INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD ALTAMIRANO.
UNIDAD # 7 "TRADUCCIÓN DEL ARN MENSAJERO".
LICENCIATURA EN BIOLOGIA VI SEMESTRE.
MATERIA: BIOLOGIA MOLECULAR.
ALUMNO: CANDIDO TORRES SANTIBAÑEZ.
CON # DE CONTROL: 09930058.
PROFESOR: FRANCISCO JAVIER PUCHE ACOSTA.
MAYO/ 2012.
OBJETIVO
GENERAL(ES) DEL CURSO
El alumno entenderá las bases moleculares del control de la expresión génica y de la manipulación del ADN mediante el empleo de las diferentes técnicas moleculares que le permitan desarrollar proyectos de investigación básica y aplicada.
OBJETIVOS DE LA UNIDAD.
Conocer
los eventos de síntesis proteica, la especificidad de la maquinaria enzimática
y su implicación en la farmacología (inhibición de la síntesis proteica por
antibióticos.
UNIDAD # 7; TRADUCCIÓN DEL ARN MENSAJERO
7.1
El código genético
7.2
El papel del ARN en la síntesis de proteínas.
7.2.1
Tipos de ARN.
7.2.2
Estructura ribosomal.
7.2.3
Procariótico
7.2.4
Eucariótico
7.3 Etapas de la síntesis de proteínas en org. procarióticos.
7.4
Etapas de la síntesis de proteínas en org. eucarióticos.
7.4.1
Modificación de proteínas postraducción
INTRODUCCIÓN
La traducción genética: es el
segundo proceso de la síntesis proteica (parte del proceso general de la expresión génica). La
traducción ocurre tanto en el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas, como también en el retículo
endoplasmático rugoso (RER). Los
ribosomas están formados por una subunidad pequeña y una grande que rodean al
ARNm.
En la traducción, el ARN mensajero se decodifica para producir un polipéptido específico de acuerdo con las reglas especificadas por el código genético. Es el
proceso que convierte una secuencia de ARNm en una cadena de aminoácidos para
formar una proteína. Es necesario que la traducción venga precedida de un
proceso de transcripción.
El proceso de traducción tiene cuatro fases: activación, iniciación, elongación
y terminación (entre todos describen el crecimiento de la cadena de
aminoácidos, o polipéptido, que es el producto de la traducción).
En la activación, el aminoácido (AA) correcto se une al ARN de transferencia (ARNt) correcto. Aunque técnicamente esto no es un paso de la traducción, es
necesario para que se produzca la traducción. El AA se une por su grupo
carboxilo con el OH 3' del ARNt mediante un enlace de tipo éster. Cuando el
ARNt está enlazado con un aminoácido, se dice que está "cargado".
La
iniciación supone que la subunidad pequeña del ribosoma se enlaza con el
extremo 5' del ARNm con la ayuda de factores de iniciación (FI), otras
proteínas que asisten el proceso. La elongación ocurre cuando el siguiente
aminoacil-ARNt (el ARNt cargado) de la secuencia se enlaza con el ribosoma
además de con un GTP y un factor de elongación. La terminación del polipéptido
sucede cuando la zona A del ribosoma se encuentra con un codón de parada (sin
sentido), que son el UAA, UAG o UGA.
Cuando esto sucede, ningún ARNt puede
reconocerlo, pero el factor de liberación puede reconocer los codones sin
sentido y provoca la liberación de la cadena polipeptídica. La capacidad de
desactivar o inhibir la traducción de la biosíntesis de proteínas se utiliza enantibióticos como la anisomicina,
la cicloheximida, el cloranfenicol y la tetraciclina.
MECANISMO BASICO.
El ARNm porta información genética codificada en forma de secuencia de ribonucleótidos desde los
cromosomas hasta los ribosomas. Los ribonucleótidos son "leídos" por
la maquinaria traductora en una secuencia de tripletes de nucleótidos llamados codones. Cada uno de estos tripletes codifica un aminoácido específico.
El ribosoma y las moléculas de ARNt traducen este
código para producir proteínas. El ribosoma es una estructura con
varias subunidades que contiene ARNr y proteínas. Es la "fábrica" en la que se montan
los aminoácidos para formar proteínas.
El ARNt son pequeñas cadenas de ARN no
codificador (de 74-93 nucleótidos) que transportan aminoácidos al ribosoma. Los
ARNt tienen un lugar para anclarse al aminoácido, y un lugar llamado anticodón.
El anticodón es un triplete de ARN complementario al triplete de ARNm que
codifica a su aminoácido. Laaminoacil-ARNt sintetasa (una enzima) cataliza el enlace entre los ARNt específicos y los
aminoácidos que concuerdan con sus anticodones.
El producto de esta reacción es
una molécula de aminoacil-ARNt. Esta aminoacil-ARNt viaja al interior del
ribosoma, donde los codones de ARNm se enfrentan con los anticodones
específicos del ARNt mediante el
emparejamiento de bases. Luego se utilizan los aminoácidos que portan los ARNt
para montar una proteína.
