nucleo interfasico
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INDICE
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INTRODUCCION 2
CAPITULO I
NÚCLEO INTERFÁSICO
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CAPITULO II
ENVOLTURA NUCLEAR Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE ELLA
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CAPITULO III
CROMATINA
15
CAPITULO IV
RIBOSOMAS
26
CAPITULO V
NUCLEÓLO Y BIOGÉNESIS DE RIBOSOMAS
33
CAPITULO VI
PROTEÍNAS RIBOSÓMICAS
42
CAPITULO VII
SÍNTESIS DE PROTEINAS
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CONCLUSIONES 96
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INTRODUCCIÓN
El estudio de las estructuras celulares es de gran importancia en la
actualidad, gracias a las diversas técnicas y métodos que hoy en día existen para
realizar esta labor, cada día se va conociendo un poco más acerca del
comportamiento celular y molecular.
Es trascendental comprender la naturaleza de los procesos que se dan en
el ambiente celular, ya que ellos son los que determinan el funcionamiento y
equilibrio de los seres vivos.
En el presente estudio, brindaremos un alcance detallado de la estructura
nuclear en el período de interfase y sus componentes, tales como el nucleólo, y su
principal función que es la biogénesis de ribosomas; la cromatina y sus
características. También explicaremos la composición y el transporte a través de
la membrana nuclear, la estructura, características y proteínas del ribosoma. Por
último, realizaremos una descripción general de la síntesis de proteínas y sus
inhibidores.
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CAPÍTULO I
NÚCLEO INTERFÁSICO
Para poder entender lo que es un núcleo interfásico empezaré definiendo lo
que es un núcleo (celular) en general.
1. EL NUCLEO
1.1 Introducción
Sabemos que las células
procariotas no presentan un
núcleo propiamente dicho, por
ausencia de membrana nuclear
entre otros factores, mientras que
en las células eucarióticas
aparece en el hialoplasma un
cuerpo bien definido llamado
núcleo, está separado por una
membrana nuclear formada a
partir del Retículo Endoplásmico.
En el interior del núcleo se distinguen una o más manchas oscuras que son
los nucléolos y un jugo nuclear o Nucleoplasma en el que aparecen fibrillas y
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pequeños gránulos que confieren al núcleo un aspecto reticular y forman la
cromatina. Está formada por la asociación del ADN y proteínas histonas.
El núcleo es el lugar dónde se encuentra el ADN y por tanto es el orgánulo que
dirige el funcionamiento celular puesto que a partir del ADN se forman las
proteínas.
Por otra parte es el portador de los factores hereditarios que pasarán de cada
célula a sus descendientes. Por estas razones existe una estrecha dependencia
entre el núcleo y el citoplasma de manera que ninguna de las dos partes puede
mantenerse viva mucho tiempo, separada de la otra. Brown se refiere a él como
una constante.
1.2Características:
La posición, forma, tamaño y número de núcleos en una célula es variable:
• La posición más habitual es la central. En las células embrionarias ocupan casi
siempre el centro geométrico de la célula, pero por lo común se desplaza a
medida que la diferenciación celular progresa y se van formando en el citoplasma
regiones específicas. En ocasiones se halla desplazado hacia la periferia de la
célula empujada por los constituyentes del citoplasma como ocurre en los
adipocitos donde las gotas de grasa lo desplazan hacia el lateral, o se desplaza
por la presencia de grandes vacuolas, como ocurre con frecuencia en las células
vegetales.
• La forma del núcleo más común es esférica. Puede tener relación con la forma
de la célula a la que pertenece, por ejemplo es lobulado en muchos leucocitos,
ramificado en células glandulares de insectos, también hay núcleos en forma de
bastón, arriñonados, arrosariados, etc.
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POLILOBULADO
• El tamaño también es variable, suele oscilar entre O,5 y 15 micras. El tamaño
guarda relación con el tamaño del citoplasma, esta relación se denomina índice
nucleoplasmático y suele corresponder al 10% del volumen total de la misma.
Volumen del núcleo
K=__________________________________
Volumen de la célula- volumen del núcleo
Cuando esta relación alcanza un determinado valor mínimo, que
equivale un volumen máximo del citoplasma, la célula se divide.
• El número: La mayor parte de las células tienen un solo núcleo. Algunas células
muy especializadas carecen de núcleo como ocurre con los glóbulos rojos de la
sangre. También hay ejemplos de células que tienen permanentemente dos
núcleos como ocurre en los paramecios (macronúcleo y micronúcleo). Además
existen células polinucleadas. Pueden tener varios orígenes:
. Por fusión de varias células uninucleadas, en cuyo caso la polinucleada
resultante se llama sincitio.
. Por división repetida del núcleo sin que haya posterior división del citoplasma, en
este caso la célula resultante se llama plasmodio.
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SINCITIO PLASMODIO
2. NÚCLEO INTERFÁSICO:
Durante el ciclo celular, el
núcleo es un orgánulo
dinámico, es decir que toma
distintos aspectos y funciona de
distinta manera según el
momento de la vida de la
célula. Durante las interfases, o
periodos de tiempo entre
división y división, el núcleo (núcleo interfásico) tiene un aspecto reticular porque
en su interior el ADN está desespiralizado formando cromatina. En este periodo el
núcleo está en plena actividad metabólica, se produce la replicación del ADN,
tiene lugar la síntesis de ARN, por tanto en esta fase está dirigiendo todo el
funcionamiento celular.
En los periodos de división celular (núcleo mitótico) la cromatina se espiraliza,
el ADN sufre un fuerte empaquetamiento y aparecen finalmente los cromosomas
que se dividirán y repartirán equitativamente entre las células hijas, en estos
momentos la actividad del núcleo es mínima. Podemos resumir que el mayor o
menor grado de empaquetamiento de la cromatina es un proceso que regula la
actividad nuclear.
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3. ESTRUCTURAS DEL NÚCLEO INTERFÁSICO
En un núcleo interfásico vamos a poder apreciar las siguientes partes
en su estructura:
3.1 Envoltura Nuclear: formada por dos membranas concéntricas perforadas
por poros nucleares. A través de éstos se produce el transporte de
moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
3.2 El Nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran
el resto de los componentes nucleares.
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3.3Nucléolo, o nucléolos que son masas densas y esféricas, formados por dos
zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene ADN, la
granular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas.
3.4La Cromatina, constituida por ADN y proteínas, aparece durante la
interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza
en estructuras individuales que son los cromosomas.
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CAPÍTULO II
ENVOLTURA NUCLEAR Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE ELLA
La envoltura nuclear es una doble membrana que rodea al núcleo y posee
numerosos poros que permiten el pasaje de ARN y otros productos.
1. Componentes principapales de la envoltura nuclear:
1.1. Lámina nuclear
Por debajo de la membrana interna de la envoltura nuclear (que mira hacia
el nucleoplasma) se encuentra la lamina, un red de filamentos intermedios
(lamin protein) que conforman una capa delgada que rodea al núcleo
excepto en los poros nucleares. Estos filamentos pueden servir como
estabilizadores y se encuentran también en el interior del núcleo (Ver
esquema donde, solo para mayor visualización, se la destaca en colores. en
realidad resulta bastante difícil de distinguir, en una microfotografía
electrónica, de la densa heterocromatina vecina).
La lamina tiene las siguientes características estructurales y funcionales:
Tiene de 30 a100 nm de espesor y está hecha de “filamentos intermedios”
que se conocen con el nombre de laminares (lamins) y que poseen una
secuencia que sirve de señal "nuclear", en manera tal que que pasen a
formar parte del soporte filamentoso que se encuentra por debajo de la
membrana interna. Los de tipo A se encuentran en el interior del
nucleoplasma. El tipo B encuentra cerca de la membrana nuclear interna
pudiendo unirse a proteínas integrales de la misma.
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La membrana interna es el "hogar" de un grupo de proteínas de membrana
(entre ellas la emerina) que se adhiere a las filamentos intermedios, a los
cromosomas o a ambos. La pérdida de emerina o mutaciones en los
filamentos llevan a una enfermedad hereditaria denominada distrofia
muscular de Emery-Dreifuss
Los filamentos laminares (lamins) pueden están involucradas en la
organización funcional del núcleo.
Juegan un papel en el ensamble y desensamble del núcleo antes y después
de la mitosis. Son fosforilados al final de la profase lo cual produce su
desagregado y la ruptura de la envoltura nuclear. Cuando se remueve el
fosfato (justo antes de la formación del núcleo de las células hijas durante la
mitosis) se revierte el proceso y los filamentos se reagregan alrededor de
cada grupo de cromosomas debajo de la membrana nuclear interna de cada
célula hija.
Si se inyecta a la célula anticuerpos contra los filamentos nucleares (lamins),
el núcleo no puede rehacerse luego de la división celular.
1.2. Poro Nuclear
El transporte de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma acontece
por medio de una estructura proteica que se encuentra embebida en la envoltura
nuclear denominada complejo de poro nuclear. Este complejo es enorme con
respecto a lo que es corriente en estructuras proteicas, alcanza unos 120 MD
(Mega Dalton), es decir 30 veces más que un ribosoma. Este complejo restringe
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la libre difusión de partículas y proteínas de diámetro superior a 9 nm (tamaño
correspondiente a proteínas de 40-60 KD). Sin embargo complejos de hasta 25
nm son transportados eficientemente, siempre que lleven adicionados una señal
de exportación o importación nuclear.
Los poros nucleares están en sitios en donde las membranas interna y
externa (que forman la envoltura nuclear) se unen, dejando un espacio lleno de
material filamentoso. Algunas veces es posible observar un delgado diafragma
tendido horizontalmente entre los extremos del poro. También, la cromatina se
organiza dejando una “vía”hacia el poro nuclear.
El poro contiene 8 subunidades que se pegan como una grampa sobre una
región de unión de las membranas internas y externa y forman un anillo de
subunidades de 15-20 nm de diámetro. Cada subunidad proyecta un saliente o
pico hacia el centro de tal manera que el poro luce como una rueda con ocho
radios. En el centro existe un tapón central. En el estudio del poro nuclear
resultaron de gran utilidad los grandes núcleos del oocito de la rana africana
Xenopus laevis.
El poro tiene un diámetro efectivo de 10 nm. El transporte hacia y desde el
núcleo ocurre de varias maneras:
Difusión: Esto puede ser evaluado añadiendo moléculas de tamaños diferentes al
Citosol y observando la tasa de transporte de cada grupo. Por ejemplo moléculas con:
Peso molecular de 5000 - difunden libremente
Peso molecular de 17000 - toma 2 minutos para equilibrarse
Peso molecular de 44000 - toma 30 minutos para establecer equilibrio
Peso molecular de 60000 - no se pueden mover por difusión
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Este concepto es importante porque significa que los ribosomas maduros
(con ambas subunidades unidas) no pueden reentrar al núcleo. Por consiguiente
la síntesis de proteínas (traducción del mRNA) debe llevarse a cabo fuera del
núcleo.
2. Importación y exportación de moléculas al núcleo:
Muchos procesos celulares, tales como transducción de señales, progresión
del ciclo celular y apoptósis son regulados a nivel del transporte nuclear. El
progreso en este campo se debe a la identificación de señales de transporte,
receptores de transporte y al conocimiento de los mecanismos de direccionalidad
del transporte.
Cualquier partícula que porte una señal de localización nuclear (NLS) será
dirigida por el rápido y eficiente transporte a través del poro. Muchas señales de
localización nuclear son conocidas, generalmente contienen una secuencia de
aminoácidos conservada con residuos básicos tales como PKKKRKV. Cualquier
material con una señal de localización nuclear será llevada por las importinas
hacia el núcleo.
