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Traducción II. Activación de los aminoácidos
y fases de la traducción
Tema 19
¿ Dónde se sintetizan las proteínas ?
ReplicaciónTranscripciónMaduración
Síntesis de proteínas
* La síntesis de proteínas tiene lugar en el citoplasma, en concreto en los ribosomas, bien libres o unidos al RE.
Aspectos generales
* La traducción es un proceso mucho más complejo que la replicación y la transcripción.
* Básicamente se podría definir como el proceso mediante el cual la información contenida en el ADN se ejecuta a través de las proteínas.
* Para ello requiere la participación conjunta y coordinada de más de de cien clases de macromoléculas: ARNm, ARNt, ribosomas y muchas proteínas diferentes.
* Las proteínas son sintetizadas desde el grupo amino hacia el carboxilo por la adición secuencial de aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena polipeptídica.
* El ARNm se traduce en sentido 5´-3´.
•Unión del grupo carboxilo del aa al grupo 2´ o 3´ de la ribosa del extremo 3´del ARNt, catalizado por Aminoacil tRNA sintetasa epecíficas.
Activación del aminoácido
Ester de aminoácido o Aminoacil-tRNA
Activación del aminoácido
* Primero se forma un aminoacil-adenilato (Aminoacil-AMP) a partir de un aminoácido y un ATP.
Aminoácido + ATP Aminoacil-adenilato + PPi
Aminoacil-AMP + ARNt
* Transferencia del grupo aminoacilo a la molécula de ARNt.
Aminoacil-ARNt + AMP
Aminoácido + ATP + ARNt + H2O Aminoacil-ARNt + AMP + 2Pi
Aminoacil-ARNt sintetasaEn global
E*
valil-AMP
isoleucil-AMP
tirosil-AMP
triptofanil-AMP
valil-ARNt o ARNtVal
isoleucil-ARNt o ARNtIle
tirosil-ARNt o ARNtTyr
triptofanil-ARNt o ARNtTrp
Aminoacil-ARNt sintetasas
* Existe al menos una aminoacil-ARNt sintetasa para cada aminoácido.
* Se agrupan en dos clases: clase I y clase II.
* Las de clase I . Acilan al grupo –OH 2´.
* Las de clase II . Acilan al grupo –OH 3´.
* Tienen función correctora de sus propios errores si incorporan un aminoácido erróneo.
Valina
Isoleucina
Treonina
Activación errónea
ARNtIle
Promueve la hidrólisis del valil-AMP y evita su incorporación
Centro de activación hidrofóbico ycentro de hidrólisis hidrofílico
La mayoría de las aminoacil-tRNAsintetasas contienen lugares de correción además de lugares de acilación. Ambos están muy próximos
Aminoacil-ARNt sintetasas
¿ Cómo seleccionan estas enzimas a los ARNt correctos para cada aminoácido ?
Reconocen el anticodón(Trp, Met, Val)
Reconocen el tallo aceptor(Cys, Ala)
Reconocen ambos sitios(Gln, Asp)
Recordemos que cada tRNA es diferente
Ribosomas
Procariotas Eucariotas
50 S rRNA 23S y 5S
31 Proteínas
60S rRNA 28S 5S y 5.8S
49 Proteínas
Complejo de proteínas y ARN70 S
< 1mM Mg2+
Complejo de proteínas y ARN80 S
30 S rRNA 16S
21 Proteínas
40S rRNA 18S
33 Proteínas
Los ARNr juegan un papel importante en el proceso de la traducción. No sólo Estructural sino también catalítico
Ribosomas
Unión del ARNm
Unión de los ARNt
Peptidil-transferasa
Centro GTPasa NH2
Síntesis de proteínas
Iniciación Elongación Terminación
Unión del ARNm y del ARNt a la subunidad pequeña seguido de la unión de la subunidad grande
del ribosoma.
Crecimiento de la cadena polipeptídica por la formación de enlaces peptídicos
entre los aminoácidos unidos a los diferentes ARNts
Lectura de un codón de stop
Procariotas
* La unión se realiza a través de la alineación de una secuencia rica en pirimidinas en el extremo 3‘ del ARNr 16S, con una región rica en purinas del extremo 5´del ARNm
Secuencia de Shine-Dalgarno
Iniciación
¿ Cómo se une el ARNm al ribosoma ?
