Tema 9.3 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Genètica
Año del apunte 2013
Páginas 11
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 41
Subido por

Vista previa del texto

Judith González Gallego Genètica T9.3 TRADUCCIÓ DEL MATERIAL GENÈTIC ASPECTES GENERALS DE LA TRADUCCIÓ Aprofitant la informació del missatger es podrà generar uns aminoàcids que constituiran una proteïna. En el concepte de traducció no ens referim a les modificacions postraduccional de la proteïnes (que la gran majoria pateixen moltes) ja que no estan escrites en el codi genètic, sinó que es parla de la seva estructura primària.
Aspectes i molècules importants durant el procés de traducció:  Els ribosomes són el lloc (“fàbrica”) en que es produeix el procés. Tant en bacteris com en eucariotes estan formats per rRNA i tenen un coeficient de sedimentació determinat.
 El tRNA és la molècula de RNA de transferència, és la que porta els aminoàcids al lloc de la síntesis, el que permetrà que es pugui col·locar en el lloc correcte el determinat aminoàcid. Antigament a aquesta molècula se l’anomenava una “molècula adaptadora”.
 El mRNA és l’encarregat de portar el missatge codificat a partir de la seqüència de bases.
 Factors addicionals com per exemple IF (factors d’iniciació), EF (factors d’allargament o elongació) i RF (factors d’acabament).
El procés, tot i que presenta algunes diferències, està molt conservat de manera que la traducció és molt igual en tots els organismes.
ELS RIBOSOMES Els ribosomes són els encarregats de dur a terme el procés de la traducció. Es pot determinar el coeficient de sedimentació de les dues subunitats juntes o per separat però cal tenir present que el del ribosoma (conjunt) té un valor inferior a la suma de les dues subunitats individuals i aquest aspecte es satisfà tant en eucariotes com en procariotes.
El ribosoma és un agregat macromolecular de proteïnes i rRNA (RNA ribosòmic), que en el cas dels procariotes té un coeficient de 70S i en eucariotes de 80S, format sempre per dues subunitats:  Subunitat gran: en procariotes formada per 50S (rRNA de 223S i 5S) en eucariotes és de 60 S (rRNA de 5S, 5,8S i 28S)  Subunitat petita: en procariotes de 30 S (rRNA de 16S) i en eucariotes de 40S (rRNA de 18S) 1 Judith González Gallego Genètica T9.3 TRANSCRIPCIÓ DE rRNA Les tres molècules de rRNA en E.Coli es troben en el mateix transcrit i generalment hi ha entre 5 i 10 copies per cada gen. En eucariotes també hi ha una transcripció conjunta a excepció del rRNA 5S. Si tenim un gen que codifica per RNA, l’RNA no és una proteïna i per tant, és una evidència claríssima que si bé la majoria de gens codifiquen per proteïnes alguns no ho fan i per tant, el dogma central de la biologia no és universal (aclarit en el tema anterior).
Alguns autors alhora de batejar que és un gen diuen que és aquella unitat capaç de transcriure o fabricar un RNA, que pot ser un RNA que s’associarà a proteïnes o bé un RNAm, que farà una altra funció. Aquesta és una idea simple que s’ajusta a les diferents opcions pel que fa a l’activitat gènica. En general podem dir que un gen és una regió del DNA que codifica per RNA.
tRNA, LA MOLÈCULA ADAPTADORA Com tota molècula té unes regions més importants que d’altres; hi ha una regió del transferent (tRNA) que és el que s’uneix al missatger. Tenim un missatger que sempre tindrà un reconeixement codó – anticodó, si seguim la polaritat de les molècules les dues no poden tenir la mateixa direccionalitat, una ha d’anar de 3’ 5’ i l’altre en direcció oposada, és a dir, de 5’3’. Hem d’entendre que aquest és un procés dinàmic i hem d’observar i saber que el moment en que és col·locat per un transferent diferent un aminoàcid cal tenir present que sempre es provoca un moviment de cada triplet.
