Tema 6 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 22/04/2016
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Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Tema 6: Traducción Síntesis proteica Hasta el 90% de la energía implicada en la biosíntesis de proteínas. No en crear el enlace peptídico, sino en la síntesis de aminoácidos.
En bacterias, la maquinaria de síntesis proteica puede ser alrededor de 35% del peso seco. Existen:    20.000 ribosomas.
100.000 factores proteicos.
200.000 tRNAs.
En E. coli se sintetizan 20 aminoácidos/s.
Moléculas implicadas:      70 proteínas ribosomales (formando el ribosoma).
20 enzimas que activan los aminoácidos.
12 enzimas auxiliares y factores de traducción (inicio, elongación y terminación).
100 enzimas implicadas en el procesamiento.
40 o más RNAs de transferencia y ribosomales.
Ribosomas y la hipótesis del adaptador Se identificaron los ribosomas como lugar de la síntesis, y formación de amionacil-tRNA’s.
Crick estableció la hipótesis del adaptador (4 nucleótidos y 20 aminoácidos). Postuló que habían de existir moléculas que adaptaran la información del mRNA hasta las proteínas (tRNA). La mejor forma de reconocer el RNA era otro ácido nucleico.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Descifrando el código genético Si los nucleótidos fueran dobletes, tendrían un máximo de 16 posibilidades (insuficiente para los aminoácidos).
Se agrupan en tripletes, de modo que existen 64 codones diferentes. En realidad 61, pues 3 son de stop. Sin embargo, hay 20 aminoácidos diferentes. El código genético es redundante. Existe más de un codón para un mismo aminoácido (sobre todo en aminoácidos que se usen mucho).
Un marco de lectura que no contenga ningún codón stop entre los primeros 50 o más, se denomina marco abierto de lectura (ORF). En el DNA existen 6 ORF’s, 3 para cada cadena.
Codones de terminación: UAG, UAA, UGA (ámbar, ocre y ópalo). Son codones ‘nonsense’, no colocan aminoácidos.
Codones de iniciación: AUG (Met), siempre. El ribosoma se desplaza por el ARNm hasta encontrar AUG (eucariotas).
En bacterias, el triplete GUG (valina), es metionina si se encuentra posición -10 RBS (ribosome binding site). En ellas, se une el ribosoma y coloca una metionina directamente.
El código genético Es altamente degenerado:     Si las posiciones 1 y 2 son iguales, se dan aminoácidos similares.
Si la segunda posición es ocupada por una pirimidina (C, U) el aminoácido es hidrofóbico.
Si es ocupada por una purina (A, U) el aminoácido es polar.
Cuando el porcentaje G+C es alto: Arg, Ala, Gly y Pro.
Cuando el porcentaje G+C es bajo: Asn, Ile, Lys, Met, Phe o Tyr.
Los aminoácidos con más codones sinónimos son abundantes. La excepción es la Arg, con 6 codones sinónimos, pero es un aminoácido muy reactivo (poco frecuente).
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Hipótesis del balanceo Existen 20 aminoácidos, 32 tRNAs y 64 codones diferentes.
Hay más tRNAs que aminoácidos, por lo que hay más de 1 tRNA diferente que une el mismo aminoácido, son tRNAs isoaceptores.
Hay 32 tRNAs diferentes y 61 codones, por lo que un mismo tRNA puede reconocer más de un codón.
Hay diversos codones que codifican para un mismo aminoácido. En este caso, la diferencia suele estar en tercera posición (extremo 3’). Las dos primeras letras de cada codón determinan la especificidad.
Los anticodones de algunos tRNAs contienen en la tercera posición (5’) una base modificada o inosina, pares diferentes de los de Watson & Crick, lo que permite a un mismo tRNA reconocer varios codones distintos (no se lee la tercera posición).
Desplazamiento de marco de lectura El ribosoma realiza un cambio de marco de lectura en un punto de la síntesis proteica.
Con el cambio, puede interpretarse la secuencia stop como otro aminoácido y alargar la proteína.
El adaptador, tRNA RNA de transferencia, posee entre 73 y 93 nucleótidos.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Aminoacil-tRNA sintetasas (aaRSs) Catalizan unión del aminoácid con su tRNA (posee actividad correctora).
Existe una aminoacil-tRNA sintetasa por aminoácido. Reconoce tRNA’s para cada aminoácido, luego hay 20 aaRSs, 10 de cada clase:   Clase 1, anticodón.
Clase 2, rama aceptora. En los de esta calse, no se elee el anticodón, por lo que este puede cambiarse.
El aminoácido se une a ATP, libera AMP y se carga con un fosfato, activándose. A continuación se acopl al tRNA.
El ribosoma Consiste en un complejo de RNA y proteína. Posee dos subunidades (grande y pequeña), de modo que el rRNA de la grande queda en contacto con el de la pequeña.
 Sitio A: entra tRNA con aminoácidos.