Secuencia de Shine-Dalgarno
Procariotas
* A unos 4 - 9 nucleótidos se localiza el codón de iniciación. Suele ser AUG (Met)y con menor frecuencia GUG (Val)
Metionina
Iniciación
* La síntesis de las proteínas en las bacterias empieza con el aminoácido modificado N-formilmetionina.
Señales de iniciación
Iniciación
* La N-formilmetionina es añadida por un ARNt específico (ARNt iniciador o ARNtf).
Procariotas
* El ARNt iniciador es diferente del que añande metionina en otras posiciones de la proteína.
Iniciación
IF2 reconoce específicamente al formilmetionil-ARNt, el GTP se une a IF2 y facilita su unión al ARNtf.ElARNm y el ARNtiniciador se unen al complejo
Complejo de iniciación 30S
Procariotas
La traducción se inicia con la formación del complejo de iniciación 30S.
IF2 sólo reconoce al tRNA iniciador
Iniciación
La liberación de los factores de iniciación permite que la subunidad 50S se una al complejo formándose
el complejo de iniciación 70S.
La formación del complejo 70S da paso a la fase de elongación.
La correcta interacción codón-anticodón determinará que el siguiente triplete esté correctamente colocado en el sitio A, y por tanto, que el marco de lectura sea
el correcto.
Iniciación
Procariotas¿ Dónde se sitúa el formilmetionil ARNt en el ribosoma ?
APE
En el ribosoma existen tres sitios funcionales.
Salida
Peptidilo
Aminoacilo
EL formilmetionil ARNt ocupa el sitio P
Salida
Peptídico
Aminoacido
Peptidiltransferasa
Tunel
PedúnculoGTPasa
Estructura del Ribosoma
Ciclo de Elongación
EF-Tu.GTPaa-ARNt
H2O Pi
Disociación del aa-ARNt incorrecto
EF-Tu.GDPaa-ARNt
EF-Tu.GDP
aa-ARNt Formación del enlace peptídico
Ciclo de Elongación
milisegundos: permite que si el triplete no es el correcto abandone el sitio A del ribosoma
Elongación
* Formación del enlace peptídico entre los aa del sitio P y el sitio A del ribosoma
peptidil transferasaARNr de 23S
* La energía necesaria para la formación del enlace peptídico proviene del enlace rico en energía de la activación del aa con el ARNt.
Animación
Elongación
* Formado el enlace peptídico se produce la translocación del dipéptido desde el sitio P al sitio A.
* En la translocación interviene el factor de elongación EF-G, y al igual que en el caso del IF2 y del EF-Tu requiere la hidrólisis de GTP.
Animación
Elongación
Elongación
Los ARNm de los procariotas son policistrónicos
Tienen múltiples sitios de iniciación
5´
3´
Una molécula de ARNm es leida por múltiples ribosomas produciendo
múltiples copias de la proteína
Elongación
Terminación
* La finalización de la traducción ocurre cuando llega un codón de stop.
* No existen ARNt con anticodones complementarios para estos tripletes.
* Estos codones son reconocidos por factores de liberación.
* RF1: UAA o UAG
* RF2: UAA o UGA
* La peptidil transferasa es activada por el factor de liberación al unirse al sitio A y esta hidroliza el enlace entre el polipéptido y el ARNt en el lugar P.
UAA, UAG o UGA
Terminación
Terminación
* El ribosoma se libera del polipéptido, del ARNm y del ARNt disociándose en sus dos subunidades 30S y 50S.
* La unión de los factores IF1 e IF3 a la subunidad 30S evita que se una de nuevo a la subunidad 50S. Así se evita la formación de un complejo 70S no apto para la traducción.
Terminación
La traducción en procariotas está acoplada a la transcripción. Por tanto el principal
punto de regulación de la traducción es la transcripción
ARNm
ribosomas
ADN
Traducción en eucariotas
* Básicamente similar pero más compleja. Participan al menos 10 factores de iniciación (eIF).
