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PROBLEMA: ¿CÓMO SE DESCODIFICA EL ARNm?
¿Cómo pasar del lenguaje de 4 letras del ADN (o ARNm) a otro de 20 letras (los aminoácidos de las
proteínas)?
EL CÓDIGO GENÉTICO
Es la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen del ADN, a través de su copia en el ARNm, y la secuencia de los aminoácidos de la proteína que dicho gen sintetiza en los
ribosomas.
¿Cómo pasar de un lenguaje de 4 letras a otro de 20 letras?
DESARROLLO EXPERIMENTAL DE NIRENBERG Y MATTHAEI
Poli U
Preparan 20 tubos con extracto de E.
Coli y lo necesario para síntesis de
proteínas. Añadieron en cada tubo uno
de los 20 aminoácidos marcados
radiactivamente.
Añaden a cada tubo ARN igual al
sintetizado por Severo Ochoa: “poli U”
En sólo uno de los tubos se obtuvo un
polipéptido que era de fenilalanina.
Aceptando que el código genético está
formado por tripletes, dedujeron que el
UUU codificaba para fenilalanina.
Fen - Fen - Fen - Fen - Fen * * * * *
EL CÓDIGO GENÉTICO
Ej. DE CODIFICACIÓN DE UN PÉPTIDO CON 6 AMINOÁCIDOS
EL CÓDIGO GENÉTICO (orden alfabético)
EL CÓDIGO GENÉTICO
EL CÓDIGO GENÉTICO
AUG
Iniciación
UGA UAA UAG
Terminación
Ej. ¿Qué aminoácido está
codificado por el codón GAC?
CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO
UNIVERSAL
Compartido por todos los organismos
conocidos incluso los virus.
Ha tenido un solo origen evolutivo.
Existen excepciones en las mitocondrias
y algunos protozoos.
A excepción de la metionina y el triptófano, un
aminoácido está codificado por más de un
codón (son codones sinónimos).
Esto es una ventaja ante las mutaciones.
DEGENERADO (REDUNDANTE)
Cada triplete o codón solo codifica a un aminoácido.
SIN IMPERFECCIÓN (NO AMBIGUO) Los tripletes se disponen de manera lineal y
continua, sin espacios entre ellos y sin
compartir bases nitrogenadas.
CARECE DE SOLAPAMIENTO
EXCEPCIONES A LA UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO GENÉTICO
TRADUCCIÓN. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
ELEMENTOS NECESARIOS PARA TRADUCCIÓN
LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
ARN MENSAJERO AMINOÁCIDOS ENZIMAS Y
ENERGÍA
SUBUNIDAD
PEQUEÑA
SITIO A
SITIO P
SITIO E
AMINOÁCIDO
POLIPÉPTIDO
ARNt
Do
nd
e s
e s
itú
a e
l
Tienen
tres
lugares
Formados por
RIBOSOMAS
Donde se unen los
Donde se une el
Donde se
une el EXTREMO 3’
Tiene
dos
zonas
ARN DE
TRANSFERENCIA
Por donde
se une al
ANTICODÓN
AMINOACIL-ARNt
-SINTETASA
Como la
necesita
SUBUNIDAD
GRANDE
Nucleolo
Núcleo
Los ribosomas se forman en el
nucleolo
Vemos aquí ribosomas saliendo del núcleo.
EL ARNt ES EL INTÉRPRETE ENTRE LOS TRIPLETES Y LOS aa
ARN TRANSFERENTE
1
2
ARN TRANSFERENTE
Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas.
En el extremo 5’ tiene un triplete con G y un ácido fosfórico libre.
Los ARNt tienen las sig. características:
En el extremo 3’ tiene tres bases (CCA) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido.
En el brazo A tiene un triplete de bases llamado anticodón, diferente para cada ARNt en función del aa que transportan.
Zona de unión a la enzima que lo une al aa
Zona de unión al ARNm
Zona de unión al ribosoma
Sitio de unión al aa
Aminoacil ARNt sintetasa
Aminoácido
Tiene dos sitios activos muy específicos: uno de ellos reconoce al aminoácido y el otro identifica determinadas secuencias de bases características de cada ARNt.
Paso previo a la traducción: ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Gracias a la enzima Aminoacil ARNt sintetasa
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
aa + ATP aa-AMP + PPi
+ +
+
Aminoacil ARNt sintetasa
Aminoácido
Ácido aminoaciladenílico
ARNtx
Aminoacil-ARNtx
Existen al menos 20 aminoacil-ARNt-
sintetasas, una para cada aminoácido.
Son enzimas muy específicas
La unión se realiza en el
extremo 3’ del ARNt
(aa-AMP)
ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Aminoacil-ARNt sintetasa
EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN
Como no hay una relación directa entre los tripletes del ARNm y los aa, la causa de la degeneración del código genético debe estar en el ARNt.
La complementariedad entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt sólo es estricta en las dos primeras bases del anticodón (sentido 3´-5´), mientras
que la 3ª base del anticodón (extremo 5´) puede aparearse “defectuosamente” con otras bases distintas a la complementaria normal (→ balanceo). Este
balanceo es la causa de la degeneración del código genético.
EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN
Debido al balanceo, un mismo ARNt puede unirse con su
anticodón a codones diferentes que especifican al mismo
aminoácido.
En la tabla se indican tres ARNt de serina que pueden leer cada uno dos codones diferentes en el ARNm. Estos tres ARN-t son isoaceptores porque aceptan al mismo aminoácido pero están codificados por genes distintos.
