo se transfiere directamente al 3´hidroxilo del residuo de A 3´ terminal del ARNt

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INICIACIÓN GENERAL Empieza en el extremo amino-terminal y avanza por adición de sucesivos aminoácidos al extremo carboxilo-terminal. El codón de inicio AUG especifica un residuo de metionina amino-terminal.

Aunque solo existe un codón para la metionina los organismos tienen dos ARNt para ella: uno se utiliza cuando el AUG es el codón de inicio y el otro cuando el AUG se encuentra en una posición interna.

En bacterias la distinción entre un AUG de inicio y otro interno es la siguiente: ARNt (Met) y ARNt (fMet) La N-formilmetionina (fMet) llega al ribosoma como Nformilmetionina ARNT (fmet) que se forma en dos reacciones: 1. La metionina es unida al ARNt (fMet) por la MetARNt sintetasa.

2. La transformilasa transfiere un grupo al grupo amino del residuo de Met En eucariotas sin embargo, todos los péptidos empiezan con un residuo de Met en lugar del fMet. PROCARIOTAS El inicio requiere: -

Subunidad ribosómica 30s

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ARNm

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fMet-ARNt iniciador

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conjunto de tres proteínas, factores de iniciación (IF-1, IF-2,IF-3)

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GTP

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Subunidad50s

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MG2+

La formación del complejo de inicio ocurre en 3 etapas: 1- Los ribosomas bacterianos tienen tres sitios que fijan aminoacil- ARNt; el sitio aminoacilo (sitio A), el sitio peptídico (sitio P) y el sitio de salida (sitio E).

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A la subunidad 30s se le unen dos factores de iniciación IF-1 y IF-3. El IF-1 se une al sitio A impidiendo la unión del ARNt al A durante la iniciación. La IF-3 impide que las subunidades ribosómicas se unan prematuramente. A continuación, el ARNm se une a la subunidad 30s.

El AUG se sitúa en P, que es el único sitio al que se puede fijar el fMet-ARNt (fMet); este además, es el único aminoacil-ARNt que se une primero al sitio P. 2- El IF-2 unido al GTP y el fMet-ARNt (fMet) se unen al complejo formado por la subunidad 30s, el IF-3 y el ARNm. El anticodón del fMet-ARNt (fMet) se aparea con el codón de inicio.

3- El complejo se combina con la subunidad ribosómica 50s. Al mismo tiempo, el GTP unido al IF-2 se hidroliza a GDP y Pi y se separan. Los 3 factores de iniciación se separan del ribosoma.

Una vez completado esto se tiene un ribosoma 70s, ARNm y fMet-ARNt (fMet) iniciador = complejo de inicio.

EUCARIOTAS Es similar pero las diferencias se encuentran en el mecanismo de inicio.

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Las eucariotas tienen al menos 9 factores de inicio; el más importante es el IF4F.

El AUG iniciador es detectado en el ARNm por un proceso de barrido y no por la secuencia del tipo Shine-Dalgarno.

El IF4B y la IF4A están implicados en el barrido, esta última utilizando su actividad helicasa para eliminar la estructura secundaria del 5´

ELONGACIÓN EN PROCARIOTAS Se requiere: - El complejo de inicio - Aminoacil- ARNt - 3 proteínas citosólicas solubles denominados factores de elongación (EF-Tu, EF-Ts, EF-G) - GTP Para añadir cada residuo son necesarios 3 pasos, que se repiten cada vez que se alada un residuo.

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Paso1: unión de un aminoacil-ARNt entrante EL aminoacil- ARNt se fija a un complejo Ef-Tu que contiene GTP. Este complejo se une al sitio A del ribosoma 70s. El GTP se hidroliza y se libera GDP+Pi con EF-Tu. Pasó 2: formación del enlace peptídico Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos unidos mediante sus ARNT a los sitio A y P del ribosoma. Esto tiene lugar por transferencia del grupo Nformilmetionilo iniciador al grupo amino del segundo aminoácido.

Paso 3: translocación El ribosoma se desplaza un codón hacia el extremo 3´ del ARNm liberándose el dipeptidil-tARN (formado en el paso 2) al citosol. El tercer codón del ARNm se encuentra ahora en A y el segundo codón en P. El cambio de conformación tridimensional del ribosoma entero hace posible su movimiento por el ARNm. PÁGINA 7 DE 13

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Por cada residuo de aminoácido se hidrolizan dos GTP a GDP y P, a medida que el ribosoma se desplaza de codón a lo largo de ARNm hacia 3´.