La energía requerida para traducir proteínas es
significativa. Para una proteína que contenga n aminoácidos, el número de enlaces
fosfato de alta energía necesarios para traducirla es 4n-1. Es también el proceso mediante el que los
ribosomas utilizan la secuencia de codones del ARNm para producir un
polipéptido con una secuencia particular de aminoácidos.
Esquema del mecanismo de traducción.
METODOLOGÍA
La metodología
que se utiliza son los pasos a seguir para la manifestación y
desenlace de la unidad # 6 y con sus correspondientes subtemas:
realizando enlaces de acuerdo a lo manifestado en clases de la unidad por
el maestro y hacer conclusiones a lo entendido al final de la unidad de todos
los subtemas, publicando lo más interesante yde cada tema visto en clase. y
trabajos o ensayos obtenidos correspondiente a cada clase.
UNIDAD 7 TRADUCCIÓN DEL
ARN MENSAJERO
La traducción del ARNm consiste en:
La síntesis de las
proteínas mediante la unión aminoácidos según el orden establecido por la secuencia
de nucleótidos del ARNm y el códiNgo genético.
7.1 EL CÓDIGO
GENÉTICO
El código
genético es un conjunto de
normas por las que la información codificada en el material genético
(secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (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. El ARN se basa en transportar un mensaje del ADN a la
molécula correspondiente
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.
Son 14 los codones que pueden acabar variando, pudiendose encontrar algunos casos como las mitocondrias de levaduras en las que son 9 los codones distintos. En procariotas, el codón UGA que en determinados contextos puede determinar el aminoácido selenocisteína (Cys que en lugar de S tiene Se). Este aminoácido se incorpora durante la traducción, no surge de modificación postraduccional.
El código no parece haber sido asignado al azar, sino siguiendo una lógica adaptativa para minimizar los efectos de las mutaciones. Así, transiciones en la tercera base del codón no alteran el aminoácido correspontiente, los codones con U en la segunda posición corresponden a aminoácidos hidrófobos, y los que tienen A en la segunda posición son hidrófilos.
La señal de inicio comúnmente utilizada en la traducción es AUG.
De forma muy excepcional, los procariotas pueden usar los codones GUG o UUG como inicios de traducción, incorporando en cualquiera de los casos fMet. Así que todas las proteínas comienzan por Met, aunque luego se puedan procesar postraduccionalmente y perderla.
Las señales de parada son las casi universales UAG (ámbar), UAA (ocre), y UGA (ópalo). El que 3 de 64 codones sean de parada indicaría que la síntesis de proteínas se detendría cada 21 aminoácidos (3/64 = 1/21). Pero en la región estructural de los genes de proteínas la frecuencia de los codones de parada es inferior a lo esperado para permitir unos marcos abiertos de lectura muy extensos.
La frecuencia con la que se usa un aminoácido un un marco abierto de lectura se correlaciona bastante bien con la cantidad de codones que utiliza. Así, Trp y Met son los que sólo tienen un codón y se usan poco, mientras que Leu y Ser que tienen 6 codones son muy abundantes. La excepción es la Arg que es muy poco abundante a pesar de tener 4 codones. Se debe a que 4 de ellos empiezan por GC, doblete especialmente infrecuente en las zonas codificantes del DNA.
7.2 EL PAPEL DEL ARN
EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.
La biosíntesis de proteínas es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas. El proceso consta de dos etapas, la traducción del ARN mensajero, mediante el cual
los aminoácidos del polipéptido son ordenados de manera precisa a partir de la
información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN, y las
modificaciones postraducción que sufren lospolipéptidos así formados hasta alcanzar su estado funcional. Dado que la
traducción es la fase más importante la biosíntesis de proteínas a menudo se considera sinónimo de traducción.
ARN implicado en la sintesis de proteinas.
ribosoma 50S mostrando el ARNr (amarillo), las
proteínas (azul) y elcentro activo,
la adenina 2486 (rojo)
7.2.1 TIPOS DE ARN.
El ARN mensajero (ARNm) es el tipo de
ARN que lleva la información del ADN a los ribosomas, el lugar de la síntesis de proteínas. La secuencia de
nucleótidos del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. Por ello, el ARNm es
denominado ARN codificante.
No obstante, muchos ARN no codifican
proteínas, y reciben el nombre de ARN no codificantes; se originan a
partir de genes propios (genes ARN), o son los intrones rechazados durante el proceso de splicing.
Son ARN no codificantes el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr), que son
elementos fundamentales en el proceso de traducción, y diversos tipos de
ARN reguladores.
Ciertos ARN no codificantes,
denominados ribozimas, son
capaces de catalizar reacciones químicas como cortar y unir
otras moléculas de ARN, o formar enlaces peptídicos entre aminoácidos en el ribosoma
durante la síntesis de proteínas.
El ARN mensajero (ARNm o RNAm) lleva la información sobre la secuencia de
aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el
ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto,
una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína y el apelativo de
"mensajero" es del todo descriptivo.
§ En eucariotas, el ARNm se sintetiza en
el nucleoplasma del núcleo celular y
de allí accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a través de los poros
de la envoltura nuclear.
