CÍCLE BIOLÒGIC DE LES PROTEÏNES (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Enfermería - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 14
Fecha de subida 20/03/2016 (Actualizado: 21/03/2016)
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés CICLE BIOLOGIC DE LES PROTEÏNES Conceptes inicials • Àcid nucleic: Biomolècula orgànica encarregada d’emmagatzemar i difondre la informació genètica. Hi ha dos tipus fonamentals d’àcids nucleics: l’àcid desoxiribonucleic(ADN) i l’àcid ribonucleic(ARN).
• L'ARN missatger ( ARNm ) és l'ARN que transporta la informació genètica present en els gens fins als ribosomes , al citoplasma , on es realitza la traducció d'aquesta informació a proteïna. L'ARN polimerasa II fa possible que es transcrigui la informació de l'ADN sintetitzant una molècula d'ARN amb una seqüència complementària a la de l'ADN . Això passa en el nucli però les molècules de pre - ARNm obtingudes han de patir els processos de maduració post transcripcional abans de sortir al citosol. L'ARNm ja madur dirigeix la síntesi de proteïnes en els ribosomes. La traducció a proteïna es basa en la seqüència de nucleòtids de l'ARNm : cada triplet de nucleòtids ( codó ) es tradueix a un aminoàcid.
• L’ ADN polimerasa és el principal enzim de la replicació. Partint d'una cadena inicial o " primer " l'ADN polimerasa afegeix nucleòtids complementaris a la cadena motlle estenent la nova cadena d'ADN en direcció 5'- 3 ' .
• L'ARN polimerasa és l'enzim encarregat de la transcripció. Realitza una còpia d'ADN a ARN , d'aquí que sigui dependent d'ADN. Aquesta còpia es fa nucleòtid a nucleòtid per complementarietat. En la còpia d'ARN el ribonucleòtid complementari a adenina és uracil en comptes de timina . Les principals ARN polimerases d'eucariotes són la I, la II , la III i la mitocondrial.
• Codó: Triplet de nucleòtids( unitats bàsiques dels àcids nucleics). Porta informació per passar la seqüència de nucleòtids del ARNm a la seqüència d’aminoàcids de la proteïna en el procés de la traducció, ja que cada codó codifica un aminoàcid. Existeixen 64 codons diferents, però només 61 codifiquen aminoàcids. Els tres restants són codons de finalització de la traducció, coneguts com codons de parada o codons stop.
• Promotor: El promotor d'un gen és una regió de l'ADN amb unes característiques especials que determina el punt en el qual l'ARN polimerasa comença a transcriure un gen. Les característiques del promotor també influeixen en l'eficiència de la transcripció.
Aquesta regió inclou les seqüències d'unió a factors de transcripció i a altres elements que participen en la transcripció.
• Hidròfob: Capacitat d’un àtom o d’una molècula de presentar interaccions de atracció amb molècules d’aigua.
• Hidròfil: Propietat molecular de no presentar interaccions de atracció amb les molècules d’aigua.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA - Proposat per Crick l’any 1970. Aquest model explica com la informació genètica es va transmetent d’una cèl·lula a una altra.
- Crick va ser un dels investigadors que va desenvolupar el model de la doble hèlix de DNA junt amb Watson l’any 1953.
Replicació: Copia de les dues cadenes de DNA. Les dues cadenes de DNA tenen una orientació oposada. Una va en direcció 5’-3’ i l’altra, de 3’ a 5’.
És una replicació semi conservativa perquè una cadena sempre serà la original, i la cadena de color vermell serà la que s’ha sintetitzat.
Per recordar...
Una cadena de DNA consta de diferents unitats, cada una d’aquestes unitats és un nucli que es composa d’una base nitrogenada( adenina, guanina, timina, citosina i uracil). Aquesta base nitrogenada s’enllaça amb una pentosa, que en el cas del DNA s’anomena desoxiribosa perquè no té oxigen, i a més a més té un grup fosfat.
Començarem a contar els carbonis de la ribosa i a cada un d’ells s li posem una coma a sobre per tal de diferenciar-lo dels carbonis que formen part de la base nitrogenada.
Transcripció: Es llegeix el gen i es produeix un ARNm per fer una còpia.
La molècula en color taronja és una molècula d’ARN missatger, la qual s’ha originat gràcies a la transcripció a partir de les cadenes de DNA. Si ens fixem, podem veure com aquesta seqüència és exactament igual a la inicial( en color verd que va de 5’-3’), amb al diferència que en lloc de timines, tenim uracils. Aquesta és una característica de l’ARN.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés Sabent això, podem anomenar a la cadena de color verd hebra positiva o hebra codificant, perquè codifica o és pràcticament igual que l’RNAm.