Si agafem els llibres i ens dediquem a mirar les bases que hi ha a les molècules de tRNA hi ha molta similitud, de manera que si agafes un tRNA bacterià i el d’un conill són força semblants, el que si que hi haurà és una variació de mida i aquesta variació no és dona a les regions importants. Quan agafem dues molècules de tRNA i una té més bases que l’altre (mida diferent) és degut al fet que hi ha molècules que poden fer una protuberància més allargada, el que és anomenat “arm”.
Aquest “arm” pot ser més o menys curt en funció de si guanyem o perdem bases en aquesta zona.
Ens fixem també que en aquestes regions que juguen un paper important en la molècula trobem sempre bases (no totes ho són però si hi trobem algunes) rares. Les bases rares són aquelles pseudouridina, ribotimina... que procedeixen de mutacions de les bases convencionals i estan presents en aquestes regions o bucles funcionals. La proporció de bases rares que té un tRNA és variable però direm que representa un 10% aproximadament.
2 Judith González Gallego Genètica T9.3 Cada molècula ed transferent anirà carregada amb un aminoàcid i aquest sempre està unit en l’extrem 3’ però ens hem de fixar que en aquest tenim un CCA, per tant, és un braç acceptor de l’aminoàcid i que ha estat incorporat a posterior, el tRNA no el té quan és sintetitzat sinó que s’afegeix postranscripcionalment i tots els tRNA tenen aquesta modificació.
Ens fixem en l’esquema que excepte aquestes zones fonamentals la resta de la molècula presenta uns nivells de complementarietat interna importants de manera que, presenta molts llocs de doble cadena tot i que sigui una molècula simple. Hi ha tRNAs que poden reconèixer més d’un codó d’una forma i hi ha tRNA que són isoacceptors, molècules capaces de carregar-se amb el mateix aminoàcid i aquestes molècules de tRNA diferents corresponen a agents diferents. Generalment, els isoacceptors corresponen a aminoàcids freqüents, importants i necessaris.
Tenim dos loops o bucles importants deguts a la complementarietat interna de la seqüència, tal com s’ha dit anteriorment i sempre hi ha unes bases rares en posicions específiques:  Loop D: fonamentalment és la regió d’unió als ribosomes (en que es produeix la síntesis)  Loop T: és el grup d’unió als aminoàcids Hem de tenir present sempre que el tRNA és una molècula en tres dimensions tot i que en tots els esquemes surti com una molècula en dues dimensions.
* Vigilar alhora de elaborar un esquema en l’aspecte en que sempre es produeix un reconeixement codó – anticodó, de manera que si dibuixem un missatger com que el tRNA estarà posat de 3’ 5’ hem d’escriure el missatger en la forma antiparal·lela sempre.
3 Judith González Gallego Genètica T9.3 PROCÉS DE TRADUCCIÓ Hem de tenir sempre present que durant la traducció el que es reconeix és el tRNA (anticodó) i no l’aminoàcid. El procés és molt semblant en quasi tots els organismes però cal diferenciar entre bacteris i eucariotes tot i que es pugui seguir un esquema general bastant similar.
Iniciació Perquè el procés comenci, si funciona bé, s’inicia amb un punt d’inici o amb un triplet d’iniciació que, que en el cas dels bacteris correspon a la N-formil meteonina, que correspondrà a un transferent particular, que només reconeixerà el codó d’iniciació (si el bacteri ha d’incorporar un aminoàcid més endavant que correspongui a meteonina el transferent no serà el mateix) Com hem dit anteriorment el primer aminoàcid és N-formil metionina, aquest és sempre l’aminoàcid inicial i per tant, totes les proteïnes comencen amb aquesta combinació. Aquesta formilació és una modificació a posteriori. Com que la meteonina implica un reconeixement per AUG hem de tenir present que no és el mateix tenir una meteonina al inici que a la meitat de la cadena, de manera que hi ha diferents tipus de tRNA implicat en cada procés:  tRNA met,f: reconeix AUG com a codó inicial  tRNA met,m: reconeix AUG excepte l’inicial Perquè el missatge es comenci a col·locar en el lloc no és necessari que els ribosomes estiguin units mentre que perquè el procés s’iniciï si que és necessari que les dues subunitats ribosòmiques estiguin unides.