3. Importación de proteínas solubles:
El esquema clásico para la importación de partículas con señal de localización
nuclear comienza primero con la α-importina uniéndose a la secuencia de la señal
de localización nuclear, y actúa como un puente para unir la β-importina. Luego el
complejo carga-βimportina—αimportina es dirigida hacia el poro nuclear y difunde
a través de él. Una vez que el complejo está en el núcleo, se une RanGTP a la
βimportina y la desplaza del complejo. Luego la proteína de suceptibilidad de
apoptosis celular (CAS), una exportina que está unida a RanGTP en el núcleo,
separa la α-importina de la carga. La proteína de señal de localización nuclear se
encuentra de esta manera libre en el nucleoplasma. Los complejos βimportina-
RanGTP e αimportina-CAS-RanGTP difunden de vuelta hacia el citoplasma donde
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los GTPs son hidrolizados a GDP llevando a la liberación de βimportina y
αimportina que vuelve a estar disponible para una nueva importación de proteínas
de señal de localización nuclear.
Aunque la carga pase a través del poro con la asistencia de proteínas
chaperonas, la translocación a través del poro no es por sí misma dependiente de
energía. Sin embargo, el ciclo completo de importación necesita la hidrólisis de 2
GTPs y por lo tanto es energía dependiente y tiene que ser considerada como
transporte activo. El ciclo de importación funciona gracias al gradiente de RanGTP
núcleo-citoplasmático. Este gradiente surge de la localización nuclear exclusiva de
RanGEFs, proteínas que cambian GDP a GTP en moléculas Ran. Por lo tanto hay
una concentración elevada de RanGTP en el núcleo comparada con el citoplasma.
4. Exportación de proteínas:
Algunas moléculas nucleares necesitan ser exportadas desde el núcleo al
citoplasma, como las subunidades ribosomales y ARNs mensajeros. Por lo tanto
hay un mecanismo de exportación similar al de importación.
En el esquema clásico de exportación, las proteínas con una secuencia de
exportación nuclear (NES) se pueden unir en el núcleo para formar un complejo
heterotrimérico con una exportina y RanGTP (por ejemplo la exportina CRM1!. El
complejo puede difundir al citoplasma donde el GTP es hidrolizado y la proteína de
secuencia de exportación nuclear es liberada. El complejo CRM1-RanGDP difunde
de vuelta hacia el núcleo donde el GDP es cambiado a GTP por las RanGEFs.
Este porceso también es dependiente de energía ya que consume GTP. La
exportación con CRM1 puede ser inhibida por la leptomicina B.
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CAPÍTULO III
CROMATINA
1. INTRODUCCIÓN
La cromatina aparece en el núcleo interfásico. Está formada por todo el ADN
celular asociado a proteínas histonas; además aparecen proteínas no histónicas
que corresponden a enzimas implicadas en la replicación, transcripción y
regulación del ADN.
La cromatina está constituida por numerosas fibras llamadas fibras
cromatínicas enrolladas en espiral entre ellas. Cada fibra cromatínica tiene una
estructura de collar de perlas. Consiste en que ocho moléculas de proteínas
histonas constituyen una estructura en forma de pilar llamada octámero alrededor
de la cual se enrolla la molécula de ADN constituyendo una estructura llamad
nucleosoma. Por cada nucleosoma, el ADN da dos vueltas alrededor del
octámero de histonas. A esta estructura de nucleosomas sucesivos unidos por
pequeños fragmentos de ADN se le denomina estructura de collar de perlas.
A su vez, esta estructura de collar de perlas sufre un enrollamiento en
espiral formando una estructura plegada llamada solenoide. Las fibras de
cromatina tienen una estructura de solenoide con escaso grado de espirilización.
En el momento de la división celular, la estructura de solenoide que
constituye la cromatina se enrolla sobre si misma y sufre una Superespirilización
dando lugar a los cromosomas.
Por lo tanto podemos decir que cromatina y cromosomas es lo mismo, y
el cromosoma sería un paquete de cromatina muy compacto.
Como puede verse en la imagen es una secuencia que va desde el ADN
hasta el cromosoma.
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El número 1 corresponde a la molécula de ADN,
En el número 2 , vemos el ADN unido a proteínas globulares, formando
una estructura denominada "collar de perlas", formado por la repetición de
unas unidades que son los "nucleosomas", que corresponderían a cada
perla del collar.
En el número 3 se pasa a una estructura de orden superior formando un
"solenoide".
En el número 4, se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la
fibra de cromatina, nuevos "bucles".
En el número 5, llegamos al grado de mayor espiralización y compactación,
formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un
cromosoma.
El total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo
constituye su genoma.
2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CROMATINA
Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de
los núcleos interfásicos: ADN, proteínas histónicas, proteínas no histónicas,
-La cromatina está compuesta por ADN y proteínas de dos tipos:
1) Histonas:
De carácter básico y bajo peso molecular.
Se encuentran en la misma proporción en peso que el ADN. 15
Existen cinco tipos presentes en todas las células eucariotas.
2) No histonas:
Grupo muy heterogéneo y numeroso que, en su mayor parte, son enzimas
que intervienen en la transcripción y replicación del ADN.
-Desde el punto de vista
estructural, la cromatina está
formada por unas unidades
repetitivas llamadas nucleosomas,
cada una de las cuales está
compuesta por 8 histonas y ADN.
Los nucleosomas se unen entre sí
por ADN-proteínas, constituyendo
el llamado filamento fino (collar de
perlas) de 10 nm. de grosor.
A su vez, el filamento fino se empaqueta para dar lugar al filamento grueso
(fibra de 30 nm). El superenrollameinto de la fibra gruesa se compacta al
máximo, en última instancia, para constituir el cromosoma.
3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA
La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos
permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de
localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del
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núcleo. La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de
cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina
accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que
se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero
menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está
transcribiendo.
Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN,
las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados
por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.
H1 y formación de la fibra de 10 nm
Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua,
tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las
unidades de enrollamiento de la cromatina.
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Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho
centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y
H4.
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan
en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia
particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las
histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la
evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en
sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de
bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el
ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa
como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda
enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado
del empaquetamiento de la cromatina.
Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide),
girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es
mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)
En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan
en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos
bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear
o andamiaje nuclear (“scaffold”).
Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de
replicación. Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases,
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extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio.
Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un
cromosoma. Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.Durante la
profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la
cromatina su mayor nivel de condensación en metafase. La organización de los
cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el
plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina. El andamiaje
o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como
la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón.
Con coloraciones especiales los cromosomas, revelan diferencias
estructurales de importancia funcional. Las bandas oscuras consisten en
cromatina altamente condensada, mientras que las bandas claras se
corresponden con cromatina más laxa.
El examen de la cromatina en bandas claras y oscuras revela que ambos
tipos de cromatina están acomodados en bucles de distintos tamaños y que a su
vez se proyectan desde el andamiaje plegado. El andamiaje está muy plegado en
la heterocromatina, y es más lineal en las bandas de eucromatina, formando
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bucles más amplios. Las histonas de la eucromatina están fuertemente acetiladas.
Estos cambios afectarían el grado de empaquetamiento de la eucromatina,
haciéndola más accesible para la transcripción de sus genes.
Las características de la hetero y eucromatina son:
Características de la Cromatina
Tipo de cromatina Estado físico Cambio químico Tipo de genes Replicación
Eucromatina Laxa AcetiladaActivos
Fase S
temprana
Heterocromatina condensada Metilada Silentes Fase S tardía
En las heterocromatinas podemos encontrar una subdivisión:
.- Heterocromatina constitutiva: aparece condensada en todos los tipos
celulares, contiene pocos genes y está formada principalmente por secuencias
repetitivas localizadas en grandes regiones coincidentes con centrómeros y
telómeros cromosómicos. Está formada secuencias de DNA que nunca se
transcriben, como las secuencias satélites localizadas en los centromeros de los
cromosomas, así la mayoría de los cromosomas tiene grandes bloques de
heterocromatina cerca de los centrómeros , que comprende del 5 al 10% de la
totalidad del DNA del cromosoma.
.- Heterocromatina facultativa: la cual solo se condensa en ciertos tipos
celulares o en momentos especiales del desarrollo. Las secuencias de DNA en
esta forma de cromatina tiene la facultad (de ahí su nombre) de que pueda ser
empaquetada como heterocromatina sin ser transcrita en un tipo célular dado,
pero que se empaquete como eucromatina y los genes codificados en la misma no
permanezan silenciados en otros tipos celulares. La formación de la
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heterocromatina facultativa es regulada y está asociada con la morfogénesis y la
diferenciación.Así está compuesta de regiones transcripcionalmente activas que
pueden adoptar en determinadas células y bajo determinadas circunstancias las
características estructurales y funcionales de la heterocromatina, como ocurre en
el cromosoma X inactivo de las hembras de los mamíferos. Uno de los
cromosomas del par X es activo y permanece eucromático mientras que el otro es
heterocromático inactivo transcripcionalmente por ello y durante la interfase forma
la cromatina sexual o corpúsculo de Barr.
CAPÍTULO IV
RIBOSOMAS
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1. Introducción
Los ribosomas, encargados de ensamblar uno a uno los aminoácidos que
componen cada proteína, son los operarios más complejos en el proceso de
mantener la vida de las células. Vivimos gracias a que la información heredada de
nuestros padres, contenida en el ADN, se convierte en moléculas, todas las que
forman nuestras células y las hacen funcionar. La información del ADN está
escrita en un lenguaje que solo entienden varias estructuras -ribosomas,
polimerasas, ARNs- que en cada célula se dedican a copiar, transcribir y traducir
lo que allí se dice para convertirlo en todo el contenido celular, en célula viva.
Ramakrishnan, Steitz y Yonath han sido premiados con el Nobel de Química
de 2009por sus descubrimientos seminales sobre la cristalografía de los
ribosomas. Hace nueve años, utilizando técnicas de alta resolución, encontraron la
respuesta a cómo los ribosomas intervienen en la síntesis de proteínas. Además
de su importancia en el conocimiento científico, sus estudios tienen una gran
relevancia en la salud, pues han permitido averiguar cómo funcionan muchos
antibióticos y sentar las bases para encontrar otros nuevos. En dos artículos
resumimos en el primero, escrito por Miguel Vicente, el trabajo que ha merecido el
premio y en el segundo la semblanza de uno de los
premiados, Ramakrishnan, relatada por su amigo Rafael Giraldo.
2. Definición
Son estructuras macromoleculares y globulares, carentes de membrana de
170-230 A de diámetro, visibles solamente con microscopio electrónico, en los
cuales ocurre la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. Pueden encontrarse
libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático.
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Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras.
Los ribosomas de las células procarióticas son de menor tamaño y densidad
(valor de sedimentación 70S) que los de las células eucarióticas (valor de
sedimentación 80S)
Están formados por dos porciones o subunidades, una pequeña y una grande,
que al acoplarse dejan entre ambas un canal por el que se desliza el ARN
mensajero. Contienen cantidades más o menos equivalentes de proteínas y ARN
procedentes del nucléolo.
La información necesaria para la síntesis de proteínas está en el ADN, que
tiene la capacidad de duplicarse y de actuar como matriz para síntesis del ARN
(transcripción). El ARN formado pasa al citoplasma y se asocia a los ribosomas
donde se sintetizan las proteínas. Muchas de ellas son enzimas que regulan el
metabolismo celular y ingresan al núcleo donde intervienen en procesos
vinculados con el ADN.
Los ribosomas pueden estar libres en el citoplasma o sobre membranas del
RE, en cuyo caso los polipéptidos o proteínas se acumulan en el enquilema.
Se supone que tanto en el nucléolo como en el nucleoplasma existen
precursores de los ribosomas y en algunos casos esto se ha logrado demostrar.
Los ribosomas se encuentran en las células de todos los organismos vivos
incluso en los procariontes, excepto en los eritrocitos maduros.
Los ribosomas sueltos pueden estar aislados o agrupados, formando los
polisomas mediante el RNA mensajero,
Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por
su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En eucariotas, los
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ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de
eucariotas, así como en procariotas, son 70 S.
