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SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Las proteínas son los productos finales de la información genética. Una célula necesita miles de proteínas diferentes que
deben sintetizarse en respuesta a las necesidades celulares, ser transportadas a la localización celular adecuada y degradarse
cuando no se necesita su presencia
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Y CÓDIGO GENÉTICO
¿En qué lugar se sintetizan las proteínas? Experiencias con aminoácidos radioactivos determinaron que se realizaba en los ribosomas
¿Cómo se unen los aminoácidos? Los aminoácidos son activados (ATP) antes de incorporarse al polipéptido, uniéndose a un ARNt específico (complejo aminoacil-ARN) mediante aminoacil-ARNt-sintetasas específicas
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Y CÓDIGO GENÉTICO
¿Cómo se traduce el código de 4 letras (A, U,
C, G) en aminoácidos? Mediante el Cógigo Genético,
que es prácticamente universal
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Y CÓDIGO GENÉTICOCada triplete de bases o codón representa a un aminoácido o indica el
final de la cadena. Los codones no están separados, sino contiguos, por lo que la secuencia de una proteína está definida por una secuencia
lineal de codones contiguos.
CÓDIGO GENÉTICO: Marcos de LecturaEl primer codón de la secuencia establece el marco de
lectura, en el que empieza un nuevo codón cada tres residuos nucleotídicos. En este esquema existen tres
marcos de lectura posiblesAAUCCGGACUUACGUUAACGGUACAGUAC (1er. marco)
AAUCCGGACUUACGUUAACGGUACAGUAC (2do. marco)
AAUCCGGACUUACGUUAACGGUACAGUAC (3er. marco)
Asparagina-Prolina-Aspártico
Isoleucina-Arginina-Treonina
Serina-Glicina-Leucina
Una vez establecido el marco de lectura, los codones se traducen ordenadamente sin solapamiento ni puntuación hasta que se encuentra un codón de terminación. Los otros dos marcos de lectura posibles dentro de un gen normalmente no contienen información genética útil, pero hay excepciones. En algunos virus la misma secuencia produce dos proteínas distintas al utilizar diferentes marcos de lectura.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: Ribosomas y ARNt
Los ribosomas bacterianos están formados por dos
subunidades: una mayor (50S) y una menor
(30S).
Los ribosomas de células eucariotas tienen también dos subunidades pero con
tamaños ligeramente mayores (60S y 40S)
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: Ribosomas y ARNt
Los ARNt tienen entre 73 y 93 residuos nucleotídicos. Como mínimo cada ARNt tiene ocho
bases modificadas, muchas de las cuales son derivados metilados de
las bases principales Hay al menos un ARNt para cada aminoácido, pero para algunos
aminoácidos se requiere más de un ARNt
El bucle (o brazo) de la izquierda reconoce su lugar en el ribosoma. El de la derecha
opera en el reconocimiento de la aminoacil-ARNt sintetasa
correspondiente. El anticodón reconoce la ubicación del
ARNt en el ARN m.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS:
Fases de la TraducciónLa síntesis de polipéptidos empieza siempre en el extremo amino
(NH2) y progresa en el sentido de la síntesis hacia el extremo carboxilo (CO.OH). Este patrón se ha confirmado en numerosos
experimentos y es válido para todas las síntesis en todas las células
Etapas de la Síntesis de Proteínas: Inicio
La fijación de un factor de inicio a la subunidad meno impide que las dos subunidades se unan prematuramente. Luego se fija el
ARNm a la subunidad menor, de modo que el codón de inicio (AUG, que codifica para formil metionina) se une en un lugar preciso, porque del lado 5’ del ARNm, a 8-13 pares de bases hay una secuencia que
se unirá con la secuencia complementaria del ARNr de la subunidad ribosómica menor. Luego de unido el ARNt que
transporta a la fMet se fija la subunidad ribosómica mayor.
Etapas de la Síntesis de Proteínas: Elongación
El aminoacil-ARNt que transporta el segundo aminoácido (Val) se ubica en el sitio A y luego se forma el primer enlace peptídico entre la fMet (unida al sitio P) y la Val del sitio A. Esta reacción
produce un dipeptidil-ARNt en el sitio A y un ARNt “descargado” en el sitio P. El siguiente paso es la translocación: el ribosoma se
desplaza un codón hacia el extremo 3’, que provoca el traslado del dipeptidil-ARNt al sitio P, dejando el A libre para la ubicación del
siguiente aminoácido (Phe). Simultáneamente el ARNt desacilado (el que estaba unido a la fMet) se desprende del sitio P, volviendo al
citosol.