Los ARN de transferencia (ARNt) son
cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfiere un aminoácido específico
al polipéptido en crecimiento; se unen a
lugares específicos del ribosoma durante la traducción. Tienen un sitio
específico para la fijación del aminoácido (extremo 3') y un anticodón formado
por un triplete de nucleótidos que se une alcodón complementario
del ARNm mediante puentes de hidrógeno.
El ARN ribosómico (ARNr o RNAr) se halla combinado con
proteínas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los
mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos moléculas
de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor
contiene tres moléculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el
armazón constituido por los ARNr se asocian proteínas específicas. El ARNr es
muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de
las células eucariotas. Los ARN ribosómicos son el componente catalítico
de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptídicos entre los
aminoácidos del polipéptido en formación durante la síntesis de proteínas;
actúan, pues, como ribozimas.
ARN
reguladores
Muchos tipos de ARN regulan la expresión génica gracias a que son
complementarios de regiones específicas del ARNm o de genes del ADN. .
Los ARN interferentes (ARNi o iRNA)
son moléculas de ARN que suprimen la expresión de genes específicos mediante
mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o
interferencia por ARN. Los ARN interferentes son moléculas pequeñas (de 20 a 25
nucléotidos) que se generan por fragmentación de precursores más largos. Se
pueden clasificar en tres grandes grupos:
§ Micro ARN.
Los micro ARN (miARN o RNAmi) son cadenas cortas de 21 ó 22 nucleótidos
hallados en células eucariotas que se generan a partir de precursores
específicos codificados en el genoma. Al transcribirse, se pliegan en
horquillas intramoleculares y luego se unen a enzimas formando un complejo
efector que puede bloquear la traducción del ARNm o acelerar su degradación
comenzando por la eliminación enzimática de la cola poli A.
§ ARN interferente pequeño. Los ARN interferentes pequeño (ARNip
o siARN),
formados por 20-25 nucleótidos, se producen con frecuencia por rotura de
ARN virales,
pero pueden ser también de origen endógeno.
Tras la transcripción se ensambla
en un complejo proteico denominado RISC (RNA-induced silencing complex)
que identifica el ARNm complementario que es cortado en dos mitades que son
degradadas por la maquinaria celular, bloquean así la expresión del gen.
§ ARN asociados a Piwi.34 Los
ARN asociados a Piwi son cadenas de 29-30 nucleótidos, propias de animales;
se generan a partir de precursores largos monocatenarios, en un proceso que es
independiente de Drosha y Dicer. Estos ARN pequeños
se asocian con una subfamilia de las proteínas "Argonauta" denominada
proteínas Piwi. Son activos las células de la línea germinal;
se cree que son un sistema defensivo contra los transposones y
que juegan algún papel en lagametogénesis.
Un ARN antisentido es la hebra complementaria (no
codificadora) de un hebra ARNm (codificadora). La mayoría inhiben genes, pero
unos pocos activan la transcripción.37 El
ARN antisentido se aparea con su ARNm complementario formando una molécula de
doble hebra que no puede traducirse y es degradada enzimáticamente.38 La
introducción de un transgen codificante para un ARNm
antisentido es una técnica usada para bloquear la expresión de un gen de
interés. Un mARN antisentido marcado radioactivamente puede usarse para mostrar
el nivel de transcripción de genes en varios tipos de células. Algunos tipos
estructurales antisentidos son experimentales, ya que se usan como terapia antisentido.
Muchos ARN largos no codificantes (ARNnc largo o long ncARN) regulan la
expresión génica en eucariotas; uno de ellos es el Xist que recubre uno de los dos cromosomas X en
las hembras de los mamíferos inactivándolo
(corpúsculo de Barr).
§ Riboswitch. Un riboswitch es una parte del ARNm
(ácido ribonucleico mensajero) al cual pueden unirse pequeñas moléculas que
afectan la actividad del gen.
Por
tanto, un ARNm que contenga un riboswitch está directamente implicado en la
regulación de su propia actividad que depende de la presencia o ausencia de la
molécula señalizadora. Tales riboswitchs se hallan en la región no traducida 5'
(5'-UTR), situada antes del codón de inicio (AUG), y/o en la región no
traducida 3' (3'-UTR), también llamada secuancia de arrastre,situada
entre el codón de terminación (UAG, UAA o UGA) y la cola poli A.
§ Ribozimas.
El ARN puede actuar como biocatalizador.
Ciertos ARN se asocian a proteínas formando ribonucleoproteínas y se ha comprobado que
es la subunidad de ARN la que lleva a cabo las reacciones catalíticas; estos
ARN realizan las reacciones in vitroen ausencia de proteína. Se
conocen cinco tipos de ribozimas; tres de ellos llevan a cabo reacciones de
automodificación, como eliminación de intrones o
autocorte, mientras que los otros (ribonucleasa P y ARN
ribosómico) actúan sobre substratos distintos.
Así,
la ribonucleasa P corta un ARN precursor en moléculas de ARNt,
mientras
que el ARN ribosómico realiza elenlace peptídico durante la síntesis proteica
ribosomal.
§ Espliceosoma.