3. Características
Distinguimos dos tipos de ribosomas atendiendo a su coeficiente de
sedimentación. Ribosomas 70 S y Ribosomas 80 S. Los ribosomas 70 S son
típicos de procariotas y de cloroplastos y mitocondrias. Los ribosomas 80 S son
típicos de las células eucariotas. Los ribosomas están formados por dos
subunidades de tamaño desigual y distinto coeficiente de sedimentación. Una es
la subunidad mayor y la otra es la subunidad menor. Los ribosomas 70 S tienen
una subunidad mayor con un coeficiente de sedimentación de 50 S y una menor
de 30 S. Los ribosomas 80 S tienen la subunidad mayor con coeficiente 60 S y la
otra 40 S. La unión de ambas subunidades se realiza en presencia de una
concentración 0,001 M de iones Mg, si esta concentración disminuye se produciría
la separación de las dos subunidades, es por lo tanto un proceso reversible. Si la
concentración molar de los iones Mg aumenta hasta 10 veces, se produce la unión
de dos ribosomas para dar lugar a los dímeros. El dimero de los ribosomas 70 S
tiene un coeficiente de 100 S, mientras que en el dimero de los ribosomas 80 S, el
coeficiente de sedimentación sería de 120. La ultraestructura del ribosoma es muy
compleja, está formado por RNA ribosómico y proteinas. Hay diferentes tipos de
ARN ribosómico teniendo en cuenta el coeficiente de sedimentación. Si realizamos
una extracción con fenol de dos subunidades de un R 70 S, se separan por un
lado las proteínas y por otro un RNA ribosómico con un coeficiente de
sedimentación 23 S y con el 30 S aparecen proteinas y ARN ribosomico 16 S.
4. Estructura
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La estructura primaria se corresponde con una molécula flexible de gran
longitud con una disposición aximétrica en las bases nitrogenadas y conteniendo
una elevada proporción de guanina y escasa de citosina, en lo que respecta a
organismos inferiores y vegetales; a medida que avanzamos en la escala evolutiva
aumenta la citosina y va siendo menor la diferencia entre nucleotidos. Se pudo
demostrar la existencia de una estructura secundaria con la espectroscopía viendo
que la molecula de ARN se puede plegar debido a su flexibilidad. Si las bases que
están en oposición son complementarias se unen y da el aspecto de que es una
helice de ADN, hay otras zonas donde no hay oposición de bases
complementarias y no se produce unión quedando como asas, a veces seguidos
denominandose estructura de trébol que contiene también un ARN transferente.
En cuanto a la estructura terciaria se han propuesto varios modelos: según
un modelo se produciría por un amontonamiento de cadenas de ácidos y daría
lugar a estructuras en varilla.
5. Clases de ribosomas
Ribosomas Procarióticos
Los ribosomas de las células procariotas son los más estudiados. Son de 70 S
y su masa molecular es de 2.500 kilodalton. Las moléculas de ARNr forman el
65% del ribosoma y las proteínas representan el 35%. Las moléculas de ARN
ribosómico son ricas en adenina y guanina y forman una hélice alrededor de las
proteínas. Los ribosomas están formados por dos subunidades:
Subunidad mayor: es 50 S. Está formada por dos moléculas de ARN, una
de 23 S y otra de 5 S. Además hay 34 proteínas básicas de las cuales sólo una
se repite en la subunidad menor.
Subunidad menor: es de 30 S y tiene una molécula de ARNr de 16 S
además de 21 proteínas.
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Ribosomas Eucarióticos
En eucariotas, los ribosomas son 80 S. Su peso molecular es de 4.200 Kd.
Contienen un 40% de ARNr y 60% de proteínas. Los ribosomas se elaboran en
el núcleo pero desempeñan su función de síntesis en el citosol. Están formados
por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas Al igual que los procariotas se dividen
en dos subunidades de distinto tamaño:
Subunidad mayor: es 60 S. Tiene tres tipos de ARNr: 5 S, 28 S y 5,8 S y
tiene 49 proteínas, todas ellas distintas a las de la subunidad menor.
Subunidad menor: es 40 S. Tiene una sola molécula de ARNr 18 S y
contiene 33 proteínas. Dependiendo de qué organismo eucariota sea, este
ARNr 18 S puede sufrir alteraciones.
La subunidad grande del ribosoma vista desde una resolución baja(1998), de 9
amstrongs a la izquierda, pasando por una resolución media (1999),5 amstrongs
en el centro, y llegando (2000) a la alta resolución de 2,4amstrongs a la derecha.
Figura procedente de la información científicadisponible en las páginas de la
Fundación Nobel.
Ribosomas Mitocondriales
Las mitocondrias tienen su propio aparato de síntesis proteica que incluye
ribosomas, ARNt y ARNm. Los ribosomas mitocondriales de las células animales
contienen dos tipos de ARN ribosómicos, el 12S y 16S, que se transcriben a partir
de genes del ADN mitocondrial, y son transcritos por una ARN polimerasa
mitocondrial específica. Todas las proteínas que forman parte de los ribosomas 26
mitocondriales están codificadas por genes del núcleo celular, que son traducidos
en el citosol y transportados hasta las mitocondrias.1
Ribosomas en Plastos
Los ribosomas que aparecen en plastos son similares a los procariotas.
Son, al igual que los procariotas, 70 S, pero en la subunidad mayor hay un ARNr
de 4 S que es equivalente al 5 S procariota.
6. Funciones
Los ribosomas son
los orgánulos encargados de la síntesis de
proteínas, en un proceso conocido
como traducción. La información necesaria para
esa síntesis se encuentra en el ARN
mensajero (ARNm), cuya secuencia
de nucleótidos determina la secuencia
de aminoácidos de la proteína; a su vez, la secuencia del ARNm proviene de
la transcripción de un gen del ADN. El ARN de transferencia lleva los aminoácidos
a los ribosomas donde se incorporan al polipéptido en crecimiento.
CAPÍTULO V
27
NUCLEÓLO Y BIOGÉNESIS DE RIBOSOMAS
El nucléolo es el lugar donde tiene lugar la transcripción y el procesamiento
del RNAr y del ensamblaje de las pre-subunidades de los ribosomas, el nucleolo
es pues la fábrica de producción de los ribosomas. Los ribosomas de las células
eucariotas contienen cuatro diferente moléculas de RNA ribosómico (RNAr): 28 S,
18 S, 5.8 S, y 5 S. La subunidad mayor 60S del ribosoma contiene los RNA
ribosómicos 28 S, 5.8 S y 5 S, mientras que la subunidad menor 40S contiene el
RNAr 18 S. Las tres RNAr moléculas, 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizadas en el
nucléolo, mientras que el 5S ARNr es sintetizado por la RNA polimerasa III fuera
del mismo en otra región del nucleoplasma. Los ARNr constituyen el 80 % de las
moléculas de ARN encontradas en una célula eucariota.
Las células contienen múltiples copias de los genes para los RNAr para
poder satisfacer la demanda de transcripción de elevado número de moléculas de
RNAr que son necesarias para sintetizar los ribosomas. Por ejemplo, las células
de mamífero en continuo crecimiento contienen 5 y 10 millones de ribosomas, que
deben sintetizarse cada vez que la célula se divide. Las células contienen por ello
múltiplas copias de los genes RNAr. El genoma humano por ejemplo contiene
aproximadamente unas doscientas copias del gen que codifica para los RNAr 28
S, 18 S, 5.8 S dispuestas de manera secuencial (en tándem) con un DNA
espaciador que no se transcribe separando cada unidad repetida en cinco
cromosomas humanos diferentes (13,14,15,21,22) y aproximadamente 200 copias
del gen que codifica para el RNAr 5S en el cromosoma 1.
1. Síntesis y procesamiento de los RNAr
28
Los RNAr nucleolares 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizados (transcriptos) por la RNA
polimerasa I a partir de los genes (DNAr) que codifican los RNAr. Lo que permite
que la transcripción se pueda visualizar fácilmente con microscopia electrónica,
cada uno de los genes de ARNr están colocados en serie y se encuentran
rodeado de ARN en crecimiento densamente empaquetados, (unidos a diferentes
proteínas de procesamiento y ribosómicas) dando lugar a estructuras en forma
típica de “árbol de navidad”.
El transcripto primario de los genes RNAr es un pre-RNAr (47S en células de
mamífero) de gran tamaño que contiene los RNAr 5.8 S, 18S y 28S, dos
espaciadores externos (ETS) que también son transcritos localizados en los
extremos 5´ y 3´del pre-RNA y dos espaciadores internos (ITS) que se sitúan entre
las secuencias de los RNAr 18s, 5.8 s y 28s. Así la estructura del pre-RNAR es: 5
´-ETS-18S-ITS-5.8-ITS-28S-3´.
Mediante escisiones sucesivas (realizadas por endonucleasas específicas) de este
transcrito primario se produce la liberación de los RNAr 5.8 S, 18S y 28S. Este
procesamiento del pre-RNAr requiere de la intervención de un numerosas grupos
de proteínas (unas 300) y RNAs localizados en el nucléolo, denominados RNAs
nucleolares pequeños (RNAsno), los cuales al unirse a proteínas constituyen unas
partículas denominadas proteínas ribonucleares pequeñas (abreviadamente
RNPsno). Cada RNPsno está constituida por un único RNAsno asociado a ocho o
diez proteínas. Las células humanas contienen aproximadamente 100 especies
diferentes de snoRNP Por ejemplo la RNPsno llamada U3 es necesario para la
escisión inicial del pre-RNAr que se produce en la ETS 5. De manera similar el
RNPsno U8 provoca la escisión del pre-RNAr en RNAr 5.8 S, 18S y 28S, mientras
que la RNPsno U22 es responsable de la fragmentación adicional de pre-RNAr
para dar lugar al RNA 18 S.
Para alcanzar la madurez funcional los RNAr sufren una extensiva modificaciones
covalentes, metilaciones de ciertas bases nitrogenadas y de residuos de ribosa
29
(los grupos hidroxilos 2' (2'-O-metilación) o la conversión de uridina en
pseudouridina (Ψ). Estas modificaciones que requieren de la actividad de las
RPNsno, la mayoría de los RNAsno contienen secuencias cortas de 15
nucleótidos que son complementarias a las secuencias de los RNAr 18s y 28s que
sirven para reconocer, seleccionar (los sitios de metilación) y dirigir a las enzimas
que catalizan las modificaciones al sitio adecuado de las secuencias del pre-RNA.
En las células animales el procesamiento de pre-RNAr 47S implica la metilación
de aproximadamente cien restos de ribosa y 10 bases, además de la formación de
cien pseudouridinas. La mayoría de estas modificaciones ocurre durante o
inmediatamente después de la síntesis de pre-RNAr aunque algunas tienen lugar
en etapas posteriores del procesamiento del pre-RNAr.
30
2. Ensamblaje de los ribosomas
Los RNAr maduros 5.8 S, 18S y 28S y el RNAr 5S se combinan en el nucléolo
con las proteínas ribosómicas (importadas desde el citoplasma) para formar las
subunidades ribosomales pre- 40S y pre-60S. Estas pre-subunidades son
exportadas a través de los complejos del poro nucleares (NPCs) al citoplasma
donde se termina la maduración.
Los genes que codifican para las diferentes proteínas ribosomales se
transcriben fuera del nucléolo por la RNA polimerasa II, originando RNAm que son
transportados a través de los NPCs al citoplasma donde son traducidos en
proteínas ribosomales en los ribosomas citoplasmáticos. Las proteínas
ribosomales son transportadas entonces de nuevo a través de los NPCs al
nucleolo donde se ensamblan con los RNAr maduros para formar las partículas
pre-ribosómicas.
La asociación de las proteínas ribosómicas con los RNAr tiene lugar a lo largo
de la síntesis y procesamiento del pre-RNA. La maduración de la pre-subunidad
mayor 60S sigue una ruta diferente de la menor 40S. La maduración de la
subunidad pequeña que solo contiene RNAr es más sencilla e implica cuatro
escisiones en le pre-RNA 47S. La escisión final de la que resulta el RNAr 18S se
produce tras el transporte de la subunidad 40S al citosol, mientras que la
maduración de la subunidad 60S que contiene implica múltiples escisiones del
pre-RNA en el núcleo y se completa totalmente dentro del nucléolo. Por lo tanto la
mayoría de las partículas preribosómicas del nucléolo son precursores de las
subunidades grandes 60S. Las etapas finales de la maduración de los ribosomas
siguen a la salida de las partículas preribosomales al citoplasma, formando las
subunidades ribosómicas 40S y 60S maduras funcionalmente capaces de formar
los ribosomas 80S encargados de llevar a cabo la síntesis de proteínas celulares.