 Sitio P: crecimiento del péptido.
 Sitio E: sale el tRNA descargado.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Ribosoma bacteriano En total, 70S.
  Subunidad grande: 5S y 23 S.
Subunidad pequeña: 16 S Ribosoma eucariota En total, 80S.
  Subunidad grande: 5S, 28S, 5,8S.
Subunidad pequeña: 18S.
Inicio de la traducción La síntesis se hace en sentido N-ter a C-ter.
Recocimiento de la secuencia AUG por 2 tRNAs diferentes:   Procariotas: tRNAMet y tRNAfMet. El primer aminoácido que se coloca es la formil metionina (reconocido por enzimas). El otro tRNA es para la metionina interna.
Eucariotas: tRNAMet y tRNAi. tRNAi es iniciador.
En ocasiones, la metionina inicial es retirada tras la traducción.
Inicio de la traducción en procariotas Al principio, las subunidades se encuentran separadas (el ribosoma se disocia al acabar un ciclo).
Secuencia Shine-Dalgarno (RBS). Ribosome binding site. En el mRNA procariota, en posición -10 de AUG, existe una secuencia complementario al extremo 3’ de rRNA 16S.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Funcionamiento:     Los factores 1 y 3 entran a la subunidad pequeña. El factor 1 reconoce la parte A, el factor 3 alinea el mRNA con la subunidad pequeña.
Entra en acción el factor 2 (GTPasa). Se une a tRNA y lo coloca. Se crean interacciones GU que son normales en RNAs.
El factor 2 se hidroliza, provocando un cabio conformacional, dándose el acoplamiento con la subunidad grande.
Se forma el complejo de iniciación.
Cabe destacar que en procariotas, delante de cada cistrón hace falta un RBS, pues el ribosoma no se puede desplazar a lo largo del mRNA.
En eucariotas, el proceso es similar aunque mucho más complejo, con la participación de numerosos factores. El complejo puede desplazarse, mediante el gasto de ATP, a lo largo del mRNA hasta hallar la secuencia para la primera Met.
La iniciación se encuentra muy regulada.
Elongación en procariotas Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Cabe destacar el factor de elongación Tu (EF-Tu), que es la proteína más abundante en E. Coli. Se encarga de meter el tRNA en el ribosoma. Es además una GTPasa.
La formación del enlace peptídico se da por el ataque nucleófilo del extremo N-ter de un aminoácido sobre el carbonilo. No se produce un gasto de ATP, y la reacción es catalizada por el entorno de la subunidad 23S.
Finalmente el factor EF-G, aporta la energía necesaria para mover 3 nucleótidos el tRNA, produciendo una translocación y liberando de nuevo la región A de ribosoma.
Terminación en procariotas Se da la unión de un factor de liberación en el sitio A, tras el reconocimiento de los codones de terminación. Se provoca una catálisis con una molécula de H2O, rompiendo el enlace peptídico y liberando la proteína.
En procariotas, existen 3 tipos de RF, según el codón que reconozcan.
También se da la participación del factor EF-G, que aporta energía para la disociación del ribosoma.
En eucariotas, solo existe un factor, eRF.
Polisomas Los polisomas son grupos de 10 a 100 ribosomas. Generan una alta tasa de síntesis proteica a partir de un mismo mRNA.
Modificaciones postraduccionales Pueden darse:  Digestión proteolítica (irreversible): o Comenzando por N-ter.
o Comenzando por C-ter.
o Proteólisis limitada. Sólo se corta 1 trozo concreto, que suele estar en Nter (C-ter para la insulina). Útil en: Biología molecular    Nanociencia y nanotecnología  Activación de zimógenos (proenzimas).
 Eliminación de secuencias señal.
Modificación de aminoácidos individuales (reversible): o Fosforilación, metilación, acetilación, formilación, ADP-ribosilación.
o Adición de cadenas de carbohidratos, con efecto estabilizador.
o Adición de grupos isoprenilo.
Adición de grupos prostéticos.
Formación de enlaces disulfuro.
Modificación de extremos terminales La proteólisis puede catalizarse con aminopeptidasas (N-ter) o con carboxipeptidasas (cter).
Por otro lado, es común que el extremo N-ter se encuentra acetilado in vivo.
Proteosoma A él se dirigen proteínas que se desgastan, o que están mal plegadas desde la síntesis.
En general, cuando hay regiones hidrofóbicas expuestas al solvente.
Estas regiones son reconocidas por el proteosoma. La proteína entra en él, donde numerosos centros activos de proteasas la degradan.
Chaperonas (acaban regulando la expresión génica) Poseen una estructura similar a la del protesoma. Estira las proteínas en su interior, y las libera dentro de una cavidad no expuesta al solvente, de modo que la proteína se pliega consigo misma.
Cuando el pliegue es correcto, la tapa se levanta y sale la proteína.
La correción es un proceso que conlleva un elevado gasto de ATP.
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