Los intrones son
separados del pre-ARNm durante el proceso conocido como splicing por
los espliceosomas, que contienen numerosos ARN pequeños
nucleares (ARNpn
o snRNA).45 En
otros casos, los propios intrones actúan como ribozimasy
se separan a si mismos de los exones.
Los ARN pequeños nucleolares (ARNpno o snoRNA), hallados en el nucléolo y
en los cuerpos de Cajal, dirigen la modificación de
nucleótidos de otros ARN;
el
proceso consiste en transformar alguna de las cuatro bases nitrogenadas típicas
(A, C, U, G) en otras. Los ARNpno se asocian con enzimas y los guían
apareándose con secuencias específicas del ARN al que modificarán. Los ARNr y
los ARNt contienen muchos nucleótidos modificados ARN mitocondrial.
La mitocondrias tienen
su propio aparato de síntesis proteica, que incluye ARNr (en los ribosomas),
ARNt y ARNm. Los ARN mitocondriales (ARNmt o mtARN) representan el
4% del ARN celular total. Son transcritos por una ARN polimerasa mitocondrial
específica
RNA mensajero, y se encarga de llevar la información de los genes a
formar proteinas.
RNA trasferente (RNAt) funcionan como trasportadores que llevan los
aminoácidos hasta el RNAm durante el proceso de traducción (síntesis de
proteinas).
RNA ribosomicos (RNAr) son componentes de los ribosomas, complejos
moleculares que actuan coordinando el ensamblaje de las proteinas. Los
ribosomas estan constituidos por varios tipos de RNAr y alrededor de 100
proteinas diferentes.
hnRNA: es el precursor del mRNA. Su tamaño es muy heterogéneo (de 0,2 a 30 kb, aunque la mayoría entre 5 y 8 kb) y la vida media muy breve. En cuanto se sintetiza, se le unen proteínas, formando el hnRNP. Más del 70% del hnRNA se degrada en el núcleo sin conseguir madurar correctamente.
pre-rRNA: es el precursor de los rRNA (el más abundante en las células) y se localiza en el núcleo. La mitad del que se sintetiza se degrada en el núcleo sin llegar a formar un rRNA maduro.
pre-tRNA: es el precursor de los tRNA.
snRNA: se trata de RNA nucleares pequeños y monocatenarios que miden de 50 a 300 nt. Tienen sus propios promotores. Uno de ellos (el snRNA 7SL) se ha descubierto que se encuentra finalmente en el retículo endoplásmico para el transporte de proteínas, por lo que se le denomina frecuentemente scRNA.
snoRNA: RNA nucleolares pequeños y monocatenarios que se obtienen por el ayuste de los intrones, aunque algunos tienen sus propios promotores. Actúan asociados a proteínas, formando las snoRNP. Éstas sirven para ayudar a procesar el pre-rRNA 45S, guiar sus modificaciones covalentes (por ejemplo, metilación de la ribosa en los rRNA o la formación de seudouridinas), y madurar los tRNA. También se suele considerar que este tipo de RNA es el que hace de plantilla para los telómeros.
Muchos de los snRNA y snoRNA se están encontrando en lo que antes se denominaba DNA chatarra o basura (junk DNA). Por ejemplo, el gen UHG de mamíferos que codifica los snoRNA U22 y U25 a U31 en sus intrones, mientras que su mRNA maduro no codifica nada, degradándose rápidamente en la célula.
miRNA: es el microRNA, pequeñas moléculas de RNA monocatenario que regulan la transcripción de determinados mRNA mediante ribointerferencia, o se unen al 3'UTR de un mRNA y bloquean su traducción. Se transcriben a partir de su propio promotor. Forman parte de este tipo de RNA los stRNA (small temporal RNA) y su precursor, el shRNA (small hairpin RNA).
siRNA: son los RNA interferentes pequeños que se obtienen por la degradación de dsRNA en fragmentos de 21 a 25 nt y que permiten degradar los mRNA complementarios a ellos. Estos siRNA surgen del corte endonucleolítico de los RNA aberrantes celulares.
7.2.2 ESTRUCTURA
RIBOSOMAL.
Los ribosomas son complejos macromoleculares de
proteínas y ácido ribonucleico (ARN) que se encuentran en el citoplasma,
en las mitocondrias,
enretículo endoplasmatico y en los cloroplastos.
Son un complejo molecular encargado 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 en eucariotas).
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 losespermatozoides).
Los ribosomas no se definen como orgánulos, ya que
no existen endomembranas en su estructura.
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, estas
macromoléculas aparecen en diferentes estados de disociación.
Cuando están completas, pueden estar aisladas o formando grupos (polisomas).
Las proteínas
sintetizadas por los ribosomas actúan principalmente en el citosol; también
pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana
nuclear, y las proteínas que sintetizan son sobre todo para la
exportación.
Tanto
el ARNr como las subunidades de los ribosomas
se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En las células
eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de eucariotas, así como en procariotas,
son 70 S.
SUBUNIDAD PEQUEÑA
La organización básica y la función principal de los ribosomas está conservada (con pequeña variación en los detalles) en todos los organismos procariontes y eucariotas. El ribosoma es un gran complejo ribonucleoproteico constituido por dos subunidades. Cada subunidad está construida de RNA y proteínas.
