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Dr. Claudio Martínez DebatVersión Original: Dra Mónica Marín
Año 2o19Sección Bioquímica
Módulo III:Vías de la información genéticaCódigo GenéticoTraducción
ADN ARN PROTEINAS
Transcripción Traducción
Replicación
retrotranscripción
Generalidades de la traducción:
• Proceso MUY conservado • Intervienen mas de 100 proteínas y ARNs• Muy elevado costo energético
En bacterias en crecimiento rápido, la traducción involucra:
• Hasta el 80% de la energía• 50% del peso seco de la célula
Antecedentes
El código genético
Relaciona el “lenguaje” de los ácidos nucleicos con el de las
proteínas
El Código Genético
Sobre el código genético• Se lee por tripletes (marcos de lectura)• No es solapante, codones contiguos• Es universal*
• Es redundante / degenerado• Existen excepciones!• Fue descifrado por experiencias de traducción
in vitro con ARN sintéticos
Preguntas:
1) Escribir los codones STOP2) Escribir el codón de INICIO3) Escribir los codones de Prolina4) Escribir los codones de Arginina5) Escribir la secuencia codificante del péptido: Met-Phe-Ala
Código genético
Descifrado por experiencias de «traducción in vitro» con ARN sintéticos
Extracto celular de E coli + ARN sintético + amino ácidos marcados.
Se determina el péptido sintetizado
Preguntas:
1)¿Cómo haría para producir ARN sintético?UUUUUUUUUUUUUUU
2) Cuales serían los péptidos sintetizados in vitro empleando los siguientes ARNs : a)poli U (UUUUUUUU)b)UACUACUACUACUACUACUACc)AUAGAUAGUAGAUAGAU
Elucidación del Código
Sobre el código genético
• Se lee por tripletes• No es solapante• Es universal • Es redundante / degenerado• 64 codones: identifican los 20
aminoácidos, marcan inicio y terminación.
Para casi todo hay excepciones!
Seleno-cisteína: (amino ácido 21) incorporada en la traducción, en el codón UGAen bacterias
Una excepción al código genético no solapante:
(Sanger, 1976)El ADN del bacteriófago ØX174 codifica genes superpuestos(ADN: 5386 nucleótidos)
Voet&Voet
Existen algunas excepciones a la “universalidad” del código genético,
codón usual alternativo
en mitocondrias y protozoarios
Unión al aminoácido
Bucle TΨUBucle D
Bucleanticodón
3’ 5’
¿Cuántos ARNts se necesitan para traducir los 61 codones?
Hipótesis del Balanceo (Crick):1- Las primeras bases del codón forman enlaces W-C.Es la parte más importante para la especificidad del Código.
2- La 1ª base de algunos anticodones determina el Nº de codones leídos por un ARNt determinado.(ver tabla)
3- Si un aác. es especificado por varios codones diferentes los codones que difieren en cualquiera de las dos primeras bases requieren ARNts diferentes.
4- La traducción de los 61 codones requiere un mínimo de 32 ARNts diferentes.
Hipótesis del Balanceo: flexibilidad en la interacción codón-anticodón
5’ del anticodón 3’ del codónG une C / UC GA UU A / GI (inosina) A / U / C
Inosina, en el anticodón
G - C
G - U
Preguntas:
¿Cuál es el número mínimo de tRNAs necesarios para la incorporación de ácido aspártico en las proteínas?
¿Cuántos tRNAs son necesarios para codificar Prolina?
¿Y para la Leucina?
En la traducción intervienen:
El molde: el ARNmPrecursores : los 20 aminoácidosLos “adaptadores”: los ARNt
Catalizador: los ribosomasFuente de energía
ARNt aminoacilados
Las aa-tRNAs sintetasas
Etapas de la Traducción
Science, junio 2016
en bacterias : ARNm poli-cistrónicos
ADN
Transcripto : ARNm
1) los ARNm
En eucariotas, los ARNm son monocistrónicos
ORF: fase abierta de lectura(Open Reading Frame)
GUAUGGACCAUACGAACGACUCAUUUGACGUAGCGACA
GU AUG GAC CAU ACG AAC GAC UCA UUU GAC GUA GCG ACA
Secuencia “Shine-Dalgarno” en el extremo 5’ del ARNm complementaria al ARNr 16S 5’ UTR: unión al ribosoma
Secuencia “Shine-Dalgarno” en el extremo 5’ del ARNm complementaria al ARNr 16S5’ UTR: unión al ribosoma
ARNr 16S
ARNr 16S
ARNr 16SARNmProteína L10
Lac z
Cro
5’UTR en E.coli (ejemplos)
Estructura terciaria de un ARNt por difracción de rayos X
2) los tARNs
I, inosine m1I, 1-metylinosinem1A, 1-methyladenosine t6A, N6-threonylcarbamoyladenosine i6A, N6-isopentenyladenosine Ar(p), 2´-O-ribosyladenosine (phosphate) Am, 2´-O-methyladenosine m5C, 5-methylcytidine ac4C, N4-acetylcytidinem3C, 3-methylcytidine Cm, 2´-O-methylcytidine m1G, 1-methylguanosine m2G, N2-methylguanosine 22m G, N2,N2-dimethylguanosine Gm, 2´-O-methylguanosine m7G, 7-methylguanosine yW, wybutosine Ψ, pseudouridine D, dihydrouridine m5U, 5-methyluridine Um, 2'-O-methyluridine mcm5U, 5-methoxycarbonylmethyluridinemcm5s2U, 5-methoxycarbonylmethyl-2 thiouridine ncm5U, 5 carbamoylmethyluridine ncm5Um, 5-carbamoylmethyl-2'-O-methyluridine.
