Tema 7 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular i Genòmica
Año del apunte 2016
Páginas 7
Fecha de subida 29/09/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 7. SÍNTESI DE PROTEÏNES  Remember El RNAm porta el missatge que volem desxifrar mitjançant els codons de nucleòtids, és a dir, transporta el codi de codons que codifiquen per proteïnes. L’estructura clau que ens lliga els nucleòtids amb els aminoàcids de les proteïnes és el RNAt, que ha de ser capaç de llegir les seqüències del RNAm i incorporar els aminoàcids corresponents de la proteïna que volem obtenir, per tant, perquè es doni la traducció necessitem RNAt, RNAm i RNAr. Sabem que tenim 20 aminoàcids diferents però només 4 tipus de nucleòtids, per tant, caldran diferents combinacions d’aquests nucleòtids per donar lloc a tots els aminoàcids: - 41 = 4 aminoàcids diferents, no és suficient 42 = 16 aminoàcids diferents, no és suficient 43 = 64 aminoàcids diferents, es donaran combinacions de 3 nucleòtids i algunes codificaran pel mateix aminoàcid.
 Característiques del codi genètic La primera característica del codi genètic és que és degenerat ja que algunes combinacions de diferents nucleòtids donen lloc al mateix aminoàcid com hem vist. Una altra característica és que no hi ha solapament ni interrupcions, és a dir, cada triplet és únic i els nucleòtids formen part exclusivament d’un codó independent.
Per saber quin codó codifica per cada aminoàcid necessitem primer de tot un RNAm, RNAt i ribosomes. Si sintetitzem un RNAm amb un únic nucleòtid tindrem una proteïna d’un sol aminoàcid, com tenim 4 nucleòtids diferents sabrem els 4 codons que codifiquen pels 4 aminoàcids que obtindrem.
Si sintetitzem un RNAm amb alternança de 2 nucleòtids diferents tindrem una proteïna de 2 aminoàcids, per tant, 42 nucleòtids i combinacions diferents = 16 aminoàcids diferents obtinguts i coneixeríem 16 codons més.
Si intentem fer un RNAm amb combinacions de 3 nucleòtids obtindríem un resultat molt complex, hem de buscar una altra estratègia per saber quins codons codifiquen pels aminoàcids que queden.
 Desxiframent del codi genètic Tenim polímers sintètics amb aminoàcids reactius, mesurem aquesta reactivitat i en funció del triplet de nucleòtids que utilitzem sabrem quin aminoàcid es forma. La barreja de reacció conté ribosomes, un trinucleòtid específic i els 20 aminoacil RNAts, un d’ells marcat radiactivament amb C14. Només l’aminoacil RNAt la unió del qual està dirigida pel trinucleòtid s’unirà als ribosomes i quedarà retingut al filtre de nitrocel·lulosa. Aquest assaig per analitzar els 64 possibles codons o trinucleòtids enfront dels 20 aminoàcids va permetre ràpidament l’assignació dels triplets per a cada aminoàcid.
 El codi genètic Tenim 3 codons que no codifiquen per cap aminoàcid, són els codons de parada de la traducció o STOP que indiquen el final de la proteïna. També es requereix un senyal per saber on acaba la regió 5’UTR i comença la traducció, aquest senyal serà el codó AUG que codifica per la Metionina, és dels únics aminoàcids que només són codificats per un codó.
Els diferents codons que codifiquen per un mateix aminoàcid es diferencien sobretot en el 3r nucleòtid i s’anomenen codons sinònims.
El codi genètic no és un codi universal perquè en el cas del DNA eucariota, al nucli si que es segueix però també hi ha DNA als mitocondris que no segueix el codi genètic. Aquest codi genètic mitocondrial té algunes modificacions, per exemple hi ha 2 codons diferents que codifiquen per la Metionina i els senyals de STOP també són diferents.
 Estructura general de les molècules de RNAt Són estructures clau en la traducció, el RNAt és capaç de reconèixer els codons i col·locar l’aminoàcid corresponent. Necessitem 2 zones específiques que seran la seqüència complementària als codons anomenada anticodó i la zona d’unió i transport pels aminoàcids que es troba a l’extrem 3’, a la banda oposada de l’anticodó.