La subunidad pequeña controla la lectura de la información genética almacenada en los genes y que ha sido transcrita en mRNA. La identidad del aminoácido que se añade a la cadena poli peptídica en crecimiento está controlada por esta subunidad al guiar y controlar la fidelidad de la interacción de decodificación codón-anti codón, el apareamiento complementario entre la secuencia nucleotídica del codón del mRNA y del anti codón del tRNA.
Por otra parte, la subunidad grande del ribosoma es la responsable de llevar a cabo las reacciones que conducen a la formación del enlace péptido (contiene la actividad peptidil-transferasa) entre cada uno de los aminoácidos que constituye una proteína y que son añadidos secuencial mente a una cadena poli peptídica en crecimiento en el ribosoma.
7.2.3 PROCARIÓTICO
Estructura
general del ribosoma procariota
En bacterias,
la subunidad 50S es aproximadamente dos veces la masa de la subunidad 30S, y en
ambas, aproximadamente 2/3 de su peso se debe al ARNr mientras que el resto del
peso es atribuible a la parte proteica del ribosoma. La subunidad 30S tiene una
forma más o menos trapezoidal cuando se tiene una vista frontal desde la zona
de interacción de subunidades (Figura 1.2) y es uniformemente estrecha cuando se
tiene una visión lateral. En la subunidad 30S se distinguen la cabeza y cuerpo.
Del cuerpo salen dos lóbulos hacia arriba, denominados “plataforma” y “espalda”.
A la hendidura que se forma entre la
plataforma y la cabeza se la conoce por ser el centro de decodificación.
La subunidad
50S tiene una forma aproximadamente hemisférica enfrentada a la subunidad 30S por
su lado liso. Desde la región de interacción entre subunidades se distinguen 3 protuberancias:
el tallo L7/L12 que se extiende a lo largo de su base, la protuberancia central
y el tallo L1. El tallo L7/L12, formado por las proteínas diméricas L7/L12, a
veces puede estar ausente en mapas de microscopía electrónica debido a su
elevada flexibilidad. La protuberancia central está formada, en su mayor parte,
por el ARNr 5S. Al contrario que el tallo L7/L12, el tallo L1 está siempre bien definido,
formado por la proteína ribosomal L1 y parte del ARNr En un ribosoma 70S, las dos subunidades se
enfrentan de tal manera que se crea un espacio de morfología complejo (Figura
1.3): el espacio entre subunidades, por donde irán circulando los ARNt durante
la traducción. El ensamblaje se mantiene mediante diversos puentes que se crean
entre subunidades. Existe un total de 12 puentes entre subunidades creados por
más de 30 interacciones individuales y la mayoría de ellos involucran contactos entre ARNr (Yusupov et al., 2001).
Sin embargo, los puentes que se crean entre subunidades no confieren al
ribosoma 70S una estructura totalmente rígida. La naturaleza dinámica del
proceso de traducción implica que el ribosoma sea una estructura flexible con
componentes móviles que posibiliten su función (Spirin, 1969).
Figura 1.3.
Ensamblaje de las subunidades ribosomales en un ribosoma 70S y sus diferentes
vistas; (A) vista frontal, (B) vista superior desde la subunidad 50S (coloreada
en azul), (C) vista inferior desde la subunidad 30S (coloreada en amarillo)
7.2.4 EUCARIÓTICO
En eucariotas, los ribosomas tienen un coeficiente
de sedimentación de
80 S. Su peso molecular es de 4.194 Kd.
Contienen un 43% de ARNr y 57% de 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.
ARN
mensajero. Contiene la información que ha transcrito del ADN la cual se lee por
tripletes, por secuencias de tres letras; a cada una de las cuales se le llama
codón. Para cada codón hay un ARNt, con su respectivo anticodón, de modo que en
la síntesis de proteínas cada aminoácido queda colocado de manera específica,
de acuerdo con el mensaje genético del ARNm (Velázquez, 2007).
En
los eucariontes, la síntesis de proteínas se lleva a cabo en tres etapas
distintas: iniciación, elongación o alargamiento y terminación.
La estructura eucariotas es
básicamente el mismo que el de procariotas, con las diferencias principales:
- El ribosoma y sus subunidades son más grandes (40S + 60 S → 80S).
- Los rRNA son mayores y hay más proteínas por subunidad ribosómica.
- La subunidad mayor contiene los rRNA 28S y 5S, pero además una 5,8S adicional que no existe en los procariotas.
- El ribosoma no tiene sitio E.
7.3 ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS EN ORGANISMOS PROCARIÓTICOS.
Las enzimas que unen los
aminoácidos a sus tRNA son las aminoacíl-tRNA ligasas,
una para cada aminoácido en bacterias, que reconoce los diferentes tRNA que usa
el aminoácido. Las hay de dos tipos y su
papel es esencial para la fidelidad de la síntesis proteica.
La traducción de un mensaje del
mRNA puede dividirse en tres fases: iniciación, elongación y terminación, fases
en las que se necesitan factores
de traducción: factores de iniciación (IFs),
factores de elongación (EFs) y factores de liberación (RFs).