El complex d’iniciació requereix de GTP i està format per la subunitat 30S + mRNA + tRNA (met) d’iniciació + 3 factors d’iniciació (IF1, IF2, IF3) en el cas dels procariotes i 9 factors d’iniciació com a mínim en el cas dels eucariotes (aquests generalment són anomenats eIF1, eIF2...).
Durant tot el procés de la traducció necessitarem aquests factors:  procariotes: 3IF, 2EF, 3RE  eucariotes: 9eIF, 2eIF, 2eRE (perquè augmentem els factors d’iniciació no hem d’augmentar els de finalització, sinó que molts cops amb un és totalment necessari) 4 Judith González Gallego Genètica T9.3 Recordem que el missatger eucariota un cop és transcrit experimenta una sèrie de modificacions fonamentals que a part de l’eliminació dels introns implica afegir el CAP i una cua de poli A. En eucariotes el CAP és doncs fonamental per la iniciació, per tant, si ara un missatger eucariota no té CAP no direm que no es doni a terme la traducció però si que aquesta no es donarà de forma correcte.
En bacteris, en canvi, no tenim CAP i per tant el reconeixement es realitza per complementarietat entre el missatger i el RNA ribosòmic (anomenada seqüència de Shine-Dalgarno situada al ribosoma 16S de rRNA).
En la subunitat gran del ribosoma (50S), si mirem un llibre trobarem que existeixen diferents llocs:  Lloc A (aminoacil): lloc d’entrada del nou tRNA en funció del triplet que s’està llegint.
 Lloc P (peptidil): creixement de la cadena polipeptídica. Aquest lloc és on gràcies a la unió polipeptídica entre l’aminoàcid anterior i el següent es van desengantxant i van fent una cua molt llarga.
 Lloc E (sortida): lloc de sortida del tRNA desacilat El procés d’incorporació d’un aminoàcid rere un altre es produeix gràcies a un procés de translocació fent que el lloc A sempre estigui lliure per tal de poder continuar sintetitzant el nou aminoàcid, un cop aquest s’ha format es produeix l’enllaç i es dona el procés de translocació.
Recordem que AUG era el codó d’iniciació que determinava la meteonina formilada per tant, just abans en direcció 5’ de la AUG hi ha aquesta seqüència que presenta una complementarietat amb el RNA ribosòmic. La bona col·locació del missatger és deguda al cap (en el cas eucariota) o bé a la complementarietat tal i com s’ha dit anteriorment (en el cas dels procariotes).
5 Judith González Gallego Genètica T9.3 Elongació En aquest moment ja tenim el primer tRNA fixat, en procariotes és meteonina formilada i en eucariotes és sense formilar. El segon tRNA dependrà de la seqüència i serà totalment necessari un reconeixement codó – anticodó.
Hem de tenir present que aquests processos (iniciació, elongació i acabament) no són processos gratuïts sinó que la cèl·lula necessita un consum energètic per tal de dur a terme aquest procés. Així doncs el procés té un consum energètic de GTP i de 2 factors d’elongació (en el cas dels bacteris) que són els següents:  EF-Ts: el Ts vol dir que és un factor estable enfront de la temperatura, tot i que l’escalfem aquest factor no es veurà alterat i funcionarà.
 EF-Tu: és un factor inestable, en condicions de temperatura elevada no es manté.
Observem en el següent esquema que tenim un tRNA que ja no porta un aminoàcid i això és perquè ha fet ja la seva funció, ha transferit aquest aminoàcid a la molècula que està naixent. Aquest tRNA descarregat que inicialment el veurem en el lloc P després és eliminat.