Nucleósidos modificadas en los tRNA de S. cerevisiae
Modificado de : Transfer RNA modifications and modifying enzymes in Saccharomyces cerevisiae Johansson and Byström
Topics in Current Genetics, 2005, Vol. 12, 87-118
Estructuras de nucleósidos modificados de los tRNAS de S. cerevisiae
Ejemplos de bases nucleotídicas modificadas encontradas en los tRNAs
Aminoacilación de ARNts por las aa-ARNt sintetasas
Reacción en dos etapas
Reacción en dos etapas
Tasa de error: 1 / 10000Las aa-tRNAs sintetasas hacen “corrección de prueba”:1º sitio activo(aminoacilación)2º sitio activoCorrector de Aminoacilaciones incorrectas Ej.: Ile-ARNtIle
Interacción e/ aac-ARNt-sintetasa ARNt:“2º Código Genético”
Elementos de reconocimiento en los ARNt
3) Los ribosomas
Componentes del ribosoma 70S procariota
Posible estructura secundaria del ARN 16 S
Interacciones del ARNt con el ribosoma determinadas por entrecruzamiento (“cross-linking”).
Etapas de la Traducción
Iniciación de la síntesis de proteínas en procariotas.
IF : Factores de IniciaciónIF1, IF2, IF3
(Iniciación)
(Iniciación)
Resumen de la Iniciación :
- sub-unidad 30S + ARNm + fMet-tRNA
-Requiere los Factores de Iniciación: IF1, IF2, IF3
- Requiere GTP-IF2- unión del tRNA-fMet en el sitio P, codón AUG
- unión sub-unidad 50S
Tres sitios en el ribosoma:
P, péptidoA, aminoácido
E, salida
Elongación• Requiere los factores de elongación:
EF-Tu, EF-Ts, • Requiere GTP• Reciclado del factor EF-Tu
• Formación de sucesivos enlaces peptídicos• Requiere los factores de elongación:
– EF-Tu, (y EF-Ts):
ubicación de cada aa-tRNA en sitio A– EF-G (translocación)
• EF-Tu y EF-G: requieren unión e hidrólisis de GTP• Reciclado del factor EF-Tu: por EF-Ts
• Un enlace peptídico requiere: 2 GTP + 1 ATP
Formación del enlace peptídicoSitio P Sitio A Sitio ASitio P
• El aa entrante se ubica en el sitio A, (codón-anticodón)
• Formación del enlace peptídico: reacción peptidil transferasa, catalizada por el ARN (el 23S de la subunidad mayor)
• Translocación
Formación del enlace peptídico (2)
►
Formación del enlace peptídico
Translocación
► ►
Regeneración del factor EF-Tu-GTP por intercambio EFTu - EFTs .
Terminación de la traducción en procariotas.
IF1, IF3 1 / 7 - Disociación del 70SIF3 1 / 7 + Unión tRNA iniciador
EF-Tu 10 + unión tRNA al sitio AEF-Ts 1 + unión GTP al EF-TuEF-G 1 + facilita la traslocación
RF1 1 / 20 - disociación (UAA, UAG)RF2 1/20 - disociación (UAA, UGA)RF3 ? + GTPasa, promueve disociación
Factor No/rib. une GTP función
Factores auxiliares en la traducción de procariotas
Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas.