INICIO DE LA
TRADUCCIÓN
Se comienza con la subunidad
menor sola. IF-1 se une a la base del sitio A para forzar que el primer fMet-tRNA
entre en el sitio P.
IF-3 se le necesita para
estabilizar la subunidad 30S IF-2 sirve para depositar el
aminoacil-tRNA (fMet-tRNA en este caso) en el ribosoma.
Los 3 IF junto con el mRNA, el
fMet-tRNA y la subunidad 30S forman el complejo de iniciación}
El tRNA iniciador que reconoce el AUG (en ocasiones GUG y raramente UUG) es especial ya que porta una formil-Met, presenta modificaciones postranscripcionales específicas, sólo puede usarse en iniciación, y es el único capaz de entrar en el sitio P (no el A) sin la subunidad mayor del ribosoma. |
ELONGACIÓN
El crecimiento de la cadena
polipeptídica en el ribosoma es un proceso cíclico que se repite tantas veces
como aminoácidos se incorporen. Cada ciclo consta de 4 pasos: ubicación
del nuevo aa-tRNA, verificación o corrección del aminoácido introducido,
formación del enlace peptídico y translocación. Los sitios E y A cooperan
negativamente puesto que nunca que encuentran ocupados a la vez.
-Ubicación
El tRNA aminoacilado se dirige al
sitio A con el factor de elongación EF-Tu (EF-1A), que al igual que
IF-2, lleva GTP. Cuando el aminoacil-tRNA se aloja en el sitio A, el GTP se
hidroliza y se libera EF-Tu/GDP.
-Corrección
Para dejar el aa-tRNA en su
sitio, EF-Tu tiene que hidrolizar el GTP. Esto es un proceso relativamente
lento, que da tiempo a verificar el apareamiento codón-anticodón. Si el
apareamiento codón-anticodón es incorrecto, el aminoacil-tRNA se rechaza y
queda de nuevo libre el sitio A para aceptar el aminoacil-tRNA correcto.
-Transpeptidación
La cadena polipeptídica
enganchada al tRNA del sitio P se transfiere sobre el aminoácido transportado
por el tRNA del sitio A. Esta transferencia la cataliza el sitio peptidil
transferasa de la subunidad 50S. Concretamente, el rRNA 23S alojado en este
sitio catalítico es quien realiza la función catalítica fundamental, actuando
como ribozima.
El sitio peptidil transferasa también
impide que la cadena naciente se hidrolice del tRNA al que va unida, evitando
la terminación prematura. Lo consigue evitando la entrada de moléculas de agua
al centro activo peptidil transferasa, esencialmente mediante un entorno
hidrófobo.
-Translocación
(traslado)
El tRNA descargado del sitio P se
transfiere al E y el tRNA que tiene el péptido en el sitio A pasa al P. El
desplazamiento hace que el ribosoma avance 3 nt por el mRNA.
Tras la translocación, la
cooperación negativa entre E y A hace que no pueda entrar otro aa-tRNA nuevo en
A hasta que el que hay en E no ha salido. En este momento se ha completado el
ciclo, con la diferencia de que ahora la cadena polipeptídica ha crecido en un
residuo y el ribosoma está desplazado 3 nt en el mRNA.
TERMINACION
Determina la conclusión
de la síntesis de la proteína cuando el sitio A del ribosoma es abordado por el
codón de terminación del ARNm (UUA, UGA o UAG, indistintamente). Ello deja
al sitio A sin el esperado aminoacil-ARNtAA, aunque pronto es
ocupado por un factor de terminación
llamado eRF (eucaryotic releasing factor), que sabe reconocer a los tres
codones de terminación.
En síntesis la terminación de la cadena polipeptídica
está señalada por el ARNm mediante un codón que no especifica la incorporación
de ningún aminoácido . Ese codón de terminación puede ser UUA, UGA o UAG, y
sobre él no se une ningún ARNt. En cambio, es reconocido por dos proteínas llamadas
factores de liberación (eRF). Cuando esto sucede, la proteína terminada se
libera del último ARNt, que también se separa del ARNm. Por último también se
disocian las subunidades ribosómicas. Todos
estos elementos pueden ser reutilizados en una nueva síntesis.
7.4 ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS EN ORGANISMOS EUCARIÓTICOS.
El mecanismo de eucariotas es
básicamente el mismo que el de procariotas, con la mayor parte de las
diferencias acumuladas en la iniciación. Las principales son:
- El ribosoma y sus subunidades son más grandes (40S + 60 S → 80S).
- Los rRNA son mayores y hay más proteínas por subunidad ribosómica.
- La subunidad mayor contiene los rRNA 28S y 5S, pero además una 5,8S adicional que no existe en los procariotas.
- El ribosoma no tiene sitio E.
- El mRNA es diferente y sus elementos distintivos son importantes.
- Durante el viaje al citoplasma, el mRNA puede adquirir una estructura secundaria que el ribosoma tiene que eliminar antes de traducirlo.
- El codón de iniciación es siempre AUG y no hay secuencias Shine-Dalgarno.
- La Met iniciadora no está formilada.