31
3. Ribosomas
Los ARNr, junto a proteínas, son los componentes de los RIBOSOMAS. Los
ribosomas y los ARNt intervienen en la traducción de la información codificada en
el ARNm por lo cual los primeros son considerados fábricas de proteínas.
Cada ribosoma consta de dos subunidades: la subunidad MAYOR y la
subunidad MENOR.
La subunidad mayor contiene una depresión en una de sus superficies, en
la cual se ajusta la subunidad menor. El ARNm se inserta en el surco formado
entre las superficies de contacto de las subunidades.
Dentro de cada ribosoma hay dos huecos llamados sitios A
(AMINOACÍDICO) y P (PEPTIDÍLICO), para el ingreso de los ARNt unidos a sus
correspondientes aminoácidos.
32
Modelo de ribosoma que representa la ubicación tentativa del ARNm y de la
proteína naciente
Las subunidades ribosómicas trabajan conjuntamente para la síntesis
proteica. La subunidad menor aloja al ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt
para que puedan unirse los aminoácidos que transportan.
La subunidad mayor cataliza la unión peptídica de los aminoácidos gracias
a la acción de la peptidil transferasa (enzima que forma parte de la estructura de
esta subunidad).
Si bien cumplen idéntica función, los ribosomas procariotas y eucariotas se
diferencian en su tamaño, coeficiente de sedimentación, y en el tipo y número de
moléculas de ARNr y proteínas que los forman:
33
Comparación de las estructuras de los ribosomas procariotas y eucariotas
CAPÍTULO VI
PROTEINAS RIBOSOMALES
34
Es una de las proteínas que en relación con el ARNr, conforman las
subunidades ribosomales que participan en el proceso celular de la traducción.
Una gran parte de los conocimientos acerca de estas moléculas orgánicas ha
llegado desde el estudio de E. Coli ribosomas. La mayoría de las proteínas
ribosómicas han sido aisladas y producido específicos anti-cuerpos. Estos, junto
con microscopía electrónica y el uso de reactivos determinados, han permitido la
determinación de la topografía de las proteínas en el ribosoma.
Muchas de las proteínas ribosómicas, en particular los de la subunidad
grande, se componen de un dominio globular, superficie expuesta con grandes
proyecciones en forma de dedos que se extienden en el núcleo ARNr para
estabilizar su estructura. La mayoría de las proteínas interactúan con múltiples
elementos de ARN, a menudo de diferentes ámbitos. En la subunidad grande,
aproximadamente 1 / 3 de los nucleótidos del ARNr 23S son por lo menos en
contacto van der Waal con proteínas, e interactúa con todos los L22 seis dominios
del ARNr 23S. Las proteínas S4 y S7, que inician el montaje del ARNr 16S, se
encuentran en las intersecciones de cinco y cuatro hélices de ARN,
respectivamente. De esta manera, las proteínas sirven para organizar y estabilizar
la estructura terciaria del ARNr. Si bien las actividades esenciales de la
decodificación y la transferencia de péptidos son ARN basada en proteínas
desempeñan un papel activo en las funciones que pueden haber evolucionado
para agilizar el proceso de síntesis de proteínas. Además de su función en el
ribosoma, muchas proteínas ribosómicas tienen una función «fuera» del ribosoma.
La proteína ribosomal L11 es una de las proteínas de la subunidad
ribosomal grande. En Escherichia coli, L11 se sabe que se unen directamente al
ARNr 23S. Pertenece a una familia de proteínas ribosómicas que, sobre la base
de similitudes secuencia, las bacterias grupos, los cloroplastos de plantas, los
cloroplastos de algas rojas, y archaeabacterial L11, y de mamíferos, plantas y
levaduras cyanelle L12 (YL15). L11 es una proteína de 140 a 165-el ácido amino
residuos. En E. coli, el medio-terminal C del L11 se ha demostrado para estar en
35
una conformación plegada y sin apretar extendido y es probable que sea
enterrado en la estructura del ribosoma.
1. Las funciones de las proteínas ribosomal en el montaje de la estructura y la evolución de la subunidad ribosomal grande:
Las estructuras de las proteínas ribosomales y sus interacciones con el ARN se
han examinado en la estructura cristalina refinada de la marismortui Haloarcula
subunidad ribosómica grande. Las estructuras de las proteínas se dividen en seis
grupos según su topología.
Las proteínas de la subunidad 50S funcionan principalmente para estabilizar
las interacciones entre dominios que son necesarios para mantener la integridad
estructural de la subunidad. Una extraordinaria variedad de interacciones
proteína-ARN se observa: interacciones electrostáticas entre los numerosos
arginina y residuos de lisina, en particular los de las extensiones de la cola, y los
grupos fosfato del ARN de la columna vertebral mediante muchos contactos ARN
en proteínas; el reconocimiento de Base se produce tanto a través del surco
menor y ampliado surco mayor de las hélices de ARN, así como a través de
hidrofóbicos bolsillos vinculante, que la captura de nucleótidos sobresalían ya
través de la inserción de los residuos de aminoácidos hidrofóbicos en las grietas
en el ARN. Primaria sitios de unión en contiguas ARN se identifican por 20 de las
proteínas 50S ribosomal, que junto con algunas interfaces grandes proteína -
proteína, sugieren el orden de montaje de algunas proteínas y las proteínas que
las extensiones de veces en cooperación con el ARN. La estructura soporta la
hipótesis de la asamblea co-transcripcional, centrada alrededor de L24 en el
dominio I. Por último, la comparación de las estructuras y las ubicaciones de las
proteínas 50S ribosomal de H.marismortui y D.radiodurans reveló sorprendentes
ejemplos de mimetismo molecular. Estas comparaciones muestran que las
estructuras idénticas de ARN pueden ser estabilizadas por proteínas no
relacionadas.
36
En E. coli, las proteínas se denominan S1-S21. S4, S7, S8, S15, S17, S20 se
unen de forma independiente al 16S ARNr. Después del montaje de estas
proteínas de unión primaria, S5, S6, S9, S12, S13, S16, S18, S19 y se unen al
ribosoma en crecimiento. Estas proteínas también potencian la incorporación de
S2, S3, S10, S11, S14, S21.
La unión a proteínas de uniones helicoidales es importante para iniciar el
correcto pliegue de ARN y de organizar la estructura general. Casi todas las
proteínas contienen uno o más dominios globulares. Además, casi todos
contienen largas extensiones que pueden contactar con el ARN en las regiones de
gran alcance. Interacciones proteína-proteína también existen para sostener la
estructura en conjunto por electrostáticas y las interacciones de unión hidrógeno.
1.1 La subunidad 30S
La subunidad pequeña tiene una cabeza y la base y una plataforma de
armlike. Tiene un papel crucial en la descodificación de ARNm, proporcionando la
A, P y E y sitios de Unión por ser el encargado de seguir el apareamiento de
bases entre el codón del ARNm y el anti codón de ARNt. La subunidad 30S se
compone de ARNr 16S y 21 proteínas ribosómicas. El uso de métodos de
difracción de cristal y RMN, es posible obtener información sobre la estructura fina.
La siguiente imagen es la subunidad 30S conjunto.
2. El ensamblaje de los ARNr con las proteínas ribosómicas se produce
en el nucleólo.
El ensamblaje de las proteínas ribosómicas con los ARNr tiene lugar en el
nucléolo, de modo que esas proteínas sintetizadas en los ribosomas citosolicos
deben primero ingresar en el núcleo y luego, como integrantes de las subunidades
ribosómicas, volver al citoplasma.
37
Las proteínas de la subunidad menor se denominan S1, S2,…, S33. La letra
S es por small que significa pequeño y las de subunidad mayor L1, L2L…, L50 y la
letra L es por large que significa grande.
S1
No hay mayor cantidad de información se conoce todavía sobre la proteína
S1. Los científicos saben que la unión del RNA de dominio se encuentra en el
extremo C-terminal de la proteína. Este fin puede ser necesario para la
autorregulación del ribosoma. Utilizando análisis de movilidad, los científicos
descubrieron que S1 trabaja con el factor de elongación EF-TU y la proteína
SmpB, para regular el ARNm,t vinculante a los ribosomas y regula la formación de
complejos libre ARNm, t .
S2
S2 tiene una proteína alfa-horquilla situada dentro de ella. Esto fue
determinado durante la cristalización de la subunidad 30S. La proteína S2 es muy
querida a participar en la mediación de la interacción entre la cabeza del ribosoma
y la proteína.
S3 La estructura exacta de S3 proteína no se conoce aún. De la cristalización de
la subunidad 30S, se comprobó que existe una hoja plegada beta, por el que se
apilan las hélices alfa. Hay dos dominios globulares, la alfa y beta. Uno de los
dominios está aislado de la ARN. S3 proteína está involucrada en un grupo con
las proteínas S10 y S14.
38
S4 La estructura de S4 se determinó por multidimensional heteronucleaar
espectroscopia de resonancia magnética nuclear. Se compone de dos dominios
globulares; un dominio consta de cuatro hélices alfa, y el dominio "dos" incluye
una hebra antiparalela cinco beta-hoja con tres hélices alfa embalado en un lado.
La estructura cristalina de la proteína que muestra S4 tiene un amino terminal de
la cadena extendida. La extensión permite interactuar con proteínas 16S ARNr.
Delta S4 de 41 años, que consta de 43-200 nucleótidos en steearothermophilus
Bacillus, se une específicamente al 16S ARNr y el operón alfa mRNA pseudoknot
(Markus et al 1998). S4 se une al dominio 5 'del ARNr 16S. Es importante en el
conjunto del cuerpo del ribosoma.
S5 S5 tiene dos dominios definitivos de las hélices alfa y láminas beta-plegadas.
Su masa molecular es 17.500. Hay dos secciones distintas del S5 que pueden ser
sitios de interacción para el 16S ARNr. Este fue encontrado por la cartografía
varias mutaciones que ocurrieron en S5 a estas secciones distintas de la proteína.
Las mutaciones en la proteína S5 causar varios fenotipos diferentes que se
produzca. Estos incluyen la ambigüedad ribosoma o carnero, la reversión de la
dependencia de la estreptomicina y la resistencia a la espectinomicina. Las
mutaciones S5 sugieren que la proteína está implicada en la translocación y la
fidelidad "traslacional
S6 La estructura cristalina de la proteína S6 demuestra que la proteína S6 sólo
consta de 101 residuos de aminoácidos. Se compone de un "cuatro cadenas
beta-paralelo de lucha contra la hoja con dos hélices alfa embalado por un lado.
EL ARN interactúa con el borde de la hoja plegada.
39
S7 De una longitud de onda de difracción experimento-dos que utilizan borde LIII
de mercurio, la estructura del cristal en el 1,9 A, de Thermus thermophilus se
determinó. S7 se compone de una horquilla beta extendida entre las hélices de
tres y cuatro en un racimo de seis hélices alfa. No se cree que sean varios los
sitios de unión del RNA a lo largo de su superficie. Hélices uno, cuatro y seis, y la
horquilla beta-hacer una superficie curva cargada positivamente que es perfecto
para el enlace de doble cadena de ARN. En 2.5A resolución, un experimento se
realizó mediante difracción de multifrecuencia con-sustituidos selenomethionyl
proteínas. La cristalización se demostró que hubo un núcleo hidrofóbico con las
hojas beta se extiende desde el núcleo. El núcleo se compone de hélice-giro-
hélice motivos varios. Basic y residuos de aminoácidos aromáticos se encuentran
en un lado de la proteína S7, que es donde los sitios de unión del RNA se cree
que se encuentra. S7 se encuentra en la cabeza de la subunidad 30S. Allí se
inicia el montaje de la cabeza de la subunidad 30S. S7 está involucrado en la
reticulación del ARNt. S7 también es necesario para el plegado de 3 'de dominio
de ARNr 16S y se une a su propio ARNm para regular su propia síntesis
S8 Uso de la espectroscopia de RMN, la estructura de la proteína S8 en
Escherichia coli fue determinado. S8 proteína se compone de dos dominios de
segmentos helicoidales, dos sitios de unión del RNA, una de las cuales se
encuentra desde G588 G604 de nucleótidos y el otro de C634 a C651 nucleótidos.