Etapas de la Síntesis de Proteínas: Terminación
La cuarta fase de la síntesis peptídica está determinada por la presencia de uno de los tres codones de terminación del ARNm (UAA, UAG o UGA), que desencadenan los siguientes procesos
sucesivos: (1) la hidrólisis del enlace peptidil-ARN terminal, (2) la liberación del polipéptido terminado y (3) la disociación de
las dos subunidades ribosómicas, preparando la iniciación de un nuevo ciclo de síntesis polipeptídica.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: Esquema de la TraducciónLos ARNt reconocen codones mediante apareamiento de bases entre
el codón del ARNm y una secuencia de tres bases de ARNt denominada anticodón. Los dos ARN se aparean de forma
antiparalela, apareándose la primera base del codón (siempre leída en dirección 5’3’) con la tercera base del anticodón.
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: Esquema de la Traducción
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: Eficiencia de la Traducción
Tanto a partir de células procarióticas como eucarióticas se pueden aislar grandes agrupamientos de 10 a 100 ribosomas unidos a la misma molécula de ARNm, denominados
polisomas o polirribosomas, que representan diferentes
estadios de la traducción de la señal contenida en el ARNm,
que es traducida simultáneamente por
muchos ribosomas próximos unos a otros,
lo que permite una utilización muy
eficiente del ARNm.
Modificaciones Postraduccionales
Pérdida de secuencias señal. Péptidos cortos (15 a 30 aminoácidos) que dirigen a la proteína hacia su destino final. Son eliminados por proteasas durante la síntesis en el RER
Modificaciones N- y C-terminales. Todos los polipéptidos empiezan con f Met (procariotas) o Met (eucariotas), pero en la mayoría de los casos son eliminados. Un 50% de las proteínas eucarióticas tienen el extremo N-terminal acetilado. Los residuos C-terminales son modificados con menor frecuencia.
Modificación de amino-ácidos. Los grupos -OH de Ser, Tre y Tyr pueden ser fosforilados. El carboxilo de Asp y Glu pueden formar amidas (Asn y Gln). Lys es frecuentemente metilada o hidroxilada, como Pro, en la formación del colágeno.
Modificaciones Postraduccionales
Modificación proteolítica. La insulina, las proteasas pepsina, tripsina y quimotripsina y el colágeno se sintetizan como precursores inactivos (proinsulina, pepsinógeno, tripsinógeno, quimotripsinógeno y protocolágeno, respectivamente) que luego deben ser hidrolizados parcialmente para convertirse en productos biológicamente activos.
Formación de puentes disulfuro. Pueden ser intra- o intercatenarias y se supone que ayudan a las proteínas que deben ser exportadas a mantener su estructura nativa.
Proinsulina
Insulina
Retículo Endoplásmico liso (REL)
Es el principal sitio de metabolismo de los lípidos. Realiza también una función importante al localizar enzimas desintoxicantes que degradan sustancias químicas tóxicas o carcinogénicas y las conviertan en moléculas solubles fácilmente excretables por el organismo. Algunas líneas celulares, como las células del hígado, contienen grandes cantidades de REL. En otras células del cuerpo el REL llega a ser un componente menor. El REL de los hepatocitos está también involucrado en la hidrólisis enzimática de glucógeno, que se almacena en gránulos asociados al REL
Retículo Endoplásmico Rugoso (RER)
El RER juega un papel central en la síntesis de las proteínas de
sus propias membranas y en la
síntesis de proteínas de otras
membranas. Muchas de las proteínas que
la célula exporta (como las enzimas
digestivas o las hormonas proteicas) o aquellas destinadas a otros organelos o a la
propia membrana plasmática se forman
en los ribosomas unidos a la membrana
del RER
Aparato de Golgi
Muchas de las proteínas secretadas por las células, así como las que se
integran a la membrana
plasmática y las que son dirigidas a otros
organelos del sistema
endomembranoso, pasan a través del aparato de Golgi.
Después que estas proteínas son
sintetizadas por ribosomas unidos al RER se transportan al aparato de Golgi mediante vesículas
de transporte formadas en la
membrana del RER
Lisosomas
Pequeños sacos que contienen enzimas
digestivas que degradan lípidos,
proteínas, carbohidratos y
ácidos nucleicos, originados dentro y fuera de la célula.
Contienen cerca de 40 enzimas
diferentes, todas hidrolasas activas a
pH 5 (proteasas, lipasas,
fosfolipasas, glicosidasas, fosfatasas, sulfatasas,
nucleasas). Se sintetizan en el RER
y son luego modificadas en el aparato de Golgi.
Aspecto de un proteasoma característico. Consiste en un
núcleo de forma tubular, con dos partículas ubicadas en cada extremo, como formando un
gorro.
Proteasomas
La mayoría de las proteínas
que se degradan en el citosol de las
células eucarióticas lo hacen a través
de grandes complejos de
enzimas proteolíticas
denominados proteasomas.
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