TEMA 8 - CODI GENÈTIC (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura genètica molecular
Año del apunte 2015
Páginas 4
Fecha de subida 04/01/2015
Descargas 46
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 8 → CODI GENÈTIC I TRADUCCIÓ EL CODI GENÈTIC • El codi genètic determina com la seqüència de nucleòtids especifica la seqüència de AA de les proteïnes • Amb un experiment es va poder evidenciar la relació entre el genotip i el fenotip i es va establir la hipòtesi de que un gen codificava un enzim: els gens funcionen codificant enzims, i cada gen codifica un enzim separat. Quan la investigació va mostra que algunes proteïnes estaven compostes per més d’una cadena polipeptidica, i que diferents cadenes polipeptidiques estaven codificades per gens separats, es va modificar la hipòtesi com un gen, un polipèptid.
• El codi genètic és un codi de triplets, es necessiten 3 nucleòtids per codó, per formar 1 AA.
• Es degenerat: un AA està codificat per 3 nucleòtids consecutius de l’mRNA, i cada nucleòtid pot tenir una de les 4 bases possibles 4x4x4=64 codons possibles. Tres d’aquests codons són de terminació→ 61 codons codificants per 20 AA, per tant, el codi té més informació de la necessària per especificar els AA i es diu que és un codi degenerat(=múltiples estats físics que tenen un significat equivalent), els AA poden estar especificats per més d’un codó. (excepció del triptòfan i metionina, que només els codifica un sol codó). Els codons que especifiquen un mateix AA s’anomenen sinònims.
-tRNA són molècules adaptadores, que porten a AA particulars units i els entreguen al ribosoma, on es formaran les cadenes polipeptidiques. Cada tipus de tRNA s’uneix a un únic tipus de AA. Les cells de la major part dels organismes tenen entre 30 i 50 tRNA diferents, i tot i així, hi ha només 20 AA diferents. Això implica que alguns AA són transportats per més d’un tRNA. Els diferents tRNA que accepten al mateix A però tenen anticodons diferents s’anomenen tRNA isoacceptors. Alguns codons sinònims codifiquen per diferents isoacceptors.
-Tot i que alguns AA tenen múltiples tRNA (isoacceptors) existeixen més codons que anticodons, degut a que els diferents codons poden a vegades aparellar-se amb el mateix anticodó a través de la flexibilitat en l’aparellament de bases en la tercera posició del codó. (Mirant la taula, molts dels codons sinònims només difereixen en la última lletra del codó) (ex. Alanina →GCU, GCC, GCA i GCG, tots comencen per G C. Quan el codó en l’mRNA i l’anticodó del tRNA s’uneixen, la primera base (51) del codó s’aparella amb la tercera base (3’) de l’anticodó, d’acord amb les regles de Watson i Crisck:A-U i C-G. Llavors, les bases del mig del codó i de l’anticodó s’aparellen i es formen ponts d’hidrogen. Les terceres bases s’aparellen dèbilment i poden presentar flexibilitat en el seu aparellament el que es denomina com a trontoll o titubeig (tambaleo o wobble) -Francis va desenvolupar la hipòtesi del trontoll que proposava que alguns parells de bases no convencionals es podrien produir en la tercera posició del codó. (ex. una G en l’anticodó podria aparellar-se amb una C o una U en la tercera posició del codó. E trontoll permet que alguns tRNA s’aparellin amb més d’un codó d’un mRNA; d’aquesta manera, entre 30-50 tRNA poden aparellarse els 61 codons codificant. Degut al trontoll, alguns codons són sinònims.
• No és ambigu • El codi genètic no es superposa: seqüència de nucleòtids: A U A C G A G U C codi no superposat: A U A C G A G U C Ile Arg Val codi superposat: A U A C G A G U C →Ile A U A C G A G U C→Tyr A U A C G A G U C→Thr un codi es superposa quan un nucleòtid únic pot estar inclòs en més d’un codó.
