Síntesis de Proteínas: Ribosomas y Proteasomas

Tema 4: Síntesis y Degradación de Proteínas

• Engloba el estudio de ribosomas y proteasomas.

Generalidades

• Se aborda la estructura, composición química y el mecanismo de síntesis en el citoplasma celular.
• Cubre la iniciación, elongación y terminación del proceso.

Ribosomas: Generalidades

• Son partículas compactas muy abundantes en las células, hasta 10,000,000, dependiendo de la función celular.
• Descritos por Palade en 1953.
• Excepcionalmente, no se encuentran en el espermatozoide maduro, y son escasos en los glóbulos rojos.
• Funcionan como estructuras sintetizadoras de proteínas.
• Tanto en procariotas como eucariotas, están formados por dos subunidades: una grande (60S) y otra pequeña (40S), constituyendo un ribosoma eucariótico completo de 80S.

Localización Subcelular de Ribosomas en Eucariotas

• Se ubican libres en el citosol.
• Se adhieren a la membrana externa de la envoltura nuclear.
• Se unen a la membrana externa del retículo endoplásmico.

Dogma Central de la Biología Molecular

• Establecido en la segunda mitad del siglo XX.
• Los seres vivos almacenan información genética en polímeros de ADN.
• Una copia de esta información se transcribe a ARN.
• El ribosoma lee la copia de ARN para sintetizar una proteína, proceso llamado traducción.
• El ribosoma, junto al ARNm y ARNt, es crucial en la síntesis de polipéptidos.
• Las proteínas son esenciales para la supervivencia celular, realizando la mayor parte de las funciones celulares.

Estructura y Composición Química de Ribosomas

• Los ribosomas están formados por ARN (60%) y proteínas (40%).
• Los procariotas tienen 3 moléculas de ARNr: 5S y 23S en la subunidad grande, y 16S en la pequeña.
• Los eucariotas tienen 4 moléculas de ARNr: 5S, 5.8S y 28S en la subunidad grande, y 18S en la pequeña.
• El ARNr mayor (28 o 23 S) tiene actividad catalítica, actuando como peptidil transferasa, una ribozima.

Funciones del ARNr y las Proteínas Ribosomales

• El ARNr tiene funciones catalíticas y estructurales.
• EL ARNr estructural mayor (23S/28S) lleva a cabo la actividad peptidil transferasa.
• Las proteínas estructurales facilitan el ensamblaje de las subunidades ribosomales.
• Las proteínas enzimáticas facilitan el plegamiento del ARNr, la función del ribosoma, y el posicionamiento de los ARNt.
• Las proteínas ribosómicas constituyen el 40% de la masa del ribosoma.
• Son más numerosas pero más pequeñas que los ARNr.
• Permiten cambios en la conformación del ARNr para catalizar la síntesis proteica.
• Participan en el ensamblaje de las subunidades ribosómicas.
• Están implicadas en la traducción, en las faces de iniciación y elongación.

Regiones Funcionales del Ribosoma

• La subunidad grande cataliza la formación de enlaces peptídicos covalentes entre aminoácidos para formar cadenas polipeptídicas.
• La subunidad pequeña empareja con precisión los ARNt con los codones del ARNm.
• La subunidad grande tiene el lugar A (aminoacil), P (peptidil) y E (exit).
• La subunidad pequeña une el ARNm (3') y realiza el ensamblaje.

Síntesis de Proteínas: Fases

• Activación de los aminoácidos (en el citosol).
• Iniciación, elongación y terminación (en el ribosoma).
• Maduración de la cadena polipeptídica (fuera del ribosoma).

Activación de los Aminoácidos

• Se produce en el citosol.
• Implica la formación del complejo aminoacil-ARNt, requiriendo energía (ATP).
• En la primera fase, se une cada aminoácido a un AMP, formando aminoacil-AMP.
• En la segunda fase, se transfiere el aminoácido del complejo aminoacil-AMP al ARNt específico.
• La aminoacil-ARNt sintetasa activa los aminoácidos uniéndolos covalentemente a los ARNt.

Síntesis de la Cadena Polipeptídica

• El ribosoma se une al ARNm en el codón de iniciación.
• La cadena polipeptídica se alarga por la adición sucesiva de aminoácidos al extremo carboxilo.
• El ribosoma llega a un codón de terminación (STOP CODON), liberando el polipéptido y disociándose.

Iniciación en Procariotas

• Implica la formación del complejo de iniciación ribosómico.
• El complejo se compone de ARNm, subunidad pequeña ribosómica, la subunidad grande ribosomica, y el complejo Iniciador: fMet-ARNt.
• Requiere la acción de factores de iniciación (IF1, IF2-GTP, IF3).
• El ARNt iniciador es el ARNt-fMet.
• El factor IF3 se une a la subunidad 30S libre.
• El IF1 y el IF2 se unen el complejo unido a GTP-.
• Esto impide la unión de otro aminoacil-ARNt.
• El IF2-GTP une forma específica el ARNt y lo transfiere a la subunidad 30S-.
• La subunidad pequeña se une a la secuencia Shine-Dalgarno.