También hay un núcleo hidrofóbico, que contiene nueve aminoácidos y es
posiblemente asociada con la proteína S5. Dentro del núcleo es un par de bases
triples, nucleótidos A595 x (x A596 U644). S8 desempeña un papel en la
traducción de la regulación de proteínas ribosómicas. El S8 también interactúa
con la proteína del ARNm del operón spc. A través de esta interacción, S8 es
capaz de jugar un papel clave en la regulación de la traducción de varias otras
proteínas ribosomal. S8 es un componente importante de unión al ARN. Es
independiente se une a 16S ARNr. En Escherichia coli, S8 es capaz de unirse a
40
su propio ARNm y luego regular la traducción al actuar como un represor. S8 es
necesario para el correcto plegamiento del dominio central del 16S ARNr. S8
también se une al ARNm que le permitía controlar la síntesis de otras proteínas
ribosomal
S9 S9 proteína tiene un dominio globular principal, y una larga extensión, ya sea
una bombona el extremo o el extremo amino, que sobresale de distancia del resto
de la proteína como una larga cola. La extensión se cree que es usado para
interactuar y hacer contacto con 16S ARNr. La extensión es estrecho que permite
el contacto estrecho con el ARNr. Además, a lo largo de la extensión son los
residuos de aminoácidos básicos, que neutralizan espina dorsal cargo de la
repulsión ARNr.
S10 Se ha comprobado a través de la cristalización de los años 30 subunidades
que contiene S10 hélices alfa-embalado en contra de una hoja plegada beta.
También contiene ya sea una curva muy cerrada o lazo, que bien podrían
utilizarse para interactuar con 16S ARNr. La proteína S10 está involucrada en un
clúster con proteínas S3 y S14.
S11 Tiene una hoja beta con hélices alfa apiladas a su alrededor. La hoja de
Beta está situado cerca del surco menor del ARNr 16S. S11 está repleto de plano
contra la ranura. Además, ha S8 una cola extendida, ya sea del extremo carboxilo
o amino de la proteína. La extensión permite a la proteína de interactuar con 16S
ARNr y hacer contacto con el ARNr.
41
S12 Se compone de dominios globulares, y un carboxilo ampliada o de la cola
extremo amino. Esto permite que la proteína para hacer contacto con el 16S ARN.
El dominio globular se encuentra en el lado de la interfaz de ARNr 16S. La cola
se teje a través del cuerpo del 16S ARNr y luego se dobla en una hélice alfa
pequeños. La hélice alfa puede interactuar y hacer contacto con las proteínas S8
y S17.
S13 Se compone de 3 hélices alfa para formar un dominio globular. La mayoría
de las proteínas también se incluyen las extensiones de tiempo, y, en S13, estos
toman la forma de ampliar o carboxi-amino-terminal de las hélices. Estas colas son
importantes para el contacto con el ARN. Es probable que ayudan a estabilizar la
estructura terciaria, ya que pueden sonda en el ARN, acercándose a muchos
elementos del RNA. Además, interactúa con las proteínas S13 múltiples,
incluyendo S3, S4, S5, S7, S8, S9, S11, S12, S17, S19, S21
S14 S14 forma un clúster con el S3 y S10 proteínas por interacciones
hidrofóbicas. Encaja en una brecha del ARN en la cabeza, al ser una fuerza
estabilizadora en la estructura. Además, interactúa con la cola C-terminal de S9,
para enlazar las proteínas, que están en lados opuestos de una región,
contribuyendo así a cerrar la estructura en su lugar.
S15 Proteína ribosomal S15 es un gran paquete básico de cuatro hélices alfa. Se
une principalmente al dominio central del 16S ARNr y es necesaria para el
montaje de la subunidad 30S, así como la asociación entre las subunidades. La
unión entre la proteína y el rRNA está vinculado por una base de CG * G triples,
"cruz capítulo apilamiento", y los iones de magnesio. El amino terminal de una
hélice se extiende fuera de las alfa hélices otros tres, que forman el núcleo de la
proteína. Se propone que la estructura terciaria entre hélices 20,21, y 22 depende
42
de S15 vinculante, como el ángulo entre estas hélices es de ~ 120 ° en la
ausencia de S15. S15 también está implicado en la regulación de la traducción.
S16 Ribosomal S16 proteína consta de dos hélices alfa y beta cinco ejes de
actuación que se organizan en un anti paralelo / hoja paralelo. Sus vecinos más
cercanos son proteínas S4 y S20. Después de estas proteínas se unen enlace
primario hasta el ARNr 16S, S16 puede ocupar su lugar en una grieta cerca de la
hélice 21. La unión de S16 provoca un cambio conformacional en el ribosoma,
con lo que es un paso más cerca de su forma final.
S17 Se necesita para el montaje de la subunidad ribosomal pequeña y contribuye
a la fidelidad de traslación. S17 se compone de cinco láminas beta que se
organizan en una hoja anti paralela. Se propone que la función principal del S17
es para bloquear la región del 16S ARNr se une a, hélices 7 y 11, en una
conformación determinada. También interactúa con una espiral de 21, y enlaces
cruzados de las formas con las proteínas S4 y S13.
S18 La proteína S18 se compone de cuatro hélices alfa y está rodeado por una
bobina polipeptídicas ordenadas. Se convierte en participar en el montaje de los
ribosomas de crecimiento después de S15 se ha unido al rRNA. La cooperativa
se une a S6 lo largo de su lámina beta y hace contacto con la columna vertebral
del ARN en la hélice de unión superior de tres hélices 20,21, y 22. Es la
interacción con S6 se caracterizan por las fuerzas de van der Waals y puente
interacciones sal. Se propone que el S18 sólo podrán retirarse una vez que se ve
43
obligada a hacer una S6 heterodímero. S18 también interactúa con S14, S11,
S21.
S19 S19 contiene 93 aminoácidos y es una proteína de 10,6 kDa. A pesar de
que se fija a los 3 'de dominio importante del ARNr 16s, no se puede enlazar a
menos de S7 ha hecho ya, la creación del sitio de unión S19. Se encuentra cerca
de la S14 y forma un par de proteínas con S13. De estructura secundaria S19
consiste en una hélice alfa y tres capítulos B en un paralelo / patrón antiparalelas.
La proteína tiene larga cola desordenada que son importantes para las
interacciones con otras proteínas ribosómicas.
S20 S20 se une en la parte inferior de la subunidad 30S y enlaces cruzados a
S12. Está formada por tres hélices alfa que forman un dominio globular.
S21 La proteína S21 es que la proteína final para unirse a la subunidad 30s
montaje. Está dirigido al dominio central del ARNr 16S. No se sabe mucho sobre
la estructura del S21. Se sabe que entrecruza a S13, S11, S12, S18. Estos
enlaces cruzados y se determinaron mediante electroforesis bidimensional de dos
diagonales.
CAPÍTULO VII
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
La síntesis de proteínas, también llamada por muchos autores biosíntesis
de proteínas, es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas. El
44
proceso es complejo debido a los componentes que participan. Se puede dividir
en cuatro etapas bien diferenciadas: la activación de los aminoácidos, la iniciación,
la elongación y la terminación
Hasta hace muy poco tiempo, este proceso se desconocía casi por
completo. Las primeras teorías se reducen a dos grupos, los primeros que
afimaban que la hidrólisis enzimática de las proteínas podía ser reversible bajo
condiciones apropiadas y que las proteínas, por ello, podía sintetizarse, ya fuese a
partir de aminoácidos aislados o bien a partir de oligopéptidos. Se admitía que los
componentes de la proteína podían combinarse entre sí, originándose cadenas
peptídicas cada vez más largas, cuyas propiedades podrían modificarse luego por
reacciones enzimáticas de sustitución o adición de aminoácidos, hasta que se
formaba la proteína necesaria.
La segunda teoría, era la teoría del “modelo”. Propuesta por Pauling y
Haurowitz, para cada proteína había, posiblemente en los cromosomas, un
modelo o copia de sí misma en forma de una cadena peptídica desplegada. Este
modelo proporcionaba una serie de puntos, sobre los que se condensaban los
aminohácidos del medio circundante, por un proceso parecido a la cristalización.
Pero estas eran sólo teorías explicativas pues no podían observar en esa
época la síntesis de proteínas; pero con el pasar de los años, surgieron nuevos
métodos para poder estudiar este proceso, métodos tales como el empleo de
isótopos radiactivos, la centrifugación analítica y fraccionada, entre otros. Estos
métodos dilucidaron el proceso de la síntesis proteica y facilitaron su estudio más
profundo.
1. Componentes que participan en la Síntesis Proteica:
1.1. ARNm:
45
Ácido Ribonucleico Mensajero, conocido en el inglés como RNAm. Es
el ácido ribonucleico que contiene la información genética procedente
del ADN para utilizarse en la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en
que se unirán los aminoácidos. El ARN mensajero es un ácido
nucleico monocatenario, al contrario que el ADN que es bicatenario.
Todos los ARNm eucarióticos son monocistrónicos, es decir, contienen
información para una sola cadena polipeptídica, mientras que en
los procariotas los ARNm son con frecuencia policistrónicos, es decir, codifican
más de una proteína.
El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como
transcrito primario o ARN precursor (pre-ARN), que en la mayoría de los casos no
se libera del complejo de transcripción en forma totalmente activa, sino que ha de
sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del
ARN). Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos
(splicing), la adición de otros no codificados en el DNA y la modificación covalente
de ciertas bases nitrogenadas. Concretamente, el procesamiento del ARN en
eucariotas comprende diferentes fases:
1. Adición al extremo 5' de la estructura denominada caperuza o casquete (o
CAP, su nombre en inglés) que es un nucleótido modificado de guanina, la
7-metilguanosina, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm
transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace 5'-
fosfato → 5'-fosfato en lugar del habitual enlace 3',5'-fosfodiéster.1 Esta
caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y
para mantener su estabilidad; esto es crítico para el reconocimiento y el
acceso apropiado del ribosoma.
2. Poliadenilación: es la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una
secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de RNA cuyas bases
son todas adenina. Su adición está mediada por una secuencia o señal de
poliadenilación (AAUAAA), situada unos 20-30 nucleótidos antes del
46
extremo 3' original. Esta cola protege al ARNm frente a la degradación,
aumentando su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar
mayor cantidad de proteína.
3. En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de
secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones. Esto no ocurre en
células procariontes, ya que estas no poseen intrones en su DNA. El
proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se
llama ayuste, o corte y empalme (en inglés, splicing). A veces un mismo
transcrito primario o pre-ARNm se puede ayustar de diversas maneras,
permitiendo que con un solo gen se obtengan varias proteínas diferentes; a
este fenómeno se le llama ayuste alternativo. Ciertas enzimas parecen
estar involucrados en editar el RNA antes de su exportación fuera del
núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos.
4. El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso
de los seres eucariontes, a través de poros de la membrana nuclear.
5. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acoplan los ribosomas, que son la
maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de
los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm esta siendo sintetizada.
6. Después de cierta cantidad de tiempo el ARNm se degrada en sus
nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.
47
1.2. ARNt:
Ácido Ribonucleico de Transferencia, conocido en el inglés como RNAt, es
un tipo de ácido ribonucleico encargado de transportar los aminoácidos a
los ribosomas para incorporarlos a las proteínas durante el proceso
de síntesis proteica.
Los ARNt representan aproximadamente el 15% del ARN total de la célula.
Un ARNt tiene una longitud de entre 65 y 110 nucleótidos, lo que corresponde a
una masa molecular de 22.000 a 37.000 dalton. Se encuentra disuelto en
elcitoplasma celular. Pueden presentar nucleótidos poco usuales como ácido
pseudouridílico, ácido inosílico e incluso bases características del ADN como
la timina.