-per a qualsevol seqüència de nucleòtids hi ha tres conjunts potencials de codons, tres maneres en que la seqüència pot llegir-se en grups de tres. Cada manera diferent de lectura de la seqüència es denomina marc de lectura, i cada seqüència de nucleòtids té tres marcs de lectura potencials. Els tres marcs de lectura tenen conjunts completament diferents de codons i, per tant, especificaran proteïnes amb seqüències d’AA completament diferents. D’aquesta forma, resulta essencial per la maquinarà de traducció fer servir el marc de lectura correcte que s’estableix per un codó d’iniciació, és el primer codó de l’mRNA que especifica per un AA. Després del codó d’iniciació, els altres codons es llegeixen com a grup successius de tres nucleòtids→e l missatge es tradueix en un marc de lectura fix, establert pel codó d’inci.
• Codó d’iniciació: AUG, encara que GUG i UUG es fan servir rarament. El codó d’iniciació no és simplement una seqüència que marca l’inici de la traducció, especifica un AA.
-bacteris: un tipus modificat de metionina, la N-formilmetionina -arqueobacteris i cèl·lules eucariotes: metionina.
• Hi he tres codons de terminació que no codifiquen per cap AA (UAA, UAG i UGA). No hi ha cap molècula de tRNA amb anticodons que s’aparellin amb els codons de terminació.
-anticodó: Grup de tres nucleòtids del tRNA, complementari del codó de l’mRNA, a partir del qual s'inicia la síntesi proteica.
• Universalitat del codi: durant molts anys es va suposar que el codi genètic era universal, el que significa que cada codó especifica el mateix AA en tots els organismes. Actualment sabem que el codi genètic es gairebé, però no completament, universal, ja que s’han trobat algunes excepcions. La major part d’aquestes són els codons de terminació, però hi ha pocs casos on un codó codificant en substitueix a un altre. La majoria de les excepcions es troben als gens dels mitocondris. Altres codons no universals s’han detectat en els gens nuclears dels protozous i el DNA dels bacteris.
• traducció -els AA es formen una proteïna a través de la traducció.
-es dóna als ribosomes; de fet, els ribosomes són maquinària mòbil per a la síntesi de proteïnes. Un ribosoma s’uneix a prop de l’extrem 5’ d’una cadena de mRNA i es mou cap a l’extrem 3’, i tradueix els codons a mesura que avança. La síntesi s’inicia en l’extrem amino de la proteïna, i la proteïna s’elonga per l’addició de nous AA en l’extrem carboxil. La síntesi de proteïnes inclou una sèrie d’interaccions RNA-RNA: interaccions entre els mRNA i rRNA que sostenen l’mRNA als ribosomes, interaccions entre el codó de mRNA i l’anticodó del tRNA, i interaccions entre el tRNA i els rRNA.
-la síntesi proteica es pot dividir, en 4 etapes: 1. Càrrega del tRNA, que compren la unió dels AA als tRNA; 2. La iniciació, en la que els components requerits per la traducció es col·loquen al ribosoma; 3. La elongació, el na qual s’uneixen els AA, un cada vegada, a la cadena polipeptidica creixent, i 4. La terminació, en la que la síntesi proteica s’atura en el codó de terminació i els components de la traducció s’alliberen del ribosoma. (pas 1 i 2 fusionat moltes vegades).
1. unió dels AA als tRNA -la primera etapa de la traducció és la unió de les molècules de tRNA als seus AA adequats, denominat la càrrega dels tRNA. Tots els tRNA tenen la seqüència CCA a l’extrem 3’, i el grup carboxil (COO-) de l’AA es troba unit al nucleòtid adenina present a l’extrem del tRNA. Si cada tRNA és específic per un AA en particular, però tots els AA es troben units a un mateix nucleòtid (A) en l’extrem 3’ del tRNA, de quina manera un tRNA s’uneix al seu corresponent AA? La clau està en un conjunt d’enzims anomenats aminoacil-tRNA sintetases. Una cell té 20 aminoacil-tRNA sintetases diferents, una per a cada un dels 20AA. Cada sintetasa reconeix a una AA en particular, així com tots els tRNA que accepten aquest AA. EL reconeixement de l’AA apropiat per l’acció d’una sintetasa es basa en les diferents dimensions, càrregues i grups R dels AA. El reconeixement dels tRNA per una sintetasa depèn de les diferents seqüències de nucleòtids dels tRNA.