La hebra de la part de baix, la que va en direcció 3’-5’ s’anomena hebra de DNA negativa o molde, ja que és la cadena que ha utilitzat a l’ARN polimerasa per fabricar l’ARNm. També se l’anomena hebra no informativa o no codificant perquè l’ARNm és sinònim de la cadena de dalt.
L’ARN polimerasa és un enzim que s’encarrega d’agafar i sintetitzar ARNm utilitzant l’ADN. Té per escollir dos hebres, i l’hebra que escull es aquella que correspon a 3’-5’. Aleshores, quan sintetitza escull nucleòtids amb bases nitrogenades complementàries.
Translació: Copia d’ARNm a proteïnes.
GENOMA HUMÀ - Estem veient un cariotip( caracterització dels cromosomes segons la seva mida, el seu número...) Cada espècie té un cariotip diferent.
El cariotip humà té 46 cromosomes, però estan aparellats de dos en dos perquè hi ha dos cromosomes iguals, és a dir, tenim un genoma diploide.
La longitud del nostra genoma és de 3.000.000.000 de parells de bases(pb) i tenim 25.000 de gens aproximadament.
Aquest no és l’únic genoma que tenim, també tenim el dels mitocondris, el qual és circular i té únicament un centre de replicació. Curiosament, aquest genoma s’assembla molt a un genoma bacterià.
El genoma dels mitocondris de 17.000 parells de bases(pb) i aproximadament 37 gens.
Aquesta situació ha provocat que diferents investigadors com Lynn Margulis pensin que hi ha hagut una evolució cel·lular. Probablement un bacteri es va introduir dins d’una BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés cèl·lula eucariota i van fer una simbiosi, donant lloc als mitocondris i a l’evolució de la cèl·lula eucariota.
CROMATINA I CROMOSOMES - - - - - Dins el nucli d’una cèl·lula, el DNA està molt compactat. Si el col·loquéssim en línia mesuraria uns 2m.
En aquesta imatge tenim una fibra d’ADN, la qual té una amplada de 2nm. No obstant, aquest ADN no es sol trobar així, sinó que el trobem formant nucleosomes (unitats estructurades per 8 proteïnes anomenades histones) i al voltant d’aquestes hi ha un DNA d’aproximadament 146 parells de bases.
La càrrega neta del DNA és negativa a causa dels grups fosfat, i la càrrega neta de les proteïnes és positiva( per això s’agrupen).
Aquests nucleosomes s’associen i formen la cromatina, que té una amplada de 30nm.
(Estructures de segon ordre) La histona H1 va apilant aquestes estructures anomenades solenoides.
Finalment els solenoides adquireixen un altra ordre de compactació i es formen els cromosomes. Corpuscles que s’observen en els nuclis i que estan formats per dos cromàtides.
Quants tipus d’ADN hi ha en una cèl·lula? - - - L’ ADN el podem trobar en forma B, A o Z.
L’ADN que es sol trobar en condicions fisiològiques normals es el tipus B, el qual té unes característiques determinades. Per cada volta té una mida de 10.5 nucleòtids i gira en el sentit de les agulles del rellotge.
Quan hi ha deshidratació o vibridació cel·lular, a vegades l’ADN el trobem de forma A. On per cada volta de 11 nucleòtids. Gira en el sentit de les agulles del rellotge.
L’ADN Z es sol trobar en llocs on l’ADN es transcriu( passa a RNA). Gira en contra de les agulles del rellotge.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés - GEN Unitat fonamental que té una determinada funció. Codificarà una proteïna o inclús un ARN amb algun tipus d’activitat.
Mirant la imatge, podem veure que la regió lila(regió estructural) és la que codifica la proteïna o l’ARNm.
En vermell podem trobar la regió reguladora.
És important saber que no tots els gens s’expressen en la cèl·lula al mateix temps. De fet, en una cèl·lula es solen expressar un 10-15% dels gens.
Per que els gens s’expressin hi ha diferents nivells de control, i un d’ells és que hi hagi unes proteïnes anomenades factors de transcripció que s’uneixen a aquesta regió promotora, desencallant la hebra per que l’ARN polimerasa pugui sintetitzar l’ARN.
Els promotors: Els promotors tenen una part que s’anomena promotor basal, que té una seqüència anomenada tatabox. Aquesta seqüència és reconeguda per l’ARN polimerasa que s’uneix a aquesta seqüència promotora i d’aquesta manera es comença a transcriure.