* Se forma el complejo 80S, puesto que los ribosomas son mayores.
* El ARNr 18S es el homólogo al 16S de procariotas.
* El codón de inicio siempre es AUG y el primer aa es la Met. No está modificado, aunque el ARNt iniciador es diferente al resto.
* No existen secuencias ricas en purinas como la de Shine-Dalgarno se usa el triplea AUG más cercano al cap. 5´.
* La subunidad 40S se une y “explora” desplazandose por el ARNm hasta que encuentra el primer triplete AUG.
Traducción en eucariotas
AUG
CAP-5´
5´-UTR
Traducción en eucariotas
Búsqueda del triplete de iniciación
Iniciación en eucariotas
El rastreo lo realiza el complejo de iniciación 40S
La traducción está regulada por proteinas quinasas que inactivan
al factor de iniciación eIF2
Muchas proteínas eucarióticas experimentan modificaciones pos-traduccionales
* Rotura proteolítica
Modificaciones pos-traduccionales
Hidrólisis de enlaces peptídicos específicos.Mecanismos de activación (paso de pre-proteína a proteína activa). Insulina.
* Glucosilación
Adición de hidratos de carbono que tiene lugar en el RE y el Golgi. ¿ Función ?
* Hidroxilación
Adición de grupos hidroxilos a determinados aminoácidos (Lys y Pro). Necesario para mantener la integridad estructural del colágeno
* Fosforilación
Adición de grupos fosfatos a determinados aminoácidos. Control metabólico, transducción de señales, activación de proteínas...
* Modificaciones lipófilas
Unión covalente de lípidos a las proteínas.Mejora la capacidad de unión a las membranas y/o determinadas interacciones proteína-proteína
* MetilaciónUnión de grupos metilos a determinados aminoácidos (Asp, Lys, His, Arg).Reparación, modificación de funciones.
* Formación de puentes disulfuro
Proteínas de membrana y que se segregan (ambiente oxidante externo).Estabilidad estructural.
Modificaciones pos-traduccionales
Localización de las proteínas
¿ Cómo alcanza su destino una proteína recién sintetizada ?
Citosol
Membrana plasmáticaExterior de la célula
LisosomasMitocondriasCloroplastos
Núcleo
Ribosomas libres en el citosol
Dirigidos al RE
Localización de las proteínas
¿ Qué es lo que dirige a un ribosoma hacia la membrana del RE ?
Localización de las proteínas
* El péptido señal es una secuencia de unos 13 a 36 aminoácidos localizados en el extremo amino de la proteína. Posee un núcleo hidrofóbico.
* El péptido señal no está presente en la proteína madura.
* El péptido señal interacciona con partículas de reconocimiento de señales (SRP).
* La unión de un péptido señal a una proteína citoplasmática provoca la dirección de esta proteína hacia el RE.
Localización de las proteínas
ribonucleoproteína ARN es 7SL RNA
La unión de SRP paraliza la elongación y dirige el
ribosoma hacia el RELa SRP cataliza la colocación de
ribosomas con una secuencia señal en el RE antes de que se inicie el plegamiento de
la proteína naciente
El paso de la proteína creciente hacia el interior del ribosoma se realiza a través del complejo protéico denominado translocón
Elongación
* Se inicia con la entrada del aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma cuyo anticodón sea complementario a la secuencia del codón situado en dicho sitio. Participan factores de elongación.
* El EF-Tu coloca al nuevo aminoacil-ARNt en el sitio A del ribosoma. Este factor se une al aminoacil-ARNt y a GTP.
* Tras la correcta colocación, el GTP se hidroliza y el EF-Tu-GDP se separan del ribosoma.
* El factor de elongación EF-Ts se une al complejo e induce la disociación del GDP, permitiendo que un nuevo GTP se una, reciclando el EF-Tu.
Ciclo de Elongación
* El factor de elongación Tu (EF-Tu) se une al aminoacil-ARNt y protege al enlace aa-ARNt de la hidrólisis.
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