Hem d’imaginar el procés de translocació en que quan el ribosoma té ja 2 aminoàcids es pot formar l’enllaç peptídic de manera que tindrem una cadena de 2,3,4... aminoàcids en funció del nombre de triplets que s’hagin llegit i per tant, l’últim tRNA que ha estat incorporat és el que es perdut, el que marxa, permetent generar la cadena que sempre tindrà, en el cas dels bacteris, en la primera posició meteonina formilada. La translocació l’entenem com el moviment del ribosoma respecte el mRNA de manera que el tRNA amb cadena polipeptídica passa al lloc P permetent que el lloc A quedi lliure. Aquest procés requereix de GTP i factor EFG(translocasa).
Al elaborar autoradiografies de l’avenç del creixement de la cadena es va veure que associat a un mateix mRNA no està únicament un ribosoma sinó que tenim tot un conjunt de ribosomes que treballen de forma cooperativa. Aquest aspecte rep el nom de poliribosoma o polisoma.
6 Judith González Gallego Genètica T9.3 Terminació Sabem que tot procés ha de finalitzar i aquest ho pot fer de manera accidental o bé seguint la manera correcta. Segons el procés convencional, en el cas dels bacteris, tenim tres codons o tres triplets que permeten la finalització i que hem de tenir present que no codifiquen per cap aminoàcid: UAG (ambre), UAA (ocre) i UGA (òpal), els noms tenen una relació històrica.
En bacteris necessitem de dos factors d’acabament i en eucariotes només d’un, aquests sempre acompanyats per GTP perquè és un procés costós energèticament. Perquè el procés pugui finalitzar hem de pensar que la molècula sintetitzada, en aquest cas la proteïna, s’ha de desunir, s’ha de desenganxar del ribosoma de manera que aquest, desunirà les seves subunitats i així aquestes poden participar en altres processos.
En el cas dels bacteris, hem dit anteriorment, que s’han detectat dos factors d’acabament de la traducció diferents i pel que sembla no actuen per igual pel que fa als reconeixement dels diferents triplets d’acabament:  RF1: reconeix UAA i UAG  RF2: reconeix UAA i UGA En principi els diferents factors si fessin el mateix no seria necessari de la seva assistència, podria elaborar-se el procés amb un únic factor d’acabament.
RESUM DE CONCEPTES BÀSICS SOBRE LA TRADUCCIÓ En el cas dels missatgers ja sabem que poden ser policistrònics i per tant, corresponen a la informació de 3,4,5 gen que són traduïts simultàniament donant les proteïnes que corresponguin. En el cas dels eucariotes això mai no es dona, cada en correspon a un cistró i no hi ha una transcripció de varies proteïnes a la vegada.
7 Judith González Gallego Genètica T9.3 La capacitat de reproducció de bacteris i eucariotes és molt diferent i ve marcada per les velocitats de síntesis:  Procariotes: 300 Aa/20 s  Eucariotes: 30 Aa/2,5 min Aquest aspecte és lògic perquè sabem que la síntesis de proteïnes està determinada per les necessitats de la cèl·lula, que depenen de les condicions exteriors; un procariota es veu més influenciat per canvis bruscos en l’ambient que no pas un organisme eucariota, que intenta mantenir-se estable enfront als canvis ambientals.
CODI GENÈTIC La mínima entitat necessària per determinar la incorporació d’aminoàcids a la proteïna és de 3 bases o un triplet. Abans d’arribar a la deducció experimental d’aquest fet, és a dir, que el codi genètic funcionava amb 3 bases es van proposar diferents hipòtesis, una d’elles és l’actualment acceptada, que funcionava a partir de tres lletres. En formular aquesta hipòtesis s’intenta desxifrar in vitro si realment aquelles tres lletres tenen algun significat però no aconseguiran cap resultat.