Los ARNt son intermediarios esenciales entre el ADN y las proteínas. Cada
ARNt sólo puede transferir un único aminoácido. Un ARNt que acepta
la alanina se escribe ARNtAla, y uno que transporte lalisina sería ARNtLys.
El aminoácido específico se une en el extremo 3' del ARNt mediante la
acción de la enzima aminoacil ARNt sintetasa, y es así transportado hasta
el ribosoma donde el anticodón del ARNt se une alcodón del ARN
48
mensajero (ARNm) mediante apareamiento de bases complementarias (A=U,
C=G). De este modo, los ARNt van aportando, uno a uno, los aminoácidos que
son ensamblados en el ribosoma para formar la cadena polipeptídica según la
secuencia de codones del ARNm.
1.3. Ribosomas
Los ribosomas son complejos supramoleculares encargados de sintetizar
proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en
forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico,
debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm eneucariotas).
Bajo el microscopio electrónico se observan como estructuras redondeadas,
densas a los electrones. Bajo el microscopio óptico se observa que son los
responsables de la basofilia que presentan algunas células. Están en todas las
células (excepto en los espermatozoides).
En células eucariotas, los ribosomas se elaboran en el núcleo pero
desempeñan su función de síntesis en el citosol. Están formados por ARN
ribosómico(ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En
las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación.
Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos (polisomas);
las proteínas sintetizadas por ellos actúan principalmente en el citosol; también
49
pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana
nuclear, y las proteínas que sintetizan son sobre todo para la exportación.
Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar
por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En eucariotas, los
ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de
eucariotas, así como en procariotas, son 70 S.
1.4. Enzimas
Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones
químicas, siempre que sea termodinámicamente posible (si bien no pueden hacer
que el proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las
enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se
convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los
procesos en las célulasnecesitan enzimas para que ocurran a unas tasas
significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones
enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y
su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas
sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada
célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica.
Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía
de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la 50
tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones
en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero
consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se
produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el
equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.
Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas
por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las
enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas
catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.4 No todos los
catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN son
capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la
que reside la actividad peptidil transferasa).5 6 También cabe nombrar unas
moléculas sintéticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar
reacciones químicas como las enzimas clásicas.7
La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas.
Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad
de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan
dicha actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para
su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la
actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia
enzima y del sustrato, y otros factores físico-químicos.
Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis
de antibióticos y productos domésticos de limpieza.
Las principales enzimas que intervienen en la síntesis de proteínas son las
siguientes:
ARN polimerasa ADN-dependiente, o transcriptasa
Las ARN-polimerasas son un conjunto de proteínas con
carácter enzimático capaces de polimerizar los ribonucleótidos para
sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o molde.
51
La ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN
mensajero o transcripción del ADN.
La ARN polimerasa es la enzima soluble conocida de mayor tamaño puesto
que mide unos 100 Å de diámetro y es visible en micrografías electrónicas, donde
se observa unida al promotor en el ADN
Enzima Ribonucleasa
Ribonucleasa, abreviada comúnmente como RNasa, es una enzima (nucleasa)
que cataliza la hidrólisis de ARN en componentes más pequeños. Pueden dividirse
en endonucleasas y exonucleasas, y comprenden varias subclases dentro de las
clases de enzimas EC 3.1
Las ribonucleasas son extremadamente comunes, lo que resulta en periodos
de vida muy cortos para cualquier ARN en un ambiente no protegido. Un
mecanismo de protección, para el ARN, es el inhibidor de la ribonucleasa (IR), el
cual abarca una fracción relativamente grande de las proteínas celulares(~0.1%) y
se une a ciertas ribonucleasas (RNasas) con mayor afinidad que cualquier otra
interacción proteína-proteína; la constante de disociación para el complejo IR-
RNasa A es ~20 fM bajo condiciones fisiológicas. El IR es usado en la mayoría de
los laboratorios que estudian el ARN para proteger sus muestras de la
degradación por parte de las RNasas ambientales.
52
Quizás sorpresivamente, las ribonucleasas tienden a ser insensibles en su
secuencia de rotura. Parecen no ser análogas de las enzimas de restricción, las
cuales rompen secuencias altamente específicas de la doble hebra de ADN. Este
déficit podría ser superado usando RNasa H y una hebra simple de ADN
complementario a la secuencia de rompimiento deseada.
Aminoacil-ARNt sintetasa
Enzimas que constituyen la vía de conexión entre un determinado amino ácido con
su respectivo RNAt , jugando un papel importantísimo en la unión de estas dos
estructuras.
Peptidil Transferasa
La enzima peptidil transferasa es una aminoacil transferasa (con número EC
2.3.2.12) que realiza la función esencial de los ribosomas. Se encarga de la
formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos adyacentes durante
la traducción de ARN mensajero y, por tanto, la síntesis proteica. No obstante,
estas enzimas están implicadas también en procesos no relacionados con la
traducción. En bacterias, la actividad peptidil transferasa se encuentra en la
subunidad 50S (componente 23S); en cambio, en eucariotas es la subunidad 60S
(componente 28 S) la que lo alberga.
2. El Código Genético:
El código genético es el conjunto de normas por las que la información
codificada en el material genético ( ADN o ARN) se traduce en proteínas 53
(secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código define la relación
entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos.
Un codón se corresponde con un aminoácido específico.
La secuencia del material genético se compone de cuatro bases
nitrogenadas distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código
genético: adenina (A),timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina
(A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN.
Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales 61
codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los
tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar;
UGA, llamado ópalo). La secuencia de codones determina la secuencia
aminoacídica de una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una
función específicas.
Al descubrirse la estructura del ADN, comenzó a estudiarse en profundidad el
proceso de traducción en proteínas. En 1955, Severo Ochoa y Marianne
Grunberg-Manago aislaron la enzima polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar
ARNm sin necesidad de modelo a partir de cualquier tipo de nucleótidos que
hubiera en el medio. Así, a partir de un medio en el cual tan sólo hubiera UDP
(urdín difosfato) se sintetizaba un ARNm en el cual únicamente se repetía el ácido
urídico, el denominado poli-U (....UUUUU....). George Gamow postuló que un
código de codones de tres bases debía ser el empleado por las células para
codificar la secuencia aminoacídica, ya que tres es el número entero mínimo que
con cuatro bases nitrogenadas distintas permiten más de 20 combinaciones (64
para ser exactos).
Los codones constan de tres nucleótidos fue demostrado por primera vez en el
experimento de Crick, Brenner y colaboradores. Marshall Nirenberg y Heinrich J.
Matthaei en 1961 en los Institutos Nacionales de Salud descubrieron la primera
correspondencia codón-aminoácido. Empleando un sistema libre de células,
tradujeron una secuencia ARN de poli-uracilo (UUU...) y descubrieron que el
54
polipéptido que habían sintetizado sólo contenía fenilalanina. De esto se deduce
que el codón UUU especifica el aminoácido fenilalanina. Continuando con el
trabajo anterior, Nirenberg y Philip Leder fueron capaces de determinar la
traducción de 54 codones, utilizando diversas combinaciones de ARNm, pasadas
a través de un filtro que contiene ribosomas. Los ARNt se unían a tripletes
específicos.
Posteriormente, Har Gobind Khorana completó el código, y poco después,
Robert W. Holley determinó la estructura del ARN de transferencia, la molécula
adaptadora que facilita la traducción. Este trabajo se basó en estudios anteriores
de Severo Ochoa, quien recibió el premio Nobel en 1959 por su trabajo en la
enzimología de la síntesis de ARN. En 1968, Khorana, Holley y Nirenberg
recibieron el Premio Nobel en Fisiología o Medicina por su trabajo.
Existen tres características principales del Código Genético, las cuales son las
siguientes:
Universalidad
El código genético es compartido por todos los organismos conocidos,
incluyendo virus y orgánulos, aunque pueden aparecer pequeñas diferencias. Así,
por ejemplo, el codón UUU codifica para el aminoácido fenilalanina tanto en
bacterias, como en arqueas, como en eucariontes. Este hecho indica que el
código genético ha tenido un origen único en todos los seres vivos conocidos.
Gracias a la genética molecular, se han distinguido 22 códigos genéticos, que
se diferencian del llamado código genético estándar por el significado de uno o
más codones. La mayor diversidad se presenta en las mitocondrias, orgánulos de
las células eucariotas que se originaron evolutivamente a partir de miembros del
dominio Bacteria a través de un proceso de endosimbiosis. El genoma nuclear de
los eucariotas sólo suele diferenciarse del código estándar en los codones de
iniciación y terminación.
55
Especificidad y continuidad
Ningún codón codifica más de un aminoácido, ya que, de no ser así,
conllevaría problemas considerables para la síntesis de proteínas específicas para
cada gen. Tampoco presenta solapamiento: los tripletes se hallan dispuesto de
manera lineal y continua, de manera que entre ellos no existan comas ni espacios
y sin compartir ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido
(5' - 3'), desde el codón de iniciación hasta el codón de parada. Sin embargo, en
un mismo ARNm pueden existir varios codones de inicio, lo que conduce a la
síntesis de varios polipéptidos diferentes a partir del mismo transcrito.
Degeneración
El código genético tiene redundancia pero no ambigüedad (ver tablas de
codones). Por ejemplo, aunque los codones GAA y GAG especifican los dos el
ácido glutámico (redundancia), ninguno especifica otro aminoácido (no
ambigüedad). Los codones que codifican un aminoácido pueden diferir en alguna
de sus tres posiciones, por ejemplo, el ácido glutámico se especifica por GAA y
GAG (difieren en la tercera posición), el aminoácido leucina se especifica por los
codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG (difieren en la primera o en la
tercera posición), mientras que en el caso de la serina, se especifica por UCA,
UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (difieren en la primera, segunda o tercera posición).
De una posición de un codón se dice que es cuatro veces degenerada si con
cualquier nucleótido en esta posición se especifica el mismo aminoácido. Por
ejemplo, la tercera posición de los codones de la glicina (GGA, GGG, GGC, GGU)
es cuatro veces degenerada, porque todas las sustituciones de nucleótidos en
este lugar son sinónimos; es decir, no varían el aminoácido. Sólo la tercera
posición de algunos codones puede ser cuatro veces degenerada. Se dice que
una posición de un codón es dos veces degenerada si sólo dos de las cuatro
posibles sustituciones de nucleótidos especifican el mismo aminoácido. Por
ejemplo, la tercera posición de los codones del ácido glutámico (GAA, GAG) es
doble degenerada. En los lugares dos veces degenerados, los nucleótidos
56
equivalentes son siempre dos purinas (A/G) o dos pirimidinas (C/U), así que sólo
sustituciones transversionales (purina a pirimidina o pirimidina a purina) en dobles
degenerados son antónimas. Se dice que una posición de un codón es no
degenerada si una mutación en esta posición tiene como resultado la sustitución
de un aminoácido. Sólo hay un sitio triple degenerado en el que cambiando tres de
cuatro nucleótidos no hay efecto en el aminoácido, mientras que cambiando los
cuatro posibles nucleótidos aparece una sustitución del aminoácido. Esta es la
tercera posición de un codón de isoleucina: AUU, AUC y AUA, todos codifican
isoleucina, pero AUG codifica metionina. En biocomputación, este sitio se trata a
menudo como doble degenerado.
Hay tres aminoácidos codificados por 6 codones diferentes: serina, leucina,
arginina. Sólo dos aminoácidos se especifican por un único codón; uno de ellos es
la metionina, especificado por AUG, que también indica el comienzo de la
traducción; el otro es triptófano, especificado por UGG. Que el código genético sea
degenerado es lo que determina la posibilidad de mutaciones sinónimas.