Hi ha altres zones característiques anomenades promotors proximals, els quals poden tenir altres seqüències que poden variar. En canvi la tatabox no pot.
Nosaltres comencem a contar a partir que tenim la primera base que es sintetitza per l’RNAm. Es comença a contar de forma positiva, és a dir, nucleòtid+1,n+2...I d’aqui cap a l’esquerra comencem a contar de forma negativa n-1,n-2...
Els gens eucariotes són els únics que presenten unes zones anomenades introns i exons.
Els exons són les seqüències que generaran la proteïna que codificarà els aminoàcids.
No obstant, els introns no codifiquen per aminoàcids( no es coneix ben bé la seva funció).
Al final aquests introns desapareixen i les zones dels introns es fusionaran formant l’RNAm madur. Aquest mecanisme s’anomena explicing.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés EXPRESSIÓ GÈNICA - • Cèl·lules procariotes( sense nucli) • Cèl·lules eucariotes( amb nucli) En els L’RNA L’RNA L’RNA eucariotes hi ha tres tipus d’ARN polimerasa: tipus 1: Encarregada de sintetitzar els RNA que formaran els ribosomes.
tipus 3: Encarregada de formar els RNA de transferència.
tipus 2: Encarregada de sintetitzar els RNAm( que produeixen la proteïna).
Aquests RNA que s’han format han de madurar i adoptar una sèrie de conformacions dins el nucli( per tal de protegir l’RNAm). Al citosol, si les cèl·lules detecten RNA no protegit o no modificat, aleshores el trencaran com a mecanisme de defensa per evitar infeccions víriques. Posteriorment aquest ARNm ha de passar al citosol i convertir-se en proteïnes.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés En els procariotes l’ARNm es sintetitza i immediatament s’acoblen els ribosomes per a produir proteïna( perquè sinó aquest ARNm es degrada).
PROCÉS DE TRANSCRIPCIÓ: (3 fases) 1. Iniciació: La fase més complexa perquè els factors de transcripció han de trobar la zona promotora i finalment, l’ARN polimerasa s’haurà d’unir a la caixa tata( tatabox).
Les helicases trenquen els ponts d’hidrogen que es troben entre les bases i a més a més, també hi ha el topo isomerasa que trenca una hebra, allibera la tensió produïda per l’enrollament .D’aquesta manera a l’RNA polimerasa li serà més fàcil copiar una d’aquestes series.
2. Elongació: En color taronja tenim l’ADN i color blau l’ARN . L’ARN polimerasa agafa l’hebra que va en direcció 3’-5’, per tant, l’ARNm va en l’altra direcció( 5’-3’).
3. Terminació: Moment en què l’ARN polimerasa salta perquè es troba unes seqüències hipostop(codons que codifiquen una parada).
Això que acabem d’explicar passa en els eucariotes, però en els procariotes essencialment, el que passarà és que en les seqüències finals hi haurà una seqüència que es repetiràà Palíndrom( de manera que si ho llegim en una direcció o en una altra, la seqüència serà igual).
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés MADURACIÓ DEL RNAm • • • • • • Quan l’ARN polimerasa ha sintetitzat aquest RNAm, aleshores s’ha de madurar perquè encara està al nucli. La primera cosa que fa és afegir una base o nucleòtid modificat anomenat ‘’cap o caperuza’’.
Aquest nucleòtid és sempre una GTP al qual s’ha afegit un grup metil. Un grup metil és un CH3.
La funció d’aquest grup metil és protegir l’RNAm de la seva degradació.
El següent pas és que sempre es sol transmetre un fragment més llarg del normal, aleshores es produeix una ruptura, s’elimina aquell fragment de la zona 3’ i a continuació hi ha un enzim anomenat poliA-polimerasa que gasta energia per afegir una cua de nucleòtids d’adenina. Uneix al voltant de 250 adenines.
La funció l’aquesta cua de poli-A és que aquest RNAm pugui sortir del nucli i poder viatjar cap al citosol.
El procés més important és l’ ‘’splicing’’ ( que només succeeix en eucariotes). Les zones blaves són els introns. Hi ha un compost d’ARN proteïna que a la que es formi un bucle tallarà aquests introns i es fusionarà l’ARNm tenint solament els exons.
TRADUCCIÓ • Ja ens trobem dins el nucli i l’RNAm ha viatjat fins al citosol, gràcies a la cua poliA que l’ha orientat per sortir fora. Aleshores, ja estem en disposició per què aquest RNAm passi a proteïnes.