A les cèl·lules procariotes hi ha uns 40-50 RNAt diferents i les eucariotes hi ha de 50 a 100 RNAt diferents per reconèixer els 61 codons, si tenim menys RNAts que codons és perquè un mateix RNAt podrà reconèixer codons diferents. Són 61 codons perquè els 3 codons STOP no poden ser reconeguts pel RNAt i aquest reconeixement entre codons i anticodons (seqüències complementàries) no és tan sensible com el reconeixement de les seqüències en el DNA.
 Aparellaments permesos al reconeixement codó-anticodó Dues seqüències de codó i anticodó es reconeixen perquè són complementàries i formen entre elles ponts d’H, els codons es llegeixen de 5’ a 3’ i els anticodons de 3’ a 5’ de manera que la base 3 de l’anticodó reconeix la 1 del codó.
En els codons sinònims la diferència hem dit que afectava a la base 3 del codó, per tant, en l’anticodó serà la base 1 la que variarà. Idealment necessitem 61 RNAt diferents però a la majoria de cèl·lules en tenim menys RNAt que codons diferents, per tant, un mateix RNAt haurà de llegir codons diferents.
El reconeixement codó-anticodó no és tan estricte com la complementarietat entre dues cadenes de DNA perquè no es mantenen els aparellaments de Watson i Crick, sinó que han de ser més flexibles per poder llegir codons diferents.
A més dels 4 nucleòtids comuns, a la primera base de l’anticodó també podem trobar una Inosina (I) que és un precursor de base que ens permet reconèixer més d’una base en la 3a posició del codó i aquest fet és anomenat teoria del gronxador: permet cobrir els diferents triplets del codi genètic quan no tenim tants RNAt diferents com codons.
 Aminoacil RNAt El RNAt s’uneix a l’aminoàcid per l’extrem 3’ al que s’afegeix una seqüència CCA al processament posttranscripcional. En la unió d’aquest aminoàcid al RNAt es forma un enllaç de tipus èster entre el grup carbonil de l’aminoàcid i un alcohol de la posició 3’ de la pentosa, i així obtenim l’aminoacil RNAt.
Aquest enllaç és beneficiós perquè és una forma de tenir l’aminoàcid actiu per obtenir energia per tal de sintetitzar proteïnes més tard, l’enllaç té més tendència a hidrolitzarse que a formar-se i gràcies a aquesta reacció obtenim part de l’energia que cal per unir dos aminoàcids amb l’enllaç peptídic. Per sintetitzar l’enllaç èster també cal energia i un enzim que catalitzi la reacció però és un procés favorable.
 Aminoacil RNAt sintetases a E.coli L’aminoacil RNAt sintetasa és l’enzim que catalitza la formació de l’enllaç èster, hi ha 20 diferents (un per cada aminoàcid) i es divideixen en dos grups. Cada enzim reconeix un aminoàcid concret i els codons i anticodons que corresponguin a aquest aminoàcid. Pertanyen a la classe I aquells enzims que fan l’enllaç èster amb l’hidroxil en 2’ de la pentosa i a la classe II aquells que el fan amb l’hidroxil en 3’; és el mateix enllaç però variarà l’estructura de l’aminoacil RNAt.
 Ribosomes procariotes El RNAr forma part del ribosoma, i tenim grans i petits. La subunitat petita de 30S està formada per un RNAr gran i proteïnes i la subunitat gran de 50S està formada per un RNAr gran, un RNAr petit i proteïnes, el ribosoma és la unió de les dues subunitats i és de 70S.
Els ribosomes eucariotes són de 80S i estan formats per la unió d’una subunitat petita de 40S formada per un RNAr gran i proteïnes i una subunitat gran de 60S formada per un RNAr gran, dos RNAr petits i proteïnes. Recordem que els RNAr tenen activitat enzimàtica pròpia, un exemple seria la funció que fan al centre catalític de l’espliceosoma.
 Model de plegament del RNAr Per saber on comença a llegir els codons per afegir aminoàcids, la primera Metionina haurà de tenir alguna seqüència diferent a les demés i el RNAr llegirà la seqüència complementària a aquesta al voltant de la metionina i localitzarà el primer codó. Igual que a la transcripció, tenim tres fases: iniciació, elongació i terminació i els components que es requereixen són el ribosoma sencer, ATP i l’aminoacil RNAt.