La degeneración aparece porque el código genético designa 20 aminoácidos y
la señal parada. Debido a que hay cuatro bases, los codones en triplete se
necesitan para producir al menos 21 códigos diferentes. Por ejemplo, si hubiera
dos bases por codón, entonces sólo podrían codificarse 16 aminoácidos (4²=16). Y
dado que al menos se necesitan 21 códigos, 4³ da 64 codones posibles, indicando
que debe haber degeneración.
Esta propiedad del código genético lo hacen más tolerante a los fallos en
mutaciones puntuales. Por ejemplo, en teoría, los codones cuatro veces
degenerados pueden tolerar cualquier mutación puntual en la tercera posición,
aunque el codón de uso sesgado restringe esto en la práctica en muchos
organismos; los dos veces degenerados pueden tolerar una de las tres posibles
mutaciones puntuales en la tercera posición. Debido a que las mutaciones de
transición (purina a purina o pirimidina a pirimidina) son más probables que las de
transversión (purina a pirimidina o viceversa), la equivalencia de purinas o de
57
pirimidinas en los lugares dobles degenerados añade una tolerancia a los fallos
complementaria.
3. Etapas de la Síntesis Proteica:
3.1. Activación de Aminoácidos
La activación de los aminoácidos se realiza por un proceso de dos pasos
catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Cada tRNA, y el aminoácido que lleva,
es reconocida por una aminoacil-tRNA sintetasa individual. Esto significa que
existe por lo menos 20 diferentes aminoacil-tRNA sintetasas, en realidad hay por
lo menos 21, puesto que el iniciador met-tRNA de procariotas y eucariotas es
distinto del met-tRNAs que no es iniciador.
La activación de aminoácidos requiere de energía en forma de ATP y ocurre
en una reacción de dos pasos catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Primero
la enzima une el aminoácido al α-fosfato del ATP con la liberación concomitante
de pirofosfato. Esto es llamado un intermediario aminoacil-adenilato. En el
segundo paso la enzima cataliza la transferencia del aminoácido a los 2'– o 3'–OH
de la porción de ribosa del residuo de adenosina 3' terminal del tRNA generando
aminoacil-tRNA activado. Aunque esta reacción es libremente reversible, la
reacción hacia adelante es favorecida por la hidrólisis acoplada del PPi.
El reconocimiento exacto del aminoácido correcto como el tRNA correcto es
diferente para cada aminoacil-tRNA sintetasa. Puesto que los diferentes
aminoácidos tienen diferentes grupos R, la enzima para cada aminoácido tiene un
diferente sitio de unión para su aminoácido específico. No es el anticodon que
determina el tRNA utilizado por las sintetasas. Aunque el mecanismo exacto no se
conoce para todas las sintetasas, es probable que sea una combinación de la
presencia de bases específicas modificadas y de la estructura secundaria de tRNA
que es reconocida correctamente por las sintetasas.
58
Es absolutamente necesaria que la discriminación del correcto aminoácido y
del correcto tRNA sea hecha por una sintetasa dada antes de la liberación del
aminoacil-tRNA de la enzima. Una vez que el producto es liberado no hay otra
manera de corregir si un tRNA dado es unido a su tRNA correspondiente. La unión
errónea conduciría a que el aminoácido incorrecto sea incorporado en el
polipéptido, puesto que la discriminación del aminoácido durante la síntesis de
proteínas viene por el reconocimiento del anticodon de un tRNA por el codon del
mRNA y no por el reconocimiento del aminoácido. Esto fue demostrado por la
desulfurizacion reductiva del cys-tRNAcys con el níquel de Raney generando el ala-
tRNAcys. La alanina entonces fue incorporada en un polipéptido donde debía estar
una cisteina.
3.2. Iniciación
La iniciación de la traducción en procariotas y eucariotas requiere de un tRNA
específico de iniciación, tRNAmeti, que es usado para incorporar el residuo de
metionina inicial dentro de todas las proteínas. En E. coli una versión específica de
tRNAmeti es requerida para iniciar la traducción, [tRNAfmet
i]. La metionina unida a
este tRNA iniciador es formilada. La formilación requiere de N10-formi-THF y se
hace luego que la metionina se une al tRNA. El fmet-tRNAfmeti todavía reconoce el
mismo codon, AUG, como un tRNAmet regular. A pesar que el tRNAmeti es
específico para la iniciación en eucariotas no es un tRNAmet formilado.
La iniciación de la traducción requiere del reconocimiento de un codon AUG.
En el RNAs procariótico policistrónico este codon AUG está localizado adyacente
al elemento Shine-Delgarno en el mRNA. El elemento Shine-Delgarno es
reconocido por las secuencias complementarias en la subunidad menor de rRNA
(16S en E. coli). En los eucariotas los iniciadores AUGs son generalmente, pero
no siempre, los primeros en ser encontrados por el ribosoma. Un contexto
59
especifico de secuencia, que rodea el iniciador AUG, ayuda a la discriminación
ribosomal. Este contexto es A/GCcA/GCCAUGA/G en la mayoría de los mRNAs.
La iniciación de la traducción requiere de 4 pasos específicos:
1. Un ribosoma debe disociarse en sus subunidades 40S y 60S.
2. Se forma un complejo ternario llamado complejo de preiniciación,
consiste en el iniciador, GTP eIF-2 y las subunidades 40S.
3. El mRNA está unido al complejo de preiniciación.
4. La subunidad 60S se asocia al complejo de preiniciación para formar el
complejo de iniciación 80S.
Los factores de iniciación de eIF-1 y de eIF-3 se unen a las subunidades
ribosomales 40S favoreciendo la antiasociación de las subunidades 60S. La
prevención de la reasociación de la subunidad permite la formación del complejo
de preiniciación.
60
El primer paso en la formación del complejo de preiniciación es la unión del
GTP al eIF-2 para formar un complejo binario. El eIF-2 esta compuesto de tres
subunidades, α, β y γ. El complejo binario entonces se une al iniciador del tRNA
activado, met-tRNAmet, formando un complejo ternario que luego se une a la
subunidad 40Sformando el complejo de preiniciación 43S. El complejo de
preiniciación es estabilizado por la asociación anterior de eIF-3 y eIF-1 a la
subunidad 40S.
La estructura de cubierta (cap) de los mRNAs eucarióticos se une con los eIFs
específicos antes de la asociación con el complejo de preiniciación. La unión de la
cubierta (cap) se logra por el factor de iniciación eIF-4F. Este factor es realmente
un complejo de 3 proteínas; eIF-4E, A y G. La proteína eIF-4E es una proteína de
24 kDa que físicamente reconoce y une a la estructura de cubierta (cap). El eIF-4A
es una proteína de 46 kDa que une e hidroliza el ATP y demuestra actividad de
helicasa del RNA. Es necesario el desenrollamiento de la estructura secundaria
del mRNA para permitir el acceso de las subunidades ribosomales. El eIF-4G
ayuda en la unión del mRNA al complejo de preiniciación 43S.
Una vez que el mRNA es alineado correctamente sobre el complejo de
preiniciación y el iniciador met-tRNAmetes unido al codon iniciador AUG (un
proceso facilitado por eIF-1) la subunidad 60S se asocia con el complejo. La
asociación de la subunidad 60S requiere de la actividad de eIF-5 que primero se
une al complejo de preiniciación. La energía necesaria para estimular la formación
del complejo de iniciación 80S viene de la hidrólisis del GTP unido a eIF-2. La
forma de GDP asociada al eIF-2 entonces se une a eIF-2B que estimula el
intercambio de GTP por GDP en el eIF-2. Cuando el GTP es intercambiado, el
eIF-2B se disocia de eIF-2. A esto se denomina ciclo de eIF-2 (véase el diagrama
abajo). Este ciclo es requerido absolutamente para que ocurra la iniciación de la
traducción eucariótica. La reacción de intercambio de GTP puede ser afectada por
la fosforilación de la subunidad α del eIF-2.
61
En esta etapa el iniciador met-tRNAmet esta unido al mRNA dentro de un sitio
específico del ribosoma llamado sitio P, por sitio del péptido. El otro sitio dentro del
ribosoma en el cual entran los tRNAs cargados se llama sitio A, por sitio del
aminoácido.
Factores de Iniciación Eucarióticos y sus Funciones
Las proteínas específicas no asociadas a los ribosomas que se requieren para
la exacta iniciación de la traducción se llaman factores de iniciación. En E. coli ellas
con IFs y en eucariotas ellas son eIFs. Se han identificado numerosos eIFs:
Factor de Iniciación Actividad
eIF-1Reposición de met-tRNA para facilitar la unión del mRNA
eIF-2 Formación compleja ternaria
eIF-2AAUG-dependiente de met-tRNAmet
i uniendo al ribosoma 40S
eIF-2B (también llamado GEF) factor de intercambio del nucleótido guanina
Intercambio de GTP/GDP durante el reciclaje de eIF-2
eIF-3, compuesto de 13 subunidades
Subunidad del ribosoma antiasociación al unirse a la subunidad 40S, las subunidades eIF-3e y eIF-3i transforman las células normales cuando son sobre expresadas, la sobre expresión de elf-3A (también llamada elF3 p170) ha sido asociada con varios cánceres humanos
Factor complejo de iniciación designado a menudo como eIF-4F compuesto por 3 subunidades primarias: eIF-4E, eIF-4A, eIF-4G
Unión del mRNA a la subunidad 40S, actividad de helicasa del RNA dependiente de ATPasa, la interacción entre la cola poliA y la estructura
62
y por lo menos 2 factores adicionales: PABP, Mnk1 (o Mnk2)
cubierta (cap)
PABP: proteína de unión poliAUne la cola poliA de los mRNAs y permite la unión al eIF-4G
Mnk1 y Mnk2elF-4E cinasas
Fosforila eIF-4E incrementando la asociación con la estructura de cubierta (cap)
eIF-4A Helicasa de RNA dependiente de ATPasa
eIF-4E
Reconocimiento de cubierta 5'; frecuentemente encontrada sobre expresada en cánceres humanos, la inhibición de eIF4E es actualmente un blanco para terapias anticáncer
4E-BP (también llamado PHAS) 3 formas conocidas
cuando 4E-BP esta defosforilado se une eIF-4E y reprime su actividad, la fosforilación de 4E-BP ocurre en respuesta a muchos estímulos de crecimiento conduciendo a la liberación de eIF-4E e incrementando la iniciación de la traducción
eIF-4G
Actua como una base para el ensamblaje de eIF-4E y -4A en el complejo eIF-4F, interacción el el PABP permite que el terminal 5í y el terminal 3íde los mRNAs actuén
eIF-4BEstimula la helicasa, se une simultáneamente con el eIF-4F
eIF-5Liberación de eIF-2 y de eIF-3, GTPasa dependiente del ribosoma
eIF-6 Subunidad de antiasociación del ribosoma
63
3.2. Elongación de la cadena peptídica
El proceso de elongación, como el de iniciación, requiere de las proteínas
específicas no ribosomales. En E. coli estas son EFs y eEFs. La elongación de los
polipéptidos ocurre de una manera cíclica de tal manera que en un ciclo completo
el extremo de adición del aminoácido, el sitio A estará vacío y listo para aceptar al
aminoacil-tRNA entrante, dictado por el siguiente codon del mRNA. Esto significa
que no sólo es necesario que el aminoácido entrante se una a la cadena del
péptido, sino que el ribosoma debe moverse bajo el mRNA al siguiente codon.
Cada aminoacil-tRNA entrante es traído al ribosoma por un complejo eEF-1α-GTP.
Cuando el tRNA correcto es depositado en el sitio A, la GTP es hidrolizada y el
complejo eEF-1α-GDP se disocia. Para que los eventos adicionales de
desplazamiento ocurran el GDP debe ser intercambiado por GTP. Este es llevado
por el eEF-1βγ de igual manera que en el intercambio de GTP que ocurre con el
eIF-2 catalizado por el eIF-2B.
El péptido unido al tRNA en el sitio P es transferido al grupo amino en el
aminoacil-tRNA en el sitio A. Esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa.