-la unió d’un tRNA al seu AA, la càrrega dels tRNA, necessita energía, que facilitada per l’ATP.
AA+tRNA+ATP→aminoacil-tRNA+AMP+PPi -aquesta reacció passa en dos passos.
-ex. Ala→tRNA Ala→Ala-tRNAAla(aminoacil-tRNA) -els erros de càrrega són rars, això és degut a la rpesècnai de l’activitat de correcció durant la lectura de les sintetases, que detecta i elimina els AA incorrectament aparellats dels tRNA amb els que es troben units.
2. iniciació de la traducció -es col·loquen tots els components necessaris per a la sintesi proteica: *mRNA *subunitat major i menor del ribosoma *conjunt de tres proteïnes, anomenades els factors d’iniciació *tRNA iniciador amb la N-formilmetionina unida (fMet-tRNAfMet)(en cas dels bacteris, Metionina per eucariotes) *guanosintrifosfat (GTP) Pas 1: L’mRNA s’uneix a la subunitat major del ribosoma.
Pas 2: tRNA iniciador s’uneix a l’mRNA a través de l’aparellament de bases entre el codó i l’anticodó idea general Pas 3: La subunitat major del ribosoma s’uneix al complex d’iniciació -un ribosoma funcional existeix en forma de dues subunitats, la subunitat 30S menor i la subunitat 50S major (en bacteris). Quan no es troba en un procés de traducció activa, les dues subunitats es troben unides. Una molècula de mRNA pot unir-se a la subunitat menor del ribosoma, només quan aquestes dues estan separades. El factor d’iniciació 3 (IF-3) s’uneix a la subunitat menor del ribosoma i evita que la subunitat major s’hi uneixi durant l’etapa d’iniciació.
-dins del lloc d’unió al ribosoma s’hi torba la seqüència consens de Shine-Dalgarno que es complementaria amb una seqüència de nucleòtids presents en l’extrem 3’ de l’rRNA 16S (part de la subunitat menor del ribosoma). Durant la iniciació, els nucleòtids presents en la seqüència de Shine-Dalgarno s’aparellen amb els seus nucleòtids complementaris en l’rRNA 16S, el que permet que la subunitat menor del ribosoma s’uneixi a l’mRNA i posicioni els ribosoma directament sobre el codó d’iniciació.
-a continuació el tRNA iniciador, fMet-tRNAfMet, s’uneix al codó d’iniciació. Auqest pas requereix el factor d’iniciació 2 (IF-2), que forma un comeplx amb GTP. En aquest punt, el complex d’iniciació consta de: 1. subunitat menor del ribosoma, 2. mRNA, 3. tRNA iniciador amb el seu AA (fMet-tRNAfMet), 4. Una molècula de GTP i 5. Varis factors d’iniciació. Aquests components es coneixen com el complex d’ iniciació 30S.