 Polisomes Els polisomes són el conjunt de ribosomes que tradueixen simultàniament una mateixa molècula de RNAm. A totes les etapes a més dels components bàsics també hi participen uns factors proteics molt importants, en la iniciació seran IFs, en l’elongació seran EFs i en la terminació seran RFs i la diferència més important entre la traducció en eucariotes i procariotes es trobarà a la fase d’iniciació, les altres dues són pràcticament iguals. Tant en procariotes com en eucariotes es començarà a traduir pel codó AUG però es diferencien en l’estratègia per trobar aquest primer codó.
Tots els components han d’interaccionar entre ells de manera conjunta, hi ha 3 llocs d’unió diferents al ribosoma (lloc A = aminoacil, lloc P = peptidil i lloc E = exit o sortida) i 1 lloc d’unió per el RNAm.
 Seqüència de llocs d’iniciació en bacteris i virus Els RNA bacterians tenen en direcció 5’ del primer codó unes seqüències de 8 nucleòtids de Shine-Dalgarno per reconèixer el 1r codó AUG mitjançant la interacció amb un RNA 16S al que són complementaris, quan es localitza aquesta seqüència determinada sabem que el següent AUG serà el 1r codó de la futura proteïna. Als RNAm polisistrònics (que codifiquen per més d’una proteïna) trobem les seqüències Shine-Dalgarno just abans de cada gen que s`hagi de traduir, d’aquesta manera es sap que hi haurà més d’una proteïna per sintetitzar.
En eucariotes les seqüències determinades s’anomenen Kozak i envolten el 1r codó AUG.
 Formilació del metionil-RNAt En procariotes les proteïnes comencen per una formilmetionina, que és una metionina modificada, i s’obté a partir de l’addició d’un grup formil un cop s’ha determinat que aquella metionina és la primera.
Aquest primer codó és reconegut sempre per el mateix RNAt amb el seu anticodó corresponent i sabrem quan tocarà afegir un grup formil o no gràcies al tipus de RNAt que tinguem. Hi haurà un RNAt iniciador que afegirà la formilmetionina i un RNAt normal que afegirà la metionina, aquest RNAt iniciador és l’únic que es pot unir al lloc P del ribosoma, el normal s’uneix al lloc A.
 Inici de la traducció en procariotes Hi ha dos possibles maneres de que es formi el complex d’iniciació, la primera seria que el ribosoma s’unís al RNAm i anés buscant l’inici (mecanisme d’escaneig) i la segona seria que s’unís directament al lloc d’inici de la traducció, aquesta última és la que utilitzen els procariotes. Es necessiten les dues subunitats del ribosoma, IFs, RNAm, RNAt iniciador amb la formilmetionina i RNAr per formar el complex d’iniciació.
Primer es forma un complex amb RNAm, RNAt amb formilmetionina i la subunitat petita; es posiciona correctament l’anticodó amb el primer codó gràcies al RNAr 16S que s’uneix a la seqüència Shine-Dalgarno en 5’ (per aquest motiu no és un mecanisme d’escaneig) i indica on es troba aquest codó i gràcies a l’IF2 que està unit a GTP per obtenir energia de la seva hidròlisi i poder unir la subunitat gran del ribosoma. Un cop format el complex d’iniciació el RNAt carregat amb la formilmetionina es posiciona al lloc P del ribosoma i ja es podran unir els aminoàcids, fi de l’etapa d’iniciació.
 Iniciació de la traducció en eucariotes Els RNA eucariotes tenen a l’extrem 5’ un cap afegit a les modificacions post-transcripcionals i el 1r codó AUG que trobem després de la seqüència Kozak serà l’inici de la traducció, en aquest cas si que es fa servir un sistema d’escaneig en el que la subunitat petita del ribosoma amb el RNAt iniciador amb metionina s’uneix al RNAm just després del cap en 5’ i va avançant fins localitzar la seqüència Kozak, sabem que el pròxim codó AUG serà la primera Metionina de la proteïna, associats a aquesta subunitat també trobarem EF3 i EF1A i tindrem EF2 associat a GTP.