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EN EUCARIOTAS Similar al de procariotas; diferencias: - 3 factores de elongación eucarióticos (eEF1alfa, eEF1beta, eEF2) - Los ribosomas eucarióticos no tienen un sitio E, lo ARNt descargados son liberados directamente del sitio P.

TERMINACION PÁGINA 8 DE 13

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La terminación está marcada por alguno de los codones determinación (UAA, UAG y UGA). Cuando este codón ocupa el sitio A 3 factores de terminación (RF-1, RF-2, RF-3) contribuyen a: - Hidrólisis del enlace peptidil-ARNt terminal - Liberación del polipeptido y del ultimo ARNt del sitio P - Disociación del ribosoma La RF-1 reconoce a UAG y UAA y RF-2 a UGA y UAA. Estos dos se unen al codón de terminación y hacen que la peptidil transferasa transfiere la cadena polipeptídica a una molécula de agua en otro lugar de aminoácido. La RF-3 libera la subunidad del ribosoma.

EUCARIOTAS: Solo hay un factor de liberación denominado eRF, reconoce a los tres codones de terminación.

TRADUCCIÓN POLISOMAS Se pueden producir que agrupamientos de 10 a 100 ribosomas traduzcan a la vez una única molécula de ARNm.

PLEGAMIENTO Y MODIFICACIÓN POSTTRADUCCIONAL En la última fase de síntesis, la cadena polipeptÍdica recién sintetizada se pliega para adquirir su forma biológicamente activa estableciéndose puentes de hidrógeno y interacciones de van der Waals.

Perdida de secuencia final Las secuencias finales son eliminadas mediante peptidasas específicas Modificación aminoácidos concretos - Fosforilacion - Adición de Grupos carboxilo - Adición de grupos metilos - Glucosilación: adición de residuos glucídicos PÁGINA 9 DE 13

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ANTIBIÓTICOS - Estreptomicina: inhibe la iniciación de la traducción - Tetraciclina: inhibe la interacción de los aminoacil ARNt con el ribosoma - Eritromicina: Interfiere la translocación, impidiendo que el ribosoma no pueda desplazarse sobre el ARNm - Claranfilicol: bloquea la traducción, actuando como inhibidor competitivo PÁGINA 11 DE 13

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- Puromicina: tienen una estructura parecida a un aminoacil-ARNt, engaña a la peptidil transferasa de forma que se incorpora al sitio aceptor del ribosoma y secuestra la cadena polipeptídica, haciendo que la transcripción no continúe.

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REGULACIÓN DE LA TRADUCCIÓN DE UNA PROTEÍNA Cuando se produce el estrés del retículo endoplasmático por el exceso de cantidad de proteínas, la proteína responde mediante la producción de la UPR, que debilita la traducción y permite la traducción de otro tipo de proteína: Bip, que es una chaperona. Va separando las proteínas para facilitar el plegamiento de éstas y que puedan proseguir con su función. También se producen proteínas proapoptóticas: CHOP. El mecanismo que conocemos es el factor de elongación elf2, de forma que cuando está desfosforilado puede iniciar la traducción. Cuando se fosforila, sin embargo, no es activo (con matices) para iniciar la traducción en general, aunque sí tiene algunas secuencias para producir las proteínas que hemos nombrado.

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SEÑALES QUE DETERMINAN LA LOCALIZACIÓN DE UNA PROTEÍNA Hay básicamente dos lugares de traducción: ribosomas asociados a membrana o ribosomas libres. Las proteínas citoplasmáticas, mitocondriales, nucleares, y peroxisomales se sintetizan en ribosomas libres. Las de membrana, de secreción y las lisosomales se sintetizan en ribosomas asociados.

Todas las proteínas empiezan a sintetizarse en ribosomas libres, pero hay secuencias aminoacídicas determinadas que determinan si el ribosoma se tiene que asociar o no al retículo endoplasmático.

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS MITOCONDRIALES Tienen una secuencia muy característica: tiene aminoácidos hidrofóbicos mezclados con aminoácidos hidrofílicos. No interesa que la proteína se pliegue antes de llegar a la mitocondria, lo que se consigue tapando las zonas de la proteína encargadas del plegamiento, lo que llevan a cabo las chaperonas, que además conducen a la proteína hasta el poro de la mitocondria por el que se tienen que introducir las proteínas.

Cuando el papel de la proteína ha terminado se tiene que degradar. La célula sabe cuando una proteína tiene que ser eliminada o cuando tiene que tener una vida algo más larga. Uno de los sistemas que más utiliza la célula para degradar proteínas es el de la ubiquitina proteasoma. La ubiquitina marca a otras proteínas indicando cuáles tienen que ser eliminadas.

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