-en el pas final de la iniciació, IF-3 es dissocia de la subunitat menor, el que permet que la subunitat major del ribosoma s’uneixi al complex d’iniciació, La molècula de GTP s’hidrolitza a GDP i els factors d’iniciació IF-1 i IF-2 surten del complex. Quan la subunitat major s’ha unit al complex d’iniciació es forma el complex d’iniciació 70S • eucariotes, passen etapes similars, però hi ha algunes diferencies importants. En bacteris, les seqüències presents en l’rRNA 16S de la subunitat menor del ribosoma, s’uneixen a al seqüència de Shine-Dalgarno de l’mRNA. En l’mRNA eucariota no existeix una seqüència consens anàloga, en comptes d’això, el cap present en l’extrem 5’ de l’mRNA eucariota té un paper crític en la iniciació de la traducció. La subunitat menor del ribosoma eucariòtic, amb ajuda dels factors d’iniciació, reconeix al cap i s’hi uneix: la subunitat menor migra al llarg de l’mRNA fins que localitza el primer codó AUG. La identificació del codó d’iniciació es veu facilitada per la presència de seqüències consens (seqüència Kozak) que envolta el primer codó d’iniciació: Seqüència Kozak 5’- ACCAUGG -3 • en eucariotes es necessiten més factors d’iniciació.
• La cua poli(A) en l’extrem 3’ de l’mRNA eucariòtic també té funcions en l’inici de la traducció. Les proteïnes que s’uneixen a la cua del poli(A) interactuen amb els proteïnes que s’uneixen al cap 5’ i incrementen la unió la unió de la subunitat menor del ribosoma a l’extrem 5’ de l’mRNA. Aquesta interacció suggereix que l’mRNA es corba cap endarrere durant la iniciació de la traducció per formar una estructura circular.
3. elongació -els AA s’uenixen per crear una cadena polipeptidica. L’elongació necessita: 1. el complex 70S 2.tRNA carregats amb els seus AA 3. Varis factors de elongació i 4. GTP.
-un ribosoma té tres llocs que poden estar ocupats per els tRNA: el lloc aminoacil o lloc A; el lloc peptidil o lloc P; i el lloc de sortida o lloc E. El tRNA iniciador immediatament ocupa el lloc P (l’únic al qual és capaç d’unir-s’ho el fMettRNAfMet), mentre que tots els altres tRNA primer entren al lloc A. Després de la iniciació, el ribosoma s’uneix a l’mRNA i el fMet-tRNAfMet es posiciona sobre del codó d’iniciació AUG en el lloc P; el lloc A adjacent resta lliure.
-l’elongació passa en tres passos: Pas 1 És la unió del tRNA carregat (tRNA amb el seu AA unit) al lloc A. Aquesta unió passa quan el factor d’elongació Tu (EF-TU) s’uneix amb GTP i després amb un tRNA carregat per formar un complex tripartir. Aquest complex tripartit entra al lloc A del ribosoma, on l’anticodó del tRNA s’aparella amb el codó de l’mRNA. Després de que el tRNA carregat es trobi en el lloc A el GTP s’hidrolitza, es forma GTP i s’allibera el complex EFTu-GDP. El factor d’elongació TS (EF-TS) regenera EF-TuGDP a EF-Tu-GTP.
Pas 2 Es forma un enllaç peptidic entre els AA, que estan units als tRNA, en els llocs P i A. La formació d’aquest enllaç peptidic allibera l’AA en el lloc P des del seu tRNA. L’activitat catalítica es una propietat de l’rRNA de la subunitat major del ribosoma; aquest rRNA actua com un ribozim.
Pas 3 Es dóna la translocació, el moviment del ribosoma cap avall sobre l’mRNA en la direcció →3’.Aq 5’ uesta etapa posiciona el ribosoma sobre del següent codó i requereix el factor d’elongació G (EF-G) i la hidròlisi d GTP A GDP. Donat que el tRNA en els llocs P i A encara es troben untis a l’mRNA degut a l’aparellament codó-anticodó no es mouen am el ribosoma a mesura que aquest es transloca. Com a conseqüència, el ribosoma es desplaça de manera que el tRNA que prèviament ocupava el lloc P ara ocupa el lloc E, des del qual es mou al citoplasma, lloc en el que pot tornar a carregar-se amb un altre AA.
-La translocació també provoca que el tRNA que ocupava el lloc A (que es troba unit a la cadena polipeptidica creixent) estigui en el lloc P, deixant el lloc A obert. D’aquesta manera, l’avançament de cada tRNA a través del ribosoma, durant l’elongació, es pot resumir de la següent manera: citoplasma →lloc A→lloc P→lloc E→citoplasma. A excepció del tRNA iniciador que directament es fica al lloc P.