Potencialment podrien sortir més aminoàcids dels que la cèl·lula té, això vol dir que no hi ha una equivalència, és a dir, un aminoàcid pot estar codificat en més d’un triplet. Normalment els aminoàcids que estan codificats per més d’un triplet són aminoàcids que són essencials i importants per la cèl·lula.
Alguns autors es van plantejar si realment algun triplet servia com a “senyal de puntuació” però actualment això queda descartat. Hem de tenir també present que no es produeix encavalcament.
El fet del codi genètic, que actualment es considera elemental, va ser descobert entre d’altres investigadors per Crick (Watson no es va dedicar al codi genètic) fent uns experiments emprant mutàgens que s’intercalaven en el DNA, per tant, compostos químics intercalants que el que feien era modificar o alterar la pauta de lectura i per tant, originen mutacions anomenades friendship mutations. Imaginem que col·loquem un intercalant en llavors el que alterarà un aminoàcid de la cadena, el que sigui, i a partir d’aquest punt en que s’ha produït l’alteració tota la seqüència es veurà alterada i com la lectura es fa per triplets, tots els aminoàcids seran diferents als normals, per tant, la proteïna serà una proteïna mutada.
Si ens oblidem dels mutàgens intercalants, una addició o eliminació d’un únic nucleòtid també alterarà la pauta de lectura i per tant, presentarà les mateixes conseqüències en la proteïna. Aquestes són anomenades mutacions de shiff.
8 Judith González Gallego Genètica T9.3 Veurem que un canvi puntual provocarà una alteració en la pauta de lectura, que pot ser restaurada si s’introdueix en la cadena un altre canvi, de manera que la proteïna resultant tindrà una regió mal llegida i per tant, amb aminoàcids diferents i una part que tindrà l’estructura correcte. Si el fragment alterat no és un fragment important (pot ser una regió més o menys curta) pot arriba a passar que tinguem una proteïna plegada i funcional.
El paper de les mutacions de Shiff o d’alteració del patró de lectura són molt importants perquè ens permeten veure el desplaçament a partir d’un punt de la cadena, el que confirma que el codi genètic està basat en triplets de bases. Aquestes mutacions, per ser realment mutacions de Shiff no han d’afectar a 3 o múltiples de tres ja que sinó la pauta de lectura no es veurà afectada.
Desxiframent del codi genètic Una manera de començar a desxifrar el codi genètic és fent servir un missatger sintètic; per tant, si tu tens un poli U (tot d’uracils) i funciona tindries una cadena polipeptídica d’un sol aminoàcid, que seria fenilalanina. Després, es va anar jugant amb copolímers (amb dos aminoàcids diferents) i amb diferents proporcions d’aminoàcids.
Del codi genètic només cal que recordem les tres bases de STOP, que paren la lectura.
Lectura del codi genètic Recordem que la lectura del codi genètic s’elabora per triplets i existeix una correspondència pel que fa al reconeixement codó – anticodó (la hipòtesis del balanceig afirma que hi ha una flexibilitat en quant a l’aparellament). Si ens fixem en el codi genètic es pot observar que normalment la tercera base no té importància sinó que són les dues primeres les que permeten determinar l’aminoàcid, això es pot representar per exemple com GU(X).
Trobem fins a 50 tRNA diferents i el nombre de codons és de 61, de manera que nombre de codons > nombre de tRNA, el que ens indica que no hi ha una equivalència únicament específica, que un aminoàcid (hi ha 20 en total) ve codificat per més d’un triplet. Si elaborem el càlcul de 61/20 = 3,5. A aquest aspecte alguns autors l’anomenen com que és un codi degenerat, és a dir, que diferents codons codifiquen per un mateix aminoàcid.
Hipòtesis del balanceig de Crick La cadena anticodó (cadenes en sentit complementari) no és rígid, per tant, hi poden jugar lletres diferents i malgrat això s’incorporarà el mateix (X) aminoàcid. La wobble position (tercera posició) és on es dona el balanceig, si ens fixem sabem que pot haver-hi variabilitat en l’aparellament tot i que el tRNA carregui el mateix aminoàcid ja que l’aparellament de la tercera base no és rígid.