eritromicinaestreptomicina
CloramfenicolBloquea peptidil transferasa
Tetraciclina ( sitio A)
Puromicina( sitio A)
Traducción en eucariotasMuchas Semejanzas, algunas diferencias con los
procariotas• Transcripción y traducción NO están acoplados• Los ARNm• “Maquinaria” traduccional
– Ribosomas– Factores traduccionales
• Iniciación: reclutamiento diferencial
Inicio de la traducción
Secuencias “Kozak” (R una purina, A/G)Shine-Dalgarno
(GCC)RCCATGG
3 factores de iniciación(IF1, IF2, IF3)
> 13 factores de iniciación(eIF1, eIF2, eIF3, etc)
procariotas eucariotas
Inicio de la traducción en eucariotas
43S : Complejo ternario (eIF2-GTP-Met-tRNAi) + 40S
48S : 43S + eIF3, 4A, 4B, 4G, 4E, PABP + unión al ARNm
cap binding 4EDEAD helicasa 4AeIF 4G
Complejo eI4F
PABP – eIF4GCircularización del ARNm :
Complejo de iniciación 48S
• eIF2-GTP• eIF3 (800 kDa): multímero• eIF4A, 46 kDa, RNA helicasa• eiF4B, RNA binding protein• eIF4H, estimula la actividad
RNA helicasa de 4A• eIF4E (25 kDa): unión a 5’CAP• eIF4G, esencial en el
ensamblaje del complejo 48S
• PABP, 70 kDa, unión al poliA
Esquema del complejo de iniciación de C elegans
•48S: rastreo hasta encontrar el 1er AUG. • Rastreo requiere hidrólisis de ATP por eIF4A (helicasa)•eIF5 y 5B estimulan hidrólisis del GTP- eIF2, llevando a la unión de la subunidad 60S•Factores de elongación participan antes de la formación el 1er enlace peptídico
Inicio de la traducción
(Kozak)
eIF2-GDP se recicla a eIF2-GTP.Participa eIF2B : factor intercambiador de nucleótidos de G
ORFs solapantes
Más de 100 modificaciones postraduccionales
Incorporación covalente de coenzimas (biotina, ácido lipoico, fosfato de piridoxal,..)
Procesamiento : Eliminación de aminoácidos o péptidosGlucosilación. Glicosilación
Sobre Ser-Thr. O- glucosilación. Facilitan interacciones con otras moléculas (por ej. proteoglucanos como receptores de baja afinidad,..) y el plegamiento.
Fosforilación (reversible). Mecanismo rápido de activación/desactivación. Quinasas / Fosfatasas
Metilación (reversible). (por ej. metilación de histonas).Acetilación (reversible).Unión de ácidos grasos. Descrito para src / ras: palmitoilación sobre Cys
ayudan al posicionamiento en la membrana plasmática.
Algunos ejemplos:
Modificaciones postraduccionales
Glicosilación
Translocación al RE
Degradación de proteínas
General: degradación lisosomalEspecífica:
Unión covalente de Ubiquitina (proteína de 10 kDa). Poli-Ubiquitinación, y degradación en el proteasomaE3 ligasas: confieren la especificidad
Otras tipo Ubiquitina: ej SUMO (sumoilación de proteínas)
El proteasoma
Nota: todas las imágenes contenidas en este documento son de dominio público y libremente accesibles vía Internet. El presente material refleja el trabajo de preparación de las clases correspondientes por parte de los docentes responsables, no tiene fines de lucro y sí docentes, sin pretender sustituir a la bibliografía recomendada
ADN ARN PROTEINAS
Transcripción Traducción
Replicación
retrotranscripción
Ciclo de un retrovirus
Genoma: ARNContiene una transcriptasa reversa El ADNc se inserta en el genoma de la célula huésped.
Ciclo de un retrovirus
- Genoma: ARN- Contiene una transcriptasa reversa - El ADNc se inserta en el genoma de la célula huésped.
Transcriptasa reversa (TR)
• Entra a la célula huésped junto con el genoma viral.
• Enzima multifuncional• Es un dímero (51 y 66 kDa)• Sintetiza ADN a partir de molde de ARN• Sin actividad exonucleasa : sin capacidad de
corrección de pruebas• Alta tasa de error : mutagénesis espontánea
elevada.
3'-Azido-2'3'-Dideoxitimidina (AZT)
• AZT : 1era droga autorizada para el tratamiento de las infecciones con HIV.
• Este nucleósido actúa como inhibidor de la transcriptasa reversa del virus..
Otros inhibidores de la TR
En el laboratorio; la TR es utilizada para clonado de secuencias codificantes
• ARNm purificados• Síntesis del ADNc (complementario) con la
Trancriptasa Reversa• Síntesis de la 2da hebra de ADN • Inserción en un plásmido
Una mutación intergénica
supresora puede superar el efecto de
una mutación “sin sentido”
Terminación de la traducción en procariotas.