Búsqueda del Codón de Iniciación

• En procariotas, la secuencia Shine-Dalgarno en el ARNm es reconocida por el ribosoma.
• Está situada antes del codón de inicio y es complementaria a una secuencia en el ARN ribosomal 16S.
• En eucariotas, los ribosomas se unen al 5'CAP del ARNm y escanean la secuencia hasta encontrar un AUG que se ajusta a la secuencia consenso de KOZAK (ACCAUGG).

Complejo De Iniciación Ribosómico

• El correcto ensamblaje de los elementos que componen el complejo depende de numerosos factores de iniciación proteicos.
• Los factores de iniciación en procariotas son IF1, IF2 e IF3.

Iniciación

• El emparejamiento correcto en procariotas libera los factores de iniciación.

Iniciación en Eucariotas

• Implica múltiples factores de iniciación (eIF).
• Uno de los factores de iniciación ayuda a reconocer el límite 5 ' en el ARNm.
• El Complejo de Iniciación es con Met-tRNAi y un ribosoma más grande (80S).
• La caperuza 5´((Met-G-3P)) interactúa con la cola poli A de 3' a través de la proteína de unión poli-A.
• Se forma todo el proceso de traducción un bucle, permitiendo volver a iniciar la traducción rápidamente.

Elongación

• Implica la formación de enlaces peptídicos y la adición sucesiva de aminoácidos codificados por el ARNm.
• Requiere factores de elongación especiales.
• En procariotas, los factores de elongación son EF-Tu/GTP (unión de aminoacil ARNt), EF-Ts (reciclaje de EF-Tu) y EF-G/GTP (translocación)
• Requiere energía (GTP).
• Ocurre la unión de un aminoacil ARNt al sitio A.
• Se forma un enlace peptídico.
• Traslocación.
• La hidrólisis del GTP ocurre cuando el aminoacil-ARNt se inserta.
• El EF-Tu-GDP se desprende.
• En el sitio P se encuentra el ARNt iniciador.
• Tras la hidrólisis y movimiento, El sitio A queda libre.

Terminación

• Las células no tienen ARNt con anti codones complementarios a los stop codon en los ARNm.
• Se requiere factor de liberación (RF).
• Después se hidroliza.

Síntesis de Proteínas en Procariotas: Requisitos

• Activación de aminoácidos (ATP).
• Complejo de iniciación.
• Factores de iniciación (GTP-EF2).
• Factores de elongación (GTP-Tu + GTP-G).
• Factor de liberación.
• Energía (1 ATP/AA activado + 1 GTP iniciador + 2 GTPs/AA).

Síntesis de Proteínas en Eucariotas: Requisitos

• Activación de aminoácidos (ATP).
• Complejo de iniciación y rastreo (ATP).
• Factores de iniciación (GTP).
• Factores de elongación (GTP + GTP).
• Factor de liberación.
• Energía (1 ATP/AA activado + 1 ATP rastreo + 1 GTP iniciador + 2 GTPs/AA).

Polirribosomas

• En eucariotas y procariotas, los ARNm pueden ser traducidos simultáneamente por varios ribosomas (polirribosomas).
• Cada ribosoma sintetiza una cadena polipeptídica independientemente.
• Un polisoma o polirribosoma es un conjunto de ribosomas asociados.
• Esto aumenta la eficiencia de la traducción.
• Permite que se reciclen los ribosomas.

Antibióticos e Inhibición de la Síntesis de Proteínas

• Algunos antibióticos inhiben la síntesis de proteínas en bacterias, evitando causar toxicidad.
• Algunos antibióticos inhiben la síntesis de la pared bacteriana.
• La neomcina y puromicina actúan durante la traducción en las bacterias e inhiben la síntesis de la proteína.
• La estreptomicina, cloranfenicol, tetraciclina y eritromicina son específicos de los ribosomas procariotas, usándose para tratar las bacterias.
• La puromicina y la cicloheximida no se usan con fines curativos porque actúan en procariotas y eucariotas.

Proteosomas

• La vía ubiquitina-proteosoma fue descubierta en los años 70 por Avram Hershko, Aaron Ciechanover e Irwin que gano el premio Nobel de Química en 2004.
• Está implicada en la regulación del ciclo celular y en la progresión de enfermedades como el cáncer, párkinson y el Alzheimer.
• Son complejos multicatalíticos de proteasas que degradan proteínas intracelulares marcadas con ubiquitina.
• Eliminan las proteínas dañadas e innecesarias.
• Sirven para controlar la cantidad de proteínas con la degradación.

Estructura del Proteasoma

• Tiene forma de barril con un núcleo catalítico.
• Dos anillos externos que sirven como "puerta".
• En el complejo de proteasos están los sitios activos de las proteasas.
• Las proteínas que van a ser destruidas, primero deben marcarse con ubiquitina para su degradación.

Conceptos Clave

• Dogma Central de la Biología Molecular: ADN transcribe a ARNm, ARNm traduce a proteína.
• La estructura ribosómica en eucariotas es 80S (60S + 40S) y en procariotas es 70S (50S + 30S).
• El El ARNt eucariota lleva caparuza que ayuda a iniciar al síntesis.
• Hay gasto de ATP en las faces dde síntesis.
• Hay sitios de unión ribosomas a lo ARNt.
• Los antibióticos puede detener la síntesis.
• Por ubiquitilación marcadas ayuda a que lo proteasoma cumpla su acción.
• Actúa en control el daño celular y desarrollo.