9 Judith González Gallego Genètica T9.3 G,C,A i U són els constituents normals de l’àcid ribonucleic (RNA). En la taula següent podem observar una I, que correspon a una base que deriva d’una desaminació de l’adenina. Les bases normals a vegades experimenten alguns canvis químics i aquest aspecte pot tenir o no importància. En aquest nivell, si una adenina és desaminada i això succeeix en un lloc interessant de la molècula té conseqüències ja que quan tenim la I (inosina) aquesta es pot aparellar amb U,C,A, el que augmenta la capacitat de balanceig mentre que la adenina només es pot aparellar amb U.
Quan analitzem les molècules de tRNA diferents ens adonem que existeixen tRNA diferents pel mateix aminoàcids, la primera idea en que hi ha una correspondència unívoca entre tRNA i aminoàcid és correcta però cal saber que disposem de més molècules isoacceptors per carregar el mateix aminoàcid, aleshores si parlem de 3tRNA diferents això vol dir que aquest tRNA està codificat per un gen, per tant, tenim gens diferents per codificar aquests tRNA isoacceptors.
Si mirem en llibres més clàssics trobarem que el codi genètic és universal perquè l’equivalència entre triplet i aminoàcid és compleix però cal tenir present que sempre hi ha excepcions, en el moment en que detectem que en algun organisme o orgànul el codi ja no és exactament igual sinó que té una desviació cal modificar l’afirmació anterior, de manera que direm que el codi genètic és pràcticament universal.
Un exemple d’aquest fet es presenta en els mitocondris, que tenen RNA i per tant, podem parlar del codi genètic mitocondrial. Quan estudiem aquest, malgrat que hi ha algun paral·lelisme sabem que tenim algues diferències:  L’uracil quan es troba en el lloc de balanceig pot aparellar amb les 4 bases (això en el normal no passa)  Només presenten 43 tRNA (i no 50, com anteriorment)  Si afegim CU(X) em mitocondri codifica per una leucina però en el codi nuclear és treonina  UGA en el codi normal és un codó STOP mentre que en el mitocondri codifica per triptòfan.
10 Judith González Gallego Genètica T9.3 DIFERÈNCIA ENTRE REPLICACIÓ I TRANSCRIPCIÓ Si tenim un DNA aquest pot tenir un flux cap a DNA si parlem de replicació o duplicació mentre que si parlem de síntesis el flux és de DNA a RNA i aquest és un flux lineal i bijectiu. A partir de RNA podem fabricar DNA per l’acció de la transcriptasa inversa i per tant, fins aquí el flux d’informació és unidireccional però amb una certa reversibilitat.
En el cas de la traducció sabem que aquesta reversibilitat no existeix ja que de la proteïna no podem tornar a sinteritzar el mRNA. El codi determina la seva estructura primària i una vegada sintetizada experimenta una sèrie de canvis que faran que la proteïna funcional o madura (amb una estructura tridimensional no lineal)no sigui la que s’ha acabat de sintetitzat.
Diem que en procariotes el primer aminoàcid era sempre meteonina formilada, si mirem una proteïna trobarem que aquest aminoàcid no està present i això és perquè la proteïna pateix una desformilació a posterior. Per tant, hauríem de trobar la meteonina, perquè la proteïna madura mai té el seu principi ja que està degrada per proteases i tractada.
Hem vist que en mitocondris hi ha menys aminoàcids, en bacteris o plastidis també passa i el seu codi o proteïna també comença amb una meteonina formilada. Alguns investigadors van parlar de la teoria endosimbiòtica, aquesta teoria ens diu que aquests orgànuls cel·lulars fa milions d’anys eren independents però que van entrar en simbiosis i amb el pas dels anys s’han quedat units al nucli cel·lular. Com que eren organismes autònoms tenien el seu propi codi i per tant, aquests no ha de coincidir exactament amb el codi genètic nuclear.
11 ...