- El mRNA tiene que prepararse para interaccionar con el ribosoma.
- Los factores de traducción son distintos (aunque muchos tienen funciones análogas) y se nombran comenzando por «e».
Inicio en los eucariotas
eIF-6
estabiliza la subunidad 60S del ribosoma. eIF-3, eIF-1 y eIF-1A
se unen a la subunidad menor. Junto con el aa-tRNA unido a eIF-2, van a
formar el complejo 43S. Como en procariotas, los aa-tRNA
llegan acompañados de un factor (eIF-2) que se reciclará mediante el factor eIF-2B.
Gracias a eIF-5B, el Met-tRNAi se coloca correctamente.
El mRNA es reconocido por eIF-4F
a través de la caperuza. El complejo 43S se une al mRNA/eIF-4F y comienza a
rastrear el mRNA desde su extremo 5’ en busca del AUG iniciador (normalmente el
primero). Este rastreo es necesario para deshacer las estructuras secundarias
que se han producido en el traslado del mRNA desde el núcleo hasta el
citoplasma.
Una vez que lo encuentra se forma el complejo de iniciación
48S. eIF-1 y eIF-1A estabilizan este complejo además de
catalizar su disociación si este complejo fuera artefactual.
eIF-4G
sirve de punto de anclaje de formación de todos los factores que componen
eIF-4F, además de interaccionar con eIF-3 y PABP. eIF-4E reconoce la
caperuza. eIF-4A tiene la misión es relajar los 15 primeros nucleótidos
del mRNA, así como ayudar en la migración del ribosoma para buscar el AUG
iniciador.
En la migración le asiste eIF-4B. eIF-3 podría ser una
especie de pinza que, mediante interacciones con eIF-1 y complementariedad con
los rRNA, estabiliza el complejo 48S e interacciona con eIF-4G.
El mRNA no está unido linealmente
al ribosoma, sino formando una estructura circular por la interacción de PABP
con eIF-4G. Esta estructura permite una reiniciación de la traducción del mRNA
muy eficiente, incluso reciclando el mismo ribosoma. De hecho, la eficiencia de
la traducción está estrechamente ligada a la longitud del poli-A.
eIF-5 activa la actividad GTPasa
de eIF-2 para indicar que el rastreo del AUG ha concluido y liberar todos los
factores.
Cuando la subunidad mayor se une,
se libera eIF-6 y se forma el complejo de iniciación 80S,
con el Met-tRNAi en el sitio P. El Met-tRNAi, como en procariotas, no se usará
luego en la elongación.
El Met-tRNAi que ha entrado con
eIF-2, como en procariotas, no se usará luego en la elongación a pesar de
llevar una Met sin formilar. El GTP unido a eIF-2 se hidroliza por la
intervención de eIF-5, y es la señal que indica que se ha encontrado el
AUG iniciador, provocando la liberación de todos los factores, incluido los
propios eIF-2 y eIF-5. El factor eIF2 se reciclará mediante el factor eIF-2B
con consumo de ATP y es un punto de regulación estrecha.
La subunidad mayor 50S unida a eIF-6 —que sirve
para mantenerla separada de la subunidad 30S— se asocia a la menor, se
desprende eIF-6 y se forma el complejo de iniciación 80S, con el
Met-tRNAi en el sitio p.
Elongación en los
eucariotas
Los factores de elongación que intervienen en eucariotas son
análogos a los procariotas:
·
eEF-1α que es una proteína G, análogo a EF-Tu
(EF-1A) [el que aporta los aminoacil-tRNA al ribosoma]. Reconoce cualquier tRNA
menos el iniciador. Como no tiene afinidad por el ribosoma, se desprende de él
cuando el aa-tRNA se fija al ribosoma con hidrólisis de GTP.
·
eEF-1βγ que es análogo a EF-Ts (EF-1B) [su
función es reciclar y regenerar el eEF-1α],
·
eEF-2 es otra proteína G análoga a EF-G (EF-2)
que interviene en la translocación del ribosoma.
7.4.1 MODIFICACIÓN DE
PROTEÍNAS POSTRADUCCIÓN
- debe plegarse para formar la estructura terciara (o cuaternaria) correcta
- han de sufrir modificaciones postraduccionales como formación de disulfuros, hidroxilaciones, etc
- han de alcanzar también su localización final donde muy habitualmente van a sufrir rupturas proteolíticas específicas
- se recambian si son erróneas o si son muy «viejas»
Todos estos puden ocurrir secuencialmente, pero
habitualmente son simultáneos.
-Plegamiento
Todavía no se sabe con certeza
cómo la información de una secuencia primaria de aminoácidos guía su estructura
tridimensional. El plegamiento comienza en cuanto se sintetizan más de 30 aa
—son los que el ribosoma protege—. Por ejemplo, la ß-galactosidasa comienza a
formar los tetrámeros antes de terminar cada monómero.
La importancia del plegamiento se
refleja en que algunas enfermedades tienen su base molecular en proteínas mal
plegadas: - La enfermedad de Alzheimer se origina en la acumulación de la proteína ß-amiloide mal plegada
- La
enfermedad de las vacas locas, scrapie en ovejas o enfermedad de
Creutzfeld-Jacob se debe a la acumulación de la proteína priónica PrP
plegada incorrectamente que además cataliza la conversión de las PrP bien
plegada en una PrP mal plegada.