• Aquest és un procés complex on intervenen els ribosomes i un tipus especial d’ARNà ARN de transferència(ARNt), que té forma de trèvol.
• La seqüència important es troba al ‘’codó’’. L’RNAm és una espècie de diccionari que únicament té quatre lletres i després s’ha de traduir a un altre ‘’vocabulari’’ que té 20 lletres( és a dir, 20 classes d’aminoàcids).
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés • Per tal de que es produeixi aquesta traducció, s’ha de traslladar o codificar un aminoàcid utilitzant tres lletres o tres parells de bases( això és el que anomenem codó en l’RNAm).
• A cadascun d’aquests ARNt s’unirà un aminoàcid específic gràcies a l’acció d’un enzim anomenat aminoacil ARN sintetasa.
• Al llarg del curs quan parlem de sintetasa hem de tenir en compte que són enzim que requereixen ADT( moneda de canvi d’energia a la cèl·lula) per sintetitzar algun component.
• Una vegada tenim l’aminoacil ARN de transferència, comencem a muntar el ribosoma.
• L’ARNm s’unirà a la subunitat menor del ribosoma gràcies a la caperuza( GTP o nucleòtid modificat) que servirà d’unió a la subunitat menor.
• Quan ja tinguem l’ARNm unit a aquesta subunitat menor, a continuació s’unirà un aminoacil ARN. Per regla general, el primer codó és metionina.
• Un cop tenim l’aminoacil ARN de transferència aleshores ja tot el ribosoma es pot unir. El que nomenem subunitat major s’unirà a la subunitat menor.
• La subunitat major té un lloc A i un lloc B( dos llocs on s’uniran els posteriors aminoacil ARN de transferència). El primer aminoacil, el que té metionina estarà situat al lloc B.
• El següent codó que tenim en RNAm és TAG, per tant, s’unirà un aminoacil ARNt complementari. Quan això passa, s’uneix al lloc A, surt un enzim que s’anomena peptidintransferasa que uneix mitjançant un enllaç peptídic els dos aminoàcids i es va formant la cadena polipeptídica de la proteïna. Quan això ha passat, el ribosoma es mou de manera que l’aminoacil ARNt passa al lloc B deixant un espai nou per què vingui un altra aminoacil ARNt.
• Poc a poc es va sintetitzant tota la cadena fins que s’arriba a una seqüència de finalització. El codó de finalització fa que s’uneixi una altra proteïna anomenada factor d’alliberació que hidrolitzarà(tallarà) l’enllaç de l’ARNt i alliberarà el polipèptid lliure. L’últim aminoacil que quedava al lloc B sortirà del ribosoma. De manera que ja tindrem la cadena polipeptídica i el ribosoma finalment alliberat.
• En eucariotes el que sol passar és que un mateix ARNm té acoblats molts ribosomes, poc a poc, aquests van avançant i van creant més proteïnes. A aquesta unitat de RNAm amb molts ribosomes, s’anomena poliribosoma.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés CODI GENÈTIC L’objectiu és passar d’un llenguatge de tres lletres, a un de 20 lletres, els aminoàcids. La xifra ideal per a codificar al menys 20 aminoàcids són els tres parells de bases, que és el que forma el codó. Hi ha fins a 64 possibles combinacions en el codi genètic.
Característiques: • • • • • Universal: Totes les espècies reconeixen un mateix codi genètic.
Degenerat: Més d’un codó donarà lloc a un mateix lloc aminoàcid. És a dir, més d’un codó ens pot donar un mateix aminoàcid a excepció del triptòfan i la metionina que només es generen per un codó.
No presenta imperfecció: Això significa que un codó no donarà lloc a dos aminoàcids diferents.
Manca de solapament: Les proteïnes s’han de llegir de tres en tres. No es solapen dos codons.
Hi ha codons tipus STOP.
CONTROL DE L’EXPRESSIÓ GENÈTICA EN EUCARIOTES Que determina que una cèl·lula transcrigui un gen en un moment donat? Concepte important: Tots els gens no s’expressen en una mateixa cèl·lula! Dependrà del estat de la cèl·lula.
Hi ha diferents NIVELLS: - Que l’RNA polimerasa tingui accessibilitat el DNA. Ex: L’heterocromatina és una estructura de DNA molt plegada i per tant és molt difícil que entre la RNA polimerasa.
- Regulació transcripcional: Si no tenim factors de transcripció adequats per al gen en qüestió, aleshores aquest gen no es transcriurà.