-després de la translocació, el lloc A del ribosoma es buida i queda llest per rebre el tRNA especidicat pel codó següent.
4. terminació -la síntesi proteica acaba quan el ribosoma es transloca a un codó de terminació. Degut a que no hi ha tRNA amb anticodons complementaris als codons de terminació, no entra cap tRNA al lloc A del ribosoma quan es troba amb un codó de terminació. EN comptes d’això, les proteïnes conegudes com a factors d’alliberament s’uneixen al ribosoma. E. Coli té tres factors de alliberament: RF1, RF2 i RF3.
-RF1 reconeix als codons de terminació UAA i UAG, i RF2 a UGA i UAA. RF3 forma un complex amb el GTP i s’uneix al ribosoma. Els factors d’alliberament promouen, llavors, el tall del tRNA present en el lloc P i la seva separació de la cadena polipeptidica; en aquest procés el GTP s’hidrolitza a GDP.
-hi ha factors complementaris que col·laboren en l’alliberació del tRNA des del lloc P, l’alliberació de l’mRNA des del ribosoma i de la dissociació del ribosoma.
• eucariotes: acaba de manera semblant, excepte per el fet de que exiteixen dos factors d’alliberament: eRF1, que reconeix als tres codons de terminació, i eRF2 que s’uneix al GTP i estimula l’alliberació del polipèptid des del ribosoma.
POLIRIBOSOMES • tant en les cells procariotes com eucariotes, les molècules de mRNA es tradueixen simultàniament per l’acció de múltiples ribosomes. L’estructura resultant, un mRNA amb varis ribosomes untis s’anomena poliribosoma. Cada ribosoma s’uneix successivament al lloc que uneix ribosomes en l’extrem 5’ de l’mRNA i es mou cap a l’extrem 3’; el polipèptid associat amb cada ribosoma es mou sobre l’mRNA.
• Procariotes: la transcripció i traducció son simultànies; per tant, poden unir-se múltiples ribosomes a l’extrem 5’ terminal de l’mRNA mentre que la transcripció encara esta en procés a l’extrem 3’.
MODIFICACIONS POSTRADUCCIONALS DE LES PROTEÏNES • tant les proteïnes de les cells procariotes com eucariotes, poden experimentar alteracions denominades modificacions postraduccionals. Hi ha varis tipus de modificacions possibles: 1. el grup formil o la metionina completa es poden eliminar del extrem amino de la proteïna.
2. algunes proteïnes es sinteritzen com a molècules precursores proteiques de major dimensions, i han de ser escindides i tallades per enzims abans de que les proteïnes es puguin tornar funcionals.
3.En altres casos, la unió d’hidrats de carboni poden ser necessaris per la seva activació.
4. les funcions de moltes proteïnes depenen de manera crítica del plegament adequat de al cadena polipeptidica; algunes proteïnes es pleguen de manera espontània al seva forma correcta, per a altres el plegament correcte pot requerir, en principi, la participació de altres molècules conegudes com a xaperones o carabines moleculars. Algunes xaperones estan associades amb els ribosomes i pleguen a les cadenes polipeptidiques recent sintetitzades a mesura que elles emergeixen del túnel del ribosoma, en aquest cas el plegament de les proteïnes passa durant el transcurs de la traducció.
5.en cells eucariotes, l’extrem amino d’una proteïna sovint s’acetila després de la traducció.
6.Eliminació en l’extrem amino de la proteïna d’un fragment d’entre 15 i 30 AA conegut coma seqüència senyal, que ajuda a dirigir a les proteïnes a la seva localització específica dins de les cèl·lules. Aquesta seqüència serà després, eliminada per l’acció d’enzims específics.
7. els AA dins d’una proteïna també es poden estar modificats: es poden afegir grups fosfat, carboxil i metil.
...