También puede haber más de un ARNt con anticodones diferentes que aceptan el mimo aminoácido
(→ isoaceptores).
EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN
(ARNm)
1 • Iniciación de la síntesis
2
• Elongación de la cadena peptídica
3 • Terminación
FASES DE LA TRADUCCIÓN
Etapa 1:
1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA.
El primer paso (en eucariotas) consiste en la formación del complejo de iniciación 80S, formado por un ribosoma unido por una
parte al ARNm y por otra al ARNt iniciador cargado con el
aminoácido metionina: ARNtiMet
U A C
ARNm
Met ARNti
Met
U A G
1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA.
40S
60S
Después se une el ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina,
ARNtiMet, a la subunidad menor del
ribosoma (40S), gracias a otros factores de iniciación y la energía del GTP.
Primero ciertos factores de iniciación facilitan que la subunidad menor del
ribosoma (40S) reconozca la “caperuza” de m-GTP (metil guanosina trifosfato) y
se una al ARNm en el extremo 5´.
1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA.
40S
60S
La subunidad pequeña del ribosoma rastrea al ARNm (en sentido 5´-3´)
hasta encontrar el primer codón de iniciación AUG.
Se produce entonces el apareamiento del anticodón UAC del ARNti
Met con el codón de iniciación AUG del ARNm.
1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA.
40S
60S Por último, la subunidad mayor del ribosoma (60S) se acopla con la
subunidad pequeña (40S), el ARNm y el ARNti
Met, para formar el complejo de iniciación 80S completo y
funcional, liberándose los factores de iniciación.
Centro peptidil (P): Sitio donde se sitúa el primer aminoacil-ARNt, y también el polipéptido que se va a ir sintetizando. Centro aminoacil o aceptor (A): Sitio donde se van añadiendo los nuevos aminoácidos. Centro E o de salida: Sitio donde se une el ARNt que acaba de aportar su aminoácido y va a salir del ribosoma.
SITIOS ACTIVOS DEL RIBOSOMA
Ribosoma traduciendo un ARNm
POLIRRIBOSOMAS O POLISOMAS
Microfotografía electrónica (MET, falso color) de
un polirribosoma.
Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un
ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.
Ribosoma
ARNm
Proteína en
formación
Polisomas o polirribosomas
Etapas 2 y 3:
TRADUCCIÓN: INICIACIÓN Y ELONGACIÓN
E P A
ARNtiMet
Codón iniciador
(AUG)
ARNm
Subunidad grande
Posición E Posición P
Posición A Aminoacil -ARNt
Enlace peptídico
El aminoácido se
libera del ARNt
Desplazamiento del ribosoma
INICIACIÓN
ELONGACIÓN
5’ 3’
TRADUCCIÓN: TERMINACIÓN
ARNm
Separación de las dos
subunidades del ribosoma
ARNm
Codón de terminación
(UAA, UGA, UAG)
ARNt
Porción final de la
cadena proteica
Factor de
liberación
A medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la
estructura secundaria y terciaria que les corresponde.
1. INICIACIÓN
ARNtiMet
(ARNt iniciador)
(unida al ARNtiMet, reconoce la
“caperuza” , uniéndose al ARNm)
Codon de iniciación
2. ELONGACIÓN. ENTRADA DEL SIGUIENTE ARNt-aa (Gln)
ARNtGln
(→ peptidil-transferasa)
2. ELONGACIÓN. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO
2. ELONGACIÓN. TRANSLOCACIÓN
El ribosoma
2. ELONGACIÓN. NUEVO ENLACE PEPTÍDICO
2. ELONGACIÓN. NUEVA TRANSLOCACIÓN
3. FINALIZACIÓN
3. FINALIZACIÓN
MADURACIÓN POSTRADUCCIONAL DE LAS PROTEÍNAS
Los polipéctidos recién sintetizados no son funcionales, ya que deben adoptar la conformación espacial adecuada que determina su función biológica.
A veces sufren la adición de grupos prostéticos, cortes proteolíticos que acortan el péptido, unión de varias cadenas peptídicas,…
Este plegamiento de las cadenas peptídicas es espontáneo.
PLEGAMIENTO POSTRADUCCIONAL. LAS CHAPERONAS
El plegamiento de las cadenas suele ser espontáneo, pero otras veces requieren la acción de las chaperonas moleculares, cuya función consiste en facilitar el plegamiento y autoensamblaje de las cadenas peptídicas.
Chaperona
Conformación activa Anillo aleatorio
Las chaperonas tb. contribuyen al tráfico de proteínas, y, en condiciones adversas, actúan como proteínas de choque térmico o anti-estrés, un sistema defensivo y protector que evita la desnaturalización de las proteínas .
EXPORTACIÓN Y DESTINO DE LAS PROTEÍNAS
La localización de los ribosomas en el citoplasma depende del destino final de la proteínas que esté sintetizando
Las proteínas que van a ser exportadas al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas se sintetizan en ribosomas libres del citosol.
Las proteínas cuyo destino es ser componentes estructurales de las membranas, o bien hormonas o enzimas que van a ser enviadas al exterior de la célula o al
interior de los lisosomas, se sintetizan en ribosomas situados en la superficie de las membranas del RER.
La cadena peptídica posee al principio una secuencia o péptido señal (20-30 aa) que marca el destino de la proteína. En su transporte también participan
determinadas chaperonas.
EXPORTACIÓN Y DESTINO DE LAS PROTEÍNAS
Tranquilos… Aún queda la
regulación de la expresión génica.
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