- Nivell postranscripcional: Hi ha d’haver una maduració de l’ARN. Qualsevol problema en aquesta maduració produirà que el gen no es sintetitzi.
- Traduccional: Hi ha d’haver una iniciació, elongació i terminació. Qualsevol descontrol produirà que el gen no es transcrigui.
- Postraduccional: Processament, tràfic i plegament de la proteïna. Control de l’activitat de la proteïna.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés TRÀFIC I DESTÍ FINAL DE LES PROTEÏNES: • • Via citosòlica: Els ribosomes estan en el citosol. Aquests ribosomes donaran lloc a proteïnes que podran circular lliurement per el citosol i anar a parar a diferents llocs( nucli, mitocondris, cloroplasts...).
Via secretora: Els ribosomes estan acoblats al reticle endoplasmàtic. Aquests ribosomes tenen seqüències localitzadores de la proteïna(color vermell de la foto).
Aquesta seqüència farà que aquesta proteïna atregui al ribosoma al reticle endoplasmàtic. Això té importància perquè aquesta proteïna sempre estarà aïllada del citosol.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés També tenim les proteïnes que s’acoblen al RER. Aquestes proteïnes sempre es trobaran dins de les vesícules de l’aparell de Golgi o del reticle endoplasmàtic.
Quan tenim una proteïna que té una senyalització secretora, aleshores hi ha unes partícules de reconeixement de la senyal que s’uniran a aquesta senyal i permetrà que aquesta proteïna vagi entrant dins del reticle endoplasmàtic. Hi ha peptidases que eliminen aquesta senyal i posteriorment la proteïna adopta la seva conformació tridimensional.
MADURACIÓ DE LES PROTEÏNES Quan una proteïna es sintetitza, no sol està formada únicament per aminoàcids, sinó que a més rep una sèrie de modificacions. Hi ha diversos processos de modificació de les proteïnes: http://es.slideshare.net/PaolaTorres34/sntesis-de-protenas-ii • • • • • Glucosilació: Farà que la proteïna sigui més hidròfila.
Acilació: Incorporació d’un àcid gras. Aquesta modificació farà que la proteïna sigui més hidròfoba.
Fosforilació: Donen una càrrega negativa a la proteïna i modifiquen la seva activitat.
Carboxilació: S’afegeix un grup carboxil a la cadena lateral d’un aminoàcid. Sol tenir lloc en una determinada proteïna, la trombina( que participa a la coagulació). Per què s’activi, es necessari la presència de vitamina K. Aquesta és la causa per la què un dèficit de VK estigui associat a problemes de coagulació.
Acetilació: Incorporació de dos carbonis. Sol tenir lloc en les histones( associades amb l’ADN).
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés PLEGAMENT DE PROTEÏNES Si una proteïna no està plegada adequadament, aleshores aquesta no té cap funció. En altres termes, l’estructura terciària de la proteïna és aquella que aporta la funció a aquesta última.
Les proteïnes es pleguen sempre de la mateixa manera. Aquest plegament està determinat per l’estructura dels aminoàcids.
En el cas de que sigui una proteïna petita, aleshores no hi ha problema perquè ella mateixa es plegarà. Ara bé, si és una proteïna gran, aleshores, això serà més problemàtic perquè al citosol moltes proteïnes poden interaccionar entre elles i ocasionar el bloqueig del correcte plegament d’una proteïna. Tot això està associat a moltes patologies.
La xaperona i xaperonina són dues molècules que ajuden al plegament de proteïnes grans. El seu mecanisme consta en aïllar les proteïnes per què no puguin interaccionar amb res més i així no perdin la seva estructura.
PROTEÒLISI Aquestes proteïnes en un determinat moment han de desaparèixer del citosol sinó no pararien de créixer. S’han de renovar. Per a això existeixen el processos de proteòlisi que consta de dos sistemes: • Sistema lisosomal: No gasta molta energia. Els lisosomes són vesícules que tenen una membrana i aquesta aïlla el contingut del lisosoma( que és molt àcid). Això ajuda a que les proteases actuïn més fàcilment trencant proteïnes.
• Sistema ubiqüitina-proteasoma: Gasta bastanta ATP. Consisteix en que les proteïnes es marquen amb una proteïna més petita, anomenada ubiqüitina, la qual és molt conservada entre totes les espècies. Les ubiqüitines van marcant les proteïnes que no són necessàries. Quan això passa, el proteosoma les reconeix i les digereix.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés MALALTIES AMB O PER PROTEÏNES MAL PLEGADES ...