Aquest procés requereix molta energia, per tant, s’hidrolitzen moltes molècules de GTP. Un cop s’ha trobat l’inici de la traducció la subunitat gran del ribosoma s’unirà i es formarà el complex d’iniciació al que ja es podran afegir més aminoàcids.
 Mecanisme de la síntesi de proteïnes Ara tenim el lloc P del ribosoma ocupat i hem afegit la formilmetionina (procariotes) o la metionina (eucariotes), es dóna la fase d’elongació en la que es van afegint RNAt amb aminoàcids i es va construint la proteïna en funció de la informació que proporcioni el RNAm; sabem que s’ha de col·locar un altre RNAt perquè al lloc A del ribosoma trobarem el codó complementari a l’anticodó del RNAt normal. Entre els aminoàcids que van arribant es forma l’enllaç peptídic.
L’aminoàcid s’uneix al RNAt per el grup carbonil a partir d’un enllaç èster i l’enllaç peptídic es formarà per la unió del grup carbonil del 1r aminoàcid amb el grup amino del 2n, quan s’hidrolitzi un enllaç èster per deixar lliure el grup carbonil s’obtindrà suficient energia perquè es formi l’enllaç entre els dos aminoàcids, i com s’allibera el 1r aminoàcid el lloc P quedarà lliure.
El RNAt que quedi sense aminoàcid passarà al lloc E del ribosoma desplaçant el complex 3 nucleòtids cap a 3’, així tindrem el lloc P ocupat amb el RNAt que porta el 2n aminoàcid, el lloc A ocupat amb el codó pel 3r aminoàcid i el lloc E ocupat amb el RNAt lliure que marxarà. Ara al lloc A s’unirà el RNAt amb l’anticodó determinat i l’aminoàcid, es formarà l’enllaç peptídic entre el 2n i 3r aminoàcid i es tornarà a desplaçar el complex pel RNAm donant lloc al cicle un altre cop i fins que s’arribi al codó de parada.
Pel desplaçament al llarg del RNAm o mecanisme de translocació, el ribosoma necessita energia que serà aportada per la hidròlisi de GTP que està unit a un EF.
 Mecanisme de terminació L’elongació acaba quan arribem al codó STOP que no és reconegut pel RNAt, sabrem que hem arribat al final perquè els RFs són els encarregats de reconèixer aquest codó de parada i per alliberar l’últim àcid carboxílic i obtenir el pèptid final, en comptes de transferir-lo a un aminoàcid es transferirà a una molècula d’aigua i tindrà lloc una reacció d’hidròlisi que generarà l’extrem C-terminal de la proteïna.
 Antibiòtics inhibidors de la síntesi de proteïnes El més important seria la Puromicina que actua perquè té una estructura molt semblant a l’aminoacil RNAt que és la forma activa d’incorporació d’aminoàcids en la síntesi de proteïnes.
Aquest antibiòtic actua a la fase d’elongació unint-se al ribosoma i impedint així que s’uneixi el RNAt, per tant, no es podrà seguir sintetitzant la proteïna ni es formarà enllaç peptídic, hi haurà una aturada prematura de la síntesi de la proteïna.
 Sumari a) La síntesi de proteïnes requereix la traducció de seqüències de nucleòtids a seqüències d’aminoàcids.
b) Els RNAt són els adaptadors que serveixen d’enllaç entre els àcids nucleics i els aminoàcids.
c) Cada aminoàcid s’activa i s’uneix a un RNAt específic per acció d’un enzim anomenat aminoacil RNAt sintetasa. Una sintetasa reconeix l’anticodó, el llaç acceptor i a vegades altres parts del seu RNAt substrat.
d) Els ribosomes són ribonucloproteïnes constituïdes per una subunitat gran i una petita.
e) Les proteïnes es sintetitzen en sentit amino a carboxil i el RNAm es tradueix en direcció 5’-3’.
f) El ribosoma té tres lloc d’unió pel RNAt anomenats A (aminoacil), P (peptidil) i E (exit o sortida).
g) La síntesi de proteïnes té lloc en tres fases: iniciació, elongació i terminació, i en aquestes tres fases participen factors proteics específics de cada fase.
...

Comprar Previsualizar