- La formación de las estructuras secundarias. Con ello se disminuye la entropía (ΔS), por lo que es necesario que la entalpía (ΔH) sea muy negativa para que la energía libre final (ΔG) sea negativa y permita que se formen.
- Eliminación de las interacciones de los residuos hidrófobos con el disolvente acuoso. De esta forma se establece la estructura terciaria. La entalpía del acercamiento de los átomos hidrófobos en el interior esta contrapesado con la ruptura de las interacciones favorables con el disolvente. Sin embargo se gana entropía puesto que se estabilizan las interacciones hidrófobas, se elimina disolvente del interior y se ordena éste en el exterior. En esta etapa es donde la proteína puede caer en un minimo enrgético alternativo.
El ejemplo mejor conocido es el de la proteína GroEL (Hsp60 bacteriana) de E. coli con la proteína acompañante GroES (Hsp10). El plegamiento se produce en el anillo toroidal superior.
Siguiendo las distintas etapas de plegamiento que cataliza la pareja Hsp60/Hsp10 puede verse la gran cantidad de energía que hay que gastar en conseguir el plegamiento correcto y no cualquier otro (el gasto termodinámico necesario para mantener el orden).
Pueden ocurrir una vez finalizada
la síntesis del péptido, una vez liberado del ribosoma o, más frecuentemente,
de forma simultánea a su síntesis. Son muchos los tipos de modificaciones que
se pueden encontrar.
- Aminoácidos
modificables
Sin tener en cuenta
modificaciones del tipo entrecruzamiento, la unión de fosfatidil-inositol, la
formación de piroglutamato, la formación de diftamida, la formación de
al-lisina o la formación de dionas, los aminoácidos que no se suelen modificar
son Gly, Ala (aminoácidos pequeños), Leu, Ile, Val
o Trp (aminoácidos hidrófobos).
- Desformilación
La desformilasa procariótica
elimina el formilo de la fMet en la primera posición de las proteínas al poco
de aparecer el extremo N fuera del ribosoma.
- Puentes disulfuro
Se trata de la formación de un
enlace covalente entre dos Cys de la misma o distintas cadenas polipeptídicas.
Se consigue mediante una reacción redox catalizada por la proteína-disulfuro-isomerasa en
presencia de glutatión, que sufre el proceso inverso (ruptura de su
doble enlace). Si se revierte esta modificación, la proteína se desnaturaliza.
CONCLUSIÓN
Los ribosomas son unas estructuras o partículas citoplásmicas formadas
por ribonucleoproteínas (unión de ARN ribosómicos con proteínas ribosomales).
Los ribosomas en las células eucarióticas se encuentran en la membrana del
retículo endoplasmático. La estructura general de los ribosomas procarióticos y
eucarióticos consta de una subunidad pequeña, una subunidad grande y dos sedes,
la sede aminoacídica (Sede A) lugar de entrada de los ARN-t cargados con un
aminoácido (aminoacil-ARN-t) y la sede peptídica (Sede P) lugar en el que se
encuentran los ARN-t cargados con un péptido (peptidil-ARN-t).
Las constantes
de sedimentación de cada subunidad, los tipos de ARN ribosómico (ARN-r) y las
proteínas ribosomales que forman parte de ambas subunidades en los ribosomas
eucarióticos y procarióticos se indican en la siguiente tabla:
|
Ribosomas
|
Subunidades
|
ARN-r
|
Proteínas ribosomales
|
|
Procarióticos: 70S
66% ARN, 34% proteínas
|
Grande: 50S
|
23S: 2.904 bases
|
31 diferentes (L1-L31)
|
|
5S: 120 bases
|
|||
|
Pequeña: 30S
|
16S: 1541 bases
|
21 diferentes (S1-S21)
|
|
|
Eucarióticos: 80S
60% ARN, 40% proteínas
|
Grande: 60S
|
28S: 4718 bases
|
49 diferentes (L1-L49)
|
|
5,8S: 160 bases
|
|||
|
5S: 120 bases
|
|||
|
Pequeña: 40S
|
18S: 1874 bases
|
33 diferentes (S1-S33)
|
Los genes (ADN-r) que codifican para los ARN-r 28S, 5,8S y 18S que
forman parte de la subunidades grande y pequeña de los ribosomas eucarióticos
se localizan en regiones concretas de los cromosomas, estas regiones reciben el
nombre de Regiones organizadoras nucleolares (NOR).
Además, en cada NOR hay
centenares de copias repetidas en tandem de estos genes. Como se ha indicado en
el capítulo de transcripción estos genes sufren un procesamiento, de manera que
la copia recién transcrita o molécula precursora de los ARN-r tiene un tamaño
mayor (constante de sedimentación 45S en mamíferos).
Los genes que llevan la
información para el ARN 5S se encuentran en otras regiones cromosómicas
diferentes, no están en los NOR.
BIBLIOGRAFIA:
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