Este proceso es llamado transpeptidación. El péptido elongado ahora reside en un
tRNA en el sitio A. El sitio A necesita ser liberado para aceptar al aminoacil-tRNA
siguiente. El proceso de movilización del peptidil-tRNA desde el sitio A al sitio P se
llama, translocación. La translocación es catalizada por el eEF-2 unido a la
hidrólisis de GTP. En el proceso de translocación el ribosoma se mueve a lo largo
del mRNA de tal manera que el siguiente codon de mRNA reside debajo del sitio
A. Luego de la translocación el eEF-2 es liberado del ribosoma. El ciclo puede
entonces comenzar otra vez.
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3.3. Terminación
Como la iniciación y la elongación, la terminación de la traducción requiere de
proteínas de factores específicos identificados como factores de liberación, RFs en
la E. coli y eRFs en los eucariotas. Hay 2 RFs en lasE. coli y uno en los
eucariotas. Las señales para la terminación son las mismas en los procariotas y en
los eucariotas. Estas señales son codones de terminación presentes en el mRNA.
Hay 3 codones de terminación, UAG, UAA y UGA.
En E. coli los codones de terminación UAA y UAG son reconocidos por el RF-
1, mientras que el RF-2 reconoce los codones de terminación UAA y UGA. El eRF
se une al sitio A del ribosoma conjuntamente con GTP. La unión de eRF al
ribosoma estimula la actividad de la peptidiltransferasa para transferir el grupo
peptidil al agua en vez de a un aminoacil-tRNA. El tRNA no cargado resultante
deja el sitio P y es expelido con la hidrólisis concomitante de GTP. El ribosoma
inactivo entonces libera su mRNA y el complejo 80S se disocia en las subunidades
40S y 60S que están listas para otro ciclo de traducción.
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4. Modificaciones Posteriores a la Traducción:
Algunas proteínas emergen del ribosoma preparadas para ejercer su función
de inmediato, mientras que otras experimentan diversas modificaciones
postraducción, que pueden conducir a la proteína a la adquisición de su forma
funcional, a su traslado a un compartimento subcelular determinado, a su
secreción al exterior de la célula, etc.
Plegamiento
Muchas proteínas adquieren espontáneamente la correcta conformación
tridimensional, pero otras muchas solo adquieren la conformación correcta con la
ayuda de una o más proteínas chaperonas. Las chaperonas se unen
reversiblemente a regiones hidrofóbicas de las proteínas desplegadas y a los
intemediarios de plegamiento; pueden estabilizar intermediarios, mantener
proteínas desplegadas para que pasen con facilidad a través de membranas,
ayudar a desplegar segmentos plegados incorrectamente, impedir la formación de
intermediarios incorrectos o impedir interacciones inadecuadas con otras
proteínas.
Glucosilación
La glucosilación es la adición de uno o más glúcidos a una proteína lo que da
lugar a las glucoproteínas, que son esenciales en los mecanismos
de reconocimiento celular. La glucosilación puede implicar la adición de unas
pocas moléculas glucídicas o de grandes cadenas ramificadas de oligosacáridos.
Existe un centenar de glucosiltransferasas distintas, las enzimas encargadas de
realizar este proceso. El mecanismo es básicamente el mismo en todos los casos;
un azúcar es transferido desde un sustrato dador activado hasta un aceptor
apropiado.
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Proteólisis parcial
La proteólisis parcial es una etapa frecuente en los procesos de maduración de
las proteínas. Pueden eliminarse secuencias de aminoácidos en ambos extremos
o en el interior de la proteína. La proteólisis en el retículo endoplasmático y en
el aparato de Golgi son, por ejemplo, esenciales en la maduración de la insulina; la
preproinsulina codificada por el ARNm es introducida en el retículo
endoplasmático; una peptidasa la corta y origina la proinsulina que se pliega para
formar los puentes disulfuro correctamente; la proinsulina es transportada al
aparato de Golgi, donde es empaquetada en gránulos de secreción; entonces se
elimina un fragmento (péptido C) por proteólisis originando la insulina funcional,
que es secretada. La hiperproinsulinemia familiar es una enfermedad genética
autosómica dominante causad por en defecto en el proceso de maduración de la
proinsulina, que da lugar a la presencia en el torrente circulatorio de insulina y
de proinsulina en cantidades similares.
Modificación de aminoácidos
Sólo 20 aminoácidos están codificados genéticamente y son incorporados
durante la traducción. Sin embargo, las modificaciones postraducción conducen a
la formación de 100 o más derivados de los aminoácidos. Las modificaciones de
los aminoácidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta
funcionalidad de la proteína.
Son numerosos los ejemplo de modificación postraducción de aminoácidos. La
formación postraducción de puentes disulfuro, básicos en la estabilización de
la estructura terciaria de las proteínas está catalizada por una disulfuro isomerasa.
En las histonas tiene lugar la metilación de las lisinas. En el colágeno abunda el
aminoácido 4-hidroxiprolina, que es el resultado de la hidroxilación de la prolina.
La traducción comienza con el codón "AUG" que es además de señal de inicio
significa el aminoácido metionina, que casi siempre es eliminada por proteólisis.
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5. Papel del Retículo Endoplasmático y del Aparato de Golgi en la Síntesis
Proteica:
En términos generales, se libera en el citoplasma una proteína completa. Las
proteínas más hidrofílicas permanecen en el citosol, en tanto que las proteínas
hidrofóbicas son usualmente atraídas por las membranas y pasan a formar
parte de ellas.
Sin embargo, algunas proteínas no son liberadas nunca en el citosol, sino que
son de inmediato encerradas por el retículo endoplasmático. Esas proteínas
se podrán encontrar más tarde en los lisosomas, los peroxisomas, las
vacuolas de secreción, entre otros. Es sabido, que la inclusión de una proteína
dentro de uno de esos organelos rodeados por membrana se facilita cuando la
síntesis de la proteína se produce en el retículo endoplásmico, dado que éste
es el responsable de la producción de la mayoría de los organelos rodeados
por membranas.
Las células que secretan grandes cantidades de proteínas tienen una fracción
de ribosomas unidos al RE mayor que la de las células que no son secretoras.
Lo que refleja, que hay más RE rugoso en las células secretoras y que una
gran parte de la síntesis de proteína se dan en los ribosomas adheridos a sus
paredes.
6. Inhibidores de la Síntesis Proteica:
Muchos de los antibióticos utilizados para el tratamiento de infecciones
bacterianas, así como, ciertas toxinas funcionan con la inhibición de la traducción.
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La inhibición puede ser efectuada en todas las etapas de la traducción desde la
iniciación a la elongación a la terminación.
Algunos Inhibidores de antibióticos y toxinas en la traducción
Inhibidor Comentarios
Cloranfenicol
Inhibe la petidil transferasa procariótica
EstreptomicinaInhibe la iniciación de la cadena peptídico procariótica, también induce a la lectura errónea de mRNA
Tetraciclina
Inhibe la unión del aminoacil-tRNA procariótico a la subunidad pequeña del ribosoma
Neomicina similar en actividad a la estreptomicina
Eritromicinainhibe la translocación en procariotes a través de la subunidad grande del ribosom
Ácido Fusidicosimilar a eritromicina solamente evitando que EFG se disocie de la subunidad grande
Puromicinase asemeja a un aminoacil-tRNA, interfiere con la transferencia peptídica dando como resultado la terminación prematura en procariotas y eucariotas
Toxina de Difteria
cataliza la ribosilación-ADP de y la inactivación de eEF-2, el eEF-2 contiene un residuo His modificado conocido como diftamida, es este residuo el que es el blanco de la toxina de difteria
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Residuo de diftamida ADP-ribosilada
Ricinaencontrado en habas de ricino, cataliza la ruptura de la subunidad grande de rRNA de los eucariotas
Cicloheximida
inhibe la peptidiltransferasa eucariótica
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CONCLUSIONES GENERALES
Todos los elementos del núcleo sufren grandes transformaciones en
relación con el ciclo de la división celular, por tanto no pueden ser
estudiados si se hace abstracción de este. Será conveniente entonces
tratar lo que ocurre durante las divisiones celulares o mitosis, con
independencia de lo que sucede durante los periodos intermedios o
interfases.
Durante la interfase, periodo en que la célula está lejos de toda división, el
núcleo se presenta al microscopio como un glóbulo mas refringente que el
citoplasma que lo rodea. Por estas razones se solía denominar “periodo de
reposo” a la interfase. La expresión es del todo inapropiada, ya que, en
realidad, durante este pretendido periodo de reposo las cromatinas, que
constituyen el elemento principal del núcleo, ejercen una doble actividad:
a) ACTIVIDAD AUTOCATALÍTICA, que corresponde a su
autoreproducción.
b) ACTIVIDAD HETEROCATALÍTICA, que corresponde a la síntesis de
moléculas de ARN que van a pasar al citoplasma.
La interfase corresponde, por tanto, a un período en el que tienen lugar
intercambios activos entre el núcleo y el citoplasma, y al que podemos
llamar periodo metabólico y toda esta actividad está regulada por el núcleo
con sus estructuras ( membrana, nucleolo, ribosomas, etc…) y funciones.
Dada la gran complejidad que tienen los ribosomas cabe pensar que hay un
número bastante elevado de genes que participan en su formación. La
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biogénesis varía según sea eucariotas o procariotas. En procariotas los
estudios se realizaron sobre E.Coli, a la cual se la hacía crecer en un medio
rico en uracilo rico en carbono 14. Se comprobó que el material que
formaba parte de los ribosomas aparecen dos tipos de partículas de
coeficientes 8 S y 20 S. Al poco tiempo desaparecían y aparecían otras de
26 S y 40 S, estudiandolas se vio que de 26 S tenían un ARN de 16 S y 20
S respectivamente. Al poco tiempo desaparecían y aparecían las
subunidades mayor y menor de los ribosomas de células procariotas.
En eucariotas el origen de los ribosomas está relacionado con los
nucléolos. Un precursor sería el ARN ribosómico 45 S, al poco tiempo
aparecían dos ARN marcados uno de 32 S y otro de 18 S. El 18 S pasaba
rapidamente al citoplasma, el 32 S permanecía cierto tiempo en el interior
hasta que desaparecía
Todos sabemos que los ribosomas se encargan de la síntesis de proteínas
y para esto tiene que realizar varios procesos o faces como la iniciación,
elongación y terminación a este proceso se le denomina TRADUCCIÓN.
Es muy importante conocer más acerca de los ribosomas que no
solamente se encarga de una simple síntesis sino que juega un papel
importante en la vida de la célula ya que sin los ribosomas la célula no
podría realizar sus funciones vitales.
Los Ribosomas se encuentran presentes en las células eucariotas y
procariotas; existen 4 tipos de ribosomas el mensajero , el de transferencia,
el mitocondrial y el de plastos.
De todo lo leído de cromatina podemos concluir brevemente que la
cromatina es la sustancia fundamental del núcleo celular. ¿Por qué hacer
una afirmación de esa magnitud? Pues veamos:
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Su constitución química es simplemente filamentos de ADN en distintos
grados de condensación. Existen tantos filamentos como cromosomas
presente la célula en el momento de la división celular. La cromatina se
forma cuando los cromosomas se descondensan luego de la división celular
o mitosis, aunque el tema genérico es núcleo interfásico quise aclarar esos
puntos.
Existen diversos tipos de cromatina según el grado de condensación del
ADN. Este ADN se enrolla alrededor de unas proteínas específicas, las
histonas, formando los nucleosomas ( 8 proteínas histónicas + una fibra de
ADN de 200 pares de bases). Cada nucleosoma se asocia a un tipo
diferente de histona la H1 y se forma la cromatina condensada.
La función de la cromatina es: proporcionar la información genética
necesaria para que los orgánulos celulares puedan realizar la transcripción
y síntesis de proteínas; también conservan y transmiten la información
genética contenida en el ADN, duplicando el ADN en la reproducción
celular.
En cuanto a la síntesis de proteínas, se observó que es un proceso
complejo que requiere de diversos componentes. La Síntesis de proteínas,
no sólo se refiere a la Traducción, sino que también abarca otras etapas
anteriores a ella, tales como la acomodación de los aminoácidos antes de la
Traducción.
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